zeszyty naukowe zeszyty naukowe
Transkrypt
zeszyty naukowe zeszyty naukowe
Wydawnictwo Naukowe Akademii Morskiej w Szczecinie ZESZYTY NAUKOWE Akademia Morska w Szczecinie SCIENTIFIC JOURNALS Maritime University of Szczecin Szczecin 2009 Redaktor Naczelny dr hab. inż. Zbigniew Matuszak, prof. AM Komitet Naukowy dr hab. inż. Andrzej Adamkiewicz, prof. AM Szczecin prof. dr hab. Zofia Cichoo, Uniwersytet Ekonomiczny w Krakowie dr hab. inż. Andrzej Grządziela, prof. AMW Gdynia dr hab. inż. Zofia Jóźwiak, prof. AM Szczecin dr hab. inż. Piotr Krzyślak, prof. Politechniki Poznaoskiej dr hab. inż. Ruta Leśmian-Kordas, prof. AM Szczecin dr hab. inż. Jacek Łuczak, Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu dr hab. inż. Zbigniew Matuszak, prof. AM Szczecin prof. dr hab. inż. Jan Purczyoski, ZUT Szczecin prof. dr hab. Cezariusz Skuza, Uniwersytet Szczecioski prof. dr hab. inż. Wawrzyniec Wawrzyniak, ZUT Szczecin © Copyright by Akademia Morska, Szczecin 2009 Pod patronatem Baltic Association of Mechanical Engineering, Kaliningrad, Rosja SPIS TREŚCI 1. ABRAMEK KAROL FRANCISZEK Ocena zjawiska przedmuchów gazów w tłokowych silnikach spalinowych w fazie rozruchu .............................. Phenomenon of blowby in combustion engines for start-up stage 5 2. BIAŁY WITOLD, BOBKOWSKI GRZEGORZ Komputerowe systemy CMMs wspomagające eksploatacje maszyn i urządzeń górniczych ................................ Computer maintenance managing systems (CMMs) in mining machinery and equipment exploitation 10 3. CHYBOWSKI LESZEK, MATUSZAK ZBIGNIEW Remarks on human reliability with reference to marine power plant operation .................................................... Analiza niezawodności człowieka w kontekście pracy w siłowniach okrętowych 16 4. CIECHANOWSKI GRZEGORZ Nieznana historia oznak Marynarki Wojennej ....................................................................................................... Unknown history of Polish Navy patches 24 5. DRZEWIENIECKA BEATA Genetically modified soya ground grain in feed production .................................................................................. Rola genetycznie modyfikowanej śruty sojowej w produkcji pasz 35 6. ГЕРМАН-ГАЛКИН СЕРГЕЙ, ГРИНКЕВИЧ ЯРОСЛАВ Мехатронная система с магнитокоммутационной машиной ........................................................................... System mechatroniczny silników wielotarczowych z komutacją magnetyczną Mechatronic system with multi-layer disc electric motor with magnetic flux commutation 39 7. GRĄDZKA-DAHLKE MAŁGORZATA Właściwości eksploatacyjne nowych panewek endoprotezy stawu biodrowego ................................................... Exploatative properties of a new cup of hip joint endoprosthese 47 8. GRZĄDZIELA ANDRZEJ Analiza dynamiki układów wirnikowych silników turbinowych z wykorzystaniem śledzenia rzędów ................ Analysis of dynamics gas turbines rotor systems using Order Tracking procedure 51 9. JÓŹWIAK ZOFIA Ecological risk assessment for ballast waters introductions into the Police harbour basins .................................. Ocena zagrożenia ekologicznego środowiska wodami balastowymi wprowadzanymi do basenów Portu Police 58 10. ŁUCZAK JACEK Metody szacowania ryzyka – kluczowy element systemu zarządzania bezpieczeństwem informacji ISO/IEC 27001 ...................................................................................................................................................................... Risk assesment methods – ISO/IEC 27001 information security management system’s key element 63 11. MATUSZAK-FLEJSZMAN ALINA Wpływ uczestnictwa organizacji w programach lub systemach środowiskowych na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001 ............................................................ Influence of participation organizations in environmental programmes or systems on improvement of environmental management system according to ISO 14001 71 12. NIEWCZAS ANDRZEJ, RYMARZ JOANNA Społeczna ocena bezpieczeństwa ruchu i zagrożeń środowiska związanych z rozwojem transportu na przykładzie regionu Polski Wschodniej oraz obszaru wielkomiejskiego Rygi .................................................................. Social opinion on traffic safety and environment menace related with transport development on example of East Poland region and Riga City 80 13. PLESZKO JOANNA Selected aspects of ensuring supply chain safety in seaports ................................................................................. Wybrane aspekty zapewnienia bezpieczeństwa łańcucha dostaw w portach morskich 87 14. ROSOCHACKI WŁODZIMIERZ Podstawy budowy modelu niezawodnościowego elementów nośnych konstrukcji oceanotechnicznych .............. Basis of reliability model for offshore structures bearings 92 15. SZCZEPANEK MARCIN Wymagania prawa polskiego dotyczące ograniczenia emisji związków toksycznych do atmosfery ..................... Requirements of Polish law referring to the limitation of the toxic emission into the atmosphere 97 Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 5–9 2009, 19(91) s. 5–9 Ocena zjawiska przedmuchów gazów w tłokowych silnikach spalinowych w fazie rozruchu Phenomenon of blowby in combustion engines for start-up stage Karol Franciszek Abramek Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki, Katedra Eksploatacji Pojazdów Samochodowych 70-310 Szczecin, al. Piastów 19, e-mail: [email protected] Słowa kluczowe: rozruch, krzywa przedmuchów, skrzynia korbowa Abstrakt W artykule przedstawiono wyniki badań przedmuchów dla prędkości rozruchu. Prędkość silnika SB-3.1 ustalana była za pomocą zewnętrznego urządzenia napędowego, w skład którego wszedł silnik trójfazowy, skrzynia biegów, sprzęgło jednokierunkowe i pulpit sterowniczy. Uzyskane wyniki badań pozwoliły ocenić charakter zmian przebiegu krzywej przedmuchów od zerowej w zasadzie prędkości do prędkości obrotowej wału korbowego silnika, przy której następuje rozruch. Pomiary przedmuchów wykonano w różnych seriach pomiarowych, w celu ustalenia wpływu powstawania filmu olejowego na gładzi cylindra na zjawisko przedmuchów gazów do skrzyni korbowej. Key words: start-up, blowby curve, crankcase Abstract In the paper are presented the results of exhaust gas scavenging testing for the start-up speed. The speed of SB-3.1 engine was determined by means of external driving device composed of a three-phase motor, gearbox, unidirectional clutch and control desk. The obtained findings allowed evaluation of the character of changes in the course of exhaust gas scavenging curve from a basically zero speed to the rotational speed of engine crankshaft at which the start-up takes place. Exhaust gas scavenging measurements were made in different measuring series in order to determine the effect of oil film development on cylinder bearing surface on the phenomenon of exhaust gas scavenging into crankshaft casing. Wstęp wzrost zużycia paliwa, przegrzanie tłoka i pierścieni, zwiększone zużycie cylindra i pierścieni, łatwość rozruchu, skażenie środowiska produktami spalania [1, 2, 3]. Przedmuchiwane do skrzyni korbowej gazy powodują zanieczyszczenie oleju smarującego, pogarszając jego właściwości smarne, co ujemnie wpływa na trwałość silnika lub na konieczność częstszych wymian oleju [4]. W Katedrze Eksploatacji Pojazdów Samochodowych Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie wykonano stanowisko do badań przedmuchów gazów do skrzyni korbowej silnika. Dokładny opis stanowiska można znaleźć w literaturze [5]. Jeden z podstawowych i najważniejszych układów silnika spalinowego stanowi tłok z pierścieniami i cylinder. Warunki, w jakich pracuje ten układ, w szczególności znaczna prędkość ruchu posuwisto-zwrotnego, duża różnica temperatur między tłokiem i cylindrem, wykluczają takie wykonanie i pasowanie tłoka w cylindrze, które zapewniałoby idealną szczelność. Stąd, mimo najlepszego wykonania układu TPC (tłok, pierścienie, cylinder), występują zawsze straty czynnika roboczego, które wpływają ujemnie na wskaźniki pracy silnika, a w szczególności powodują: spadek mocy, Zeszyty Naukowe 19(91) 5 Karol Franciszek Abramek Warunki pracy zespołu pierścieniowego Na rysunku 1 pokazano rozkład sił i momentów działających na tłok i pierścień prawidłowo osadzony w rowku, opracowany przez Dowsona [6] oraz Smoczyńskiego i Sygniewicza [7]. 5. x U p1 p1 Mg p1 (a-f) Fh Rp Fp b Pz x cp z xc Ps Px p2 f p2 l l p1 b 1. k p1 k p1 a 2. f a p2 Rys. 1. Siły działające na pierścień tłokowy [7] Fig. 1. Forces impacting piston ring [7] Na prawidłowo osadzony w rowku pierścień działają, w uproszczeniu, następujące siły: W kierunku osiowym: 1. Na górną powierzchnię pierścienia działa ciśnienie czynnika roboczego p1, znajdującego się nad nim (w przypadku pierścienia pierwszego często przyjmuje się, że jest to ciśnienie panujące w komorze spalania). Jeżeli silnik o ZI (zapłonie iskrowym) pracuje przy przymkniętej przepustnicy, to przy ssaniu panuje znaczne podciśnienie, które stara się oderwać pierścień od dna rowka i unieść w górę. 2. Na powierzchnię dolną, która wystaje poza rowek tłokowy, działa ciśnienie p2 z przestrzeni międzypierścieniowej (poniżej pierścienia). Siła wywołana tym ciśnieniem jest zwrócona do góry, usiłując podnieść pierścień z flanki rowka. 3. Siła tarcia Fp działająca na powierzchni roboczej pierścienia stykającej się z cylindrem i skierowana zawsze przeciwnie do chwilowego kierunku ruchu tłoka. Powoduje ona cykliczne unoszenie i dociskanie pierścienia do dolnej flanki rowka. Na siłę tę ma wpływ sprężystość własna pierścienia i docisk gazów. 4. Siła bezwładności. Jej kierunek jest zawsze przeciwny do przyspieszenia tłoka, dlatego przy zbliżaniu i oddalaniu się od GMP siła ta usiłuje oderwać pierścień od dolnej ścianki rowka, natomiast przy zbliżaniu i oddalaniu się od DMP 3. 4. dociska go do niej. Siły te osiągają maksymalne wartości przy zwrotnych położeniach tłoka. Siła wywołana ciśnieniem oleju. Powstaje przy odpowiedniej prędkości względnej tłoka i cylindra oraz obecności warstewki oleju. Tworzący się wówczas klin smarny przeciwdziała dociśnięciu pierścienia do cylindra. Pierścień pracuje wówczas w warunkach tarcia płynnego (hydrodynamicznego), dzięki czemu zmniejsza się wielokrotnie intensywność zużywania się jego powierzchni czołowej. W kierunku promieniowym: Siła wynikająca ze sprężystości własnej pierścienia lub elementu wspomagającego, dociskającego do gładzi cylindrowej. Zależy ona od konstrukcji pierścienia, a szczególnie od jego grubości promieniowej i modułu sprężystości. Siły gazowe, działające za pierścieniem – stanowią główną część sił dociskających i uszczelniających złożenie TPC. Siły działające na powierzchnię roboczą uzależnione od ciśnień p1 do p2, o średniej wartości (p1 + p2)/2, usiłują odepchnąć pierścień od gładzi cylindra. Należy zaznaczyć, że taki rozkład sił i ich wartość średnia jest do przyjęcia przy zarysie prostokątnym i idealnym przyleganiu do cylindra. Dla pierścieni o zarysie stożkowym (tzw. „minutowym”) lub baryłkowym, nie będzie spadku ciśnienia wzdłuż tworzącej, a zatem taki pierścień może być odciążony promieniowo. Siły tarcia. Na bocznej powierzchni pierścienia i rowka tłokowego – działają przy przemieszczeniach promieniowych pierścienia i mogą być spowodowane przechylaniem się tłoka w cylindrze w czasie zmiany kierunku ruchu oraz przy deformacjach cylindra. Siły te w zależności od położenia tłoka, dociskają lub odrywają pierścień od gładzi. Ciśnienie dynamiczne spiętrzonego oleju – największe przy dolnej krawędzi pierścienia i malejące wzdłuż wysokości do zera, przy górnej krawędzi. Punkt podparcia pierścienia jest trudny do zlokalizowania, może to być powierzchnia rowka tłokowego zdeformowana w wyniku obciążeń cieplnych i mechanicznych lub krawędź rowka, jeżeli tłok jest przechylony w cylindrze [2, 8, 9]. Równowaga sił osiowych i momentów względem środka ciężkości przekroju pierścienia może być zapisana następująco: równanie sił w kierunku promieniowym: p1 b k p2l Fp Pz Ps M 6 d2 m 0 dt2 (1) Scientific Journals 19(91) Ocena zjawiska przedmuchów gazów w tłokowych silnikach spalinowych w fazie rozruchu równanie sił w kierunku osiowym: R p Fp Ps p1 p2 f Mg M ścieni. Obserwując charakterystykę przedmuchów, można zauważyć, że dla pewnej prędkości obrotowej lub w pewnym zakresie prędkości obrotowej występuje gwałtowny wzrost przedmuchów. Na zjawisko to można wpływać stosując różne odmiany pierścieni uszczelniających [13]. d2 x 0 (2) dt2 równanie momentów: f 2x b l z p2 l 2 2 2x b k 2x b p1 k Fp 2 2 Fh z Pz xcp x Px z R p z f p1 p2 f K I Wyniki badań Na rysunku 2 przedstawiono charakterystykę przedmuchów gazów do skrzyni korbowej silnika SB-3.1 dla prędkości poniżej biegu jałowego, tj. od 5 min–1 do 170 min–1, po wstępnym „kręceniu” silnikiem, by wyeliminować wpływ braku i wstępnego powstawania filmu olejowego na wielkość przedmuchów [1, 8]. Do prędkości obrotowej około 42 min–1 występuje wzrost natężenia przedmuchów, następnie do prędkości około 168 min–1 ilość traconego ładunku w postaci przedmuchów do skrzyni korbowej maleje. Od 168 min–1 natężenie przedmuchiwanych gazów znowu rośnie. Spowodowane jest to prawdopodobnie powstawaniem pierwszych samozapłonów, które powodują wzrost ciśnienia sprężania w komorze i jednocześnie wzrost ilości przedmuchiwanych gazów. (3) d2 dt2 gdzie: a – szerokość promieniowa pierścienia, b – wysokość pierścienia, f – odległość punktu podparcia od czoła pierścienia, k – wysokość części roboczej górnej obciążonej ciśnieniem p1, l – wysokość części roboczej dolnej obciążonej ciśnieniem p2, p1 – ciśnienie ponad pierścieniem, p2 – ciśnienie pod pierścieniem, x, z – współrzędne środka masy pierścienia, xcp – przesunięcie osiowe siły pz, Fh – hydrodynamiczna siła styczna, Fp – siła tarcia pierścienia o rowek tłoka, I – moment bezwładności pierścienia, K – sztywność skrętna pierścienia, M – masa pierścienia, Ps – siła sprężystości, Pz – hydrodynamiczna siła normalna, Rp – reakcja rowka na pierścień, – kąt skręcenia pierścienia. Q [m3/s]10−5 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Pierścienie muszą być osadzone w tłoku z pewnym luzem ze względu na działanie temperatury czynnika roboczego oraz działania wszystkich sił przedstawionych na rysunku 1. W wyniku działania tych czynników i posuwisto-zwrotnego ruchu tłoka pierścienie zmieniają swoje położenie wykonując pewne wymuszone ruchy [2, 10, 11, 12]. Także tłok wykonuje wymuszone ruchy, przy zmianie kierunku ruchu obraca się dookoła sworznia i przyjmuje skośne położenie względem osi cylindra. Wszystkie te czynniki powodują zmiany położenia pierścieni zarówno względem tłoka, jak i cylindra. W niektórych sytuacjach (szczególnie przy pewnej prędkości obrotowej oraz obciążeniu silnika) pierścień może wpaść w drgania wymuszone, samowzbudne, co wpłynie na pogorszenie lub zupełną utratę szczelności. Występuje wtedy zjawisko trzepotania pierZeszyty Naukowe 19(91) 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 n [min−1] Rys. 2. Charakterystyka przedmuchów gazów do skrzyni korbowej silnika SB-3.1 dla prędkości poniżej biegu jałowego [14] Fig. 2. Blowby to engine SB-3.1 crankcase for speed below idle running [14] Na rysunku 3 przedstawiono wyniki badań przedmuchów dla prędkości poniżej biegu jałowego wykonane w trzech seriach pomiarowych. Dla silnika zimnego (temperatura oleju smarującego 288 K), który nie pracował przez okres jednego tygodnia, przedmuchy w pierwszym okresie rozruchu są największe i wynoszą 7,910–5 m3/s. Spowo7 Karol Franciszek Abramek dowane jest to brakiem oleju smarującego i bardzo słabym uszczelnieniem węzła tłok–pierścienie– cylinder (TPC) ze względu na występujące konieczne luzy. W celu porównania sporządzono charakterystykę dla silnika zimnego, który wstępnie był „kręcony” przez napęd od silnika trójfazowego. Spowodowało to dopływ oleju do pierścieni i lepsze doszczelnienie całego układu tłoka z pierścieniami oraz cylindra. Zaistniałą sytuację obrazuje niższa wartość natężenia przedmuchów w pierwszym okresie rozruchu. Natomiast silnik po „wstępnej” pracy wykazuje większe przedmuchy niż silnik zimny. Prawdopodobnie spowodowane jest to zmianą lepkości oleju smarującego [4, 14]. Q [m3/s]10−5 10 9 tłokiem i powodują gwałtowny wzrost przedmuchów. Dla silnika SB-3.1 prędkość obrotowa wału korbowego poniżej 150 min–1 jest wartością przełomową, w której silnik nie daje się już uruchomić. Można stwierdzić, że zapewnienie odpowiednio wysokiej prędkości obrotowej podczas rozruchu silnika, a szczególnie w niskich temperaturach otoczenia, jest konieczne dla prawidłowego procesu rozruchu [3, 6]. Proces rozruchu można wspomóc np. poprzez wcześniejsze uruchomienie układu smarowania silnika lub wstępne, nawet powolne, kręcenie wałem korbowym silnika. Bibliografia 1. ABRAMEK K. F.: An attempt at an analytical description of blowby intensity to a crankcase. Teka Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Lublinie, Vol. VII, Lublin 2007. 2. KOZACZEWSKI W.: Konstrukcja grupy tłokowo-cylindrowej silników spalinowych. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2004. 3. MYSŁOWSKI J.: Rozruch silników samochodowych z zapłonem samoczynnym. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1996. 4. ABRAMEK K. F.: Change of a compression ratio and its influence on the gas scavenge effect. Archiwum Motoryzacji 2/2008. 5. ABRAMEK K. F.: Natężenie przedmuchów przenikających do skrzyni korbowej silnika z zapłonem iskrowym. Materiały konferencji: Doładowanie silników spalinowych, Szczecin 1999. 6. DOWSON D.: Piston assemblies, background and lubrication analysis. Engine Tribology, 1993. 7. SMOCZYŃSKI M., SYGNIEWICZ J.: Przemieszczenia uszczelniającego pierścienia tłokowego w rowku pierścieniowym tłoka. Journal of Kones Vol. 2, No 1, Warszawa – Poznań 1995. 8. SERDECKI W.: Badania współpracy elementów układu tłokowo-cylindrowego silnika spalinowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2002. 9. SYGNIEWICZ J.: Modelowanie współpracy tłoka z pierścieniami tłokowymi i tuleją cylindrową. Zeszyty Naukowe nr 615, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 1991. 10. ISKRA A.: Wpływ drgań własnych pierścienia uszczelniającego na warunki pracy zespołu tłokowo-cylindrowego. Journal of Kones, Vol. 1, No. 1, Warszawa – Lublin 1994. 11. ISKRA A., WIŚNIEWSKI T.: Wpływ ruchów poprzecznych tłoka na zużycie rowków pierścieniowych i pierścieni. KONES ‟87. 12. SYGNIEWICZ J.: Model uszczelnienia tłoka z pierścieniami w tulei cylindrowej. Journal of Kones, Gdańsk – Jurata 1993. 13. ABRAMEK K. F.: Effect of modification of sealing rings on starting properties of compression-ignition engines. Международный Сборник Научных Трудов. Издательство Калининградский Государственный Технический Университет, Kaliningrad 2005. 14. ABRAMEK K. F.: The effect of the fuel temperature on the variation in the course of the pressure for the speed below idle run. Problems of Applied Mechanics International Scientific Journal. Georgian Committee of The International Federation For The Promotion of Mechanism And Machine Science. Tbilisi. Nr 1(22)/2006. zimy rozruch po wstępnym kręceniu zimny rozruch ciepły rozruch 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190 n [min−1] Rys. 3. Wpływ wcześniejszej „pracy” silnika SB-3.1 na charakterystykę przedmuchów dla prędkości poniżej biegu jałowego [15] Fig. 3. Blowby to engine SB-3.1 for speed below idle running for different engine states [15] Podsumowanie Analizując otrzymane wyniki pomiarów i sporządzoną charakterystykę przedmuchów dla zakresu prędkości wału korbowego silnika, przy której rozrusznik zaczyna pierwszy etap rozruchu, można stwierdzić, że początkowe dostarczenie oleju na gładź cylindra poprzez wstępny ruch wału korbowego silnika spowodowało znaczne doszczelnienie przestrzeni roboczej, a przez to mniejsze natężenie przedmuchów gazów do skrzyni korbowej silnika SB-3.1. Ogólnie charakterystyka przedmuchów wygląda następująco: w pierwszym etapie zachodzi znaczny wzrost prędkości obrotowej wału korbowego silnika do ok. 42 min–1, następnie natężenie przedmuchów maleje do prędkości ok. 150 min–1. Powyżej tej prędkości zjawisko przedmuchów znów ma charakter wzrostowy. Spowodowane jest to występowaniem pierwszych zapłonów, które w znacznym stopniu podwyższają ciśnienie nad 8 Scientific Journals 19(91) Ocena zjawiska przedmuchów gazów w tłokowych silnikach spalinowych w fazie rozruchu 15. ABRAMEK K. F.: Effect of scavenging of gases to crankcase on actual compression ratio during start-up. Problems of Applied Mechanics International Scientific Journal. Georgian Committee of The International Federation For The Promotion of Mechanism And Machine Science. Tbilisi. Nr 2(19)/2005. 17. SERDECKI W.: Wpływ pierścieni uszczelniających na kształtowanie filmu olejowego na gładzi cylindrowej silnika spalinowego. Seria Rozprawy Nr 235, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1990. Pozostałe pozycje Recenzent: dr hab. inż. Zbigniew Matuszak profesor Akademii Morskiej w Szczecinie 16. ISKRA A.: Rozkład filmu olejowego na gładzi cylindrowej silnika tłokowego. Rozprawy nr 176, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1987. Zeszyty Naukowe 19(91) 9 Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 10–15 2009, 19(91) s. 10–15 Komputerowe systemy CMMs wspomagające eksploatacje maszyn i urządzeń górniczych Computer maintenance managing systems (CMMs) in mining machinery and equipment exploitation Witold Biały1, Grzegorz Bobkowski2 1 Politechnika Śląska Gliwice, Wydział Organizacji i Zarządzania, Katedra Podstaw Systemów Technicznych 41-800 Zabrze, ul. Roosevelta 26, e-mail: [email protected] 2 Politechnika Śląska Gliwice, Wydział Górnictwa i Geologii, Instytut Mechanizacji Górnictwa 44-100 Gliwice, ul. Akademicka 2a, e-mail: [email protected] Słowa kluczowe: CMMs, zakłady górnicze, kopalnie węgla kamiennego Abstrakt Komputerowe systemy CMMs (Computer Maintenance Management systems) wspomagające zarządzanie eksploatacją maszyn i urządzeń oraz utrzymaniem ruchu przedsiębiorstw, z powodzeniem znalazły zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Istnieje możliwość wprowadzenia i praktycznego wykorzystania tych narzędzi w zakładach górniczych (kopalniach węgla kamiennego). Wprowadzenie systemu klasy CMM w kopalniach węgla kamiennego winno zapewnić ciągłość pracy eksploatowanych maszyn i urządzeń, a tym samym obniżyć koszty, w wyniku wydłużenia czasu pracy tych maszyn i urządzeń. Key words: CMMs, mining companies, coal mines Abstract Computer Maintenance Management systems (CMMs) in mining machinery and equipment exploitation as well as management of constant company activity have been successfully applied in various industrial areas. There is a real possibility of introduction and practical application of these tools in mining companies (coal mines). The introduction of CMM system in coal mines should secure the constant activity of the machinery and equipment resulting in reduction of exploitation costs as a results of prolonged working time of these devices. Wstęp możliwe jest utrzymanie ciągłości produkcji, zwiększenie wydajności i poprawa jakości produkowanych wyrobów, a także ograniczenie kosztów eksploatacji maszyn i urządzeń, a co za tym idzie – ograniczenie kosztów produkcji i produktu. W tym zakresie pomocne są istniejące i funkcjonujące rozwiązania w postaci odpowiednich narzędzi informatycznych. Współczesne układy techniczne w bardzo wielu sytuacjach wykorzystują oferowane na rynku systemy wspomagające zarządzanie utrzymaniem ruchu (np. systemy klasy CMMs – Computer Maintenance Management systems). Systemy te wspomagają zarządzanie procesami eksploatacyjnymi w zakresie zapewnienia utrzymania obiektów eksploatacji objętych działaniem systemu w stanie zdatności, poprzez szeroko Zadaniem każdej organizacji jest stworzenie zasad i reguł, według których można osiągnąć określony porządek. Dotyczy to również organizacji utrzymania ruchu jako specjalnie wyodrębnionego pionu organizacyjnego w przedsiębiorstwie. Działania realizowane w ramach takiej organizacji w większości przedsiębiorstw produkcyjnych polegają na rozwiązywaniu różnorodnych problemów wynikających z procesu produkcyjnego. Poprzez poprawę efektywności eksploatowania, która w praktyce przekłada się na wzrost (wydłużenie) zdatności urządzeń, ograniczenie awarii i przestojów maszyn i urządzeń oraz właściwą organizację i realizację prac obsługowych i konserwacyjnych, 10 Scientific Journals 19(91) Komputerowe systemy CMMs wspomagające eksploatacje maszyn i urządzeo górniczych zakrojone działania o charakterze technicznym, organizacyjnym i ekonomicznym. 3) analizę funkcji i działań, czyli zdefiniowanie obszarów zadaniowych w zakresie utrzymania ruchu systemów technicznych, określenia środków i sposobów realizacji ww. zadań, a także określenia metod kontroli realizacji tych zadań. Podstawy zarządzania eksploatacją i utrzymaniem ruchu systemów technicznych Zarządzanie eksploatacją można określić jako zestaw działań (obejmujący planowanie, organizowanie, kierowanie, motywowanie i kontrolowanie) prowadzonych w oparciu o przyjętą strategię eksploatacyjną, realizowanych w ramach odpowiednich struktur (organizacyjnych, decyzyjnych i informacyjnych) i wykonywanych z zamiarem osiągnięcia celów, wynikających z polityki eksploatacyjnej, w sposób sprawny i skuteczny. Informacje wynikające z tej definicji można uporządkować według modelu zarządzania (rys. 1), którego wykorzystanie w wersji ogólnej (nieukierunkowanej na określoną dziedzinę) zakłada [1]: Uzupełnieniem przedstawionych elementów / obszarów, które można rozpatrywać jako „techniczną” sferę zarządzania utrzymaniem ruchu, jest kultura zarządzania stanowiąca czynnik „humanizujący”, wpływający na jakość realizacji poszczególnych zadań. Jednakże ze względu na charakter (techniczny) tej pracy, kultura zarządzania nie będzie tutaj szerzej rozpatrywana (nie będzie stanowiła osobnego zagadnienia). Przedstawione zadania, wynikające z ogólnego modelu zarządzania, dotyczą szerokiego zakresu działań organizacyjno-technicznych o różnym stopniu złożoności, zależnym od cech analizowanego systemu oraz konieczności szczegółowości opisu modelu takiego systemu. Opis ten, wynikający z identyfikacji i klasyfikacji poszczególnych cech, powinien być dokonany z uwzględnieniem zbioru zasad, charakteryzujących wzorcową organizację utrzymania ruchu. Do zasad tych należą: 1) określenie strategii rozumianej jako zbiór cech stanowiących kryteria podejmowania decyzji; 2) istnienie struktur, w ramach których realizowane są działania zarządcze; 3) realizację działań zarządczych, obejmujących: planowanie i podejmowanie decyzji, organizowanie i realizowanie, motywowanie wykonawców i kontrolowanie realizacji zadań; 4) uwzględnienie właściwej kultury działań. 1) zasada celowości – organizacja utrzymania ruchu musi być zgodna z ogólnym celem przedsiębiorstwa; 2) zasada efektywności ekonomicznej – priorytetem jest rentowność przedsiębiorstwa jako całości, nie zaś działu utrzymania ruchu; 3) zasada równowagi – nadmiar uregulowań organizacyjnych zmniejsza elastyczność działania, ich niedobór prowadzi do braku określenia odpowiedzialności za podejmowane decyzje i realizowane zadania. Optymalnie powinno być tyle organizacji ile tylko potrzeba, tak mało, jak tylko jest to możliwe; 4) zasada koordynacji – zadania z zakresu utrzymania ruchu muszą być rozsądnie podzielone na zadania podstawowe i zadania uboczne, z uwzględnieniem właściwego priorytetowania. Zarządzanie Strategia Struktura Działania Kultura Rys. 1. Ogólny model obszarów i zadań związanych z realizacją funkcji zarządczych Fig. 1. General model of fields and tasks connected with realization of management functions Odnosząc przedstawiony ogólny model obszarów i zadań związanych z realizacją funkcji zarządczych do zarządzania utrzymaniem ruchu można przyjąć, że identyfikacja i opis modelu powinny w tym przypadku obejmować: Możliwości wykorzystania systemów klasy CMMs w zakładach górniczych 1) zdefiniowanie założeń strategii eksploatacyjnej, czyli określenie sposobu podejmowania i prowadzenia prac w świetle przyjętej polityki eksploatacyjnej; 2) analizę struktur, czyli rozpoznanie i opis struktury organizacyjnej, decyzyjnej oraz struktury przepływu informacji zarówno dla organizacji bezpośrednio zajmującej się zarządzaniem utrzymaniem ruchu, jak i w powiązaniu z odpowiednimi strukturami nadrzędnymi i zewnętrznymi; Zeszyty Naukowe 19(91) Komputerowe systemy wspomagające zarządzanie eksploatacją maszyn i urządzeń oraz utrzymaniem ruchu w przedsiębiorstwach z powodzeniem znalazły zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Jedną z wielu możliwości wykorzystania takich narzędzi jest ich wprowadzenie i praktyczne zastosowanie w zakładzie górniczym. Optymalizacja procesów remontowych i modernizacja złożonych systemów, np. energomechanicznych, potrzebuje 11 Witold Biały, Grzegorz Bobkowski efektywnego narzędzia wspierającego kompleksowo realizację dużych inwestycji prowadzonych zazwyczaj w czasie czynnego procesu wydobywczego. Najlepszym narzędziem do kontroli i optymalizacji tego typu zadań jest wyspecjalizowany moduł gospodarki remontowej wkomponowany w zintegrowany komputerowy system zarządzania kopalni. W przypadku wdrożenia, system taki pozwala na optymalizację w zakresie: Wdrażając system CMMs w przedsiębiorstwie górniczym, poza dokonaniem oceny technicznej poszczególnych systemów, należy [2, 3, 4]: 1) rozpoznać dostępne środki informatyczne w przedsiębiorstwie, jak sieci komputerowe, oprogramowanie i bazy danych, sprzęt komputerowy i systemy operacyjne o wymaganych przez systemy CMMs parametrach technicznych; 2) uwzględnić możliwości integracji wdrażanego systemu CMMs z istniejącymi już w przedsiębiorstwach górniczych systemami informatycznymi (np. księgowymi, płacowymi, personalnymi, gospodarki magazynowej itp.); 3) określić strukturę obiegu informacji technicznej w przedsiębiorstwie górniczym na poziomie służb utrzymania ruchu kopalni oraz ich powiązania ze strukturami nadrzędnymi (i zewnętrznymi). Pierwsze dwa punkty dotyczą wyposażenia informatycznego Zakładu Górniczego. Kopalnie posiadają systemy informatyczne, które umożliwiają poszerzenie ich o kolejne moduły. Natomiast punkt trzeci stanowi podstawę strategii wdrażania systemu CMMs. Wdrożenie systemów CMMs w kopalniach winno się rozpocząć od szczegółowego ustalenia wzajemnych powiązań istniejących środków technicznych biorących bezpośredni udział w procesie wydobycia, z możliwością późniejszego dopasowania do całej struktury technicznej kopalni [4, 5, 6]. Określone powyżej uwarunkowania użytkowe w połączeniu ze wskazanymi obszarami wspomagania mogą stanowić podstawę dla projektu wdrożenia systemu wspomagania. Projekt taki powinien uwzględniać całościowy obraz metody, od określenia warunków początkowych jej zastosowania, poprzez przedstawienie realizowanego zgodnie z tą metodą schematu postępowania, do zidentyfikowania uzyskanych wyników (rys. 2). Istotnym składnikiem projektu wdrożeniowego jest szczegółowe rozpoznanie struktur i działań stanowiących przedmiot wspomagania. Rozpoznanie takie powinno poprzedzać podjęcie decyzji „narzędziowych”, a jego wynik może być podstawą do przekształcania struktur i działań optymalizujących wspomagany podmiot oraz dostosowujących jego własności i właściwości do wymagań systemu wspomagania [4, 6]. W chwili obecnej najbardziej zaawansowane systemy umożliwiają rozszerzenie działania na wiele zakładów jednego przedsiębiorstwa rozsianych niejednokrotnie po świecie (globalnie, miejscowo), wiele języków, stref czasowych, walut rozliczeniowych itp. Instalacje tego typu dają moż- zapasów magazynowych, części i materiałów, zaopatrzenia, usług zewnętrznych, prac konserwacyjno-naprawczych, co przekłada się na efekty ekonomiczne przedsiębiorstwa. Utrzymanie ciągłości ruchu w kopalniach węgla kamiennego generuje wysokie koszty produkcji. Wprowadzenie systemu klasy CMMs w kopalniach węgla kamiennego powinno zapewnić ciągłość pracy eksploatowanych maszyn i urządzeń, a tym samym obniżyć koszty zmienne przedsiębiorstwa w wyniku wydłużenia czasu pracy tych maszyn i urządzeń [2, 3]. Podstawą sprawnego i skutecznego zarządzania utrzymaniem ruchu istniejących układów technicznych zakładów górniczych jest optymalne wykorzystanie systemów informacyjnych. Szczególnie uwidacznia się to w procesie eksploatacji układów złożonych (takich jak ciąg urabiająco-odstawczy w kopalni węgla kamiennego), w przypadku których każda informacja stanowiąca podstawę decyzji dotyczy bardzo szerokiego i różnorodnego obszaru zagadnień. Podejmowanie racjonalnych decyzji w tak specyficznym środowisku jest możliwe tylko wówczas, gdy jesteśmy w stanie uwzględnić wiele aspektów tej różnorodności. Narzędziem usprawniającym działanie służb utrzymania ruchu na terenie kopalni jest funkcjonujące rozwiązanie w postaci systemu klasy CMMs, obejmujące swym zasięgiem pełny zakres zadań realizowanych w ramach utrzymania ruchu. Systemy te sygnalizują konieczność dokonywania czynności obsługowokonserwacyjnych o charakterze prewencyjnym, ilościowe i terminowe zabezpieczenie zasobów eksploatacyjnych (narzędzia, części zamienne, materiały eksploatacyjne, sprzęt specjalistyczny) dla potrzeb działań obsługowo-naprawczych. Ponadto możliwym jest szybkie zgłaszanie, a więc i natychmiastowe podejmowanie działań wynikających z sytuacji awaryjnych, w rezultacie: optymalizacja i minimalizacja czasu niezbędnego na obsługę oraz zarządzanie dokumentacją realizowanych zadań. 12 Scientific Journals 19(91) Komputerowe systemy CMMs wspomagające eksploatacje maszyn i urządzeo górniczych 1 Analiza sposobu (algorytmu) realizacji zadania 2 Identyfikacja zadań cząstkowych podatnych na wspomaganie 3 Dobór środków i sposobów wspomagania 4 Synteza zadań wspomaganych (system wspomagania) 5 Testowanie systemu wspomagania organizacji kontraktów zewnętrznych [4]. Komputerowe systemy wspomagające zarządzanie eksploatacją maszyn i urządzeń oraz utrzymaniem ruchu przedsiębiorstw rozwinęły się nie tylko pod względem funkcjonalnym (szersze pole działania), ale istotny okazał się także rozwój skalowalności systemów. Zastosowanie systemów informatycznych może więc dotyczyć pojedynczego zakładu, jak i szeregu przedsiębiorstw wchodzących w skład większej grupy, np. kompanii / holdingu / spółki. Wdrażanie systemu CMMs jest możliwe w skali miejscowej (ciąg urabiająco–odstawczy w pojedynczym zakładzie) i skali globalnej (zarządzanie organizacjami rozproszonymi). Ta dogodna funkcja dotyczy możliwości centralizacji lub decentralizacji miejsca gromadzenia i przetwarzania informacji (danych) zgodnie ze strategią przedsiębiorstwa w ramach stworzonej jednej bazy. Możliwość wykorzystania narzędzia informatycznego w postaci systemu CMMs poprzez spójne prowadzenie prac dla wszystkich zależnych organizacji wchodzących w skład jednego organizmu (kompania / holding / spółka) przedstawione zostało na rysunku 3. System pozwala na definiowanie dowolnej liczby organizacji i / lub zakładów oraz umożliwia wybór sposobu zarządzania na poziomie przedsiębiorstwa, organizacji lub oddziału odrębnie w odniesieniu do założeń organizacyjno-ekonomicznych Rys. 2. Schemat procesu budowy systemu wspomagającego wybrane zadania inżynierskie Fig. 2. Schematic diagram of the construction process of computer system assisting some chosen engineering work liwość optymalizowania zarządzania majątkiem w zakresie całej organizacji. Bez względu na wielkość organizacji (przedsiębiorstwa) możliwe jest poprawienie dostępności i działania majątku generującego dochód. Przy użyciu systemów wspomagających zarządzanie można skrócić czas i obniżyć koszty konserwacji, a także zagwarantować dostęp niezbędnych części przy równoczesnym obniżeniu zapasów oraz poprawie zaopatrzenia i usprawnieniu PRODUCENT MASZYN I URZĄDZEŃ skala globalna skala miejscowa KIERUNEK WDRAŻANIA KIERUNEK WDRAŻANIA KOMPANIA / SPÓŁKA / HOLDING Rys. 3. Zarządzanie organizacjami rozproszonymi [2] Fig. 3. Management of scattered organizations [2] Zeszyty Naukowe 19(91) 13 Witold Biały, Grzegorz Bobkowski Podsumowanie (systemy kont, waluta bazowa, sprawozdania finansowe), jak i danych operacyjnych (kooperanci, podatki, zlecenia robót itp.). Takie rozwiązanie pozwala na sprawniejsze zarządzanie częściami zamiennymi, zasobami ludzkimi i wyposażeniem wchodzącym w skład majątku ruchomego przedsiębiorstwa. Służby utrzymania ruchu w zakładach górniczych działają w oparciu o typową strategię eksploatacji według ilości wykonanej pracy. Strategia ta stanowi podstawę systemu obsług planowo-zapobiegawczych, w efekcie czego pomijana jest prewencja, która jest istotnym kryterium w ocenie stanu technicznego obiektów eksploatacji. Zastosowanie strategii CMMs w gospodarce remontowej zakładu górniczego powinno przynieść efekty w postaci uporządkowania wszystkich czynności związanych z eksploatacją maszyn i urządzeń górniczych biorących udział w procesie wydobycia. Bez względu na wielkość organizacji możliwe jest zoptymalizowanie zarządzania majątkiem w zakresie całej organizacji. Przy użyciu systemów wspomagających zarządzanie można skrócić czas, obniżyć koszty konserwacji, a także zagwarantować dostępność niezbędnych części zamiennych przy równoczesnym obniżeniu zapasów oraz poprawę zaopatrzenia i usprawnienie organizacji kontraktów zewnętrznych. Efektywność zarządzania utrzymaniem ruchu w zakładach górniczych jest możliwa przy jednoczesnym zagwarantowaniu trzech podstawowych warunków uwzględniających: racjonalny wybór systemu wspomagającego, jego odpowiednie wdrożenie oraz odpowiedni proces użytkowania systemu. Miejsce wdrożenia systemu CMMs w zakładzie górniczym Na podstawie przeprowadzonej analizy górniczych systemów stwierdzono, że największą awaryjnością charakteryzuje się kompleks ścianowy. Z przeprowadzonej analizy wynika, że w ciągu urabiająco-odstawczym awariom najczęściej ulega kombajn oraz przenośnik. Rozpoczęcie wdrażania systemu CMMs metodą multi-site należałoby rozpocząć od kompleksu ścianowego. Przyjmując założenie, że pierwszym miejscem wdrożenia systemu CMMs będzie ściana wydobywcza, przedstawiono przykładowe wyposażenie ściany I/1000 w sposób zhierarchizowany, przypisując maszynom, zespołom, podzespołom i elementom unikalne kody pozwalające na identyfikację i śledzenie lokalizacji maszyn i urządzeń (rys. 4). Dla poszczególnych elementów ściany przedstawiono schemat ogólny, natomiast dla obudowy zmechanizowanej – szczegółowy schemat hierarchiczny (rys. 5). 1 1_1 KOMBAJN GÓRNICZY ŚCIENNY M 1100 1_1_1 – PZ (np. silnik elektryczny) 1_1_1_1 – CZ (np. wirnik) 1_1_1_2 – CZ (np. wał dwuwyjściowy) 1_1_1_3 – CZ 1_1_2 – PZ (np. ciągnik hydrauliczny) 1_1_2_1 – CZ (np. komora elektryczna)) 1_1_3 – PZ (np. głowica urabiająca sztywna) 1_1_3_1 – CZ (np. wał organu urabiającego) 1_2 ŚCIANA I/100 PRZENOŚNIK ZGRZEBŁOWY M 1200 OBUDOWA ZMECHANIZOWANA M 1300 1_2_1 – PZ (np. wał wysypowy i zwrotny) 1_2_1_1 – CZ (np. podst. zespoły napędów) 1_2_1_2 – CZ (np. kadłub napędu) 1_3_1 – PZ (np. stropnica kompletna) 1_3_1_2 – CZ (np. stropnica zasadnicza) 1_3_1_3 – CZ (np. siłownik) 1_2_2 – PZ (np. podstawowe zespoły zwrotni) 1_2_2_1 – CZ (np. kadłub zwrotni) 1_3_2 – PZ (np. stropnica wychylno-wysuwna) 1_3_2_1 – CZ (np. stropnica wychylna) 1_3_2_2 – CZ (np. stropnica wysuwna) 1_2_3 – PZ (np. rurociąg) 1_2_3_1 – CZ (np. podst. zespoły rurociągu) 1_2_4 – PZ (np. belka kotwiąca) 1_1_4 – PZ (np. głowica urabiająca ramionowa) 1_1_4_1 – CZ (np. część stała głowicy) 1_1_4_1_1 – CZ (np. sprzęgło) 1_1_4_1_2 – CZ (np. pompa olejowa) 1_1_4_1_3 – CZ (np. siłownik hydrauliczny) 1_3 1_3_3 – PZ (np. zespół spągnic) 1_3_3_1 – CZ (np. spągnica prawa i lewa) 1_3_3_2 – CZ (np. sworzeń) 1_2_5 – PZ (np. łańcuch zgrzebłowy) 1_2_6 – PZ (np. urządzenie do napinania łańcucha zgrzebłowego) 1_1_6_1 – CZ (np. hamulec) 1_1_6_2 – CZ (np. zaczep) 1_3_4 – PZ (np. układ przesuwu) 1_3_4_1 – CZ (np. przesuwnik) 1_3_4_2 – CZ (np. belka przesuwna) Rys. 4. Wyposażenie ściany I/1000 Fig. 4. Elements of equipment of I/1000 longwall 14 Scientific Journals 19(91) Komputerowe systemy CMMs wspomagające eksploatacje maszyn i urządzeo górniczych 1_3 1_3_1 – Stropnica kompletna OBUDOWA ZMECHANIZOWANA FAZOS – 15/31 – Poz/BSN 1_3_2 – Stropnica wychylno-wysuwna 1_3_3 – Osłona kompletna 1_3_4 – Zespół spągnic 1_3_1_2 – Stropnica zasadnicza 1_3_2_1 – Stropnica wychylna 1_3_3_1 – Osłona odzawałowa 1_3_4_1 – Spągnica prawa 1_3_1_3 – Osłony stropnicy stałe 1_3_2_2 – Stropnica wysuwna 1_3_3_2 – Osłony boczne stałe 1_3_4_2 – Spągnica lewa 1_3_1_4 – Osłony stropnicy ruchome 1_3_2_3 – Osłona czoła ściany 1_3_3_3 – Osłony boczne ruchome 1_3_4_3 – Sworzeń 1_3_1_5 – Siłownik 1_3_1_6 – Prowadniki osłon 1_3_1_7 – Sprężyny 1_3_4_4 – Łącznik 1_3_2_4 – Siłowniki 1_3_3_4 – Siłownik 1_3_2_5 – Sworznie 1_3_3_5 – Ucha 1_3_4_5 – Siłownik korygujący 1_3_2_6 – Prowadniki 1_3_3_6 – Ceowniki 1_3_1_8 – Sworznie 1_3_5 – Układ przesuwu 1_3_5_1 – Przesuwnik 1_3_5_2 – Belka przesuwna Rys. 5. Schemat hierarchiczny odbudowy zmechanizowanej Fig. 5. Hierarchic diagram of mechanized lining Bibliografia 5. BIAŁY W., ROZMUS M.: Możliwości zastosowania narzędzi komputerowych w serwisowaniu maszyn górniczych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 12(419) 2005. 6. HELEBRANT F., JURMAN J., FRIES J.: Maintenance of machines from the point of view of modern functional operation. Ekonomika i Organizacja Przedsiębiorstwa nr 7, Warszawa 2005. 1. LOSKA A.: Bazy danych we wspomaganiu zarządzania eksploatacją maszyn i urządzeń. Rozprawa doktorska, Gliwice 2002. 2. BIAŁY W., BOBKOWSKI G.: Możliwości wykorzystania narzędzi komputerowych w gospodarce remontowej kopalń węgla kamiennego. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 4 (411) 2005. 3. BOBKOWSKI G., SKOĆ A.: Możliwość poprawy trwałości maszyn i urządzeń górniczych w wyniku wprowadzenia komputerowych systemów CMMs. Monografia zbiorowa pod red. A. Skocia: Zagadnienia Trwałości w Projektowaniu, Badaniach i Eksploatacji Elementów Maszyn, Gliwice 2003. 4. KONDERLA J.: Komputerowe systemy CMM wspomagania eksploatacją maszyn – strategia wdrażania. Praca dyplomowa. Politechnika Śląska, Gliwice 2005. Zeszyty Naukowe 19(91) Recenzent: dr hab. inż. Zbigniew Matuszak profesor Akademii Morskiej w Szczecinie 15 Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 16–23 2009, 19(91) s. 16–23 Remarks on human reliability with reference to marine power plant operation Analiza niezawodności człowieka w kontekście pracy w siłowniach okrętowych Leszek Chybowski, Zbigniew Matuszak Akademia Morska w Szczecinie, Wydział Mechaniczny Instytut Technicznej Eksploatacji Siłowni Okrętowych 70-500 Szczecin, ul. Wały Chrobrego 1-2, e-mail: [email protected], [email protected] Key words: human factor, human error, human reliability measure, marine system, offshore technical object Abstract This article is an introduction to the analysis of human reliability in specific anthropotechnic systems, such as marine power plants. The human factor is discussed as one that is responsible for creating dangerous situations during the operation of offshore technical objects, mainly sea-going vessels. Besides, we indicate the place of a human being in marine technical systems, his specific qualities and interaction with the environment. Selected classifications of human errors are given as well as their particular causes. Then we present a model of an autonomous system referring to the human being, based on Mazur‟s concept. Besides, potential fault nodes resulting from that model are specified. We show examples of quality and quantity models that are helpful in the analysis of the reliability of the human, an element of such technical systems as marine power plants. Final remarks include possible applications of mathematical models herein presented in analyses as well as some restrictions in the use of these models. Emphasis has been put on essential difficulties in utilizing simulators for the examination of the reliability of the human considered as the operator of a marine power plant. These difficulties are due to a variety of interactions within the system (the vessel) and relations with the external environment. Słowa kluczowe: czynnik ludzki, błąd człowieka, miara niezawodności człowieka, system okrętowy, obiekt oceanotechniczny Abstrakt W materiale dokonano ogólnego wprowadzenia do tematyki analizy niezawodności człowieka w specyficznych systemach antropotechnicznych, jakimi są siłownie okrętowe. Wskazano na udział czynnika ludzkiego w powstawaniu sytuacji niebezpiecznych podczas pracy obiektów oceanotechnicznych, w tym statków morskich oraz miejsce człowieka w okrętowych systemach technicznych, jego specyficzne cechy i interakcje z otoczeniem. W artykule przedstawiono wybrane klasyfikacje błędów człowieka oraz wskazano szczególne przyczyny ich powstawania. Przybliżono, oparty na koncepcji Mazura, model systemu autonomicznego w odniesieniu do człowieka oraz wyszczególniono wynikające z tego modelu potencjalne węzły niezdatności. W artykule pokazano przykładowe modele jakościowe i ilościowe pozwalające na wsparcie analizy niezawodności człowieka jako elementu systemów technicznych, jakimi są siłownie okrętowe. W uwagach końcowych omówiono możliwość wykorzystania w analizach przedstawionych w pracy modeli matematycznych i ewentualne ograniczenia ich zastosowań oraz zaakcentowano istotne trudności wykorzystania symulatorów w analizie niezawodności człowieka – eksploatatora siłowni okrętowej z uwagi na specyficzne interakcje zarówno wewnątrz systemu jakim jest statek, jak też związki ze środowiskiem zewnętrznym. Introduction understood reduction in the quality of operation of most systems, e.g. biological, economic, social, technical (including marine objects) and others. Disturbances in the operation of systems caused by Practice shows that the human factor makes up the greatest hazard that may cause a widely 16 Scientific Journals 19(91) Remarks on human reliability with reference to marine power plant operation people (omission, ignorance, fatigue etc.) are dealt with as various facets of system analysis. They mainly pose a threat to occupational safety and operational reliability, and lead to a reduction of the effectiveness of anthropotechnical systems operation. This also refers to marine transportation systems and their sub-structures, such as vessels and offshore technical objects and port systems. With reference to sea-going vessels, one of the essential factors ensuring safe and reliable execution of tasks assigned to them is the proper functioning of marine power plants in cargo and/or passenger ships as well as special-purpose vessels. Further in this article we examine some problems, which include selected quantity and quality measures connected with the determination of power plant operator‟s reliability. The material presented herein refers to the problem of unintended human unreliability. This restricts the application of presented models so that they cannot be used in intentional actions of a person aimed at deliberate steps putting a system in a down state, e.g. industrial sabotage. Environment Technical object Fig. 1. The model of the human – technical object – environment system Rys. 1. Model systemu współzależności człowiek – objekt techniczny – środowisko of the personnel interacting with machinery and equipment should be taken into account. Apart from major overhauls executed with the help of land-based personnel, in normal operating conditions many functions are performed by ship‟s engineers, which is due to unusual working conditions and no assistance from land-based infrastructure. In this approach, the ship‟s engineer (locally on the operational and management levels) is both the user of marine power plant subsystems (use and technical state control), a person executing a number of maintenance processes (repairs, maintenance, inspection of spares and writing orders for spare parts and operating materials), at the same time being the system observer who prepares reports and improves his professional competence (particular functions). It should be noted that the marine power plant system has some untypical features, such as the impossibility to postpone some maintenance works, no possibility for spares to be delivered promptly, necessity of implementing temporary solutions in emergency situations that on land would be out of consideration, and a strong influence of external environmental factors (waves, tides, winds, storms etc). In addition, ship‟s personnel is under strong stress that may occur over a long period of time (isolation from the society for a long time) and suddenly happening in emergency situations, when a quick response may be critical in rescuing human life or preventing injuries. The environment can also affect the object indirectly, changing the condition of human-operator. The reverse effect is also possible. All the above properties make the statistical share of humans in marine accidents quite high. The most frequent cause of marine accidents are errors made by the human (ship‟s personnel) while operating the ship (handling and maintenance), and any other object at sea. According to a local analysis of marine accidents [2] that occurred in 2002, covering 834 Place of a human in the evaluation of marine power plant operation The marine power plant is an anthropotechnical system of the human – technical object – environment (H-T-E) type. An example of basic interactions within such a system is shown in figure 1. The safety of the marine power plant and its operation can be analyzed by evaluating elements of a given system, consisting of a human – operator and the environment (H-T-E system). By decomposing the element H (human) we can distinguish the direct user (operator) and various classes of operational managers (management level). In the area E (environment) we can identify a person not directly associated with object operation and an artificial environment (co-operating objects and others, occurring only in the environment) and the natural environment (inanimate: atmosphere, lithosphere, hydrosphere and animate: fauna and flora). The human, an element of the H-T-E system, may generally be considered in various ways: a user handling a machine (pilot, driver, etc.), a technician servicing a machine in the maintenance process (state control, running or preventive repairs), a system element realizing certain particular functions (investigator, observer), a person using a service provided by a machine (e.g. a passenger of a given means of transport) [1]. If we consider marine power plants, various aspects of activities Zeszyty Naukowe 19(91) Human 17 Leszek Chybowski, Zbigniew Matuszak 70 65 Total 114 causes 60 50 40 31 30 20 10 10 5 2 1 Inappropriate management Force majeure 0 Insufficient Insufficient Insufficient Defective structure, maintenance, maintenance, maintenance, material, equipment etc. inspection or handling inspection or handling inspection or handling of the main engine of lubricating oil/fuel oil of auxiliary engine etc. Fig. 2. Causes of marine accidents in 2002 connected with a failure of ther marine power plant; report of the Marine Accident Inquiry Agency Rys. 2. Przyczyny wypadków morskich w 2002 r. związane z awarią siłowni okrętowych; raport Agencji Badania Wypadków Morskich accidents involving 1259 ships, about 99 cases (12% of all accidents) are accidents due to a failure of marine machinery. The shares of particular causes of failures of ship‟s installations for this case are shown in figure 2. The greatest share, i.e. 65 failures are connected with improper maintenance, inspection or handling of main engines. Errors in the operation of power plant systems and auxiliary engines are also focused on the human (operator), being an element of the marine power plant system. Generally, the unreliability of humans (personnel) who work surrounded by the marine environment is one of the main causes of accidents, failures and sinking of offshore systems. Most often such accidents directly or indirectly cause the pollution of the marine environment or loss of human life. That unreliability most often results from improper adjustment of the objects as such or their components to the needs and possibilities of the human. Considering the man as an operator of a machine – a technical device – we see it is important that action controlling that machine are taken in due time and correct (error-free). That is because both system effectiveness and, in many cases, the safety of operator, other persons and technical system components or the environment depend on it. Promptness and correctness are basic characteristics of the human as an element of the H-T-E system [3]. Safety should characterize the entire system: a person affects the system safety to same degree as work in improper time, inaccuracy and human erroneous actions generate emergency situations. Kotarbiński extended the classification of human errors that can be considered in the presented approach of H-T-E interactions in nine different categories of errors [4]: substitutes of actions (actions directed at an object very similar to the proper object), automatic implementations (propagation of actions in the wrong direction), losing (squandering of objects), lateness (including sluggishness and laziness), unsuccessful searching (goal not achieved despite the effort made), failing to interfere (passive attitude in taking actions), impulsive (feverish) reactions and practical errors based on logical errors (execution of wrong conclusions). Event rankings in marine power plant systems During the quality analysis of technical system reliability, including such systems as offshore technical objects, usually minimal cuts of unreliability are searched for on the basis of the system model (block diagram of reliability, fault tree, binary equation etc.). When a set of all minimal cuts is found, it is possible to further process the data in order to identify the type of individual elements (events) in the obtained minimal cuts. On this basis we can also infer the priority of a given cut. The criticality rank [5] of a given cut may then be adopted from the following ranking (see fig. 3) of component events corresponding to the elements of the system presented. 18 Scientific Journals 19(91) Remarks on human reliability with reference to marine power plant operation Human reliability in the technical system Human reliability is considered as person‟s ability to perform certain actions in a preset time interval and in specified conditions of the environment. Among various functional states of the human two main groups are identified: normative and pathological states. It is usually difficult to find a clear-cut distinction between the two states, although this distinction is important while we consider reliability and intend to determine the effect of these states on human errors. In the assessment of operator performance what is important is the effect of his actions as well as the manner in which the effect has been achieved, if it is important due to processes taking place in control objects and due to the economy of their operation process. A model of operator‟s (ship‟s engineer‟s) reliability independent of time corresponds to routine work done in the process of using marine installations (plants), such as switching on and off machines and equipment, switching over machines and installations, changing operating parameters and settings of automatic control systems. This model has the following form: Fig. 3. Ranking of primary events used in the qualitative reliability analysis Rys. 3. Klasyfikacja zdarzeń podstawowych wykorzystywanych w jakościowej analizie niezawodności The ranking of events presented in figure 3 is based on an assumption that human errors occur more frequently than active components failures, and the latter are more frequent than passive component failures. For example, a pump in operation is much more susceptible to failures than a standby pump. The ranking above may be used for the quality classification of the priorities of minimal cutsets composed of two or more primary events. Figure 4 presents ranks of two-component minimal cutsets. R P(Z 1, W 1) (1) where: Z – discrete random variable such that: Z = 1, when an operator‟s task has been realized, and 0 – when it has not been realized; W – discrete random variable such that: W = 1, when the task has been performed in a correct manner, and 0 – when it has been executed in an incorrect manner. A model of time-dependent reliability is useful in assessing ship‟s engineer‟s (operator‟s) performance in emergency situations or such situations in which failing to perform the task in a specified time poses a threat to a installation or objects located in its environment. Certain cases can be distinguished in which the engineer, responding to disturbances or failures carries out routine actions and such that are taken solely on the basis of his knowledge. Time-dependent reliability is described by the relation (2). The time of execution is generally subject to the log-normal distribution [6]. R(t ) P(Z 1, T t ) where: T – continuous random variable expressing the time of task execution by the operator; t – positive real number. Fig. 4. Ranks of minimal cutsets composed of two primary events Rys. 4. Klasyfikacja czynników wpływających na podstawowe zdarzenia Zeszyty Naukowe 19(91) (2) 19 Leszek Chybowski, Zbigniew Matuszak The human being is a highly complex system with a redundant reliability structure. From the cybernetic point of view the human can be regarded as an autonomous system because he: functioning of specific elements of the system modelled in this way. The following errors can be distinguished in particular: errors of reception of information from the environment (these may result from the imperfection of receptors and from disturbances in information acquired from the environment), errors of information processing (these may be due to excessive amount of information exceeding the capabilities of the correlator or its being unadjusted to process a particular piece of information), incorrect influence on the environment (these errors may be due to the decrease of functional stability or exceeding of the capabilities of effectors), lost or restricted ability to act due to injuries of human organs, lost or restricted ability to adapt to changes occurring in the environment. Taking into consideration the above mentioned characteristics we can evaluate such qualities of human reliability as faultlessness and effectiveness. These two characteristics determine human operational reliability, while failure-free operation determines biological reliability. As the problems of research into human errors and their consequences in H-T-E systems are highly complex, there is a need to develop new relevant methods of investigation. According to Brandowski, operator‟s reliability can be determined through simulator-based examination [8]. This is connected with the fact that in natural conditions the data indispensable for the estimation of operator‟s reliability characteristics cannot be obtained, as tasks performed by the operator in dangerous situations may cause loss of property and pose a threat to human life and health. The quantitative measure of human biological reliability can be expressed as the probability of maintaining the ability to act in a specified time interval and in specified conditions. With reference to the human being we can utilize the engineering concept of element failure, and thus use such notions as reversible failures (temporary instantaneous loss of ability to act as a result of stress, illness, alcoholic stupor) or irreversible failures (improper functioning of certain organs of the human, death). Human reliability can be measured as the probability of success achieved in performing a job or task at a given stage of system functioning within a specified time interval, determined by task execution time requirements. A correct action consists in undertaking planned activities in scheduled time. An incorrect action can damage a device or may change the course of performing actions (task). Jaźwiński [3] presents a model of time required for task execution by a person. has a capability of self-control, is capable of preventing the loss of that ability, is able to maintain a functional balance in spite of changes in his environment, tries to keep up his existence and functions for his own interests. The human body fulfils all functions of an autonomous system, which allows to classify, according to Mazur‟s concept [7], various human qualities, such as: affecting the environment (through effectors), acquiring information from the environment (through receptors), taking energy from the environment (through alimentators), storing and processing information (using correlators), processing and storing energy (using accumulators), maintaining the functional balance (using homeostats). A simplified representation of the human as an autonomous system and relations Human-Environment are shown in figure 5. Fig. 5. Structure of the human as an autonomous system Rys. 5. Człowiek jako przykład systemu autonomicznego From the point of view of reliability the human can be characterized by a number of errors. Some classifications have already been presented. Using the model shown in figure 3, we can classify human errors by taking into consideration incorrect 20 Scientific Journals 19(91) Remarks on human reliability with reference to marine power plant operation The human needs a specific time T1 to receive information (depending on capabilities of the receptors), information analysis time T2 (depending on the capabilities of the correlat), decision-making time T3 (co-operation between the correlator and the effector), decision execution time T4 (dependent on the capabilities of the effector). A task will be done in due time / promptly, if the specified time for task execution will satisfy this inequality T1 T2 T3 T4 T0 Validity index Pa (operator‟s working time adequacy) is expressed by the probability of performing the tasks by the operator in time τ < T0, written in this form: Pa P( T0 ) Nj (3) When the operator works continuously, the probability R0(t) of his correct (error-free) work is sometimes described by analogy to technical systems in the following form: t R0 (t ) exp 0 ( ) d 0 The application of this approach, however, is very difficult due to the fact that the human characteristics change affected by varying internal and external conditions. All this makes it at times impossible to describe clearly the relationship between operator‟s reliability and duration of his work. Human ability to correct his errors can be regarded as the probability Rkb(t) that an error admissible during task performance will be corrected after the time t at a specified workload and a state of environment is adequate to the task being executed. The probability of correcting an error is defined by this relation (4) Operator’s availability index K is the probability that the operator will be able to start work any any moment, such that: T1 T (5) where: T1 – time when the operator withdraws from work; it is a period of operator‟s absence from his work station, T – total time of operator‟s work. t Rkb (t ) exp ( ) d 0 Operational reliability of the user-operator can be defined as the probability of correct and prompt task execution composed of elementary actions, and is described by this relation: (6) where: Pk – probability that a controlling device will send a signal, Pw – probability that the operator will detect the signal sent by the controlling device, Pp – probability that incorrect operations will be corrected when done for the second time. Zeszyty Naukowe 19(91) (9) where: μ(t) – frequency of correcting an error by a person at an instant t. Restitution index Ppop is connected with operator‟s self-control and correcting his own actions. This index determines the probability of correcting errors made by the operator, such that: Ppop Pk Pw Pp (8) where: λ0(t) – intensity of making errors by a person at an instant t. where: Nj – total number of performed operations, nj – number of errors made. K 1 (7) where: f(τ) – function of density of the probability that the operator will execute the task. Lomov proposed four principal quantitative indexes of human reliability, namely the correctness, availability, restitution and validity indexes [9]. Operator’s correctness index Pj is a measure defining the probability that the operator will work without making any errors (probability of errorfree, / correct / task execution), which can be expressed in this form: N j nj f ( ) d 0 where: T0 – preset time for task execution. Pj T0 R0 N i 1 N Pi P Ti T0 i 1 (10) where: Pi – probability of error-free (correct) execution of i-th action, Ti – execution time of i–th action, T0 – time assigned to task execution. 21 Leszek Chybowski, Zbigniew Matuszak When a ship‟s personnel acts under stress, e.g. while eliminating the consequences of a serious marine disaster in order to save their lives, magnitudes Ti (i = 1,2,...,N) are stochastically dependent, that is probabilities Pi are functions of stress. Then practical use of the relation (10) becomes very difficult or just impossible. In order to determine human operational reliability computations using the presented mathematical models are supported by computer-aided simulations. mental, physiological, sociological and other conditions. All these factors lead to a conclusion that vessel personnel should be in the care of personality psychologists. The combination of all relevant studies facilitates an analysis of social interactions in a group and mechanisms affecting the functioning of this group. Shipowners tend to economize at all costs, especially by reducing the number of on board personnel. This shows that shipowners have, unfortunately, a technocratic approach to operators of offshore technical systems. Determining the reliability of a human as a technical system we should take into consideration a number of factors, such as: probability of an error that can be made while performing each operation within human activity; possibility of predicting most essential errors that can be made in the process of handling and maintenance of devices; frequency of failures of devices and technical systems caused by the human; taking into considerations those human errors that are irreversible; probability of correct operation of a device (system) providing an error has been made. The selected measures of human reliability herein presented can be used in reference to marine power plants as a helpful tool in a preliminary assessment of how various types of events (human errors) affect and interact with failures of machines and devices. The specific design of marine systems (many elements occur in many system cutsets) [11, 12] as redundancies in such systems are necessary /in connection with redundancies in such systems) as well as shortage of data obtained from operations of similar objects, i.e. vessels (due to the character of marine power plants, which are usually unique systems) may substantially hamper quantitative analyzes of human participation in putting a system in a down state. Another essential factor which makes such analysis difficult is the character of works done during the operations of marine power plants that are never the same on various ships (even sister vessels); besides many works done even on the same ship are unique actions (performed just once during the overall maintenance process). In spite of the fact that simulators for identifying human reliability are a powerful tool in examining pilots (aeronautics, astronautics), these features of activities / work in the marine power plant significantly restrict possibilities of using such simulators in examining the reliability of a human – an operator of a marine power plant (ship's engineer). However, for certain activities / operations it is possible to Final conclusion During the realization of elementary actions (information reception and processing, decision making and execution) the operator may make errors. In this approach human errors can be traced at all the stages of the existence of a given technical system, including the marine power plant. In particular, these errors are as follows: designing errors due to insufficient designing quality, errors occurring due to improper performance of predicted maintenance activities by the personnel or due to the performance of unpredictable procedures, manufacturing errors caused by bad quality of work or improper material or by making a product not in accordance with the requirements, errors of technical maintenance occurring in the process of operation as a result of bad quality of repairs and assembly, errors of quality inspection resulting in acceptance of defective products as good ones, or acceptance of an overhauled machine with incorrectly repaired parts, errors of improper storage and transport. Among errors made during personnel‟s work the following can be mentioned: insufficient qualifications of maintenance personnel, performing improper maintenance or handling actions, improper working conditions, insufficient or improper working tools, improper incentives for error-free work. In spite of a wide range of mechanisms and locations where human errors are made, the fact that these processes are complex [10] and have a random character makes an analysis of the anthropotechnic system reliability very difficult. As a rule, in a reliability analysis of a specific system failures caused by the operator‟s error are omitted if they are nor very expensive to remove. In some particular situations they are even hidden. Vessel crews are in a special situation, relying only on their skills, spares and supplies available on board and restricted possibilities of repairs in on board workshops. Furthermore, a crew, a small group of people staying together in a relatively restricted area for several months has specific 22 Scientific Journals 19(91) Remarks on human reliability with reference to marine power plant operation adopt some analogous models from aeronautics, supported by data on pilots' reliability obtained from simulation tests. 9. References 10. 1. CHYBOWSKI L., GRZEBIENIAK R., MATUSZAK Z.: Uwagi o możliwości wykonania zadania przez operatora systemu technicznego. Zeszyty Niezawodność i Efektywność Systemów Technicznych. KGTU, Kaliningrad 2006, 72–78. 2. Report On Marine Accidents 2003. Toward Prevention of Recurrence of Marine Accidents. Marine Accident Inquiry Agency, Tokyo 2003. 3. JAŹWIŃSKI J., BORGOŃ J.: Niezawodność eksploatacyjna i bezpieczeństwo lotów. WKiŁ, Warszawa 1989. 4. KOTARBIŃSKI T.: Sprawność i błąd. PZWS, Warszawa 1970. 5. VATN J.: Finding minimal cut sets in a fault tree. Reliability Engineering and System Safety 36, 1992, 59–62. 6. DOUGHERTY E.M., FRAGOLA J.R.: Human Reliability Analysis. John Wiley & Sons, New York 1988. 7. MAZUR M.: Cybernetyka i charakter. PIW, Warszawa 1975. 8. BRANDOWSKI A.: Symulator do badań niezawodności człowieka – operatora zautomatyzowanych instalacji okrę- Zeszyty Naukowe 19(91) 11. 12. towych. Materiały XVIII Międzynarodowego Sympozjum Siłowni Okrętowych. Wyd. WSM w Gdyni, Gdynia 1996, 79–86. Osnowy inżyniernoj psychologii. Praca zbiorowa pod red. B.F. Łomow, Wysszaja Szkoła, Moskwa 1977. RATAJCZAK Z.: Niezawodność człowieka w pracy. PWN, Warszawa 1988. CHYBOWSKI L., MATUSZAK Z.: Estimation of unavailability of main power plant fuel supply system installed onboard seabed exploring offshore vessel. Journal of Explo-Diesel & Gas Turbine ‟05, IV International Scientifical-Technical Conference. WOiO Politechnika Gdańska, Gdańsk 2005, 65–71. CHYBOWSKI L.: Usefulness of selected analytical algorithms for calculation of unavailability of marine power plant auxiliary systems. Надежность и Эффективность Технических Систем. Международный Сборник Научных Трудов. KGTU, Kaliningrad 2005, 17–22. Recenzent: dr hab. inż. Andrzej Grządziela profesor Akademii Marynarki Wojennej w Gdyni 23 Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 24–34 2009, 19(91) s. 24–34 Nieznana historia oznak Marynarki Wojennej Unknown history of Polish Navy patches Grzegorz Ciechanowski Uniwersytet Szczeciński, Wydział Humanistyczny, Katedra Badań nad Konfliktami i Pokojem 71–017 Szczecin, ul. Krakowska 71/79, e-mail: [email protected] Słowa kluczowe: Marynarka Wojenna, mundur, oznaki Abstrakt W artykule przedstawiono proces opracowania i wdrożenia w okresie 1997–1999 oznak przeznaczonych dla załóg jednostek Marynarki Wojennej. Autor opisuje tradycje wojskowych odznak pamiątkowych w Wojsku Polskim, przyczyny odstąpienia od nich w okresie PRL, historię odrodzenia ich idei po 1989 r. wraz z pierwszymi próbami czynionymi na tym polu od początku lat osiemdziesiątych. Główną część materiału zajmuje opis procesu opracowania odznak i oznak dla załóg okrętów Marynarki Wojennej, realizacji pomysłu oraz rezultatów i emocji, jakie budziły wśród marynarzy. Oznaki, choć pierwotnie pomyślane jako pamiątkowe emblematy, zostały zaadoptowane przez marynarzy jako ich własne wyróżniki. Część z nich trafiła na mundury, stając się ich widocznym elementem. Key words: Polish Navy, uniform, patches Abstract The article describes the project creating Polish Navy patches in the period 1997–1999. They were designed and directed immediately to crews of vessels and shipborne forces consist of auxiliary vessels, cutters and motorboats, etc. Author starts with information about Polish military traditions concerning military badges and sources of the patches idea. The next part presents history of project realization and stress the effects. Part of the patches was adopted by crews and became official element of seaman‟s uniform. The patches were in use only for two years and therefore it is rather unknown details of Polish Navy history. Wstęp ten odrodził się wyraźnie po uzyskaniu przez nasz kraj suwerenności, czego następstwem stało się m.in. przejęcie międzywojennych tradycji przez współczesne Wojsko Polskie. W okresie PRL komunistyczne władze, jak również dowództwa wysokiego szczebla, niechętnie patrzyły na wszelkie próby upodmiotowienia służby wojskowej. Żołnierze posługiwali się jedynie kodem jednostek wojskowych składającym się ze skrótu „JW” oraz kombinacji czterech cyfr i najczęściej nie znali nawet pełnej nazwy swojej jednostki. W myśl rozdętej tajemnicy wojskowej mundur pozostawał najczęściej anonimowy, bez żadnych oznak wyróżniających dany pułk czy batalion1. Od wieków wśród wojskowych całego świata istnieje niezwykle silna chęć podkreślenia odrębności nie tylko własnej państwowości, ale i rodzaju broni, w której służą oraz charakteru własnej jednostki. Efekty tego możemy obserwować chociażby podczas różnych świąt państwowych, dostrzegając wiele rodzajów mundurów tej samej przecież armii. To zjawisko definiowane jest często jako esprit de corps – duch koleżeństwa, który był kluczowym elementem dumy z przynależności do danej formacji w okresie międzywojennym. Tego poczucia wyjątkowości nie dało się wyplenić w okresie PRL. Funkcjonowało bardziej w personalnych postawach wielu żołnierzy, szczególnie elitarnych rodzajów służby, aniżeli w jakiejkolwiek oficjalnej formie. Obowiązywała zresztą wówczas inna idea. Duch 1 24 Faktem jest, że w tym okresie na mundurze znaleźć można było wiele elementów podkreślających kolektywne aspekty służby: odznaki „Wzorowy Żołnierz”, Scientific Journals 19(91) Nieznana historia oznak Marynarki Wojennej Tymczasem wśród wielu żołnierzy istniała wspomniana tendencja wyróżnienia się choćby detalem na tle anonimowej masy. Liczne przykłady takiej chęci podkreślenia odrębności można zaobserwować od połowy lat siedemdziesiątych XX wieku. Miały one charakter nieoficjalnych eksperymentów – na mundurach pojawiały się odznaki przynależności do konkretnego pułku czy dywizjonu, zrazu bardzo skromne, nie ujęte w żadnym oficjalnym dokumencie, ale łatwo rozpoznawalne w zamkniętym wojskowym środowisku. Dopiero przemiany ustrojowe w Polsce spowodowały prawdziwą lawinę pomysłów i projektów, z których część urzeczywistniła się w postaci odznak czy oznak konkretnych jednostek wojskowych. W latach 1997–1998 narodziła się w zaskakujących okolicznościach seria oznak przedstawiających początkowo okręty MW RP, przeznaczona głównie dla kolekcjonerów. Pomysł jednakże okazał się na tyle atrakcyjny dla załóg jednostek pływających, że część z nich trafiła na marynarskie mundury i pozostawała na nich nawet po wprowadzeniu oficjalnego emblematu Marynarki Wojennej w 1999 r. Na czym polegał ten fenomen? Na to pytanie stara się odpowiedzieć niniejszy materiał. odznak pamiątkowych zaczęto ogłaszać w Dziennikach Rozkazów Ministerstwa Spraw Wojskowych. Podczas II wojny światowej jednostki Polskich Sił Zbrojnych na Zachodzie posiadały własne odznaki pamiątkowe, a niektóre odtworzone oddziały zachowały znaki przedwojenne. Wielu żołnierzy wywodzących się z przedwojennego wojska, a służących w kontrolowanej przez komunistów 1. i 2. Armii WP nosiło w początkowym okresie odznaki pamiątkowe swoich starych jednostek, które jakimś cudem ominęły sowieckie, bądź hitlerowskie sita. Po wojnie w kraju zaniechano i tej tradycji. Wyjątkiem była 1. Dywizja Zmechanizowana im. Tadeusza Kościuszki ze swoją charakterystyczną odznaką. W całej armii przestrzegano zasady anonimowości wojska i nie stosowano żadnych wyróżników jednostek. Tłumaczono to tajemnicą wojskową rozdętą do paranoicznych wręcz rozmiarów, ale chodziło przede wszystkim o powstrzymanie wszelkich prób indywidualizowania się, tak niemiłego obowiązującej wówczas ideologii. W oddziałach i pododdziałach zachodził jednak proces odwrotny od oczekiwań „góry”. Żołnierze chcieli zaznaczyć się na tle szarej (zielonej) masy mundurów, dlatego pojawiły się pierwsze skromne jeszcze odznaki pamiątkowe jednostek. Zaczęło się w lotnictwie. Jedną z pierwszych odznak w 1973 r. wybił 61. Lotniczy Pułk Szkoleniowo-Bojowy w Białej Podlaskiej z okazji 15-lecia powstania jednostki. Był to sygnał dla zapaleńców tej idei. Wkrótce pojawiło się wiele odznak bojowych pułków i jednostek logistycznych wojsk lotniczych i WOPK3, często niedopracowanych i niskiej jakości. Ponieważ czterocyfrowa kombinacja po literach „JW" była jedynym i dopuszczonym do publicznego obiegu wyróżnikiem oddziału wojskowego, niektórzy projektanci znaków próbowali w jego rysunku kodować najczęściej tajny numer (np. 12. Dywizjon Trałowców), bądź też inne informacje o jednostce4. W Marynarce Wojennej odznaki pamiątkowe pojawiły się później. Za pierwszy pamiątkowy wyróżnik bojowego okrętu trzeba chyba uznać odznakę pierwszej załogi ORP „Orzeł” III (klasy Kilo) z 1986 r., wykonanej zresztą na mistrzowskim, i to światowym Tradycje wojskowych odznak pamiątkowych W okresie II RP honorem każdej formacji wojskowej było opracowanie i wybicie własnego, niepowtarzalnego znaku, noszonego zazwyczaj na lewej kieszeni kurtki munduru2. Takie odznaki posiadały pułki piechoty, kawalerii, ale również załogi okrętów. Bywało, że jedna jednostka miała kilka znaków, często różniących się znacznie od siebie. Powodowało to nieporozumienia i brak jednolitości, tak bardzo nielubiany przez wojskowych. Ten stan rzeczy skłonił władze wojskowe II Rzeczypospolitej do uporządkowania systemu tworzenia, nadawania i noszenia znaków pamiątkowych w wojsku. 5 maja 1920 r. ukazał się rozkaz nr 40 Naczelnego Dowództwa rejestrujący 70 różnych metalowych odznak pamiątkowych noszonych przez żołnierzy WP. Od 1921 r. zatwierdzenie 2 „Wzorowy Dowódca”, „Drużyna służby Socjalistycznej” i inne. Na próżno jednak można by szukać pamiątkowych odznak jednostek – za wyjątkiem 1. Dywizji Zmechanizowanej, tej wywodzącej swój rodowód spod Sielc nad Oką. Nawiasem mówiąc tradycję tę przenieśli m.in. żołnierze odrodzonego Wojska Polskiego wywodzący się z armii zaborców. Największą kreatywnością na tym polu, czerpaną np. z inspiracji płynących z dotychczasowych doświadczeń, wykazywali się byli oficerowie wojska rosyjskiego. Zeszyty Naukowe 19(91) 3 4 25 WOPK – Wojska Obrony Przeciwlotniczej Kraju. Na odznace 3. Pułku Myśliwsko-Bombowego z Bydgoszczy stylizowany orzeł miał wyraźny kształt trójki, na odznace 40. Pułku Lotnictwa Myśliwsko-Bombowego projektant postarał się o to, aby na poziomej belce skrzydła husarskiego umocowane były 4 pióra, a na pionowej – 10. Podobnie „zakodowano” odznakę 9. Pułku Lotnictwa Myśliwskiego z Debrzna, gdzie czubek osłony radarowej MiGa-21 wskazuje na stylizowanej mapie położenie tej miejscowości. Grzegorz Ciechanowski poziomie, przez grawera Zygmunta Olszewskiego [1]. Przełom nastąpił w 1991 r., kiedy to pierwsze jednostki otrzymały prawo dziedziczenia bogatych tradycji bojowych wojskowych okresu II RP i Polskich Sił Zbrojnych na Zachodzie. Pojawiło się, podobnie jak po uzyskaniu niepodległości w 1918 r., mnóstwo wojskowych wyróżników. Dopiero Zarządzenie Ministra Obrony Narodowej Nr 28/MON z dnia 21 maja 1996 r. narzucało ramy organizacyjne temu zjawisku. Zostały tam określone m.in. kształty i barwy odznak i oznak pamiątkowych, sposoby przyznawania i noszenia ich na mundurach. W ramach polityki ujednolicania oznak wojskowych, w drugiej połowie 1999 r. ukazał się haftowany emblemat, który stał się oficjalną oznaką Marynarki Wojennej. Obok metalowych odznak, często bardzo drogich, bo wykonywanych przez prawdziwych mistrzów, pojawiły się nieznane wcześniej oznaki (naszywki) symbolizujące daną jednostkę. Ten niezwykle tani element symbolizujący jednostkę, drukowany bądź haftowany na materiale i noszony najczęściej na rękawie munduru, praktycznie nieznany w Wojsku Polskim II RP, spopularyzowali podczas II wojny światowej pragmatyczni Amerykanie, choć takich oznaczeń używały też m.in. wojska brytyjskie i niemieckie. Następnego dnia niedowiarkowi pokazano wycinki prasowe i sprawa pozornie się zakończyła. Autor korespondował wówczas z wieloma kolekcjonerami militariów za granicą i ta historia zrodziła uzasadnione, jak się później okazało podejrzenie, iż oni również mogą nic nie wiedzieć o polskim udziale w operacji. Z myślą o nich autor postanowił zaprojektować emblemat, który znalazłby się w zagranicznych kolekcjach i jednocześnie ilustrowałby polski udział w operacji. W zamyśle opracowania wzoru projektu leżało takie dobranie symboli, aby jednoznacznie kojarzyły się odbiorcy z Polską i Operacją Pustynna Burza. Spośród kilku projektów najbardziej trafiony był ten przedstawiający boczną sylwetkę okrętu – weterana, nałożoną na kształt bandery Marynarki Wojennej. Powyżej umieszczony został napis DESERT STORM, na dole zaś, żeby nie było wątpliwości, wielkimi literami: POLISH NAVY. Tuż pod sylwetką okrętu znalazła się jego nazwa (rys. 1). Niespodziewane narodziny projektu Rys. 1. Oznaka z sylwetką ORP „Wodnik” przeznaczona dla zagranicznych kolekcjonerów dla zaakcentowania polskiego udziału w Operacji Pustynna Burza, która stała się prototypem serii oznak liczącej ponad 200 wzorów; fot. G. Ciechanowski Fig. 1. The emblem of ORP “Wodnik” designed for world wide collectors for stressing of Polish participation in the operation Desert Storm. It was a pattern for over 200 Polish Navy sleeve patches; photo: G. Ciechanowski Na przełomie lat 1995/1996 autor niniejszego artykułu oddelegowany został z rodzimego 4. Kołobrzeskiego Pułku Artylerii na praktykę w Amerykańskiej Misji Wojskowej, która miała swoją siedzibę w Departamencie Wojskowych Spraw Zagranicznych MON w Warszawie. Grupa polskich oficerów łącznikowych pomagała amerykańskim kolegom w nawiązywaniu pierwszych kontaktów z instytucjami i jednostkami wojskowymi w kraju. Kilku Amerykanów było weteranami zakończonej niedawno wojny w Zatoce Perskiej. Jeden z nich, kpt. Kim Mc Cabe, pilot śmigłowca bojowego lotnictwa Marines, często nagabywany, wspominał swoje loty bojowe nad Kuwejtem i Irakiem. Żaden z obecnych Polaków nie brał udziału w tym konflikcie. Chcąc się jednak zrewanżować „kombatancką przeszłością”, amerykańskiemu weteranowi opowiedziano o udziale dwóch polskich okrętów „Lech” i „Piast” w Operacji Pustynna Burza5. Zaskoczony pilot oświadczył, że nigdy nie słyszał o tym epizodzie i chyba powątpiewał w prawdziwość tej informacji. 5 Wykonaniem kosztownego wzoru na niebieskim nubuku z użyciem dwóch nałożonych kolorów – czerwonego i białego zajęła się lęborska firma STOR Henryka Żarskiego, która posiadała duże doświadczenie w produkowaniu sitodrukowych emblematów dla marynarzy. Pierwsze marynarskie naszywki opuściły wytwórnię w listopadzie 1995 r. i były przeznaczone dla marynarzy Grupy Ratownictwa Brzegowego (GRB) z Komendy Portu Wojennego (KPW) w Kołobrzegu. Znak ten, zatwierdzony przez dowódcę grupy kpt. Sławomira Muszyńskiego, stosowany był na pojazdach, a następnie w formie oznaki-naszywki trafił na mundury. Warto dodać, że po latach, z inicjatywy por. Artura Wasiewskiego z Kołobrzegu, firma HAKO wyprodukowała haftowane naszywki GRB, które wraz z sitodrukowymi noszone były do momentu rozwiązania jednostki. Również w Lęborku drukowano pierwsze sitodrukowe emblematy 16. Dywizjo- Więcej nt. udziału Polaków w operacji Pustynna Burza: [2]. 26 Scientific Journals 19(91) Nieznana historia oznak Marynarki Wojennej nu Kutrów Zwalczania Okrętów Podwodnych z Kołobrzegu. Wzór zatwierdził dowódca jednostki kmdr ppor. Bogusław Tchórzewski, a na mundurach marynarzy w formie oznaki pojawił się w październiku 1996 r. Później znak ten uprawomocnił Minister Obrony Narodowej (rys. 2). naszywkę miał świadomość, że tylko jego załoga posiada ten jeden jedyny, niepowtarzalny wzór. Generalnie sprawę ujmując: emocje były tym większe, im mniejszą jednostkę pływającą przedstawiał dany emblemat. Prototypem całej serii stał się opisany już wcześniej, czytelny wzór naszywki z sylwetkami okrętów – weteranów Pustynnej Burzy. Wielkość pozostała ta sama: naszywka miała średnicę 72 mm, zmieniły się tylko kolory. Zamiast niebieskiego zastosowano czarny, matowy nubuk, dodano trzy „marynarskie” barwy: żółtą (napisy), białą i czerwoną (bandera). Układ plastyczny pozostał bez zmian: centralne miejsce zajmowała bandera, z czarną boczną sylwetką okrętu. Największą trudność stanowiło naniesienie poprawnej sylwetki okrętu, bowiem jednostki pływające są stale przebudowywane. Podczas kolejnych remontów w stoczniach coś jest dodawane, zmieniane. Oznaki miały trafić do bezpośrednich użytkowników, przekłamania w kształcie sylwetki okrętu nie wchodziły więc w grę. Ten aspekt okazał się najtrudniejszy w realizacji projektu. Dotarcie do dokumentacji, szczególnie jeśli chodzi o niewielkie jednostki, było czasami nie lada wyzwaniem. Dopiero zdobycie wiarygodnego materiału i zweryfikowanie sylwetki przez porównanie zdjęć przedstawiających aktualny kształt danej jednostki pozwalało zacząć projektowanie konkretnego wzoru oznaki. Wielką pomoc okazał m.in. Jarosław Ciślak, autor monograficznego opracowania Polska Marynarka Wojenna 1995. W styczniu 1997 r. ostateczny projekt wspólnego kształtu emblematów był już gotowy. W opisie powstania tej serii emblematów autor postanowił nie kierować się chronologią. Zamazałoby to czytelność całego materiału. Temat zostanie zatem omówiony poprzez pryzmat funkcjonowania oznak na mundurach w poszczególnych jednostkach Marynarki Wojennej w okresie 1977–1999. Rys. 2. Marynarz kutra 16. Dywizjonu Kutrów Zwalczania Okrętów Podwodnych z Kołobrzegu. Zwraca uwagę emblemat jednostki umieszczony nietypowo na prawym rękawie kurtki, obok oznaka 16. dKZOP; fot. G. Ciechanowski Fig. 2. The seaman of 16th Anti Submarine Patrol Boat Squadron from Kolobrzeg. Note the squadron's emblem placed untypical on the right sleeve of his jacket. Beside – the emblem; photo: G. Ciechanowski Kształt każdego munduru wojskowego i tego, co się na nim znajduje nigdy nie jest przypadkowy. Wiele szczegółów związanych z jego krojem, kolorem itd. związanych jest głęboko z symboliką wojskową. Szczególna rola przypada tu odznakom i oznakom. Polska Marynarka Wojenna ma na tym polu szczególnie bogate doświadczenia, które narodziły się w okresie II Rzeczpospolitej. W okresie PRL-u najbardziej charakterystycznym dodatkiem były oznaki specjalistów Marynarki Wojennej haftowane nićmi złotożółtymi dla podoficerów lub czerwonymi dla marynarzy, wprowadzone w 1952 r. i stosowane w tej formie do 1971 r. W 1973 r. weszły do użytku podobne oznaki wytłaczane z tworzywa na podkładce filcowej [3]. W drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych w wojsku panował okres wprowadzania nowych wzorów oznak. Motto idei dotyczącej wdrożenia opisywanych tu emblematów brzmiało: „oznaka dla marynarza z sylwetką jego okrętu”. Wzór miał być wspólny, różniący się jedynie (i aż, jak się później okazało) kształtem bocznej sylwetki i nazwą jednostki. Od początku przyjęto zasadę, że będą to oznaki pamiątkowe. Emblematy spotkały się jednak z tak dużym zainteresowaniem załóg, że część z nich nieco później pojawiła się na rękawach mundurów, jako naturalna chęć marynarzy do zaakcentowania i upodmiotowienia swojej służby na konkretnej jednostce pływającej6. Noszący tę 6 3. Flotylla Okrętów – Gdynia Dużym wyzwaniem okazało się opracowanie emblematu dla marynarzy niszczyciela rakietowego ORP „Warszawa”7. W marcu 1998 r. gotowy emblemat przedstawiający sylwetkę niszczyciela projektu 61 MP trafił na pokład okrętu. Zainteresował marynarzy, jednak funkcjonował jako typowa „pamiątka z wojska”. Podobnie rzecz się miała z emblematem dla załogi okrętu-muzeum ORP „Błyskawica”, który trafił do Gdyni w listopadzie Nawet miejsce umieszczenia naszywki na lewym rękawie munduru nie było przypadkowe lecz podyk- Zeszyty Naukowe 19(91) 7 27 towane tradycją. Przed wiekami rycerz dzierżył w prawicy miecz, a lewą trzymał tarczę z wymalowanym na niej herbem. Więcej na temat ORP „Warszawa”: [4]. Grzegorz Ciechanowski 1997 r. Wzbudził on duże zainteresowanie wśród marynarzy, ale jeszcze większe wśród turystów odwiedzających okręt. W czerwcu 1997 r. ukazała się oznaka okrętu podwodnego ORP „Orzeł”. Nie wzbudziła ona zrazu takiego zainteresowania wśród załogi jak emblematy przedstawiające sylwetki ORP „Wilk” i ORP „Dzik”, które w miesiąc później dotarły do Gdyni. Warto dodać, że Henryk Żarski wypuścił jeszcze sitodrukowy emblemat przedstawiający odznakę 3. Dywizjonu Okrętów Podwodnych, do którego należały wymienione okręty. Wcześnie, bo w lipcu 1997 r. w gdyńskim 1. Dywizjonie Okrętów Rakietowych znalazły się oznaki z sylwetkami małych okrętów rakietowych projektu 660: ORP ORP „Orkan”, „Piorun” i „Grom”. Od pierwszego dnia wzbudziły wielkie zainteresowanie wśród marynarzy i szybko znalazły się na marynarskich mundurach [5] (rys. 3). wiec” oraz „Rolnik”. Naszywki wzbudziły duże zainteresowanie, jednak nie przyjęły się jako wyróżnik mundurów i funkcjonują w formie pamiątek, podobnie jak naszywki z odznaką dywizjonu. Rys. 4. Starszy mat w maszynowni ORP „Darłowo”, obok oznaka okrętu; fot. z kolekcji M. Kluczyńskiego Fig. 4. A Leading Hand marine in the engine room of small missile ship ORP “Darłowo”, beside the emblem; photo from M. Kluczyński's collection 9. Flotylla Obrony Wybrzeża – Hel W lutym 1998 r. na Hel trafiły emblematy przeznaczone dla załóg dużych ścigaczy okrętów podwodnych projektu 912 M wchodzących w skład 11. Dywizjonu Ścigaczy: ORP ORP „Groźny”, „Wytrwały”, „Zręczny”, „Zwinny”, „Zwrotny”, „Zawzięty”, „Nieugięty”, „Czujny”. Emblematy te od razu zostały przyjęte z dużym zainteresowaniem, a większość załóg stosowała je jako wyróżnik na mundurach (rys. 5). Rys. 3. Bosman Leśniak, we wnętrzu małego okrętu rakietowego projektu 660 ORP „Orkan”, obok oznaka okrętu; fot. z kolekcji M. Kluczyńskiego Fig. 3. Petty Officer Leśniak in the interior of the small missile ship ORP “Orkan” and the emblem beside; photo from M. Kluczyński's collection Trzy miesiące później pojawiły się oznaki przedstawiające małe okręty rakietowe projektu 205 typu Osa-I, prezentujące sylwetki boczne okrętów ORP ORP „Puck”, „Ustka”, „Oksywie”, „Darłowo”, „Świnoujście”, „Dziwnów” i „Władysławowo”. Od skrótu MOR zwane były przez marynarzy „morkami”. Pozostawały one przez lata widoczne na rękawach mundurów8 (rys. 4). W kwietniu 1998 r. w 2. Dywizjonie Okrętów Rakietowych pojawiły się oznaki z sylwetkami bocznymi małych okrętów rakietowych projektu 1241RE ORP ORP „”Górnik”, „Hutnik”, „Metalo8 Rys. 5. Mechanicy ścigacza okrętów podwodnych ORP „Zwinny”, jednej z sześciu jednostek, których załogi nosiły oznaki z sylwetkami swoich okrętów; fot. z kolekcji M. Kluczyńskiego Fig. 5. Mechanics of anti submarine cutter ORP “Zwinny”. The crews of the six vessels of the same class wore emblems with shapes of their ships; photo from M. Kluczyński's collection Pojawiły się również dodatki dla kolekcjonerów: kilka sitodrukowych odmian emblematu przedstawiającego odznakę dywizjonu oraz naszywki z sylwetkami kutrów ORP ORP „Hel”, „Gdańsk”, „Gdynia”, „Kołobrzeg”, „Szczecin” oraz „Elbląg”, które wycofano z linii przed narodzinami serii opisywanych oznak. Z myślą o kolekcjonerach dodano te emblematy, łatwo rozpoznawalne, bo orły na banderze były bez korony. Wcześniej, bo już w sierpniu 1997 r. opracowana została pierwsza seria oznak dla marynarzy trałowców bazowych 206 F ze składu 13. Dywizjonu Trałowców: ORP ORP: „Albatros”, „Tukan”, „Flaming”, „Rybitwa”, „Mewa” oraz „Czajka”. Te emblematy dotarły na Hel również w sierpniu 1997 r. i wszystkie znalazły się na mundurach ma28 Scientific Journals 19(91) Nieznana historia oznak Marynarki Wojennej rynarzy dywizjonu9. W listopadzie 1999 r. doszły nowe naszywki dla marynarzy trzech, przebudowywanych według kryteriów NATO, trałowców bazowych 206 F: ORP ORP: „Rybitwa”, „Mewa” i „Czajka” [6]. Zmieniony kształt kadłuba wymuszał konieczność opracowania nowego wzoru emblematu. W lutym 1997 r. przygotowana została oznaka trałowca bazowego projektu 207 D czyli ORP „Gopło”, a w czerwcu 1998 r. – kolejne egzemplarze dla załóg trałowców bazowych projektu 207 M: ORP ORP „Mamry”, „Wigry”, „Śniardwy” i „Wdzydze”. Ta ponad roczna przerwa w ukazywaniu się pozornie podobnych wzorów spowodowana była odmiennością szczegółów sylwetek bocznych obu typów okrętów. Naszywki te również znalazły się na marynarskich mundurach (rys. 6). Wszystkie te oznaki spotkały się z przychylnym przyjęciem dowódcy jednostki kmdr. por. Henryka Białkowskiego i jego marynarzy, ale na mundury trafiła sitodrukowa naszywka przedstawiająca odznakę dywizjonu, która pojawiła się w Świnoujściu we wrześniu 1999 r. (rys. 7). We wszystkich poczynaniach wdrażających oznaki jednostki wielkiego wsparcia udzielał ówczesny oficer wychowawczy dywizjonu kmdr ppor. Wojciech Pałka10. Rys. 7. Marynarz jednego z okrętów 12. Dywizjonu Trałowców ze Świnoujścia, w którym wprowadzono oznakę z symbolem jednostki. Obok oznaka jednostki; fot. G. Ciechanowski Fig. 7. A seaman from one of 12th Mine Sweeppers Squadron from Świnoujście. The unit adopted the emblems with unit's symbol. The emblem visible beside; photo: G. Ciechanowski W grudniu 1997 r. wyszła seria przeznaczona dla marynarzy 2. Dywizjonu Transportowo-Minowego składająca się z kilku rodzajów emblematów: Okręt dowodzenia desantem projektu 776: ORP „Grunwald”. Warto dodać że z okazji XXV rocznicy służby okrętu wydany został specjalny emblemat; Okręty transportowo-minowe projektu 767: ORP ORP „Lublin”, „Gniezno”, „Kraków”, „Poznań”, „Toruń”; Kutry transportowe projektu 716: „K Tr 851, 852, 853”11. Mimo że żaden z opisanych emblematów nie trafił na mundury marynarzy, to wielokrotnie pojawiały się one w życiu dywizjonu i okrętów jako ich ważne wyróżniki. Dla przykładu, w 1998 r. w duńskim Frederikshavn odbywały się ćwiczenia Cooperative Jaguar ‟98. Uczestniczył w nich ORP „Lublin”. Okręt ten realizował zadania m.in. wysa- Rys. 6. St. bosm. Marek Jędrzejczyk w mesie ORP „Tukan” wchodzącego w skład 13. Dywizjonu Trałowców stacjonującego w Helu. Zwraca uwagę skromna tablica poświęcona historii okrętu; fot. G. Ciechanowski Fig. 6. Petty Officer Marek Jędrzejczyk in the mess of the mine sweeper ORP “Tukan”. Note the information about the vessel in the foreground and the emblem beside; photo: G. Ciechanowski 8. Flotylla Obrony Wybrzeża – Świnoujście Wcześnie, bo w lutym 1997 r. do marynarzy 12. Wolińskiego Dywizjonu Trałowców stacjonującego w Świnoujściu trafiły emblematy z sylwetkami bocznymi trałowców bazowych projektu 207 P: ORP ORP „Gardno”, „Bukowo”, „Dąbie”, „Jamno”, „Mielno”, „Wicko”, „Resko”, „Sarbsko”, „Necko”, „Nakło”, „Drużno” oraz „Hańcza”. Trzy miesiące później doszły jeszcze dwie kolejne oznaki kutrów trałowych projektu B410-IVS. Były to sylwetki boczne kutrów KTT-625 i KTT-626. 9 10 Wyłącznie dla kolekcjonerów przeznaczone były następujące naszywki trałowców bazowych projektu 206 F: ORP ORP „Orlik”, „Krogulec”, „Jastrząb”, „Kormoran”, „Czapla”, „Pelikan”. W momencie tworzenia się tej serii okręty zostały już wycofane ze służby. Służyły one jeszcze pod banderą z niekoronowanym orłem. Taki właśnie jej wzór został umieszczony na emblemacie. Zeszyty Naukowe 19(91) 11 29 Opisując oznaki dywizjonu trałowców trzeba przypomnieć o Grupie Płetwonurków – Minerów, która organicznie wchodzi w skład tej jednostki. Naszywka zaprojektowana została nieco wcześniej i w marcu 1998 r. jej egzemplarze przekazano dowódcy grupy kpt. mar. Waldemarowi Pastusiakowi. Okręty transportowe projektu 771A przedstawiające ORP ORP „Janów”, „Rąblów”, „Narwik”, „Głogów” przeznaczone dla kolekcjonerów, bo z orłami bez korony na banderach oraz ORP „Cedynia” dla załogi ostatniego pływającego wówczas okrętu tego typu. Grzegorz Ciechanowski dzenia desantu szwedzkiej kompanii piechoty (posiadającej w swoim składzie pluton rosyjskiej piechoty morskiej z Bazy Floty Bałtyckiej z Kaliningradu)12. Wielonarodowym zespołem okrętów desantowych kierował dowódca 2. dywizjonu kmdr por. Jerzy Lenda. Jednym z najbardziej podniosłych momentów, tuż po zakończeniu ćwiczeń, była wizyta duńskiej królowej Małgorzaty II na pokładzie polskiego okrętu. Komandor wręczył wówczas monarchini komplet wspomnianych emblematów (rys. 8). ciu aż do rozwiązania jednostki. Nie przeszkodziło to we wdrożeniu projektu naszywek z sylwetką boczną jednego z kutrów będących na wyposażeniu jednostki. Pod banderą widniał symbol KZOP i odpowiedni numer. Emblematy te pojawiły się na początku 1997 r. i cieszyły się popularnością wśród załóg, ale tylko jako pamiątka z wojska. Inne jednostki pływające Po przygotowaniu pierwszej grupy emblematów nadszedł czas na opracowanie oznak przedstawiających inne jednostki pływające. Sporą trudność sprawiało zdobycie wiarygodnych rysunków sylwetek bocznych jednostek. W maju 1998 r. do załóg Dywizjonu Zabezpieczenia Hydrograficznego w Gdyni trafiły emblematy przedstawiające ORP ORP „Arctowski”, „Heweliusz” oraz oznaki ORP „Kopernik”13. Przy czym oznaka dla załogi tego ostatniego okrętu wyszła w dwóch różniących się wzorach. Spowodowane to było remontem jednostki i zmianą w jej wyglądzie. Obie wersje trafiły na marynarskie mundury stając się przez ponad rok ich wyróżnikiem. W okresie od czerwca do listopada tego samego roku pojawiły się oznaki dedykowane załogom jednostek pływających Dywizjonu Okrętów Szkolno-Badawczych. Emblematy pojawiły się na mundurach marynarzy ORP ORP „Wodnik”, „Gryf” i „Iskra”14. Stosunkowo późno, bo w maju 1999 r. ukazała się seria emblematów kutrów szkolnych ORP „Kadet”, ORP „Podchorąży” oraz ORP „Elew”, które służą w portach wojennych Gdyni, Helu i Świnoujścia15. Rys. 8. Wizyta królowej Danii Małgorzaty II na pokładzie ORP „Lublin” w maju 1998 r. podczas wielonarodowych ćwiczeń Cooperative Jaguar ‟98 w Aarchus. W tle ówczesny dowódca 2. Dywizjonu Okrętów Trałowo-Minowych – kmdr Jerzy Lenda oraz dowódca warty honorowej ORP „Lublin” – ppor. mar. Michał Czerów z marynarzami. Podczas protokolarnego wręczenia prezentów królowej nie zabrakło zestawu oznak z sylwetkami okrętów 2. Dywizjonu Okrętów Transportowo-Minowych; fot. z kolekcji J. Lendy Fig. 8. Queen Margrethe II of Denmark visiting a transport mine-laying ship ORP “Lublin” during exercises Cooperative Jaguar „98 in Aarchus in May 1998. Commander of 2nd Transport Mine-Laying Squadron Capt Jerzy Lenda and commender of the board guard SLt Michał Czerów with seamen. There were presented a kit of ships emblems to then Queen as well; photo: from. J. Lenda collection 13 14 15 Za sprawą kmdr ppor. Bogusława Tchórzewskiego, dowódcy 16. Dywizjonu Kutrów Zwalczania Okrętów Podwodnych, stacjonującego w niewielkim porcie wojennym w Kołobrzegu, opracowano i wdrożono do życia wspomnianą odznakę wybitą przez warszawskiego grawera Piotra Olka i oznakę 16. dKZOP [7]. W październiku znalazła się na marynarskich mundurach i pozostała w uży12 ORP „Lublin” w planach operacyjnych Układu Warszawskiego przeznaczony był wraz z innymi jednostkami tej klasy ze Świnoujścia do wysadzenia desantu na duńskich plażach. Jak żartowali Polacy, był to jedyny polski okręt desantowy, który wypełnił postawione przed nim zadanie. 30 Więcej na temat ORP „Kopernik”: [8]. Więcej na temat okrętów szkolnych: [8, 9]. Emblematy zaczęły cieszyć się coraz większym zainteresowaniem nie tylko wśród marynarzy. Chętnie gromadzili je kolekcjonerzy w kraju i za granicą. Tę grupę interesowała szczególnie polska broń podwodna. To właśnie z myślą o nich opracoano dwie serie naszywek o wyłącznie kolekcjonerskim charakterze, zachowujących standardowy kształt, z orłem bez korony na banderze. Pierwsza z nich składała się z 6 emblematów prezentujących sylwetki boczne radzieckich małych okrętów podwodnych klasy Malutka serii XV bis, które od połowy lat 50-tych do początku 60-tych XX w. pełniły podwodniacką wachtę pod polską banderą. W maju 1998 r. ukazały się emblematy z następującymi okrętami podwodnymi: ORP ORP „Kaszub”, „Mazur”, „Krakowiak”, „Ślązak”, „Kujawiak” i „Kurp”. Kilka miesięcy później ukazała się druga seria 4 emblematów z sylwetkami okrętów podwodnych projektu 613 w NATO-wskim kodzie klasy Whiskey. Były to ORP ORP „Orzeł”, „Sokół”‟ „Kondor” oraz „Bielik”. Scientific Journals 19(91) Nieznana historia oznak Marynarki Wojennej Okręty Ratownicze interesuje go jedynie kształt okrętu po ostatniej modernizacji. Trzeba było więc opracować nową, nieznacznie zmienioną sylwetkę. Naszywka ta znalazła się ostatecznie na mundurach marynarzy OR „Gniewko”16. Warto dodać, że marynarze Komend Portów Wojennych (KPW) również zainteresowani byli własnymi emblematami. W październiku 1998 r. ukazały się sitodrukowe naszywki KPW Hel i KPW Kołobrzeg. Ta ostatnia za sprawą komendanta kmdr ppor. Pawła Kusza stała się oficjalną oznaką, zastąpioną wkrótce przez jej haftowany wariant. W tym samym czasie wydrukowana została również oznaka 42. Dywizjonu PJP, która doczekała się swojej haftowanej wersji. Obok okrętów bojowych istnieje jeszcze rodzina pomocniczych jednostek pływających (PJP). Ta odrębność podkreślana jest między innymi posiadaniem własnej bandery PJP. Podczas wizyty autora projektu na kołobrzeskim kutrze ratowniczym OR „Zbyszko”, jego dowódca chor. mar. Dariusz Polkowski bardzo zainteresował się oznakami dla marynarzy, ale zastrzegł sobie, aby na emblemacie pojawiła się wspomniana bandera. To życzenie stanowiło dla producenta wielkie wyzwanie. Na banderze PJP znajduje się m.in. bardzo pomniejszona sylwetka godła państwowego. Na oznace ma ono 55 mm. Nie było wiadomo czy producent poradzi sobie z problemem umieszczenia tak niewielkiego, a przecież skomplikowanego i bardzo ważnego szczegółu. Okazało się, że zastosowanie drobnych sit i wykorzystanie zdobytych już doświadczeń przyniosło satysfakcjonujące efekty. Na początku października 1997 r. załoga OR „Zbyszko” i bliźniaczego OR „Maćko” otrzymała gotowe emblematy (rys. 9). Entuzjastycznie przyjęte trafiły na mundury już następnego dnia, dopiero później dopełniono niezbędnych formalności. Załoga OR „Maćko” używała następnie nowej, haftowanej oznaki projektu por. Artura Wasiewskiego. Zbiornikowce W kwietniu 1998 r. pojawiła się oznaka przeznaczona dla marynarzy zbiornikowca paliwowego projektu ZP-1200 „Bałtyk”. Nie trafiła on jednak na mundury marynarzy. Inaczej rzecz się miała z oznakami dla załóg zbiornikowców paliwowych projektu B199 „Z-3” i „Z-8” oraz zbiornikowca wodnego projektu ZW2 „Z-9”. Dwa pierwsze stacjonowały w Świnoujściu i na Helu. Emblematy znalazły się na mundurach helskich marynarzy. Załoga gdyńskiego „Z-9” przeznaczonego do transportu słodkiej wody stosowała emblemat jako oznakę na mundurach. Warto dodać, że sylwetki trzech zbiornikowców były niemal identyczne, różniły się jedynie typem uzbrojenia. „Z-3” wyposażony był wówczas w podwójnie sprzężone automatyczne 25 mm armaty przeciwlotnicze M-3M, natomiast „Z-8” i „Z-9” posiadały zestawy 223 mm armat ZU-23-2M Wróbel-I i ten szczegół o wymiarach 22 mm musiał zostać uwidoczniony na owych emblematach. Rys. 9. Dowódca OR „Zbyszko” chor. mar. Dariusz Polkowski z naszywką okrętu na rękawie; foto. G. Ciechanowski Fig. 9. Commander of vessel OR “Zbyszko” Mid. Dariusz Polkowski with the emblem on the sleeve; photo: G. Ciechanowski Stacje demagnetyzacyjne, poławiacze torped W styczniu 1998 r. do marynarzy stacji demagnetyzacyjnych (SD) w Gdyni, Świnoujściu i na Helu trafiły odpowiednio emblematy „SD-11”, „SD-12” i „SD-13”. W przypadku załogi „SD-12” noszone były one na mundurach. W pozostałych jednostkach były jedynie okolicznościową pamiątką. W tym wypadku również uwzględniony został szczegół ukazujący różne uzbrojenie jednostek. „SD-12” dysponowała 123 mm armatą ZU-23-2M Wróbel-I, pozostałe dwie – 225 mm armatami 2M-3M. Podobna odmienność w uzbrojeniu zazna- Podobnie rzecz się miała z marynarzami kutrów ratowniczych projektu R-30 podległych pod komendy portów wojennych Świnoujścia oraz Helu. W kwietniu 1998 r. do świnoujskich marynarzy OR „Bolko” trafiły oznaki, które znalazły się na rękawach ich mundurów. Na zacumowanym kilka metrów dalej bliźniaku OR „Semko” emblemat pozostał jedynie pamiątką z wojska. Trzecia siostrzana jednostka OR „Gniewko” stacjonowała na Helu. Okazało się jednak, że jeden szczegół zdyskwalifikował ten emblemat. Podczas ostatnich remontów usunięto z pokładu okrętu łódź roboczą, widoczną na emblemacie. Dowódca jednostki oświadczył, że Zeszyty Naukowe 19(91) 16 31 Fotografia wykonana przez M. Kluczyńskiego przedstawiająca marynarza z tą oznaką na mundurze ukazała się w [10]. Grzegorz Ciechanowski czona została na rysunkach sylwetek bocznych poławiaczy torped. W lipcu 1998 r. otrzymali je marynarze obu jednostek tego typu: „K-8” i „K-11”. Załoga tego ostatniego nosiła je na mundurach. Holowniki Wcześnie, bo już w grudniu 1997 r. gotowe były nowe emblematy dla pierwszych załóg holowników portowo-redowych projektu B820 z 1993 r. „H-9” z Kołobrzegu i jego bliźniaka „H-10”, który pełnił służbę w porcie świnoujskim. Załogi obu jednostek zaakceptowały naszywkę jako oficjalną oznakę, noszoną na rękawach mundurów marynarzy „H-9” (rys. 10). Rys. 11. Marynarz na tle holownika „H-20” z widoczną naszywką na rękawie kurtki; fot. G. Ciechanowski Fig. 11. A seaman of the tow boat “H-20” with the emblem on the sleeve; photo: G. Ciechanowski Rys. 12. Marynarz na tle holownika „H-4” w porcie wojennym 8. Flotylli Obrony Wybrzeża; fot. G. Ciechanowski Fig. 12. A seaman of the tow boat “H-4” in the naval harbor of 8th Coastal Defense Flotilla; photo: G. Ciechanowski Rys. 10. Marynarze w sterówce holownika „H-9” podczas wykonywania manewrów w niewielkim basenie portu wojennego w Kołobrzegu; fot. G. Ciechanowski Fig. 10. The crew of the tow boat “H-9” maneuvering in the naval harbor Kolobrzeg; photo: G. Ciechanowski narze helskiego „H-1” i świnoujskiego „H-2” dowodzonego przez st. chor. Arkadiusza Kąkolewskiego nosili emblematy na mundurach (rys. 13). W kwietniu ostatnie dwie naszywki, pozostających w służbie od 1992 r., helskiego „H-6” i gdyńskiego „H-8”, zakończyły edycję holowników. W tym samym okresie do marynarzy trafiły kolejne emblematy. Pierwszą grupę odbiorców stanowiły załogi holowników projektu B65, prawdziwych weteranów portowej służby: „H-12” dowodzony przez chor. Romana Stachurskiego na Helu i „H-20” w Świnoujściu17. Marynarze zdawali sobie sprawę, że ich wysłużone jednostki dokańczają swojego pracowitego żywota. Dlatego być może tak ochoczo zaakceptowali oznaki i naszyli na rękawy swoich mundurów (rys. 11). W tym samym czasie pojawiły się emblematy holowników portowo-redowych projektu H-900/II. Stacjonowały one od 1980 r. odpowiednio: „H-3” na Helu, „H-4” w Świnoujściu, „H-5” oraz „H-7” w Gdyni. Naszywki te w przypadku „H-4” oraz „H-7” znalazły się na rękawach mundurów (rys. 12). Kolejna grupa oznak tej serii ukazała się na wiosnę 1998 r. W marcu w Lęborku wydrukowano oznaki dla załóg bliźniaczych holowników portowo-redowych H-800/IV: w obu wypadkach mary17 Rys. 13. Marynarz na tle kolejnego świnoujskiego holownika „H-2” należącego do 42. Dywizjonu PJP; fot. G. Ciechanowski Fig. 13. A seaman of the tow boat “H-2” of 42nd Vessels Squadron; photo: G. Ciechanowski Pozostałe Pomocnicze Jednostki Pływające W marcu 1998 r. ukazała się seria oznak z boczną sylwetką motorówki cumowniczej projektu M-35/MW, która jest „mniejszym bratem” holowników. Te niewielkie jednostki służyły wówczas w portach wojennych w Gdyni („M-5”, „M-22”), Podniesienie bandery nastąpiło w wypadku „H-12” 3 stycznia 1964 r., „H-20” – 31 marca 1964 r. Przeznaczone były do zadań ratownictwa morskiego, zabezpieczenia logistycznego portu, asysty wejść do portów dużych jednostek. 32 Scientific Journals 19(91) Nieznana historia oznak Marynarki Wojennej Helu („M-29”) i Świnoujściu („M-12”, „M-21”, „M-30”). W tym samym miesiącu ukazała się jedna z ostatnich odmian naszywek, przedstawiająca wybraną wersję kutra projektu B447. W skład tej serii wchodziły kutry z KPW Gdynia: „K-2”, „K-4”, „K-5”, „K-9”, „K-10”, „K-13”, KPW Hel: „K-12” oraz KPW Świnoujście: „K-1”, „K-7” i „K-14”18. W Świnoujściu emblematy te stały się oficjalnym elementem marynarskich mundurów (rys. 14). Marynarki Wojennej! Po takim oświadczeniu, pełnym autentycznego poczucia dumy z niezbyt imponującej przecież jednostki, autor postanowił, że zdobędzie rysunki boczne jej sylwetki, niezbędne do zaprojektowania oznaki. Tak się też – nie bez trudności – stało i w listopadzie 1998 r. do marynarzy trafił gotowy emblemat, pozostający długo na marynarskich kurtkach (rys. 15). Rys. 15. Marynarz przy dzwonie okrętowym barki „B-9”, może nie najważniejszej, ale najdłuższej ówcześnie jednostki pływającej Marynarki Wojennej, co podkreślił jej dowódca bosm. sztab. Krzysztof Rutkowski; fot. G. Ciechanowski Fig. 15. A seaman of the barge “B-9” ringing. “B-9” was maybe not the greatest but the longest unit of Polish Navy. The fact was stressed by her commander Petty Officer Krzysztof Rutkowski; photo: G. Ciechanowski Rys. 14. Dumnie wyprostowany marynarz motorówki cumowniczej „M-12”, widocznej na drugim planie; fot. G. Ciechanowski Fig. 14. A proudly upright seaman of the motor boat “M-12” wisible in the background; photo: G. Ciechanowski Ostatnim wyzwaniem stało się zaprojektowanie emblematów dla członków załóg barek, którzy z zainteresowaniem i nutą zazdrości oglądali kolejne oznaki przeznaczone dla kolegów z innych „poważniejszych” jednostek. Trudność w zaprojektowaniu takich oznak była podwójna: po pierwsze w kilku wypadkach nie znano producenta barek, nie było zatem dokładnych planów niektórych jednostek, po drugie zaś sam ich kształt był wyjątkowo nieproporcjonalny. Boczna sylwetka barki to najczęściej długi, raczej płaski obiekt, który zajmować miał jedynie dolną, wąską część bandery PJP na emblemacie. Pomimo tych zastrzeżeń ukazały dwa rodzaje naszywek. Pierwszy – w Kołobrzegu w marcu 1998 r. dla załogi barki paliwowej projektu BPZ-500A/MW. Emblemat ten, przekazany dowódcy „B-3” bosm. Antoniemu Szczubełkowi przyjęty został z entuzjazmem przez załogę i przez wiele lat noszony był na mundurach. Drugi znak tej serii to emblemat przeznaczony dla załogi barki towarowej „B-9”, zbudowanej w 1954 r., na której banderę PJP podniesiono dopiero 9 października 1970 r. Wykorzystywana była do transportu ładunków masowych i drobnicowych. Kiedy autor spotkał się pierwszy raz z załogą, dowódca bosm. sztab. Krzysztof Rutkowski oświadczył, że to tylko barka, ale zaraz dodał, że to najdłuższa jednostka 18 Podsumowanie Ponad rok trwała niezwykle intensywna praca nad realizacją projektu opracowania oznak przeznaczonych bezpośrednio dla załóg jednostek pływających. U jego podstaw legło przygotowanie jednego wspólnego wzoru dla kolejnych odmian oznaki. Wzorzec stanowiła mierząca 72 mm naszywka z czarnego nubuku, na którym pojawił się kształt bandery MW RP (w późniejszych wydaniach także bandery Pomocniczych Jednostek Pływających) z napisem „Marynarka Wojenna”. Na tle bandery widniała sylwetka konkretnej jednostki pływającej, a pod nią – jej nazwa. Trzymając się tego założenia zaprojektowano i wykonano ponad 200 różnych oznak przeznaczonych dla załóg oraz kolekcjonerów19. Kilkadziesiąt z nich zostało zaakceptowanych przez marynarzy jako własny znak i na okres około dwóch lat trafiło na rękawy ich mundurów, stając się widocznym elementem wyróżniającym przynależność marynarza do załogi określonej jednostki pływającej. Emblematy te pełniły rolę oficjalnego wyróżnika marynarskich mundurów do połowy 1999 r., kiedy decyzją ministra obrony narodowej wprowadzono wspólną dla wszystkich oznakę Marynarki Wojennej RP. 19 Część z tych jednostek to kutry i motorówki hydrograficzne. Więcej na temat jednostek PJP: [11]. Zeszyty Naukowe 19(91) 33 Pełen niemalże zestaw opisywanych oznak Marynarki Wojennej w: [12]. Grzegorz Ciechanowski Tabela 1. Wykaz załóg stosujących oznaki jednostek w okresie 1997–1999 [12] Table 1. The crews using emblems in the period 1997–1999 [12] Nazwa jednostki Polish Navy unit Wejście do Załoga służby okrętu Beginning Crew of duty Nazwa okrętu Vessels projekt 205: małe okręty rakietowe ORP „Puck”, „Ustka”, „Oksywie”, „Darłowo”, „Świnoujście”, „Dziwnów”, „Władysławowo” projekt 660: małe okręty rakietowe ORP „Orkan”, „Piorun” i „Grom” projekt 861: ORP „Kopernik” Dywizjon Zabezpieczenia Hydrograficznego, Gdynia ORP „Iskra” 45. Dywizjon PJP, Gdynia projekt H–900/II: holownik „H-7” projekt 912 M: ścigacze okrętów podwodnych ORP „Groźny”, „Wytrwały”, 11. Dywizjon Ścigaczy, Hel „Zręczny”, „Zwinny”, „Zawzięty”, „Czujny” projekt 206 F: ORP: „Albatros”, „Tukan”, „Flaming”, „Rybitwa”, „Mewa”, 13. Dywizjon Trałowców, „Czajka” Hel projekt 207 D: ORP „Gopło” projekt 207 M: ORP „Mamry”, „Wigry”, „Śniardwy”, „Wdzydze” projekt ZW2: „Z-9” 43. Dywizjon PJP, Hel projekt B65: holownik „H-12” projekt B208: Stacja demagnetyzacyjna „SD-12” OR „Gniewko” projekt B65: holownik „H-20” projekt H-900/II: holownik „H-4” 42. Dywizjon PJP, projekt H-800/IV: holownik „H-2” Świnoujście projekt B820: holownik „H-10” projekt M-35/MW: „M-12”, „M-21”, „M-30” projekt B447: „K-1”, „K-7” i „K-14” projekt nieznany: „B-9” projekt B823: OR „Zbyszko”, OR „Maćko” KPW, Kołobrzeg projekt B820: holownik „H-9” projekt: BPZ-500A/MW: „B-3” 1. Dywizjon Okrętów Rakietowych, Gdynia To nowe rozwiązanie nie budziło już takiego emocjonalnego odzewu, szczególnie wśród członków niewielkich liczebnie załóg. Stąd zdarzały się przypadki, że już po wprowadzeniu jednego wzorca te „własne” oznaki można było spotkać jeszcze na rękawach marynarskich kurtek. Dziś ten element można znaleźć na fotografiach przedstawiających personel jednostek pływających, baz i komend portów wojennych Gdyni, Helu, Świnoujścia i Kołobrzegu. Niewielu, zapewne poza marynistami, pamięta dziś o tym epizodzie w warunkach zmieniających się ciągle struktur i nowych wyzwań, przed jakimi staje dziś Marynarka Wojenna. Artykuł stanowi pierwszą próbę uporządkowania tematu i przypomina najważniejsze związane z tym fakty i anegdoty. 1975 30 1992 1971 1982 1981 37 60 64 14 1970–1972 27 1963–1968 49 1982 1982–1988 1971 1964 1972 1981 1964 1980 1972 1990 1983 1976–1988 1970 1991–1992 1993 1988 30 30 23 22 35 18 22 17 17 9 3 9 15 9 3. WEŁNA M.: Odznaki i oznaki Ludowego Wojska Polskiego. Wrocław 1989, 148. 4. CIESIELSKI CZ., PATER W., PRZYBYLSKI J.: Polska Marynarka Wojenna 1918–1980. Warszawa 1992, 278–281. 5. CIŚLAK J.: Naszywki na mundury dla załóg okrętów. Morza i okręty 1998, Nr 1, 5. 6. Marynarka Wojenna RP. Informator pod red. W. KissOrskiego. Warszawa 2005, 53. 7. BINENTAL W.A.: Polskie okręty wojenne 1918–1993. Victoria (Australia) 1996. 8. KOMOROWSKI A.: Okręty szkolne Polskiej Marynarki Wojennej 1920–1997. Warszawa 1999, 77–92. 9. DAMSKI Z.: ORP „Wodnik”. Warszawa 1991. 10. WYGNAŁ K.: Zapracowany jak „Gniewko”. Bandera 1999, Nr 4, 10. 11. CIŚLAK J.: Polska Marynarka Wojenna 1995. Warszawa 1995, 143. 12. SAWICKI Z., WIELECHOWSKI A.: Odznaki Wojska Polskiego 1943–2003. Warszawa 2004, 444–462. Bibliografia 1. OHDE A.D.: Polska falerystyka marynistyczna. Poznań 2001, 6. 2. CIECHANOWSKI G.: Polskie Kontyngenty Wojskowe w operacjach pokojowych 1990–1999. Toruń 2010, 191–210. Recenzent: prof. dr hab. Cezariusz Skuza Uniwersytet Szczeciński 34 Scientific Journals 19(91) Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 35–38 2009, 19(91) s. 35–38 Genetically modified soya ground grain in feed production Rola genetycznie modyfikowanej śruty sojowej w produkcji pasz Beata Drzewieniecka Akademia Morska w Szczecinie, Wydział Inżynieryjno-Ekonomiczny Transportu Instytut Inżynierii Transportu 70-500 Szczecin, ul. H. Pobożnego 11, e-mail: [email protected] Key words: feed, genetically modified plants, soya ground grain Abstract The development of biotechnology has essential influence on obtaining new varieties of plants commonly grown in the world for consumption and as raw materials for the feed industry. The application of new techniques permits modifying plants as regards the quality and quantity content of raw materials and products obtained from them. Słowa kluczowe: pasze, rośliny genetycznie modyfikowane, śruta sojowa Abstrakt Rozwój biotechnologii ma znaczący wpływ na otrzymywanie nowych odmian roślin, uprawianych powszechnie na świecie w celach spożywczych i jako surowce dla przemysłu paszowego. Zastosowanie nowych technik pozwala na modyfikację roślin pod względem składu jakościowego i ilościowego pozyskiwanych z nich surowców i produktów. Introduction properties introduced or modified. These are varieties [2]: Genetically modified products, appearing more and more frequently in our market, evoke a lot of consumers‟ reservations and remarks. In spite of much research these products did not show any negative effect of GMO on the environment or on man. Most assertions about the safe application of genetically modified plants for the production of feed and feeding animals do not reach society‟s awareness throughout the world. In European Union countries, where there is quite strong social pressure for prohibiting or restricting GMO application, legal regulations have been created concerning growing, application and transporting those plants. These regulations clearly stress that products containing more than 0.9% GMO must be marked as genetically modified organisms [1]. Genetically modified vegetable organisms are divided into several groups depending on the Zeszyty Naukowe 19(91) in which growing and harvesting properties have been improved, with their chemical composition changed to enhance their properties as an industrial raw material or food product, of crop plants accumulating large amounts of chemical substances useful for the pharmaceutical or chemical industry, with improved dietary and sanitary properties of the crop, of plants producing energy resources. In Poland, due to the awareness of the high quality of produced food as compared with the highly processed food from highly developed countries, the use of GMO feed and GMO-originated sowing material have been prohibited by legal act, which creates quite big difficulties in importing the basic raw material for feed 35 Beata Drzewieniecka production, that is soya ground grain, which emerges in result of soya seed extraction. It is characterised by high nutritive value due to the high protein content ranging from 44 to 50% and an exceptionally favourable, from the nutritional point of view, amino-acid composition, as compared with other kinds of vegetable feed. It is currently the basic protein source in fodder and has an over 50% share among other oil plant seeds in the world‟s oil industry, where ground grain is a useful by-product. In the world, the USA in particular, soya ground grain is the main vegetable protein source used in animal feeding. It is accepted as a comparative standard when assessing the usefulness of other kinds of vegetable protein feed. In sales of goods post-extraction soya ground grain plays the biggest part as the best high-protein component of feed mixtures, because of lysine – the indispensable amino acid present in its protein; for this reason, it can replace animal protein. In countries of the world‟s forefront producing soya ground grain: Argentina, the USA and Brazil the overwhelming majority of soya comes from genetically modified cultivation. It is similar in other soya-producing countries; currently, 95% of the world‟s export of soya seeds and soya ground grain is made up by GMO products, and only 5.5 million tons of soya ground grain sold in the world comes from genetically unmodified seeds [2]. According to ASA (American Soybean Association) data, over 150 million tons of soya ground grain is annually used in the whole world [3]. Most genetically unmodified ground grain is consumed by European Union countries – the yearly import to EU countries equalled about 5 million tons in 2007, whereas total ground grain consumption in the EU was about 35 million tons, from which it can be concluded that the amount of non-GMO equals about 13% [4]. In addition, it can be noticed that this amount will be subject to decrease, as the supply of seeds and genetically unmodified ground grain may decrease. The controversial opinions concerning GMO are certainly based on the reliability of genetic methods, safety of using genetically modified food and feed, threat to the environment and the risk of gene flow, called biothreat (fig. 1). The obligation to mark groceries containing over 0.9% GMO made it necessary to control the presence of GMO in products on the markets, as also in components used for production. In soya varieties commonly grown in the world the protein content equals about 40%, and that of raw fat 19%. US growers engaged in genetic improvement have already obtained a soya variety deviating from this assumption by about 2% [1]. In spite of open reservations, European countries have accepted genetically modified soya from the USA. Soya is the first genetically modified plant; it depends on institutions permitting the growing and use of soya for food production, whether novel plants with strange genes will appear in the world market. gene transfer between various kinds GMO biothreats acquiring resistance to factors introduced into GMO by other organisms risk of food allergies caused by GMO vegetable products risk to environment on the part of GM plant cultivation Fig. 1. Main biothreats of genetic modification Rys. 1. Główne biozagrożenia genetycznej modyfikacji According to ACNFP – The Advisory Committee on Novel Foods and Processes, it is not possible to estimate the risk borne by mutated soya bean and what long-lasting health effects and changes in the environment may be caused by genetic engineering [5]. Due to the ever growing demand for feed, production and its turnover requires constant monitoring with regard to health protection of humans and animals, as well as environment protection. The modern approach to ensuring food and feed safety in EU countries is based on control at all stages of the food production chain in accordance with the principle “from field to table” [3] starting from production of raw materials, their processing, storage, transport, up to the final product. Ever more attention is paid to methods of obtaining raw materials as the elements decisive about feed properties and qualities directly affecting the animals‟ health and in further production chain stages – people‟s health. The ISO 22 000 standard, published in 2006, contains requirements for organisations in the food chain and is directed to producers of food, feed and additives, as well as to farmers and retailers. Poland‟s integration with European Union countries and market requirements has created for feed producers new tasks of improving the quality of feed industry products. The binding principle is to produce safe food of animal origin using safe industrial feed. 36 Scientific Journals 19(91) Genetically modified soya ground grain in feed production The basic document of nutritional safety in Poland is the uniform text of the Act of 25th August 2006, which replaced the 2001 Act on sanitary conditions of food and nutrition [6]. This Act and executive regulations are strictly harmonised with the EU‟s food laws embracing the White Book on Food Safety including assumptions of the new food safety strategy, Regulation (EC) No. 178/2002 of the European Parliament and the Council of Europe of 28th January 2002 and 147 directives in force in the EU [7]. New statutory solutions in the scope of securing the safety and sanitary quality of food lay stress on a system of internal control in the whole chain of food production, in particular at the stage of primary production and take account of feed requirements including its production and application in the range of being intended for feeding animals assigned for food production. Regulation EC No. 178/2002 established the general principles and requirements of food law, called into being the European Food Safety Authority and laid down procedures in the range of food, providing the basis for implementing the basic goal of food law, which is a high level of people‟s and animals‟ health protection. This regulation standardises Union requirements taking account of the responsibility principle in the scope of food and feed. Food and feed control in the EU at all stages of production, implementation principles and observation of hygiene will be performed in accordance with standardised legal regulations published in the Official Journal of European Communities covering regulations of 29th April 2004 and concerning: The research was carried out at the National Feed Laboratory in Szczecin. The presence of GMO in the samples was determined by qualitative methods based on PCR technique making use of screening tests. In the case of samples quantitative markings were carried out by Real Time PCR technique. Research results have been presented in table 1. In two cases (in the years 2004 and 2005) GMO content was found in soya ground grain in 14 and 8 samples, which constituted respectively 77.8% and 80% of the whole, the soya being Roundup Ready. Table 1. Research results of GMO in soya ground grain in the years 2004–2006 [2 s. 9], [4 s. 9–10] Tabela 1. Wyniki badań GMO w śrucie sojowej w latach 2004–2006 [2 p. 9], [4 pp. 9–10] Kind of Number No. sample –Year of of research samples 1 2 3 18 14 (77.8%) 10 8 (80%) 20 20 (100%) Kind of genetic modification Roundup Ready Roundup Ready Roundup Ready In research conducted in 2006 it was found that all examined soya ground grain samples contained genetically modified RR soya (fig. 2). Number of soya ground grain samples 100% hygiene of foodstuffs (852/2004), specific hygiene rules for food of animal origin (853/2004), specific rules for the organisation of official controls on products of animal origin intended for human consumption (854/2004), official controls performed to ensure the verification of compliance with feed and food law, animal health and animal welfare rules (882/2004/EC). 80% 60% 40% 20% 0% 2004 2005 2006 Years Fig. 2. Comparison of research results on soya ground grain with regard to GMO occurrence in the years 2004–2006 Rys. 2. Zestawienie wyników badań śruty sojowej w kierunku występowania GMO w latach 2004–2006 As these regulations are mutually interrelated, it was necessary to implement them simultaneously from January 2006 in all countries of the European Community [8]. Within the framework of large-scale feed monitoring control of feed and feed components was carried out with regard to GMO occurrence. One of the research objects was post-extraction flaked soya ground grain of uneven break-up. Zeszyty Naukowe 19(91) Soya ground grain – 2004 Soya ground grain – 2005 Soya ground grain – 2006 Positive research result – GMO content above 0.9% Recapitulation It follows from the research conducted that soya ground grain present in the Polish market was in the majority of cases a product containing genetically modified soya Roundup Ready. Considering the fact that 77.8% and 80% of the examined soya ground grain contained modified soya RR in amounts above 0.9%, it can be stated 37 Beata Drzewieniecka that it will appear in similar proportion in feed mixtures. Results in later years confirmed previous assumptions about an increase of GMO products in the market. It is also important to carry out constant control research on animal feed, which will permit monitoring the proper marking of GMO products in the process of feed production. The observed systematic development of food and feed law aiming at a systemic solution of problems, widening the scope of compulsoriness and increasing the accuracy of requirements, provide the basis for ensuring good sanitary quality, required safety level and usefulness of feed for animal feeding in all links of the production and delivery chain. 4. SIERADZKI Z., KWIATEK K.: Stosowanie roślin genetycznie zmodyfikowanych w produkcji pasz i żywieniu zwierząt w Polsce, Pasze Przemysłowe nr 9–10, Lublin 2007. 5. KOSIERADZKI J.: Wysokobiałkowa śruta sojowa. Przegląd Zbożowo-Młynarski nr 5, Warszawa 2000. 6. Ustawa o bezpieczeństwie żywności i żywienia. Dziennik Ustaw z dnia 25 sierpnia 2006 r. nr 171, poz. 1225. 7. Rozporządzenie (WE) nr 178/2002 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 28 stycznia 2002 r. ustanawiające ogólne zasady i wymagania prawa żywnościowego, powołujące Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności oraz ustanawiające procedury w zakresie bezpieczeństwa żywności. 8. MALESZKA A., SWAT U., KOWALCZYK V.: Specyfikacja wymagań dla podmiotów rynkowych w zakresie bezpieczeństwa zdrowotnego żywności w świetle najnowszych wymagań UE. W: Wymagania prawne w sferze obrotu żywnością. Jakość w doskonaleniu współczesnej ekonomii i techniki cz. II, praca zbiorowa pod redakcją naukową S. Doroszewicza i A. Zwierzchowskiej, SGH, Warszawa 2005. 9. Rozporządzenie (WE) nr 1830/2003 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 22 września 2003 r. dotyczące możliwości i etykietowania organizmów zmodyfikowanych genetycznie oraz możliwości śledzenia żywności produktów paszowych wyprodukowanych z organizmów zmodyfikowanych genetycznie i zmieniające dyrektywę 2001/18/WE. References 1. Rozporządzenie (WE) Nr 1829/2003 parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie genetycznie zmodyfikowanej żywności i paszy. 2. KOROL W., MARKOWSKI J.: Badania kontrolne środków żywienia zwierząt w zakresie wykrywania i oznaczania zawartości produktów genetycznie zmodyfikowanych. Pasze Przemysłowe nr 9, Lublin 2005. 3. KWIATEK K.: Nowe regulacje prawne Wspólnoty Europejskiej w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa żywności i pasz. Przegląd Zbożowo-Młynarski nr 7, Warszawa 2005. Recenzent: prof. dr hab. Zofia Cichoń Uniwersytet Ekonomiczny w Krakowie 38 Scientific Journals 19(91) Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 39–46 2009, 19(91) s. 39–46 Мехатронная система с магнитокоммутационной машиной System mechatroniczny silników wielotarczowych z komutacją magnetyczną Mechatronic system with multi-layer disc electric motor with magnetic flux commutation Сергей Герман-Галкин, Ярослав Гринкевич Akademia Morska w Szczecinie, Wydział Mechaniczny Instytut Elektrotechniki i Automatyki Okrętowej 70-500 Szczecin, ul. Wały Chrobrego 1–2 e-mail: [email protected], [email protected] Ключевые слова: mехатронная система, многослойных дисков электрическая, магнитная коннутации Резюме Рассмотрена конструкция многослойного дискового электрического двигателя с коммутацией магнитного потока. Представлены особенности структуры, выполнен анализ мехатронной системы с этой машиной, представлены результаты моделирования. Słowa kluczowe: system mechatroniczny, silniki elektryczne wielotarczowe, komutacja magnetyczna Abstrakt Artykuł omawia budowę silników wielotarczowych z komutacją magnetyczną. Opisano w nim cechy strukturalne silnika, dokonano analizy systemu mechatronicznego oraz przedstawiono wyniki symulacji. Key words: mechatronic system, multi-layer disc electric motor, magnetic flux commutation Abstract The paper deals with construction of multi-layer disc electric motor with magnetic flux commutation. The features of structure electric motor are shown, the analysis of mechatronic system is fulfilled, the simulation results are presented. Введение тывается с ориентацией на массовые промышленные применения (прежде всего из-за простоты инвертора), а ВИП последней группы – с ориентацией на прецизионные станочные и робототехнические применения, где стоимость двигателя не является определяющей. Наиболее перспективны ВИД второй группы с независимой обмоткой возбуждения. Это определяется следующими обстоятельствами: Двигатель такого типа можно спроектировать с классической трехфазной обмоткой статора, рассчитанной на разно-полярное питание от обычного мостового инвертора В последнее десятилетие в мире резко активизировались работы по созданию силового электропривода на базе вентильно-индукторных двигателей (ВИД). Эти двигатели, несмотря на разнообразие конструкций и разное число фаз, можно разделить на три большие группы: с самовозбуждением; с независимым электромагнитным возбуждением; с магнитоэлектрическим возбуждением. Вентильно-индукторный привод (ВИП) с двигателями первой группы активно разрабаZeszyty Naukowe 19(91) 39 Сергей Герман-Галкин, Ярослав Гринкевич напряжения, применяемого во всех современных преобразователях частоты, что значительно упрощает и удешевляет преобразователь; При большем числе фаз 6, 9, 12 и т.д. двигатель можно рассматривать как состоящий из нескольких независимых друг от друга трехфазных секций с управлением каждой секцией от отдельного мостового инвертора. Переход к многофазным двигателям обеспечивает простоту наращивания мощности привода при сохранении типовой структуры управления секциями. Дополнительно в этом случае отсутствуют дефекты, приводящие к потере работоспособности двигателя. Поскольку независимость питания отдельных фаз позволяет обеспечивать работу двигателя даже при выходе их из строя; Питание контура возбуждения не является проблемой и может обеспечиваться со звена постоянного тока преобразователя через дополнительный силовой ключ, управляемый в режиме ШИМ; Наличие контура возбуждения обеспечивает: высокую кратность пусковых и стопорных моментов (не менее 2–3); расширенный диапазон (до 4:1) работы в зоне ослабления поля с поддержанием постоянства мощности; гибкость за счет программной реализации любого из требуемых режимов работы двигателя: независимого возбуждения, последовательного возбуждения; Возможность построения системы управления ВИП как системы управления вентильным двигателем (бесколлекторным двигателем постоянного тока) или как классической системы векторного управления, работающей в координатах d, q, жестко связанных с ротором. ющих прямой привод гребных винтов кораблей, очень эффективно. На перспективных автономных объектах (например ПЛ) максимально возможное количество потребителей электроэнергии должно получать ее непосредственно от основной силовой сети постоянного тока. В таком случае снижение потребления электроэнергии по некоторым оценкам может составить до 25% от суммарной мощности, потребляемой в режиме экономического хода. Преобразователи ВИП питаются от источников постоянного тока, поэтому их применение органически вписывается в современную концепцию построения корабельных энергетических систем. В последние годы теоретические разработки вентильных двигателей с независимым электромагнитным возбуждением получили значительное развитие благодаря научной школе, которая была создана профессором А.А. Афониным в Западном Поморском Технологическом Университете в Щецине. В работах этой школы данные машины получили название магнитокоммутационных. Авторы считают, что это название очень точно отражают физику работы рассматриваемой электрической машины, и в данной работе придерживаются этой терминологии. Конструкция и принцип действия магнитокоммутационной машины Идея создания магнитокоммутационной электрической машины (МКМ) принадлежит проф. А.А. Афонину. В его работах [8, 9, 10, 11, 12, 13] изложены вопросы конструкции МКМ, проведен исчерпывающий анализ электромагнитных процессов, показаны многочисленные преимущества таких машин и определены области их применения. Теоретические исследования электромагнитных процессов в МКМ в цитированной литературе базируются на решении полевых задач с использованием дифференциальных уравнений в частных производных. Результаты этих исследований могут служить основой для проектирования и расчета машины. Для построения системы управления с МКМ требуется иной подход при ее анализе. Этот подход базируется на описании МКМ в понятиях (терминах) теории цепей. В данной статье реализуется такое описания МКМ с учетом силового полупроводникового преобразователя, питающего МКМ и алгоритма Особенно перспективно, как это следует из многочисленных работ [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], применение ВИД в мощных электроприводах (диапазон МВт) к каким в частности относятся системы движения кораблей. Обычные машины в системах движения кораблей являются высокоскоростными. Однако для вращения гребных винтов требуется низкая скорость вращения и, следовательно, механизмы понижения скорости – зубчатые передачи. Использование таких устройств большой мощности негативно влияет на стоимость, вес и эффективность двигателей системы движения кораблей. Поэтому внедрение низкоскоростных электрических двигателей с большим вращающим моментом, обеспечива40 Scientific Journals 19(91) Мехатронная система с магнитокоммутационной машиной его управления. В совокупности такое устройство является мехатронным устройством (МУ). В статье осуществлен анализ переходных и установившихся процессов в данном МУ, а также синтезированы регуляторы, придающие данному устройству заданные динамические характеристики. Все исследования проведены на базе пакета Matlab-Simulink и его расширений. части расположена продольная (замыкающая магнитный поток) часть сердечника (2). На неподвижной части располагаются две обмотки возбуждения (3) отдельные для каждого сердечника. Постоянные токи в обмотках возбуждения (I1, I2) протекают в противоположных направлениях. Обмотка якоря (4) расположена также на неподвижной части и проходит через оба сердечника. При перемещении части 2 в направлении x первоначально замыкается поток в левом сердечнике, а затем – в правом. Поскольку токи возбуждения текут в противоположных направлениях, то магнитный поток, охватывающий обмотку якоря, меняет знак. Если обмотку якоря запитать переменным током, то на подвижную часть машины будет действовать электромагнитный момент. Если частота тока в обмотке якоря будет равна f = pn/60 (р – число пар полюсов), то момент на подвижной части будет иметь постоянное среднее значение. Далее описывается МКМ, показанная на рисунке 2. Конструкция представленной машины является упрощенным вариантом конструкции, которая подробно описана в [13]. Магнитокоммутационная машина содержит набор элементарных модулей (ЭМ), образующих несколько, в частном случае, показанном Рис. 1. Элементарный модуль Rys. 1. Moduł podstawowy Fig. 1. Elementary modul Элемент конструкции МКМ (элементарный модуль-ЭМ) показан на рисунке 1. На неподвижной части (статор) расположены два П-образных сердечника (1) (на рис.1 сердечники повернуты торцами наружу). На подвижной Рис. 2. Конструкция МКМ Rys. 2. Budowa elektrycznego silnika wielotarczowego Fig. 2. Construction of multi-layer disc electric motor Zeszyty Naukowe 19(91) 41 Сергей Герман-Галкин, Ярослав Гринкевич L на рисунке 2, две отдельные МКМ, ЭМ которых смещены в радиальном направлении. Каждая МКМ имеет две неподвижные электромагнитные системы ( и ), смещенные на половину полюсного деления (полюсное деление определяется смещением сердечников статора). Вся конструкция содержит П-образные | | сердечники ( 1 ,1 ,1 ,1 ), обмотки | | возбуждения ( 3 ,3 ,3 ,3 ) и обмотки якоря | 2 3 2 2 t | ( 4 , 4 , 4 , 4 ). На вращающемся диске ротора расположены части магнитопровода ( 2, 2| ), замыкающие магнитный поток. При сохранении одинаковых конструктивных размеров ЭМ, внутренняя МКМ содержит меньшее количество полюсов. Эта особенность МКМ вызывает необходимость управления каждой машиной от отдельного преобразователя при построении мехатронной системы. Характер распределения магнитных полей, индуктивности и э д с в статоре МКМ показан на рисунке 3 [13]. Когда ферромагнитные части (полюса) ротора замыкают магнитные потоки в одной группе сердечников статора суммарный магнитный поток и индуктивность якорной обмотки приобретают максимальное значение. В это время в другой группе магнитопроводов того же статора, смещенной относительно первой на полюсное деление, магнитные потоки имеют минимальные значения. При этом магнитный поток во второй группе, сцепленный с обмотками якоря ЭГ, имеет противоположное по отношению к первой группе магнитопроводов направление. При повороте ротора на полюсное деление наступает максимум магнитных потоков во второй группе, как показано соответственно на рисунке 3. В отдельной группе магнитопроводов при перемещении ротора магнитный поток, направленный по оси машины, периодически изменяется от максимального Фmаx до минимального Фmin значения, не изменяя при этом своего знака в пределах рассматриваемой группы. В то же время в другой группе магнитопроводов магнитный поток также не изменяет своего направления, но сдвинут по фазе во времени на 180 эл. градусов относительно магнитного потока первой группы. Т.о. в общей магнитной системе статора, состоящей из двух групп, при перемещении ротора возникает циркуляция двух переменных во времени магнитных потоков, максимальные значения которых сдвинуты по фазе на период, 2 t E 2 3 2 2 t Рис. 3. Индуктивности, потоки и ЭДС в МКМ Rys. 3. Indukcyjność, strumień i siła elektromotoryczna w elektrycznym silniku wielotarczowym Fig. 3. Inductance, flux and EMF of multi-layer disc electric motor и, поскольку каждый из этих периодически переключаемых магнитных потоков пронизывает обмотку якоря, в последней индуктируется переменная во времени ЭДС. Поскольку максимальный магнитный поток Фmаx замыкается через магнитопровод статора, ферромагнитные элементы ротора и немагнитный рабочий зазор, то зависимость Фmаx от тока возбуждения аналогична кривой намагничивания обычных синхронных машин (СМ). В МКМ рационально используются электрические и магнитные материалы, отсутствует перемагничивание и связанные с ним потери в магнитных контурах вследствие однонаправленных магнитных потоков возбуждения. Сокращение длины силовых линий магнитного поля улучшает использование объема электромагнитного ядра и уменьшает массу расходуемой электротехнической стали, что также ведет к снижению добавочных потерь на вихревые токи и гистерезис и таким образом способствует увеличению КПД машины. 42 Scientific Journals 19(91) Мехатронная система с магнитокоммутационной машиной на неподвижных осях , и смещенные на половину полюсного деления. Так же, как это принято при анализе синхронной машины ось, совпадающая с продольной осью сердечника ротора обозначена буквой d, а перпендикулярная ось – буквой q. За начальное положение осей принято положение, при котором ось d совпадает с осью . Для рассматриваемой конструкции (рис. 2) электромагнитные моменты двух МКМ складываются на одном валу. Математическое описание каждой МКМ аналогично и может быть представлено в виде [4]. Глубина модуляции индуктивности (аналог отношения xd / xq синхронной машины), возрастает при периодическом чередовании в структуре подвижного рабочего тела (ротора) ферромагнитных и немагнитных элементов. Обмотки технологичны. При этом концентрическая форма их обеспечивает высокий коэффициент заполнения площади пазов в особенности при использовании в качестве проводников плоской ленты или фольги. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований [8, 10, 13] показывают, что многослойные структуры МКМ позволяют обеспечить достижение высоких удельных массогабаритных и энергетических показателей. Выполненные оценки свидетельствуют, что в предложенных конструкциях можно добиться снижения удельной массы до 0.5 кг/(кВА) при скорости вращения п = 3000 об/мин, что существенно превышает возможности других типов электрических машин. Особенности конструкций МКМ открывают широкие возможностями для оптимального проектирования и синтеза требуемых параметров и заданных разработчиком характеристик мехатронного устройства. u R1i u R1i J L i L i 0 L i L i 0 sin (2) Если пренебречь насыщением стали, то выражения для собственных индуктивностей и взаимной индуктивности имеют вид: L L 2 1 4 Ld Lq L d 4 2 Ld Lq 2 Ld Lq 2 Ld Lq 2 Ld Lq 2 cos 2 cos 2 sin 2 (3) Из (1), (2), (3) получим: u R1i Ld Lq sin 2 i Ld Lq Ld Lq di cos 2 2 2 dt Ld Lq cos 2 i 3 Рис. 4. Электромагнитная модель МКМ Rys. 4. Elektromagnetyczny model silnika elektrycznego wielotarczowego Fig. 4. Electromagnetic model of multi-layer disc electric motor Zeszyty Naukowe 19(91) M L i2 i2 L L i i 0 i 0 i q d m M MH dt L i L i 0 L i L i 0 cos Рассмотрим рисунок 4, на нем приведена схема половины элементарного модуля двухфазной МКМ. На статоре машины размещены две якорные обмотки (4 и 4), расположенные 1 (1) dt В уравнениях (1) потокосцепления по неподвижным осям , и электромагнитный момент на валу каждой МКМ находятся из выражений: Анализ мехатронного устройства на базе магнитокоммутационной машины 3 d dt d d i 1 Ld Lq sin 2 0 sin 2 dt (4) 43 Сергей Герман-Галкин, Ярослав Гринкевич Ld = 8.510–3Гн., Lq = 4.510–3Гн., 0 = 0.15 ГнA, p = 6 и МКМ2 – R1 = 0.9 Oм, Ld = 4.810–3Гн., Lq = 2.210–3Гн., 0 = 0.08 ГнA, p = 3. Момент инерции на валу равен J = 0.2 kГм2. u R1i Ld Lq cos 2 i 1 di Ld Lq sin 2 2 dt Ld Lq sin 2 i Ld Lq Ld Lq di cos 2 0 cos 2 2 dt Ld Lq M p sin 2 i2 i2 2 Ld Lq cos 2 i i 0 cos i 0 sin i (4) Уравнение моментов на валу МКМ: J d m dt M M H (5) В уравнениях (4), (5) р-число пар полюсов, M – суммарный момент от двух МКМ. Функциональная схема мехатронного устройства каждой МКМ показана на рисунке 5. Рис. 6. Механические характеристики МУ Rys. 6. Charakterystyka momentu w zależności od prędkości obrotowej silnika w systemie mechatronicznym Fig. 6. Characteristics “speed-torque” of mechatronic system На рисунке 6 представлены механические характеристики для различных напряжений на обмотках якоря МКМ. Кривые 1 соответствуют машине МКМ1, кривые 2 – машине МКМ2, характеристики 3 соответствуют всему МУ. Из характеристик видно, что при малых скоростях момент МКМ1 превышает момент МКМ2. При больших скоростях момент МКМ2 становится большим от момента МКМ1. Переходные процессы МУ представлены на рисунке 7. Рис. 5. Функциональная модель МУ Rys. 5. Schemat systemu mechatronicznego Fig. 5. Block diagram of mechatronic system Рассматриваемая МКМ управляется от силового полупроводникового преобразователя (СПП), который в свою очередь управляется от датчика положения ротора (ДПР) и преобразователя координат (ПК). При таком построении напряжения питания обмоток u и u зависят как от положения ротора машины, так и от алгоритма работы СПП. Силовой преобразователь выполняется по схеме двухплечевого (мостового) однофазного инвертора, который управляется от широтно-импульсного модулятора, т.о. на выходе СПП реализована синусоидальная широтно-импульсная модуляция с амплитудой U, равной напряжению питания СПП. Модель МУ, построенная на базе математического описания (уравнения 1–5), подробно описана и исследована в [15]. В модели реализованы две машины, расположенные радиально с параметрами: МКМ1 – R1 = 2.0 Oм, Рис. 7. Переходные характеристики МУ Rys. 7. Charakterystyka systemu mechatronicznego z uwzględnieniem funkcji czasu Fig. 7. Transients characteristics of mechatronic system 44 Scientific Journals 19(91) Мехатронная система с магнитокоммутационной машиной Параметрический синтез регуляторов в замкнутой системе свидетельствует рост частоты токов в обмотках якоря МКМ. Токовый контур при релейных регуляторов является практически безинерционным (рис. 9). Поскольку момент трансцендентно зависит от положения вала (уравнения 4) МУ даже при наличии безинерционных токовых контуров является системой нелинейной. Задача синтеза параметров регулятора для нелинейной системы может быть решена с использованием пакета прикладных программ Simulink Response Optimization. Этот прикладной пакет реализует метод динамической оптимизации. Синтез параметров регулятора в данной системе осуществлялся в два этапа. На первом этапе проведен синтез регулятора по управляющему воздействию. В этом случае момент нагрузки задавался постоянным, равным 10 Нм. На втором этапе осуществлен синтез по возмущающему воздействию (моменту). В этом случае сигнал на входе системы задавался равным нулю. В результате сравнения параметров регулятора, определенных на первом и втором этапе синтеза с учетом требований к системе окончательно выбираются параметры регулятора. В данном случае были выбраны параметры, полученные при синтезе системы по возмущающему воздействию. Переходной процесс в системе с таким регулятором по управляющему и возмущающему воздействию представлен на рисунке 10 при задании скорости 2 рад/с и набросе момента нагрузки 10 Нм. Одна из наиболее распространенных структур замкнутой системы с МУ представлена на рисунке 8. В ней в качестве регуляторов тока использованы релейные регуляторы(РРТ). Они управляют четырьмя СПП, которые в свою очередь питают четыре якорных обмотки МКМ. Регулятор скорости (РС) является общим, а на его вход подаются сигнал управления и сигнал обратной связи с вычислителя скорости (ВС). Рис. 8. Функциональная схема системы регулирования Rys. 8. Schemat systemu napędowego Fig. 8. Block diagram of drive system На рисунке 9 представлены электромагнитные процессы в разомкнутой по скорости системе с МУ при задании на вход регуляторов амплитуды тока 20 А. Электромагнитные моменты каждой МКМ и суммарный момент представлены на верхних осциллограммах. Токи в обмотках статора одной машины – на нижних осциллограммах. Рис. 9. Электромеханические процессы в системе замкнутой по току Rys. 9. Moment obrotowy systemu napędowego z uwzględnieniem funkcji czasu Fig. 9. Transient process of torque drive system Рис. 10. Переходной процесс в мехатронной системе Rys. 10. Prędkość z uwzględnieniem funkcji czasu Fig. 10. Transient process of speed drive system В этом случае МУ является источником момента и его скорость нарастает линейно о чем Zeszyty Naukowe 19(91) 45 Сергей Герман-Галкин, Ярослав Гринкевич Литература 9. AFONIN A.: Multi-layer electromechanical energy converters. Electromotion, Nr 3, 1996, 111115. 10. AFONIN A.: Multi-layer electromechanical systems of linear and rotational motion. In: Proc. 3rd Intern. Conf. on Unconventional and Electromechanical Systems UEES‟97, Vol. 1, Ukraine 1997, 3546. 11. AFONIN A., GREBENIKOV V.: Contactless electric motors of a new type – trends of development. In: Proc. The Intern. Conf. on Electrical Drives and Power Electronics EDPE‟96, Vol. 1, Slovakia 1996, 260265. 12. AFONIN A., CIERZNIEWSKI P.: Multi-layer moving-magnet linear motors. In: Proc. Intern. Symp. on Electrical Machines ICEM‟98, Vol. II, Turkey 1998, 11071113. 13. AFONIN A., KRAMARZ W., CIERZNIEWSKI P.: Elektromechaniczne przetworniki energii z komutacją elektroniczną. Szczecin 2000, 230. 14. ГЕРМАН-ГАЛКИН С.Г.: MATLAB & SIMULINK Проектирование мехатронных систем. Учебное пособие для вузов. Санкт-Петербург. "КОРОНА ВЕК", 2008, 367 с. 15. ГЕРМАН-ГАЛКИН С.Г.: Анализ и синтез мехатронной системы с магнитокоммутационной машиной в пакетах Matlab-Simulink. Силовая электроника №1, 2006, 82–86. 1. LETELLIER P.: High Power Permanent Magnet Machines for Electric Propulsion Drives. ALL ELECTRIC SHIP CIVIL OR MILITARY (AES 2000), Париж, 26–27 октября 2000 г. 2. EHRHART P., SOZZI L.: Developing Benefits for Maritime Applications. Session 5, Paper II, 29–30 sept. 1998. 3. ERICSEN T., HINGORANI N., KHERSONSKY Y.: Power Electronics and Future Marine Electrical Systems. IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 42, No. 1, 2006, 155–163. 4. СОРИН Л.Н., ЗАХАРОВ В.И., ЩЕРБАКОВ В.Г. И ДР.: Опыт разработки и изготовления индукторных двигателей для подвижного состава. «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава»: 3-я Международная научн.техн. конф. Новочеркасск 2000, 165–167. 5. ТЕМИРЕВ А.П.: Теория и практика разработки судовых систем электроснабжения и бортовых блоков управления электродвигателей. Монография, Ростов н/Д: Изд-во Рост.ун-та, 2004, 250 с. 6. ФИСЕНКО В.Г., ПОПОВ А.Н.: Проектирование вентильных индукторных двигателей. М.: Издательство МЭИ, 2005, 56 с. 7. ЯСАКОВ Г.С.: Корабельные электроэнергетические системы. Часть 1. – С.-Пб.: Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова. 1999, 640 c. 8. AFONIN A.: Trends in development of the unconventional electromechanical systems. In: Proc. 2nd Intern. Conf. on Unconventional and Electromechanical Systems UEES‟96, Vol. 1, Poland 1996, 2536. Recenzent: prof. dr hab. inż. Jan Purczyński Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie 46 Scientific Journals 19(91) Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 47–50 2009, 19(91) s. 47–50 Właściwości eksploatacyjne nowych panewek endoprotezy stawu biodrowego Exploatative properties of a new cup of hip joint endoprosthese Małgorzata Grądzka-Dahlke Politechnika Białostocka, Zakład Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej 15-351 Białystok, ul. Wiejska 45c, e-mail: [email protected] Słowa kluczowe: biotribologia, panewka stawu biodrowego, łożysko porowate, badania tribologiczne, analiza przepływu cieczy Abstrakt Alloplastyka stawów jest jedną z dziedzin, które intensyfikują rozwój inżynierii biomedycznej. W ostatnich dziesięcioleciach obserwuje się niesłabnące działania w kierunku zwiększenia trwałości implantów. Ograniczenia materiałowe wymuszają poszukiwanie nowych rozwiązań. W referacie przedstawiono koncepcję nowej panewki stawu biodrowego z metaliczną warstwą porowatą. Idea oparta na założeniu łożyska samosmarnego powinna zapewnić korzystne warunki pracy i minimalizację zużycia elementów współpracujących. Przeprowadzono analizę numeryczną przepływu cieczy w warstwie porowatej oraz weryfikujące badania eksperymentalne na symulatorze tarcia stawu biodrowego. Uzyskane wyniki potwierdziły słuszność przyjętej koncepcji. Przepływ cieczy w porowatej panewce zapewnia dobre smarowanie powierzchni trących i zmniejsza zużycie elementów. Key words: biotribology, hip joint cup, porous bearing, tribological test, liquid flow analysis Abstract Joint alloplastics is one of the domains intensifying biomedical engineering development. Last decades show unabated activity towards increase of implant durability. Material restrictions force the search for new solutions. In this work the conception of new hip joint cap with metallic porous layer is presented. The idea based on self-lubricating bearing should ensure favourable conditions and minimize wear of co-working elements. Numeric analysis of the lubricating fluid flow in porous layer has been taken as well as verifying experimental research on hip joint friction simulator. Obtained results confirmed the fairness of the admitted assumptions. The fluid flow in porous cap ensures good lubrication of sliding layers and decrease wear of elements. Wstęp jest dobrodziejstwem dla tysięcy pacjentów, przywracając im możliwość funkcjonowania w otaczającym świecie. Wieloletnie doświadczenia eksploatacyjne pozwoliły wyselekcjonować materiały do zastosowań biomedycznych, spełniające podstawowe wymagania, dotyczące odporności korozyjnej, odpowiednich właściwości mechanicznych czy biotolerancji. Jednak analiza niepowodzeń alloplastyki wskazuje na konieczność zwiększenia trwałości implantów. W przypadku endoprotez stawów biodrowych średni czas eksploatacji szacowany jest na 10–15 lat, co jest okresem zdecydowanie niewy- Rozwój inżynierii biomedycznej w ostatnich dziesięcioleciach stawia wciąż nowe zadania inżynierom zarówno w obszarze konstrukcji, technologii, jak też materiałów. Wysokie wymagania, które muszą spełniać implanty biomedyczne, nakazują często poszukiwanie nowych jakościowo rozwiązań. Jedną z takich dziedzin jest alloplastyka stawów. Choroby zwyrodnieniowe, urazy, powodują konieczność zastąpienia uszkodzonych elementów stawów sztucznymi implantami. Rozwiązanie takie Zeszyty Naukowe 19(91) 47 Małgorzata Grądzka-Dahlke starczającym, szczególnie w przypadku młodych, aktywnych pacjentów. Według doniesień literaturowych, główną przyczyną tej sytuacji jest nadmierne zużycie elementów węzła tarciowego sztucznych stawów [1, 2, 3, 4, 5]. Dotychczasowe prace zmierzające głównie w kierunku wykorzystania metod inżynierii powierzchni do modyfikacji odporności na zużycie stopów implantacyjnych nie przynoszą oczekiwanych rezultatów [6, 7]. W Katedrze Inżynierii Materiałowej i Technologii Maszyn Politechniki Białostockiej zaproponowano nowe rozwiązanie układu tarciowego endoprotezy stawu biodrowego, oparte na zasadzie pracy porowatego łożyska samosmarnego [8, 9, 10]. Para tarciowa składa się z głowy, wykonanej z litej stali implantacyjnej 316L, oraz panewki o 3-warstwowej strukturze. Warstwa wewnętrzna wykonana jest z porowatego spieku z analogicznej stali. Przed eksploatacją warstwa ta jest nasycona sztuczną cieczą synowialną. Znaczna porowatość spieku pozwala na cyrkulację cieczy smarowej z porów do strefy tarcia, co wpływa na minimalizację oporów ruchu i zużycia współpracujących elementów. W pracy podjęto próbę analizy numerycznej przepływu cieczy w warstwie porowatej panewki oraz weryfikacji eksperymentalnej przyjętego modelu. Uwzględniono następujące parametry wejściowe: głowa stalowa, chropowatość powierzchni Ra = 0,01 mm; obrót o 30 stopni (0,5 rad/s); panewka zawierająca wewnętrzną warstwę z porowatej stali, porowatość 36%, wielkość porów otwartych 0,10958 mm (obliczona na podstawie zgładów poprzecznych materiału panewki metodą analizy obrazu); ciecz smarująca o parametrach sztucznego płynu stawowego: ciecz nieniutonowska (charakterystyka lepkości dynamicznej przedstawiona na rysunku 2), gęstość 1,003 kg m–3; luz pomiędzy główką a warstwą porowatą: 0,05 mm. temperatura 36,6C, ciśnienie referencyjne, zewnętrzny nacisk pionowy 9,81 MPa. W celu uproszczenia obliczeń przyjęto osiowy wycinek panewki o szerokości 1 mm. Analizowano zmiany prędkości przepływu oraz ciśnienia cieczy w warstwie porowatej panewki podczas pracy. Materiały i metodyka badań Przeprowadzono analizę numeryczną przepływu cieczy smarowej w porowatej warstwie panewki. Obliczenia wykonano za pomocą programu SolidWorks przy użyciu pakietu Flow Simulation. Model układu tarciowego przyjęty do obliczeń (rys. 1) odpowiada prototypowi badanego węzła tarciowego endoprotezy z warstwą porowatą. Rys. 2. Wykres lepkości dynamicznej cieczy smarowej przyjęty do analizy Fig. 2. Graph of dynamic viscosity of the fluid lubricant adopted for analysis Badania tribologiczne przeprowadzono na symulatorze tarcia stawu biodrowego w układzie głowa–panewka endoprotezy (rys. 3). Głowa – kulka łożyskowa ze stali 316L – wykonywała ruch obrotowo-rewersyjny z częstotliwością 1 Hz. Uchwyt, w którym zamocowana była panewka, był obciążany cyklicznie za pomocą siłownika pneumatycznego, maksymalna wartość nacisku P = 1 kN. Cykl obciążeń i ruchów był analogiczny do warunków panujących w naturalnym stawie biodrowym podczas chodu. Badania realizowano w środowisku sztucznej cieczy stawowej (Diasinolumad usum exetrum) w temperaturze pokojowej. Podczas badania mierzono opory ruchu, które posłużyły do wyznaczenia maksymalnych wartości współczynnika tarcia w każdym cyklu. Po zakończonym badaniu mierzono zużycie panewki zgod- Rys. 1. Model obliczeniowy przepływu cieczy w panewce z warstwą porowatą Fig. 1. Calculation model of the fluid flow in the cup with porous layer 48 Scientific Journals 19(91) Właściwości eksploatacyjne nowych panewek endoprotezy stawu biodrowego nie ze znormalizowaną metodyką ISO 14242-2: 2000(E) opracowaną do oceny zużycia całkowitych endoprotez stawów biodrowych [11]. Pomiary przeprowadzono na współrzędnościowej maszynie pomiarowej (WMP) MISTRAL 07 07 05 firmy Brown&Sharpe z głowicą pomiarową TP 200. Obserwacji mikroskopowych powierzchni panewek dokonano na elektronowym mikroskopie skaningowym HITACH S-3000N. Rys. 5. Zmiany ciśnienia cieczy w porowatej warstwie panewki podczas tarcia Fig. 5. Changes in fluid pressure in porous layer of the cup during the friction Opory ruchu, rejestrowane podczas pomiaru były niskie jak na parę tarciową metal/metal – na początku pomiaru współczynnik tarcia osiągnął wartość 0,14, po czym ustabilizował się na poziomie ok. 0,10. Może to świadczyć, że podczas badania utrzymywał się film smarny pomiędzy współpracującymi powierzchniami. Mierzono także zużycie panewki jako zmianę położenia punktów na powierzchni roboczej przed i po tarciu. Pomiary wykonane po 50 godzinach badań wykazały, że maksymalna różnica wyniosła ok. 0,2 mm. Wielkość ta praktycznie nie uległa zmianie po kolejnych 50 godzinach tarcia (rys. 6), co potwierdza, że warunki tarcia były stabilne w całym badanym zakresie czasowym. Zmiany geometrii panewki w pierwszej fazie badań mogły być spowodowane zarówno zużyciem, jak też odkształceniem plastycznego metalu na skutek przyłożonych obciążeń. Rys. 3. Elementy eksperymentalnego układu tarciowego głowa-panewka endoprotezy Fig. 3. Elements of the experimental friction system head-cup endoprosthese Wyniki badań i dyskusja Wyniki analizy numerycznej, przedstawione na rysunkach 4 i 5, wskazują, że przy założonych parametrach pracy węzła tarciowego z porowatą panewką ma miejsce przepływ cieczy smarowej w przypowierzchniowej warstwie wkładki porowatej. Ciecz jest wyciskana do strefy tarcia, szczególnie w miejscach występowania największych obciążeń (rys. 5). Obecność cieczy smarowej pomiędzy współpracującymi powierzchniami powinna wpłynąć na stabilizację warunków tarcia i zmniejszenie zużycia. Doświadczalna weryfikacja pracy węzła tarciowego endoprotezy stawu biodrowego z warstwą porowatą w pełni potwierdziła przyjęte założenia. Rys. 6. Zmiany geometrii powierzchni porowatej panewki po 100 godzinach badań tarciowych Fig. 6. Changes in the geometry of the cup‟s porous surface after 100 hours of testing friction Rys. 4. Zmiany prędkości przepływu cieczy w porowatej warstwie panewki podczas tarcia Fig. 4. Speed changes of fluid flow in porous layer of the cup during the friction Zeszyty Naukowe 19(91) 49 Małgorzata Grądzka-Dahlke Na zdjęciach mikroskopowych powierzchni roboczej panewki po tarciu widoczne są odkształcenia plastyczne ziarn metalu oraz pojedyncze ślady zużycia (rys. 7). Brak wyraźnych oznak zużycia adhezyjnego i ściernego również jest potwierdzeniem smarującego oddziaływania płynu synowialnego, co było założeniem pracy. cieczy smarowej pozwoliła na zminimalizowanie oporów ruchu podczas tarcia (wartość współczynnika tarcia kształtowała się na poziomie 0,1) oraz na ograniczenie zużycia (całkowita zmiana wymiarów panewki po 360 tysiącach cykli wyniosła ok. 0,2 mm). Bibliografia 1. GIERZYŃSKA-DOLNA M.: Problemy tribologiczne w endoprotezoplastyce. Inżynieria biomateriałów, Nr 1, 1997. 2. HALL R.M., UNSWORTH A.: Friction in hip prostheses. Biomaterials 18, 1997, 1017–1027. 3. Micro-structural alterations within different areas of articulating surfaces of a metal-on-metal hip resurfacing system. Wear 267, 2009, 689–694. 4. BURNY F., DONKERWOLCKE M., MUSTER D.: Biomaterials education: a challenge for medicine and industry in the late 1990s. Materials Science and Engineering A 199, 1995, 53–59. 5. KATTI K.: Biomaterials in total hip replacement. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 39, 2004, 133–142. 6. REINISCH G., JUDMANN K.P., LHOTKA CH., LINTNER F., ZWEYMUELLER K.A.: Retrieval study of uncemented metalmetal hip prostheses revised for early loosening. Biomaterials 24, 2003, 1081–1091. 7. WIMMER M.A., LOSS J., NASSUTT R., HEITKEMPER M., FISCHER A.: The acting mechanisms on metal-on-metal hip joint bearings: in vitro results. Wear 250, 2001, 129–139. 8. GRĄDZKA-DAHLKE M., HOŚCIŁO B., DĄBROWSKI B., DĄBROWSKI J.R.: Fatigue characteristic of porous implant steel 316L under low-cycle compression. Biomaterials in regenerative medicine: Proceedings of the International Conference, Vienna, October 22–25, The Scientific Centre of the Polish Academy of Science in Vienna, Conference Proceedings and Monographs, Vol. 6, 2006, 121–126. 9. GRĄDZKA-DAHLKE M., DĄBROWSKI J.R., DĄBROWSKI B.: Characteristic of the porous 316 stainless steel for the friction element of prosthetic joint. Wear, Vol. 263, nr 7/12, 2007, 1023–1029. 10. GRĄDZKA-DAHLKE M.: Estimation of tribological properties of an artificial hip join cup with a porous metallic insert. 8th World biomaterials congress, Amsterdam, May 28 – June 1, 2008, CD-ROM. 11. Norma ISO 14242-2:2000(E). Implants for surgery – Wear of Total hip joint prostheses – Part 2: Methods of measurements. Rys. 7. Zdjęcia mikroskopowe porowatej powierzchni panewki przed i po tarciu, SEM, pow. 450 Fig. 7. Microscopic images of the cup‟s porous surface before and after friction, SEM, zoom 450 Praca finansowana w ramach projektu badawczego PB nr W/WM/2/07. Autorka dziękuje mgr. inż. Michałowi Sadowskiemu z Biura Konstrukcyjnego MiCAD Łódź za udział w przeprowadzeniu analizy numerycznej. Podsumowanie W artykule przedstawiono wyniki analizy przepływu cieczy w porowatej warstwie panewki stawu biodrowego oraz wyniki badań tribologicznych prototypowej panewki, przeprowadzonych na symulatorze tarcia. Analiza numeryczna wykazała, że przy przyjętych założeniach dotyczących warunków eksploatacji możliwa jest cyrkulacja cieczy smarowej w strukturze porowatej i pomiędzy współpracującymi powierzchniami. Badania eksperymentalne potwierdziły zasadność przyjętego rozwiązania węzła tarciowego endoprotezy. Obecność Recenzent: dr hab. inż. Zbigniew Matuszak profesor Akademii Morskiej w Szczecinie 50 Scientific Journals 19(91) Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 51–57 2009, 19(91) s. 51–57 Analiza dynamiki układów wirnikowych silników turbinowych z wykorzystaniem śledzenia rzędów Analysis of dynamics gas turbines rotor systems using Order Tracking procedure Andrzej Grządziela Akademia Marynarki Wojennej, Katedra Siłowni Okrętowych 81-103 Gdynia, ul. Śmidowicza 69, e-mail: [email protected] Słowa kluczowe: diagnostyka techniczna, wibroakustyka, analiza sygnałów, wirnik silnika turbinowego, niewyrównoważenie Abstrakt W artykule przedstawiono ocenę przydatności metod Order Tracking i Autotracking w analizie sygnałów drganiowych dla diagnozowania układów wirnikowych okrętowych turbinowych silników spalinowych w procesie zimnego rozruchu i wybiegu. Na podstawie uzyskanych rezultatów przedstawiono wnioski dotyczące metodologii drganiowych badań diagnostycznych silników typu DR oraz zakresu przydatności prezentowanych metod w diagnostyce technicznej. Key words: diagnostics, vibroacoustics, signal analysis, rotors of gas turbine engine, unbalancing Abstract The article presents comparison of Order Tracking and Autotracking methods of vibration signals analysis for assessing a technical condition of the rotors system of marine gas turbine engines. Results of tests were registered in run-up and shut-down processes of the turning of rotors system. Comparisons of results enable to present conclusions for application both methods for diagnosing marine gas turbine engines DR type in non-steady states. Wstęp badań było określenie przydatności analizy rzędów w diagnozowaniu drganiowym typowych niesprawności układu wirnikowego silników turbinowych w stanach nieustalonych. Pomimo tego, że poszczególne elementy silnika turbinowego mogą być składane z wyjątkową pieczołowitością, dość często spotyka się niewyrównoważenie maszyn wirnikowych przewyższające wartość szczątkową. Jego przyczyną są najczęściej sumy niedokładności obróbki i montażu oraz wpływ rozszerzalności cieplnej. W okrętowych turbinowych silnikach spalinowych, z punktu widzenia dynamiki, najważniejsza rolę w identyfikacji stanu technicznego pełnią: wirniki, łożyska, podpory łożyskowe, korpus silnika, sposób zamontowania silnika na fundamencie, warunki hydrometeorologiczne (pływanie z dużą prędkością na fali) oraz W strukturze organizacyjnej jednostek pływających Marynarki Wojennej RP, objętych stałym, bazowym systemem diagnostycznym znajdują się małe okręty rakietowe typu 1241 RE. Wyposażone są one w kombinowane układy napędowe typu COGAG z turbinowymi silnikami spalinowymi. W ramach rutynowych badań diagnostycznych realizowanych zazwyczaj w stanach ustalonych przeprowadzono dodatkowe pomiary drgań silników mocy marszowej typu DR 76 w trakcie zimnego rozruchu oraz wybiegu. Silniki DR 76 są trzywirnikowymi marynizowanymi turbinowymi silnikami spalinowymi, które dodatkowo wyposażone zostały w swobodną turbinę napędową. Strukturę wirnikową silnika przedstawia rysunek 1. Celem Zeszyty Naukowe 19(91) 51 Andrzej Grządziela 1 11 10 2 9 3 4 5 6 7 8 Rys. 1. Przekrój podłużny silnika DR 76, gdzie: 1 – SNC (sprężarka niskiego ciśnienia), 2 – górna skrzynka mechanizmów pomocniczych, 3 – SWC (sprężarka wysokiego ciśnienia), 4 – komory spalania, 5 – TWC (turbina wysokiego ciśnienia), 6 – TNC (turbina niskiego ciśnienia), 7 – TN (turbina napędowa), 8 – dolna skrzynka mechanizmów pomocniczych, 9 – bęben SNC, 10 – kierownice wstępnego zawirowania, 11 – lemniskata wlotowa Fig. 1. Longitudinal section of DR 76 engine, where: 1 – LPC (low pressure compressor), 2 – upper connection gearbox, 3 – HPC (high pressure compressor), 4 – burning chambers, 5 – HPC (high pressure turbine), 6 – LPC (low pressure turbine), 7 – PT (power turbine), 8 – lower connection gearbox, 9 – rotor of LPC, 10 – vanes of the air flow control system, 11 – inlet lemniscates zmienne parametry termo-gazodynamiczne występujące w silniku. Stan techniczny decydująco wpływa na jakość procesu roboczego oraz na trwałość silnika. Dyssypacja energii objawia się w maszynach wirnikowych drganiami, których podstawowymi przyczynami są: niewyrównoważenie wirnika; przekroczenie tolerowanych odchyłek współosiowości wałów transmitujących moment obrotowy; ocieranie się elementów łopatek wirnikowych o wewnętrzną część korpusu silnika; zużycie łożysk nośnych i oporowych; asymetria własności sprężysto-tłumiących wirnika wraz z elementami na nim osadzonymi; nierównomierność sił gazodynamicznych oddziałujących na wirnik. Emisja energii drganiowej, oprócz wielu składowych pochodzenia stochastycznego, niesie ze sobą informację o aktualnym stanie technicznym silnika. Pomiar drgań, ich identyfikacja, klasyfikacja, analiza matematyczna oraz obserwacje trendu niosą informację nie tylko o aktualnym stanie technicznym, ale także umożliwiają prognozowanie procesu zużycia [1, 2]. tów silnika pomniejszona o liczbę nieodkształcalnych więzów pomiędzy elementami. Poszczególnym elementom silnika można przypisać charakterystyki fizyczne uzyskane bądź metodą bezpośrednich pomiarów, bądź w wyniku modelowania materiałowo-geometrycznego. Przyjęcie określonego modelu wiąże się w przypadku potraktowania wirnika jako bryły sztywnej z uzyskaniem równania ruchu w postaci zwyczajnych równań różniczkowych. Akceptacja wirnika jako bryły odkształcalnej spowoduje przyjęcie cząstkowych równań różniczkowych ruchu. Takie rozwiązanie, choć dość trudne do zamodelowania, w znaczący sposób może zbliżyć do modelu rzeczywistego, co nabiera szczególnego znaczenia dla maszyn pracujących w szerokim zakresie prędkości obrotowych. Schemat modelu diagnostycznego przyjętego w diagnostyce przedstawia rysunek 2 [3]. Obecnie jako uniwersalny system identyfikacji uszkodzeń metodą drganiową stosuje się analizę porównawczą modelu wirnika wykonaną w MES lub w postaci kanonicznych równań różniczkowych ruchu z pomiarami drgań wykonanymi na obiekcie rzeczywistym [4]. Do symulacji wstępnych wystarczający jest model liniowy, w którym oczekiwanym efektem jest przemieszczenie podpory łożyskowej w funkcji czasu. Zmiana parametrów geometrycznych wpływa na zastosowany model wirnika, a zatem na przyjęte współczynniki i wartości w równaniu [5]. To z kolei implikuje zmianę w przemieszczeniu. Stosując szybką transformatę Fourier‟a (FFT), wobec otrzymanego przebiegu czasowego przemieszczenia, można otrzymać efekt w postaci Model diagnozowania drganiowego Każda bryła sztywna ma sześć stopni swobody, natomiast przy założeniu jej odkształcalności – ma ich nieograniczoną liczbę. W przypadku maszyn wirnikowych, takich jak turbinowy silnik spalinowy, można przyjąć, że liczba stopni swobody jest równa sumie wszystkich stopni swobody elemen52 Scientific Journals 19(91) Analiza dynamiki układów wirnikowych silników turbinowych z wykorzystaniem śledzenia rzędów Silnik turbinowy + warunki okrętowe Model fizyczny silnika Ym(t) Model matematyczny silnika turbinowego Y(t) Rozwiązanie równań ruchu – MES Y(t) Porównanie wyników Pomierzone przebiegi czasowe i widmowe Obliczone przebiegi czasowe i widmowe Rys. 2. Schemat modelu diagnostycznego okrętowego turbinowego silnika spalinowego Fig. 2. Schematic diagnostic model of the gas turbine engine oczekiwanego widma przemieszczeń, prędkości lub przyspieszeń drgań w zależności od oczekiwanych symptomów drganiowych [3, 6]. Zmiana parametrów w czasie umożliwia również obserwację symulowanych zmian parametrów drganiowych w stanach nieustalonych. sunku 3. Równania ruchu prezentowanego układu przedstawiono w postaci: mv kv me cos mh kh me sin 2 cos sin I11 k311 2 M 1 I 22 k311 2 k32 2 3 Model dynamiczny układu wirnikowego (1) kev cos 2 h sin 2 Model dynamiczny układu wirnikowego powinien być jak najprostszy, a uproszczenia można stosować dopóki reaguje na przyjęte kryteria. Podstawowe czynniki, których uwzględnienie okazuje się celowe to w kolejności: tłumienie, elastyczność podpór i sztywność skrętna. Uwzględnienie tłumienia okazuje się niezbędne, gdy model ma służyć do klasycznego zadania diagnostycznego, czyli ciągłego odwzorowania symptom ↔ stan w sposób ilościowy, a nie tylko w jakościowy. Uwzględnienie sprężystości podpór wbrew pozorom nie zawsze bywa niezbędne, gdyż obserwując obiekt najczęściej rejestrujemy drgania elementów mocujących lub obudów w przyjętym kierunku. Poza tym, sztywność tych elementów jest najczęściej wielokrotnie większa od sztywności elementów wirujących, a tłumienie wewnętrzne na tyle małe, że drgania przenoszą się bez istotnej zmiany częstotliwości. Problem odwzorowania obserwacji sprowadza się zatem do znalezienia funkcji przejścia (lub najczęściej transmitancji widmowej w dziedzinie częstotliwości) [5]. Konieczność uwzględnienia elastyczności zamocowań występuje jedynie wówczas, gdy jest ona na tyle duża, że rzutuje w sposób jakościowy na dynamikę układu. Podobnie jest ze sztywnością skrętną pojedynczego członu. Wprowadzenie tego parametru jest niezbędne, gdy modelujemy jako jeden element układ kilkumasowy, w którym obserwowana jest różnica prędkości kątowych poszczególnych tarcz bębnów wirnika, w pozostałych przypadkach wystarczy zwykle uwzględnienie podatności skrętnej połączeń. W takim przypadku można rozpatrywać model części wirnikowej niskiego ciśnienia w postaci przedstawionej na ryZeszyty Naukowe 19(91) 2 I 33 k32 3 2 M 2 t M2(t) I3 I2, m v d ks2 M1( dt ) I1 3 ks1 2 h 1 Rys. 3. Przykładowy model dynamiczny układu wirnikowego niskiego ciśnienia: I1 zredukowany moment bezwładności napędu SNC; I2 moment bezwładności układu transmisji; I3 zredukowany moment bezwładności TNC; m masa niewyrównoważonego układu transmisji; ks1, ks2 sztywności sprzęgieł; φ1,2,3 kąty obrotu; M1,2 moment napędowy i oporowy Fig. 3. Exemplary dynamic model of rotor system: I1 reduced moment of inertia of the LPC; I2 moment of inertia transmission system; I3 reduced moment of inertia of the LPT; m mass of unbalanced system; ks1, ks2 couplings stiffness; φ1,2,3 angles of rotation; M1,2 drive and anti-drive torques Równania mogą zostać rozbudowane o tłumienie, którego macierz ma identyczną postać jak macierz sprężystości oraz o związki ilustrujące ugięcie podpór. Jak łatwo zauważyć, przyjęcie I1 = I3 = 0 sprowadza układ do prostego modelu jednego członu z uwzględnieniem jego podatności skrętnej. 53 Andrzej Grządziela Identyfikacja modelu diagnostycznego a następnie przeprowadzić jakościową i ilościową identyfikację modelu w dziedzinie czasu, amplitudy oraz częstotliwości w stanach nieustalonych [3, 5]. Rozpatrując uproszczony układ wirnikowy przedstawiony na rysunku 3, złożony z wału oraz dwóch bębnów odpowiadających za elementy niskiego ciśnienia wytwornicy spalin silnika DR 76, należy założyć, że przeprowadzona symulacja ma uwzględniać akcelerację i decelerację wirnika wytwornicy spalin. W modelu założono, że przesunięcie środka ciężkości spowodowane ubytkiem lub naddatkiem masy może występować na dowolnych wirnikach. Masy poszczególnych bębnów przyjęto zgodne z modelem przygotowanym w środowisku MES, którego metodykę przygotowania znaleźć można w pozycji [5]. Ze względu na ogromne sztywności skrętne tego typu napędów, w modelu uproszczonym ograniczyć się można jednie do drgań poprzecznych [7]. Korzystając ze sposobu wyznaczania współczynników sztywności dla układów statycznie niewyznaczalnych z wykorzystaniem równania trzech momentów oraz metody Wereszczagina, wyznaczono współczynniki rij (będące funkcjami współczynników Maxwella αij). Tym samym otrzymano układ równań różniczkowych drugiego rzędu, opisujący ruch przedstawionego układu. Uszkodzenia wprowadzone są w postaci odpowiednich wymuszeń harmonicznych (jako prawe strony równań – Pi) zależnych od prędkości obrotowej. Z uwagi na brak sprzężeń pomiędzy współrzędnymi w płaszczyźnie pionowej i poziomej, wystarczy zamodelowanie układu w jednej płaszczyźnie z tą różnicą, że w płaszczyźnie pionowej (v) działać będzie dodatkowo siła ciężkości, oraz że inne będą współczynniki sztywności i tłumienia w obu kierunkach. Układ równań ruchu (2) zamodelowano i rozwiązano w środowisku Matlab Simulink. Przebieg badań Alternatywnym rozwiązaniem w stosunku do dotychczas realizowanych badań w stanach ustalonych jest ocena dynamiki układu wirnikowego w trybie off-line w procesie zimnego rozruchu oraz wybiegu. Przyjęcie takiej procedury umożliwia wykluczenie sygnałów zakłóceniowych pochodzących od procesu spalania oraz pracy swobodnej turbiny napędowej. Celem badań było określenie przydatności procedur śledzenia rzędów, dotychczas mało wykorzystywanych w diagnostyce okrętowych turbinowych silników spalinowych, dla potrzeb wczesnej identyfikacji niewyrównoważenia oraz zmian podstawowych częstotliwości drgań własnych wirników wytwornicy spalin [8]. W procesie zimnego rozruchu rozrusznik elektryczny (silnik bocznikowo-szeregowy) rozpędzał wirnik SNC do prędkości około nSNC = 7200 obr/ min, utrzymując stałą prędkość przez około 80 s bez podawania paliwa do wtryskiwaczy oraz przy braku zapłonu. Wirnik SWC rozpędzał się na skutek oddziaływania aerodynamicznego wirnika SNC. Przetworniki pomiarowe zamontowano wykorzystując wsporniki stalowe umieszczone na przednim kołnierzu SNC, nad łożyskiem nośnym. Zastosowane wsporniki zostały wykonane tak, aby częstotliwość rezonansowa wspornika nie nakładała się na podstawowe harmoniczne związane z prędkościami wirników silnika. Kierunek pomiaru określono jako prostopadły do osi wirowania wirników. Wyboru kierunku montażu akcelerometrów dokonano z uwzględnieniem analizy teoretycznej wymuszeń wynikających z wirowania niewyrównoważonego wirnika oraz w oparciu o dokonane wcześniej badania wstępne na obiekcie [2]. Ze względu na zmienną prędkość obrotową obu wirników wytwornicy spalin, wszystkie badania wykonano z wykorzystaniem synchronizmu sygnałów drganiowych. Sygnałem synchronizującym było napięcie z prądnicy tachometrycznej mierzącej prędkość obrotową wirnika SNC. m1v1 c1v1 r11v1 r12v2 r13v3 r14v4 r15vw1 r16vw 2 P1 (t ) m2v2 c2v2 r21v1 r22v2 r23v3 r24v4 r25vw1 r26vw 2 P2 (t ) m3v3 c3v3 r31v1 r32v2 r33v3 r34v4 r35vw1 r36vw 2 P3 (t ) m4v4 c4v4 r41v1 r42v2 r43v3 (2) Analiza wyników badań w procesie zimnego rozruchu r44v4 r45vw1 r46vw 2 P4 (t ) mw1vw1 cw1vw1 r51v1 r52v2 r53v3 Pierwszym etapem badań w trakcie zimnego rozruchu była analiza śledzenia rzędów w procesie akceleracji wirnika SNC. W trakcie pomiarów zamontowano dwa przetworniki akcelerometryczne na kołnierzu przedniego łożyska SNC. Jeden z sygnałów pochodził od przetwornika umiejscowionego nad sztywnym wspornikiem łożyskowym (stan- r54v4 r55vw1 r56vw 2 P5 (t ) mw 2vw 2 cw 2vw 2 r61v1 r62v2 r63v3 r64v4 r65vw1 r66vw 2 P6 (t ) Uzyskane wyniki symulacji można w ten sposób porównać z wynikami badań eksperymentalnych, 54 Scientific Journals 19(91) Analiza dynamiki układów wirnikowych silników turbinowych z wykorzystaniem śledzenia rzędów dardowe miejsce pomiarowe), natomiast drugi sygnał pozyskiwany był nad wspornikiem, w którym znajduje się odpowietrzenie łożyska (nietypowe miejsce pomiarowe). Przedstawiony wybór miejsc pomiarowych podyktowany był m.in. potrzebą określenia wpływu zakłóceń w kanale odpowietrzenia na rejestrowane sygnały drganiowe oraz możliwością wykonania w dalszej części badań procedury autośledzenia. Analiza sygnałów drganiowych w procesie szybkiej akceleracji rozrusznikiem elektrycznym jest trudna do zaakceptowania z punktu widzenia diagnostyki. Rozmycie się harmonicznych oraz ich zmiana wartości w dziedzinie częstotliwości utrudnia wykonanie przydatnych analiz – rysunek 4. Należy jednak zwrócić uwagę na inny aspekt prezentowanej procedury pomiarów. Rozpoczęcie pomiarów na 7 sekund przed załączeniem rozrusznika elektrycznego pozwoliło na otrzymanie informacji dotyczących zewnętrznych oddziaływań w postaci wymuszeń harmonicznych widocznych w rejestrowanym widmie. Pozwoliło to, przy użyciu innych metod analiz, zidentyfikować i wyeliminować sygnały niezwiązane z dynamiką wirników, np.: f1 = 305 Hz, f2 = 600 Hz, f3 = 1,6 kHz i f4 = 2 kHz. na niewielki wzrost niewyrównoważenia wirnika SNC [7]. Rys. 5. Analiza rzędów prędkości drgań w trakcie zimnego rozruchu (w funkcji czasu akceleracji wirnika SNC) Fig. 5. Analysis of the vibration speed rows during a cold start (as a function of LPC rotor acceleration time) Analiza wybiegu z zimnego rozruchu Proces wybiegu wirnika SNC zarejestrowano od prędkości obrotowej, wynoszącej nSNC = 7200 obr/ min do nSNC = 1680 obr/min, co odpowiada po przełożeniu prędkościom obrotowym prądnicy tachometrycznej od 915 obr/min do 210 obr/min. Analizując możliwości wykorzystania analizy śledzenia rzędów w procesie wybiegu, stwierdzono, że dominującym sygnałem przy analizie prędkości drgań jest podharmoniczna – 0,5 harmonicznej (4 rząd). Przedstawione na rysunkach 6 i 7 widmo rzędów wskazuje na dominację wartości 4 rzędu w całym zakresie prędkości obrotowych wybiegu. Jest to efektem spadku ciśnienia oleju smarowego w łożyskach nośnych i powstania luzów pomiędzy wirnikami SNC i SWC, które powodują odchyłki współosiowości. Rys. 4. Przebieg zmian RMS prędkości drgań w trakcie zimnego rozruchu z widoczną zmianą struktury częstotliwości – pomiar synchroniczny Fig. 4. Course of RMS speed vibration change during a cold start with a visible change in the frequency structure – synchronous measurement Interesujące wyniki uzyskano wykorzystując procedurę śledzenia rzędów – ORDER TRACKING – rysunek 5 [8]. Cechą charakterystyczną procesu rozruchu są wysokoenergetyczne sygnały 4 i 12 rzędu (odpowiednio 0,5 i 1,5 harmonicznych prędkości i przyspieszeń drgań), których zmiany wskazują na wzrost odchyłek wzajemnej współosiowości obu wirników wytwornicy spalin. Wzrost wartości 16 harmonicznej (odpowiednio 2 harmonicznej prędkości i przyspieszeń drgań) wskazuje Zeszyty Naukowe 19(91) Rys. 6. Analiza rzędów prędkości drgań w trakcie wybiegu z zimnego rozruchu, dziedzina czasu Fig. 6. Analysis of the vibration speed rows in the range from a cold start, the analysis field: time 55 Andrzej Grządziela wybiegu. Należy przy tym szczegółowo zapoznać się z wynikami wstępnymi analiz rzędów oraz modelowania numerycznego, które mogą wskazywać na powstanie innych sygnałów charakteryzujących uszkodzenia niezwiązane z dynamiką układu wirnikowego. [m/s] Autospectrum(Signal 3) - Input - 4 order V Working : Input : tacho : Order Analyzer 2,8m 2,4m 2m 1,6m Rys. 7. Analiza rzędów 0,5 i 1. harmonicznej (4 i 8 rząd) w procesie wybiegu ze startu zimnego, dziedzina analizy: prędkość obrotowa wirnika SNC Fig. 7. Analysis of 0.5 and 1 harmonic (the fourth and eighth row) in the range from a cold start, the analysis field: the LPC rotor rotational speed 1,2m 800u 400u 0 Efektem tego jest spadek sztywności układu łożyskowego widoczny od 4 sekundy w postaci pasm wzmocnienia sygnałów w kierunku wyższych rzędów. Widoczne „prawostronne gałęzie” odchodzą od podstawowych harmonicznych, tj. 4, 8 i 12 rzędu. Kolejnym potwierdzeniem wspomnianej sytuacji jest dominacja wartości „głównej gałęzi” od 8 rzędu, a zatem 1. harmonicznej. Obserwacja dynamiki wirnika SNC w stanach nieustalonych powinna zatem obejmować analizę zmian prędkości i przyspieszeń drgań 1. i 0,5 harmonicznej prędkości i przyspieszeń drgań odniesione do chwilowej prędkości wybiegu – rysunki 8–9. [m/s] 400 800u 700u 600u 500u 400u 300u 200u 100u 0 1k 1,2k 1,4k [RPM] (Speed Signal 1) 1,6k 1,8k 1,6k 1,8k 2k Analiza sygnałów drganiowych pozyskiwanych w stanach nieustalonych może być cennym narzędziem diagnostycznym w eksploatacji okrętowych turbinowych silników spalinowych. Systemy synchronizmu sygnałów wykorzystujące procedury śledzenia lub autośledzenia umożliwiają identyfikację indywidualnych cech dynamicznych, niewyrównoważenia układów wirnikowych, ale również zmian częstości drgań własnych oraz asymetrii układu sprężysto-tłumiącego. Przedstawione wyniki badań uzyskane w procesie zimnego obracania wirnikami umożliwiły uzyskanie charakterystyk, których cechy nie są obarczone zakłóceniami wynikającymi z procesów cieplnych oraz oddziaływania dynamicznego turbiny napędowej. Przygotowanie charakterystyk poszczególnych harmonicznych w funkcji prędkości obrotowej może być traktowane jako swoisty odcisk palca silnika turbinowego, którego cechy odpowiadać będą jego aktualnemu stanowi technicznemu. Porównanie wyników badań z wynikami symulacji numerycznych pozwala na ocenę stanu technicznego oraz umożliwia detekcję uszkodzeń i prognozowanie ich dalszego rozwoju, nawet do stanu awaryjnego. Przedstawione wyniki badań umożliwiają postawienie wstępnej diagnozy dotyczącej dynamiki układu wirnikowego przed właściwym uruchomieniem silnika, co zapobiec może potencjalnemu rozwojowi katastroficznych uszkodzeń podczas pracy na obciążeniu. 900u 800 1k 1,2k 1,4k [RPM] (Speed Signal 1) Wnioski Autospectrum(Signal 3) - Input - slice1 Working : Input : tacho : Order Analyzer 600 800 Rys. 9. Analiza 4 rzędu prędkości drgań (0,5 harmonicznej) w trakcie wybiegu z zimnego rozruchu Fig. 9. Analysis of fourth vibration speed row (0.5 harmonic) in the range from a cold start 1m 400 600 2k Rys. 8. Analiza 8 rzędu prędkości drgań (1. harmoniczna) w trakcie wybiegu z zimnego rozruchu Fig. 8. Analysis of the eighth vibration speed row (1 harmonic) in the range from a cold start Uzyskane na rysunkach 8 i 9 charakterystyki 1. harmonicznej i podharmonicznej prędkości drgań w przypadku silników nowych powinny być przypisane jako charakterystyki wzorcowe, w stosunku do których analizować powinno się powstałe zmiany wartości w dziedzinie zmian prędkości w procesie 56 Scientific Journals 19(91) Analiza dynamiki układów wirnikowych silników turbinowych z wykorzystaniem śledzenia rzędów Bibliografia 7. GRZĄDZIELA A.: Diagnosing of naval gas turbine rotors with the use of vibroacoustics parameters. Polish Maritime Researches, 2000, No 3, Gdańsk 2000, 14–17. 8. PEDERSEN T.F., GADE S., HARLUFSEN H., KONSTANTINHANSEN H.: Order tracking in Vibro-acoustic Measurements: A Novel Approach Eliminating the Tacho Probe. Technical Review, 2006, No 1, Brüel & Kjær, 15–28. 1. ADAMCZYK J., CIOCH W., KRZYWORZEKA P., JAMRO E.: Monitoring of nonstationary states In rotating machinery. Wyd ITE, Radom 2006. 2. CHARCHALIS A.: System diagnozowania okrętowych układów napędowych z turbinowymi silnikami spalinowymi. Problemy eksploatacji 1997, 4(27). 3. GOSIEWSKI Z., MUSZYŃSKA A.: Dynamika maszyn wirnikowych. WU WSI, Koszalin 1992. 4. MAJKUT L.: Vibration based damage detection using Laplace wavelet. Diagnostyka 1 (49)/2009, 79–82. 5. DEUSZKIEWICZ P., DOBROCIŃSKI S., DZIURDŹ J., FLIS L., GRZĄDZIELA A., PAKOWSKI R., SPECHT C.: Diagnostyka wibroakustyczna okrętowych turbinowych silników spalinowych. Wyd ITE, Radom 2009. 6. KICIŃSKI J., MARTENY P.: Modelowanie oddziaływań dynamicznych złożonych układów wirnik – podpory. Mat. Krajowej Konferencji Naukowo-Technicznej „Inżynieria Łożyskowania ‟96”. Gdańsk 1996, 3–22. Zeszyty Naukowe 19(91) Recenzent: dr hab. inż. Zbigniew Matuszak profesor Akademii Morskiej w Szczecinie 57 Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 58–62 2009, 19(91) s. 58–62 Ecological risk assessment for ballast waters introductions into the Police harbour basins Ocena zagrożenia ekologicznego środowiska wodami balastowymi wprowadzanymi do basenów Portu Police Zofia Jóźwiak Akademia Morska w Szczecinie, Instytut Inżynierii Transportu 70-507 Szczecin, ul. H. Pobożnego 11, e-mail: [email protected] Key words: ballast waters transport, directions of the ballast water introduced into the Police harbor, ballast water risk assessment Abstract The purpose of the paper has been pointing out the ballast waters donor ports which for the Police harbour are of the highest risk category as far as transmitting living alien species is concerned. The species when encountering similar environmental conditions become risk to the local species as food competitors treating the local species as food and expanding in an invasive way and spreading formerly unknown diseases to the local environment. Moreover, they become dangerous to human health as well as hinder the economy development by reducing fish resources, growing on hydro-technical constructions etc. Słowa kluczowe: transport wód balastowych, kierunki transportu wód balastowych do Portu Police, ocena ryzyka zagrożenia wodami balastowymi Abstrakt Celem pracy było wskazanie portów, z których pobór wód balastowych stwarza dla Portu Police najwyższe ryzyko przywiezienia gatunków obcych w stanie żywym. Gatunki te, trafiając na podobne warunki środowiskowe, stwarzają zagrożenie dla gatunków rodzimych, będąc konkurencją do pokarmu bądź traktując jako pokarm gatunki rodzime. Rozprzestrzeniają się w sposób inwazyjny i przynoszą nowe choroby. Ponadto mogą one zagrażać zdrowiu ludzi oraz utrudniać gospodarkę przez zubażanie zasobów rybackich, obrastanie na budowlach hydrotechnicznych itp. Wstęp The probability of alien species survival in the new environment is basically affected by the similarity of climate and salinity of waters the alien species originate from as well as the waters of their introduction [2]. Other significant factors appear to be the duration of the voyage and its characteristic [3]. The more similarities and the shorter voyage, the more probable it seems for the organism to survive and adjust to the new environment to dominate it as an invasive organism [4]. In the above natural water environment risk assessment of the Police harbour there have been considered the following risk indicators: water salinity, temperature, time of the voyage duration, the type of the Water used for vessel ballasting dumped in the port of loading appears to be dangerous for coastal ecosystems. Alien species introductions caused by ballast waters exchange may result in excessive development of the organisms in the new environment and become risk to the local fauna and flora as well as they limit the diversity of living organisms in the coastal basins and river estuaries susceptible for alien species introductions [1]. In the paper the risk assessment of port waters and coastal ecosystems pollution due to ballast waters dumped into the Police harbour has been undertaken. 58 Scientific Journals 19(91) Ecological risk assessment for ballast waters introductions into the Police harbour basins ballast waters donor port (the Baltic or outside the Baltic sea). The risk assessment of the alien species introductions has been based on the method of regional risk assessment of alien species introduction for the Baltic Sea [5, 6]. Because of the problems with data access (there are no proper databases) there has been applied a model which allows for numerous simplifications but at the same time the assumption that they shall not influence the risk assessment has been made. In the model the following quality factors affecting the ballast waters biological characteristic have been assumed: salinity gradient of the water basin the ballast waters originate from, temperature / climate conditions of the ballast waters donor area, the route of the voyage (the Baltic Sea or outside the Baltic Sea). The risk assessment of the alien species introductions into the Police harbour have been brought to comparing similarities concerning environmental conditions of the donor port the ballast waters originate from, and the recipient port, that is the Police harbour where the ballast waters get dumped, as well as defining the time and the area of the voyage. The aim of the conducted analysis was to identify the ballast waters donor ports of the highest risk category for the Police harbour. In order to carry out the analysis it was indispensable to enclose information about the donor ports of the 7 25 24 ballast waters dumped in the Police harbour. The list of the donor ports needed to be completed with data concerning the donor ports waters salinity and temperature. Then the time of the vessel journey from the donor port to the Police harbour had to be defined and the donor ports required to be qualified as the Baltic or outside the Baltic Sea ports. Although for most vessels the place and time of ballasting are recoded in a proper log book, according to the recommended IMO guidelines, Res. A.868(20), there has not existed any system collecting the data. That is why neither in the ports of the vessels‟ call, nor in the harbor board such data appear to be accessible. The Research Methodology In order to define the origin of ballast waters dumped to the water basin of the Police harbour the database contained in the Polish Harbors Information and Control System – PHICS has been made used of [7]. On the basis of the data concerning the year 2009 there have been selected all vessels that arrived at the Police harbour under ballast assuming that their last port of call was the ballast waters donor port. All water ballast donor ports have been assigned to the bio-geographical regions according to the division of Large marine ecosystems of the world (LMG), according to the guidelines of the IMO Committee of the Sea Environmental Protection contained in the MEPC 162(56) Resolution Guidelines for risk assessment under regulation A-4 (G7) (tab. 1, fig. 1) [8, 9, 10]. 21 Fig. 1. Large marine ecosystems of the world [11] Rys. 1. Morskie ekosystemy świata [11] Zeszyty Naukowe 19(91) 59 22 23 26 Zofia Jóźwiak Then each of the donor ports‟ conditions has been compared to the Police harbour with reference to the water salinity and temperature. There has been calculated the time between the vessel‟s setting out on a voyage to Police (taking the ballast waters) and her time of arrival in Police (ballast waters dump) as well as the donor ports have been locatedwithin the Baltic area (+) and outside the Baltic area (–). It has also been assumed that vessels dumped their ballast waters right after their arrival in Police. The time of the voyage has been calculated by means of a voyage calculator placed on World Shipping Register – Sea Distances and Voyage Calculator [11]. For calculating the voyage time 16 knots has been accepted as the vessel‟s average speed [12]. The salinity ranges attributed to each of the particular risk levels for the port of Police have been presented in table 2. Table 2. Port waters salinity risk assessment Tabela 2. Ryzyko związane z zasoleniem wód portowych Salinity level in the Police harbour – 0‰ Salinity level [‰] Risk Scale of risk 0–3 high 3 > 3, < 7 low 2 >7 medium 1 Temperature risk assessment The temperature risk of donor port waters can be high (3 points), medium (2 points) or low (1 point) depending upon the temperature conditions similarities. According to the areas of ballasting the ships sailing to the Police harbour there have been outlined 2 risk areas: 1) Eastern-Atlantic-Boreal Region EAB – high risk zone – 3 points. 2 Mediterranean-Atlantic Region MA – medium risk zone – 2 points. Table 1. Large marine ecosystems of the world [10] Tabela 1. Morskie ekosystemy świata [10] 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. East Bering Sea Gulf of Alaska California Current Gulf of California Gulf of Mexico SE U.S. Continental Shelf NE U.S. Continental Shelf Scotian Shelf Newfoundland-Labrador Shelf 10. Insular Pacific-Hawaiian 11. Pacific Central-American Coastal 12. Caribbean Sea 13. Humboldt Current 14. Patagonian Shelf 15. South Brazil Shelf 16. East Brazil Shelf 17. North Brazil Shelf 18. West Greenland Shelf 19. East Greenland Shelf 20. Barents Sea 21. Norwegian Shelf 22. North Sea 23. Baltic Sea 24. Celtic-Biscay Shelf 25. Iberian Coastal 26. Mediterranean Sea 27. Canary Current 28. Guinea Current 29. Benguela Current 30. Agulhas Current 31. Somali Coastal Current 32. Arabian Sea 33. Red Sea 34. Bay of Bengal 35. Gulf of Thailand 36. South China Sea 37. Sulu-Celebes Sea 38. Indonesian Sea 39. North Australian Shelf 40. Northeast Australian Shelf 41. East-Central Australian Shelf 42. Southwest Australian Shelf 43. Southwest Australian Shelf 44. West-Central Australian Shelf 45. Northwest Australian Shelf 46. New Zealand Shelf 47. East China Sea 48. Yellow Sea 49. Kuroshio Current 50. Sea of Japan 51. Oyashio Current 52. Sea of Okhotsk 53. West Bering Sea 54. Chukchi Sea 55. Beaufort Sea 56. East Siberian Sea 57. Laptev Sea 58. Kara Sea 59. Iceland Shelf 60. Faroe Plateau 61. Antarctica 62. Black Sea 63. Hudson Bay 64. Arctic Ocean Voyage time risk assessment The ballast water tests have proved that when the voyage time is getting prolonged the number of the organisms living in the ballast waters decreases [13]. Thus, short voyages from not distant ports appear to be the highest category risk. Moreover, considerable changes in ballast waters biological composition have been noticed after 3 and 10 days of ballast waters transport in tanks; after the first 3 days the biggest decrease in number of living organisms has occurred; but after 10 days of the journey most of the other left organisms have died [15]. Risk range related to the voyage time has been presented in table 3. Table 3. Voyage time risk Tabela 3. Ryzyko związane z czasem trwania rejsu Voyage time [days] <3 3–10 > 10 Risk high medium low Scale of risk 3 2 1 Risk assessment of the voyage route Salinity risk assessment In order to assess the risk there have been two types of voyages enumerated: from the Baltic ports, from the ports outside the Baltic Sea. The risk of the water basin salinity level of the donor port where the ships under ballast arrive from can be high, medium or low [3, 5, 6, 13, 14]. The risk can be expressed in numbers from 3 to 1. 60 Scientific Journals 19(91) Ecological risk assessment for ballast waters introductions into the Police harbour basins In case of voyages in the area of the Baltic Sea the risk concerning the voyage route has been assumed to be low (1point) and high (3 points) in case of donor ports outside the Baltic Sea area. there are 3 donor ports (10%) of very high risk category, 2 ports of high risk category (6%), 15 ports of medium risk category (48%) and 11 ports (36%) of low risk category (fig. 2). Total risk assessment Very high risk 10% High risk 6% In order to assess the total risk (R) all points achieved for the particular risk factors (salinity – A, temperature – B, voyage time – C, voyage route – D) have been summed up according to the formula: A+B+C+D=R The maximum potential number of points a donor port may achieve is 12. The accepted total risk according to Gollasch and other authors may appear on 4 levels as very high, high, medium and low (tab. 4). Low risk 36% Medium risk 48% Fig. 2. Risk category for donor ports [%] Rys. 2. Kategoria ryzyka dla portów donorowych [%] Table 4. Total risk assessment Tabela 4. Ocena ryzyka całkowitego Risk Very high High Medium Low Among the ports which the ballast waters taken from appear the most risky to the environment of the Police harbour there should be enumerated the following ones: Bremen, Hamburg (Germany), Rotterdam (Holland), Gunness (Great Britain) and Lisboa (Portugal). It is worth mentioning that these appear to be big ports called at by vessels from all over the world and their waters can be strongly polluted with various kinds of fauna and flora organisms brought there literally from the whole world. It seems reasonable to broaden the above research by testing ballast waters and sediments for the species contained in the transported waters. Scale of risk [points] 12 11 9–10 <8 Description of the results Risk assessment has been analyzed for 31 donor ports, that are the ports which are left for the Police harbour by vessels under ballast due to which enlisting ports of very high and high risk category as well as medium and low risk category has become possible. Precise results of the assessment have been enclosed in annex 1. There have been identified 3 ports whose ballast waters dumped into the Police harbour cause very high risk of alien species introductions. These are European ports situated by the North Sea (two – German and one – Dutch). The ports of high risk category are situated by the North Sea and the North Atlantic Ocean (2 German and 1 Portuguese). In case of Police the donor ports of very high risk category make 10% of all the considered ports. References 1. DOBLIN M., REID F., DOBBS D. AND OTHER: Assessment of Transoceanic Nobob Vessels and Low-Salinity Ballast Water as Vectors for Nonindigenous Species Introductions to the Great Lakes. Proceedings of the Second International Conference on Marine Bioinvasions, New Orleans, La., April 9–11, 2001, 34–35. 2. DRAKE L, MEYER A, FORSBERG R. AND OTHER: Potential invasion of microorganisms and pathogens via „interior hull fouling‟: biofilms inside ballast water tanks. Biological Invasions 7, 2005, 969–982. 3. SANTAGATA S., ZITA R. GASIŰNAITE Z.R. AND OTHER: Effect of osmotic shock as a management strategy to reduce transfers of nonindigenous species among low-salinity ports by ships. Aquatic Invasions, Volume 3, Issue 1, 2008, 61–76. 4. LOCKE A., REID D., LEEUWEN H.C. AND OTHER: Ballast water exchange as a means of controlling dispersal of freshwater organisms by ships. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 50, 1993, 2086–2093. 5. GOLLASCH S., LEPPÄKOSKI E.: Initial Risk Assessment of Alien Species in Nordic Coastal waters. Nodic Council of Ministers, Copenhagen 1999. 6. GOLLASCH S., LEPPÄKOSKI E.: Risk assessment and management scenarios for ballast water mediated species introductions into the Baltic Sea. Aquatic Invasions, Volume 2, Issue 4, 2007, 313–340. Recapitulation In 2009 the Police harbour was entered by vessels arriving from the ports situated at the coast of the Baltic Sea (bio-region 23), the Norwegian Sea (21), the North Sea (22), the coasts of Ireland and Great Britain (24), the coasts of Iberian Peninsula from the Atlantic Ocean (25), the Mediterranean Sea (26). Out of the 31 ports the ballast waters are transported from to the Police harbour (annex 1) Zeszyty Naukowe 19(91) 61 Zofia Jóźwiak 7. Polish Harbors Information and Control System – PHICS. UM, Szczecin 2008. 8. BRIGGS J.C., Marine Zoogeography. McGraw-Hill, New York 1974, 475. 9. EKMAN S.: Zoogeography of the Sea. Sidgwick & Jackson Ltd., London 1953, 417. 10. Large Marine Ecosystems, Information Portal, http://www.edc.uri.edu/lme, 2008. 11. World Shipping Register (Sea Distances and Voyage Calculator) – www.e-ships.net, 2008. 12. WALK M., MODRZEJEWSKA H.: Ocena ryzyka zawleczenia obcych gatunków na podstawie zaleceń HELCOM – Określenie zagrożenia introdukcji gatunków obcych w Zatoce Gdańskiej na podstawie badan wód balastowych CTO SA, Gdańsk 2007. 13. BEHRENS H.L., LEPPÄKOSKI E., OLENIN S.: Ballast Water Risk Assessment Guidelines for the North Sea and Baltic Sea. Nordic Innovation Centre NT TECHN REPORT 587, Approved 2005–12. Oslo, Norway 2005. www.nordicinnovation.net 14. HAMER J., COLLIN T., LUCAS I.: Dinoflagellate cysts in ballast tank sediments: Between tank variability. Mar. Pollut. Bull. 40, 2000, 731–733. 15. DICKMAN M., ZHANG F.: Mid-ocean exchange of container vessel ballast water. 2. Effects of vessel type in the transport of diatoms and dinoflagellates from Manzanillo, Mexico, to Hong Kong, China. Mar. Ecol.Prog. Ser. 176, 1999, 253–262. Recenzent: prof. dr hab. inż. Wawrzyniec Wawrzyniak Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Annex 1. Detailed risk analysis of transmitting alien organisms to the waters of the Police harbour Aneks 1. Szczegółowa analiza ryzyka przywiezienia gatunków obcych do wód Portu Police Port 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. Aalborg Aarhus Aberdeen Amsterdam Brehmen Falkenberg Fredericia Gdańsk Gunness Hamburg Helsingborg Holbaek Horsens Kambo Karlstad Kiel Koege Kolding Landskorona Lisboa Lubeck Malmo Naestved Rendsburg Riga Rostock Rotterdam Stralsund Tallinin Ueckermunde Wismar Port of reference: Police – Poland, salinity – 0, Temperature zone – EAB Risk TemperaVoyage Baltic The port Level TempeVoyage Salinity salinity ture risk time risk port (+) location of total Country rature time (promile) (1–3) (1–3) (1–3) Port outside risk (1–3) risk (4–12) Zone (days) A B C the Baltic D R Denmark 18.2 1 EAB 3 0.8 3 + 3 10 Denmark 20.0 1 EAB 3 0.7 3 + 1 8 UK 30.9 1 EAB 3 1.9 3 – 3 10 Holland 0–11.8 1 EAB 3 1.9 3 – 3 10 Germany 0 3 EAB 3 1.8 3 – 3 12 Sweden 11.8 1 EAB 3 0.6 3 – 3 10 Denmark 18.2 1 EAB 3 0.7 3 + 1 8 Poland 7.0 2 EAB 3 0.6 3 + 1 9 UK 0 3 EAB 3 2 3 – 3 11 Germany 0 3 EAB 3 0.8 3 – 3 12 Sweden 5.4–24.6 2 EAB 3 0.5 3 + 1 9 Denmark 15.7 1 EAB 3 0.7 3 + 1 8 Denmark 24.6 1 EAB 3 0.8 3 + 1 8 Norway 30 1 EAB 3 2 3 – 3 10 Sweden 0 3 EAB 3 1 3 + 1 10 Germany 19.5 1 EAB 3 0.6 3 + 1 8 Denmark 8 1 EAB 3 0.4 3 + 1 8 Denmark 18.2 1 EAB 3 0.8 3 + 1 8 Sweden 9.3–14.4 1 EAB 3 0.5 3 + 1 8 Portugal 30.9 1 MA 2 4 2 – 3 11 Germany 10 1 EAB 3 0.5 3 + 1 8 Sweden 11.8 1 EAB 3 0.4 3 + 1 8 Denmark 0 3 EAB 3 0.4 3 + 1 10 Germany 0.5 3 EAB 3 0.6 3 + 1 10 Latvia 1.6 3 EAB 3 1.3 3 + 1 10 Germany 6.7–10.6 2 EAB 3 0.4 3 + 1 9 Holland 0.2–39 3 EAB 3 2 3 – 3 12 Germany 9.3–13.1 1 EAB 3 0.3 3 + 1 8 Estonia 2.9 3 EAB 3 1.4 3 + 1 10 Germany 0.2–6.4 3 EAB 3 0.1 3 + 1 10 Germany 2.9–11.8 3 EAB 3 0.5 3 + 1 10 62 Scientific Journals 19(91) Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 63–70 2009, 19(91) s. 63–70 Metody szacowania ryzyka – kluczowy element systemu zarządzania bezpieczeństwem informacji ISO/IEC 27001 Risk assesment methods – ISO/IEC 27001 information security management system’s key element Jacek Łuczak Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu, Katedra Znormalizowanych Systemów Zarządzania 61-875 Poznań, al. Niepodległości 10, e-mail: [email protected] Słowa kluczowe: SZBI, ISO / IEC 27001, szacowanie ryzyka, zarządzanie ryzykiem Abstrakt Artykuł podejmuje temat systemowego zarządzania bezpieczeństwem informacji (SZBI), skupia się na jego kluczowym aspekcie – metodach szacowania ryzyka. W pierwszej części zdefiniowane zostało ryzyko, szacowanie ryzyka oraz zarządzanie ryzykiem w ISMS, a następnie dokonano przeglądu metod szacowania ryzyka. Praktycznym problemem projektowania i implementacji ISMS jest dobór metody, która będzie adekwatna do danej organizacji, a w efekcie da najlepsze podstawy dla ustanowienia rozwiązań systemowych, w szczególności pozwoli na dobór najbardziej odpowiednich zabezpieczeń. Key words: ISMS, ISO / IEC 27001, risk assesment, risk management Abstract The article presents the subject of the information security management system (ISMS) and it concentrates on the key aspect – the methods of estimating the risk. There are the risk, assessing the risk and risk management definitions in the first part; The review of the methods of estimating the risk was executed then. The selection of the method, to find the most adequate to the organization is the main problem in practical aspect of designing and implementing ISMS. It is really basis to designing solutions and controls to protect information in a system way. Wstęp dziej powszechnego standardu ISO/IEC 27001: 20052 w oparciu o proces szacowania ryzyka bezpieczeństwa informacji. W praktyce gospodarczej kompleksowa dbałość o bezpieczeństwo informacji jest zagadnieniem nowym, jednak skala i zakres problemów powstających w wyniku nieuwzględniania ryzyk wynikających m.in. z utraty aktywów informacyjnych nie może zostać niezauważona. Artykuł dotyczy zarządzania ryzykiem bezpieczeństwa informacji w ujęciu systemu zarządzania bezpieczeństwem informacji zgodnego z ISO/IEC 27001:20051. Jest to przegląd i próba kompleksowego ukazania złożoności współcześnie występujących zagadnień odnośnie bezpieczeństwa informacji w ujęciu organizacji i procedur. Podstawowym celem pracy jest przegląd aktualnie stosowanych metod, koncepcji w ramach systemowego zarządzania bezpieczeństwem informacji według najbar1 2 ISO (Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna) i IEC (Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna) tworzą system normalizacji międzynarodowej. Zeszyty Naukowe 19(91) 63 Por. także: Information Security Forum‟s (ISF) – The Standard of Good Practice for Information Security; ISO/IEC 27002 Information Technology – Security Techniques – Code of practice for information security management, ISO, 2005. Jacek Łuczak Opracowanie i przegląd planu osłabienia ryzyka Rys. 1. Ogólna struktura zarządzania ryzykiem w ISMS [3, s. 50] Fig. 1. The general structure of the risk management in ISMS [3, p. 50] Zarządzanie ryzykiem bezpieczeństwa informacji Liczba przeprowadzonych dotychczas w Polsce akredytowanych certyfikacji systemu zarządzania bezpieczeństwem informacji jest jeszcze stosunkowo niewielka w porównaniu np. do innych wiodących znormalizowanych systemów zarządzania3. Wynika to przede wszystkim ze złożoności samego zagadnienia systemowego zarządzania bezpieczeństwem informacji, nakładów jakie trzeba ponieść, ale także z niedostatecznej świadomości menedżerów. Na świecie zaobserwować można jednak dynamiczny wzrost liczby wydanych certyfikatów w tym zakresie. W naszym kraju jednostki certyfikujące ciągle jeszcze zbierają doświadczenia, kształcą asesorów i audytorów wiodących. Uczą się tak przedsiębiorstwa, jak również jednostki doradcze i certyfikujące. Artykuł koncentruje się wokół procesu szacowania ryzyka – osnowy zarządzania bezpieczeństwem informacji; ma za zadanie ukazać całe spektrum teoretycznych koncepcji, praktycznych metod i podejść do szacowania ryzyka bezpieczeństwa informacji. Scharakteryzowane zostały w nim metody mające zastosowanie w procesie szacowania ryzyka (ISO TR 13335-3, ISO 31000, CRAMM, FMEA, MEHARI, OCTAVE). 3 Zarządzanie ryzykiem to proces szacowania ryzyka, mający na celu ograniczenie go do akceptowalnego poziomu. Powinien składać się z następujących faz: planowania, nabywania, rozwoju, testowania, odpowiedniego rozmieszczenia systemów informatycznych [1]. Według A. Zoła [2] zarządzanie ryzykiem (risk management) to całkowity proces identyfikacji, kontrolowania i eliminacji lub minimalizowania prawdopodobieństwa zaistnienia niepewnych zdarzeń, które mogą mieć wpływ na zasoby systemu informatycznego. Natomiast analiza ryzyka (risk analysis) to proces identyfikacji ryzyka, określania jego wielkości i identyfikowania obszarów wymagających zabezpieczeń. M.E. Whitman zwraca uwagę na wzajemną relację pomiędzy szacowaniem ryzyka a jego osłabieniem – co stanowi istotę zarządzania ryzykiem [3]. M.E. Whitman [3] wymienia następujące etapy zarządzania ryzykiem: 1) identyfikacja ryzyka, 2) oszacowanie wpływu na działalność, 3) oszacowanie słabych punktów i zagrożeń, 4) oszacowanie bieżących środków osłabienia ryzyka, Wg The ISO Survey Certifications 2007, ISO, 2008 – certyfikaty ISO 9001 – 9184; ISO 14001 – 1089; ISO/TS 16949 ― 392; ISO/IEC 27001 – 45. 64 Scientific Journals 19(91) Metody szacowania ryzyka – kluczowy element systemu zarządzania bezpieczeostwem informacji ISO/IEC 27001 5) opracowanie i przegląd planu osłabienia ryzyka, 6) wdrożenie planu osłabienia ryzyka, 7) pomiar zgodności, 8) pomiar wpływu na działalność, 9) przegląd i monitorowanie. stwa informacji. Ogólnie można je podzielić na 3 grupy: 1) metody ilościowe, 2) metody jakościowe, 3) metody mieszane. Zgodnie z PN-I-13335-1:19994 zarządzanie ryzykiem jest rozumiane jako całkowity proces identyfikacji, kontrolowania i eliminacji lub minimalizowania prawdopodobieństwa zaistnienia niepewnych zdarzeń, które mogą mieć wpływ na zasoby systemu informatycznego [4]. Takie podejście ilustruje także Ch. Alberts oraz A. Dorofee [5], wykorzystując zmodyfikowaną spiralę jakości (PDCA). Metody jakościowe. Jakościowe szacowanie ryzyka jest najczęściej subiektywną oceną, opartą na dobrych praktykach i doświadczeniu. Wynikiem takiego szacowania są listy zagrożeń wraz z relatywnym rankingowaniem ryzyka (niskie, średnie, wysokie). Metody te są bardzo elastyczne i otwarte na wszelkiego typu modyfikacje. Umożliwiają dzięki temu dostarczenie organizacji szybko i kosztowo efektywne wyniki w zakresie identyfikacji zagrożeń i stosowania zabezpieczeń. Jednak dzięki właśnie tej elastyczności, zakres i koszt szacowania może się bardzo różnić. Dlatego w zależności od dostępnych środków przewidzianych w budżecie, zakres szacowania ryzyka może się zmieniać w czasie. W analizie jakościowej wszelkie ryzyko i potencjalne skutki jego wystąpienia prezentowane są w sposób opisowy. Polega to na użyciu scenariuszy zdarzeń i określeniu skutków potencjalnych realizacji ryzyka. Mogą zawierać bardzo dużo szczegółów pomocnych do podjęcia konkretnych działań i wyboru odpowiednich zabezpieczeń. Powszechnie używane są różne skale utworzone do opisu konkretnych sytuacji i wszelkich wyjątków. Korzyści z użycia metod jakościowych: szacowanie ryzyka bezpieczeństwa informacji sterowanie ide nty fik acj a monitorowanie analiza wdrażanie planowanie Rys. 2. Ocena ryzyka w procesie zarządzania ryzykiem bezpieczeństwa informacji [5, s. 11] Fig. 2. The risk assesment in the information security risk management process [5, p. 11] kalkulacje i obliczenia (jeżeli występują) są proste i zrozumiałe; w większości nie jest konieczna wycena informacji (jej dostępności, poufności, integralności); nie jest konieczne ilościowe określenie skutków i częstotliwości wystąpienia zagrożeń; nie jest konieczne, aby szacować koszt rekomendowanych sposobów postępowania z ryzykiem i wyliczać potencjalny zysk (stratę); ogólne wskazanie znaczących obszarów ryzyka, na które konieczne jest zwrócenie uwagi [6]; możliwość rozpatrywania i uwzględnienia przy szacowaniu takich aspektów, jak np. wizerunek firmy, kultura organizacyjna itp.; możliwość zastosowania przy braku konkretnych informacji i danych ilościowych lub zasobów, które mogłyby być potrzebne przy metodach ilościowych [7]. W ujęciu modelowym celem procesu zarządzania ryzykiem jest ograniczenie ryzyka do akceptowalnego poziomu przez opracowanie odpowiedniego planu postępowania z nim. Założeniem wpisanym w ten model jest to, że działania realizowane za pomocą planu są skuteczne i wykonywane w sposób ciągły i systematyczny (monitoring, przeglądy). Ogólna charakterystyka metod szacowania ryzyka bezpieczeństwa informacji W teorii i praktyce stosowanych jest kilkadziesiąt metod szacowania i oceny ryzyka bezpieczeń4 PN-I-13335-1:1999 jest polskim tłumaczeniem standardu wydanego przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (International Standard Organization) oraz Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (International Electrotechnical Commission) pod nazwą ISO/IEC TR 13335-1. Zeszyty Naukowe 19(91) Metody ilościowe. W podejściu ilościowym przy szacowaniu ryzyka najważniejsze jest określenie dwóch podstawowych parametrów, tj. wartości skutku i prawdopodobieństwa wystąpienia danego ryzyka. 65 Jacek Łuczak Skutki mogą być określone przez ocenę wyników zdarzeń lub przez ekstrapolację na podstawie danych z przeszłości. Konsekwencje mogą być wyrażone w różnych kategoriach (pieniężnie, technicznie, operacyjnie, zasoby ludzkie). Jakość całej analizy zależy od dokładności wskazanych wartości i statystycznej walidacji użytego modelu [7]. Korzyści z użycia metod ilościowych: jaki konkretny kszałt ma przyjąć ostatecznie metoda. Podejście to jest korzystne z tego względu, że norma bezpieczeństwa nie narzuca organizacji stosowania konkretnej jednej metody, dając w ten sposób swobodę wyboru. Jest to uzasadnione przede wszystkim różną wielkością zatrudnienia w organizacji, specyfiką prowadzonej działalności, obszarem działania, strukturą zatrudnienia itp. Norma nakazuje jednak wskazanie konkretnej metody szacowania ryzyka5. Ma to przede wszystkim zagwarantować, że metodyczne podejście do szacowania ryzyka pozwoli na porównywanie wyników w czasie, jak również na powtarzalność rezultatów. Konieczne jest, aby dodatkowo opracować kryteria akceptacji ryzyka i określić akceptowalne poziomy ryzyk. Obecnie istnieją różne metody szacowania ryzyka, które zostały opublikowane i są powszechnie wykorzystywane przez organizacje. Oczywiście możliwe jest stosowanie też metod indywidualnych opracowanych na podstawie własnych doświadczeń. W niniejszym rozdziale zostaną zaprezentowane najbardziej znane metody szacowania ryzyka bezpieczeństwa informacji. szacowanie i wyniki są obiektywne i przez to mogą być porównywalne; wartość informacji (dostępność, integralność, poufność) wyrażana jest w pieniądzu; wyniki szacowania ryzyka są określane w języku zarządu, mają swój wymiar finansowy i procentowy. Ograniczenia metod ilościowych: kalkulacje są wykonywane całościowo, jeżeli nie zostały zrozumiane i wytłumaczone kierownictwo może nie ufać wynikom z szacowania ryzyka, traktując je jako rezultat tzw. czarnej skrzynki; stosowanie metod ilościowych jest niepraktyczne i nieefektywne, kiedy nie używane są zautomatyzowane narzędzia czy aplikacje informatyczne; konieczne jest gromadzenie wymiernych informacji na temat środowiska IT, zabezpieczeń, zasobów [6]. 6 Szacowanie ryzyka wg ISO/IEC TR 13335-3 Norma ISO/IEC 27001 nie określa dokładnie, z jakiej metody najlepiej skorzystać, choć przykładowo podaje w uwadze metody szacowania ryzyka omówione w ISO/IEC TR 13335-3, Information technology – Guidelines for the management of IT Security – Techniques for the management of IT Security7. Metody mieszane. Zarówno metody ilościowe, jak i metody jakościowe mają swoje słabe strony: są zbyt ogólne, niedokładnie identyfikują wszelkie potrzeby w zakresie bezpieczeństwa informacji, nie dostarczają informacji na temat analizy kosztowej w zakresie wprowadzenia nowych zabezpieczeń. Z tego względu większość przedsiębiorstw wykorzystuje kombinację tych dwóch podejść. Stosowane są analizy jakościowe oparte na metodach scenariuszowych do identyfikowania wszystkich obszarów ryzyka i skutków, przy równoczesnym użyciu ilościowej analizy do określenia kosztów skutków wystąpienia ryzyka. 5 6 Wytyczne do szacowania ryzyka określone w ISO/IEC 27001:2005 7 Opisany w poprzednim rozdziale model procesu szacowania ryzyka bezpieczeństwa informacji jest wzorcowym ujęciem omawianego zagadnienia, propagowanym i opisanym przez standard ISO/IEC 27001:2005. Opisane są w nim elementy, które powinny się znaleźć przy konstruowaniu metody szacowania ryzyka, natomiast nie jest wyjaśnione 66 W dalszej części opisane zostały kluczowe metody szacowania ryzyka, które są stosowane w wersji podstawowej, a często zmodyfikowanej dla potrzeb danej organizacji. Poza wymienionymi autor zwraca także uwagę na: TRIKE (Treat modeling framework with simulaties to the Microsoft threat modeling processes), AS/N2S 4360:2004 Risk Management (Australian / New Zeland Standard), CVSS (Common Vulnerability Scoring System). ISO/IEC TR 13335 Technika informatyczna – wytyczne do zarządzania bezpieczeństwem systemów informatycznych, ISO, 1999. ISO/IEC TR 13335, zwana skrótowo GMITS (Guidelines for the Management of IT Security), jest raportem technicznym o istotnym znaczeniu dla funkcjonowania ISMS. Raport ten składa się z pięciu części. ISO/IEC TR 13335-1 (PN-I-13335-1:1999) – zawiera wytyczne zarządzania bezpieczeństwem systemów informatycznych. Omawia terminologię, związki między pojęciami oraz podstawowe modele. ISO/IEC TR 13335-2 (PN-I-13335-2:2003) – stanowi szczegółowy opis planowania i zarządzania bezpieScientific Journals 19(91) Metody szacowania ryzyka – kluczowy element systemu zarządzania bezpieczeostwem informacji ISO/IEC 27001 Standard ISO/IEC 13335-38 wydany w roku 1998 jest częścią 5-arkuszowej normy poświęconej technice informatycznej i jest zbiorem wytycznych (wskazówek) dla osób zajmujących się zarządzaniem bezpieczeństwem systemów informatycznych. W arkuszu trzecim można znaleźć sposoby formułowania trójpoziomowej polityki bezpieczeństwa, rozwinięcie problematyki analizy ryzyka, implementacji planu zabezpieczeń i reagowania na incydenty, a także przedstawienie metod szacowania ryzyka bezpieczeństwa informacji. Mellon [5]. Metoda stosowana jest m.in. przez armię USA i zdobywa popularność w wielu innych, najczęściej dużych organizacjach. Metoda OCTAVE określa ryzyko oparte na strategicznym szacowaniu i planowaniu technik bezpieczeństwa. Kierowana jest do wszystkich typów organizacji. Metoda opiera się na założeniu, że pracownicy organizacji ponoszą odpowiedzialność za ustanawianie organizacyjnej strategii bezpieczeństwa. Wdrażanie jej założeń powinno odbywać się poprzez nieduży, interdyscyplinarny zespół ludzi (3–5 pracowników organizacji), którzy będą zbierać i analizować informacje, wyznaczać strategię stosowania zabezpieczeń i plany postępowania oparte na organizacyjnym ryzyku bezpieczeństwa. Aby wdrożyć metodę OCTAVE efektywnie, zespół musi mieć szeroką wiedzę na temat działalności biznesowej organizacji i procesów bezpieczeństwa [7]. Metoda realizowana jest w trzech etapach. Etap pierwszy polega na całościowej analizie zasobów organizacji, identyfikacji aktualnych praktyk, przeglądzie wymogów dotyczących bezpieczeństwa, diagnozie luk organizacyjnych i istniejących zagrożeń. Etap drugi ma na celu zidentyfikowanie luk technologicznych. Etap trzeci oparty jest na wypracowaniu strategii ochrony i planu postępowania z ryzykiem. Metoda OCTAVE Operationally Critical Threat, Asset and Vulnerability Evaluation (OCTAVE), czyli ocena luk i zasobów krytycznych dla działania, to wytyczne powstałe w roku 2001 na Uniwersytecie Carnegie- 8 czeństwem systemów informatycznych. Część ta omawia zagadnienia dotyczące: określenia celów, strategii i polityki bezpieczeństwa, określenia wymagań w zakresie bezpieczeństwa, różnych podejść do przeprowadzania analizy ryzyka, omówienia różnego rodzaju planów zabezpieczeń, sposobów organizacji służb bezpieczeństwa, znaczenia szkoleń i działań uświadamiających, wykrywania i reagowania na incydenty. ISO/IEC TR 13335-3 – jest opisem technik zarządzania bezpieczeństwem systemów informatycznych. Zawiera szczegółowe informacje dotyczące trójpoziomowej polityki bezpieczeństwa, omówienie metod analizy ryzyka, implementacji zabezpieczeń oraz sposobów reagowania na różne incydenty zagrażające bezpieczeństwu informacji. ISO/IEC TR 13335-4 – przedstawia zagadnienia związane z wyborem właściwych zabezpieczeń. Omówiono tu klasyfikacje i charakterystykę różnych form zabezpieczeń, sposoby doboru zabezpieczeń ze względu na rodzaj zagrożenia lub systemu, a także szczegółowe zalecenia wynikające z innych norm oraz branżowych opracowań. ISO/IEC TR 13335-5 – ostatnia część normy charakteryzuje metody zabezpieczeń dla połączeń z sieciami zewnętrznymi. Omówiono w niej metody zabezpieczenia połączenia sieci wewnętrznej z zewnętrzną. Krajowe jednostki organizacyjne (należące do ISO lub IEC) opracowują normy międzynarodowe za pośrednictwem komitetów technicznych, prowadzących prace w ramach określonych obszarów. W zakresie techniki informatycznej ISO i IEC utworzyły Wspólny Komitet Techniczny ISO/IEC JTC 1. Podstawowym zadaniem komitetów technicznych jest opracowywanie norm międzynarodowych. Zdarza się jednak, że komitet techniczny publikuje raport techniczny oznaczany symbolem TR. Zeszyty Naukowe 19(91) Analiza skutków potencjalnych błędów – FMEA Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) jest metodą wspierającą zarządzanie jakością, jednak koncepcja i zasady szacowania ryzyka (organizacyjnego i technicznego) mogą być z powodzeniem przeniesione na grunt szacowania ryzyka bezpieczeństwa informacji. W początkowym okresie FMEA miała zastosowanie w Stanach Zjednoczonych w latach 60 do produkcji na potrzeby astronautyki i motoryzacji9. Metoda weryfikowała projekty różnych elementów statków kosmicznych i miała przede wszystkim zapewnić bezpieczeństwo uczestnikom wyprawy. Sukces tej metody w NASA spowodował, że znalazła ona zastosowanie w innych branżach. W latach 70 i 80 metoda ta zadomowiła się w Europie i znalazła nowe zastosowania w przemyśle chemicznym, elektronicznym, a także samochodowym, gdzie zaobserwowano największą dynamikę jej zastosowania. W latach 90 została zaadaptowana w ramach 9 67 Stosowanie FMEA jest obowiązkowe dla dostawców w ramach dostaw na pierwszy montaż (OE – original equipment, OES – original equipment services) – patrz ISO/TS 16949:2009 FMEA MANUAL, AIAG, 2008, [8]. Jacek Łuczak normy ISO 9000, a w szczególności w QS 9000 (ISO/TS 16949) przeznaczonej dla przemysłu samochodowego. Metoda polega na analitycznym ustalaniu związków przyczynowo-skutkowych powstawania potencjalnych wad produktu oraz uwzględnieniu w analizie czynnika krytyczności (ryzyka). Jej celem jest konsekwentne i systematyczne identyfikowanie potencjalnych wad produktu / procesu, a następnie ich eliminowanie lub minimalizowanie ryzyka z nimi związanego [8]. Szacowanie ryzyka według tej metody oparte jest na oszacowaniu czynników ryzyka. FMEA wymienia trzy kryteria, które wartościowane są punktami od 1 do 10. W przypadku szacowania ryzyka bezpieczeństwa, określić je można w następujący sposób: tworzenie dokumentacji wdrożonych środków zabezpieczeń. Spośród jej zalet można wymienić: obszerną bazę szczegółowych pytań; generator różnych szablonów raportów, rodzajów wykresów i schematów, dokumentów; zgodność z wymaganiami pierwszego i drugiego arkusza ISO/IEC 27001; jest użyteczna dla dużych organizacji o różnych profilach; jest narzędziem poleconym przez największe korporacje w Anglii, tworzonym przy współudziale inspektorów i administratorów bezpieczeństwa dużych banków i korporacji. Praktycy jej stosowania zwracają też uwagę na słabe strony: nie ma możliwości analizowania poprawności zastosowanego algorytmu obliczeniowego, z wyjątkiem CRAMM Expres (prosty moduł służący do analizy konkretnej aplikacji) CRAMM V5 nie jest ogólnie dostępny i jest trudny w użytkowaniu, licencja jednostanowiskowa plus obowiązkowe szkolenia CRAMM V5 są bardzo kosztowne [1]. znaczenie dla firmy / lub Klienta; prawdopodobieństwo utraty integralności, dostępności i poufności; skutki utraty jakiejś z cech bezpieczeństwa informacji (poufność, integralność, dostępność). W odniesieniu do umownie zdefiniowanej granicy (liczby punktów), konieczne jest przygotowanie i wykonanie planu postępowania z ryzykiem. Powinien on obejmować zadania, czas realizacji, osobę odpowiedzialną oraz szacunek ryzyka – zakładający skuteczność wykonania wskazanych działań. Metoda COBRA Control Objectives for Risk Analysis (COBRA) to pełna metoda analizy ryzyka, zaprojektowana dla zarządu i kierownictwa organizacji do całościowej oceny profilu ryzyka związanego z prowadzoną działalnością, ze szczególnym uwzględnieniem bezpieczeństwa wizerunku jednostki, zgodności z obowiązującymi regulacjami prawnymi i ustawodawczymi oraz do wewnętrznych mechanizmów kontrolnych. Struktura metody COBRA składa się z 6 podstawowych obszarów: Metoda CRAMM CCTA Risk Analysis and Management Method (CRAMM) jest metodą analizy ryzyka rozwiniętą przez brytyjską organizację rządową CCTA (Central Communication and Telecommunication Agency), która obecnie zmieniła nazwę na OGC (Office of Government Commerce). Integralną częścią metody jest specjalne narzędzie informatyczne do szacowania ryzyka (CRAMM). Korzystanie z metody bez oprogramowania jest utrudnione. Pierwsze wydanie CRAMM (metody i narzędzia) opierało się na dobrych praktykach organizacji brytyjskiego rządu. Obecnie CRAMM jest preferowaną metodą do szacowania ryzyka przez rząd brytyjski, ale również jest wykorzystywane przez organizacje z innych państw. Metoda jest szczególnie przydatna dla dużych organizacji, takich jak organizacje rządowe czy przemysłu [7]. CRAMM to metoda realizująca wymagania norm poprzez: analizę luk i opracowywanie programu poprawy bezpieczeństwa, tworzenie rejestru zasobów informacji, definiowanie zakresu zarządzania bezpieczeństwem informacji oraz poprzez 1. Ingerent Risk (ryzyko wrodzone); 2. Control Activities & Procedures (czynności i procedury kontrolne); 3. Human Resources Risk (ryzyko związane z działalnością człowieka); 4. Security Risk (zagrożenie); 5. Financial Statement Compliance (zgodność bilansu finansowego); 6. Disaster Readiness (przygotowanie do katastrofy). Poza tym wyróżnia się tu 33 podkategorie oraz 429 pytań kontrolnych [1]. Metoda MARION Methodology of Analysis of Computer Risks Directed by Levels (MARION) została opracowana 68 Scientific Journals 19(91) Metody szacowania ryzyka – kluczowy element systemu zarządzania bezpieczeostwem informacji ISO/IEC 27001 nie jest w pełni zgodna z ISO/IEC 27001:2005; analiza kosztów nie uwzględnia związków z innymi scenariuszami [1]. i ostatnio zaktualizowana w 1998 r. przez CLUSIF (Club de la Sécurité de l'Information Français). Obecnie CLUSIF już nie finansuje rozwoju i nie promuje metody, ponieważ środki zostały przesunięte na korzyść nowo rozwijanej innej metody – MEHARI. Jednakże MARION jest nadal używana przez wiele organizacji. Podejście to wykorzystuje metodę prowadzenia audytu. Prowadzi ona do oceny stopnia ryzyka zabezpieczeń IT poprzez odpowiednio do tego skonstruowany kwestionariusz ankietowy dający wskazówki w postaci zapisów na tematy związane z bezpieczeństwem. Celem metody jest ustalenie stopnia bezpieczeństwa, który określany jest w oparciu o 27 zagadnień (pytań) pogrupowanych w 6 tematów. Każde zagadnienie jest oceniane w skali od 0 do 4. Ocena na poziomie 3 dla danego zagadnienia oznacza, że procedury / zabezpieczenia funkcjonujące w organizacji są wystarczające i akceptowalne [7]. Standardy ISACA Standardy organizacji Information Systems Audit and Control Association – (ISACA)10 dotyczące audytu systemów informatycznych podają kilka metod oceny ryzyka systemów informatycznych. Jedną z nich jest wykorzystanie ośmiu kluczowych zmiennych przy zastosowaniu liczbowych wartości ryzyka z przedziału od 1 (niski) do 5 (wysoki). Rezultaty takiego rankingu są następnie mnożone przez wagi z przedziału od 1 (niski) do 10 (wysoki), dając wartość zwiększoną. Wartość łączną otrzymuje się po dodaniu do siebie wszystkich wartości zwiększonych. Wartość łączna pozwala uszeregować poszczególne obszary audytu według ryzyka [1]. Metody autorskie Metoda MEHARI Norma ISO/IEC 27001 nie określa dokładnie, z jakiej metody najlepiej skorzystać, dlatego też możliwe jest stosowanie przez organizacje również własnych metod opracowanych na postawie wiedzy branżowej i doświadczenia. Takie podejście jest właściwe dla dużych organizacji, które posiadają odpowiednie struktury organizacyjne do tego, aby tę metodę opracować i zwalidować. Niewątpliwą korzyścią takiego podejścia jest świadomość metody, jak i całego procesu szacowania ryzyka przez wszystkich uczestników biorących udział przy jej wykorzystaniu w procesie szacowania ryzyka bezpieczeństwa informacji. Oczywiście istnieje zagrożenie, że wypracowana metoda okaże się nieskuteczna, a firma nie dostanie rekomendacji przy audycie certyfikacyjnym, co tym samym może skutkować nieprzyznaniem certyfikatu. Dlatego też, małe firmy ze względu na brak przede wszystkim zasobów personalnych, nie decydują się na opracowywanie własnych metod i wolą wybrać jedną z wielu już dostępnych, pozytywnie zaaprobowa- Methode Harmonisee d’Analyse de Risque (MEHARI) została opracowana przez ekspertów bezpieczeństwa z CLUSIF. Podejście to oparte jest na definiowaniu mierników redukcji ryzyka odpowiednich dla celów organizacji. Metoda dostarcza: modelu szacowania ryzyka, ujęcia modułowego modelu (jego komponentów i procesów), narzędzi do analizowania incydentów, podejścia do identyfikowania podatności poprzez narzędzie audytu, podejścia do identyfikacji zagrożeń i charakterystyki podatności, zasady optymalnego wyboru działań korekcyjnych [7]. MEHARI realizuje zalecenia norm ISO/IEC 27001:2005 i ISO/IEC TR 13335 przy użyciu jednolitego systemu oszacowania ryzyka, prawidłowo dobranych zabezpieczeń i lokalizacji zasobów. Można wymienić jej zalety: jest nieskomplikowana i prosta w użyciu; odpowiednia dla małych i średnich organizacji wykorzystujących technologie informatyczne; algorytm obliczeniowy, baza pytań i scenariuszy ryzyka są ogólnie dostępne; istnieje możliwość rozbudowania tej metody o pytania, scenariusze itp. 10 Wymieniane są także jej wady: ubogi generator szablonów raportów i rodzajów wykresów; Zeszyty Naukowe 19(91) 69 Stowarzyszenie ISACA (Information Systems Audit and Control Association) jest największą organizacją zajmującą się problemami audytu, kontroli i zarządzania w środowisku informatycznym. Wraz z powołanym Komitetem Standaryzacyjnym opracowało szereg standardów audytowania i kontroli systemów informatycznych. Mają one na celu informować audytorów systemów informatycznych o minimalnym akceptowalnym poziomie świadczonych przez nich usług oraz informować zarządy firm i inne zainteresowane strony o poziomie oczekiwań w stosunku do pracy audytorów systemów informatycznych. Jacek Łuczak Bibliografia nych przez audytorów podczas audytów certyfikacyjnych. 1. MOLSKI M., ŁACHOTA M.: Przewodnik audytora systemów informatycznych. Helion, Gliwice 2007, 90, 98–99, 99– 100, 1, 97. 2. http://kni.kul.lublin.pl/~andy/ref/other/risk.pdf, 3. 3. WHITMAN M.E., MATTORD H.J.: Readings and Cases in the Management of Information Security. Thomson Course Technology. Boston 2006, 50, 53. 4. PN-l-13335-1 Technika informatyczna – Wytyczne do zarządzania bezpieczeństwem systemów informatycznych – Pojęcia i modele bezpieczeństwa systemów informatycznych. PKN, 1999, 9. 5. ALBERTS CH., DOROFEE A.: Managing Information Security Risks. The OCTAVE Approach. Addison-Wesley, Boston 2003. 6. OZIER W.: 67 Risk analysis and assessment. CRC Press LLC, 2004. 7. ENISA: Risk Management: Implementation principles and Inventories for Risk Management/Risk Assessment methods and tools, 2006, 22, 22–23, 36, 31, 35, 36; ze strony www: http://www.enisa.europa.eu/rmra/files/D1_Inventory _of_Methods_Risk_Management_Final.pdf. 8. ŁUCZAK J.: System zarządzania jakością dostawców w branży motoryzacyjnej. Wydawnictwo AE, Poznań 2008, 164–174. Zakończenie Bezpieczeństwo informacji jest ważne, środkiem do jego zapewnienia jest skuteczny system zarządzania bezpieczeństwem informacji, a jego „motorem” musi być zarządzanie ryzykiem – to generalna konkluzja. Wybór podstawy ISMS, jest jednak istotny, nie musi to być w każdym przypadku ISO/IEC 27001 (a certyfikacja nie ma w żadnym razie kluczowego znaczenia) – to jednak warto skorzystać z międzynarodowego standardu, który jest zbiorem dobrych praktyk zarządzania. Niezależnie od wielkości organizacji i specyfiki jej procesów, zdecydowanie korzystne jest uwzględnienie także ISO/IEC 27002, COBIT, ITIL, ISO 20000 oraz innych norm, szczególnie związanych z metodami szacowania ryzyka. W tym względzie konieczne jest duże oczytanie, wiedza i praktyka dotycząca aspektów organizacyjnych ISMS i każdorazowe zwracanie uwagi, że rozwiązania w ramach systemu muszą być skalowane – dostosowane do rzeczywistych potrzeb. Recenzent: dr hab. inż. Ruta Leśmian-Kordas profesor Akademii Morskiej w Szczecinie 70 Scientific Journals 19(91) Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 71–79 2009, 19(91) s. 71–79 Wpływ uczestnictwa organizacji w programach lub systemach środowiskowych na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001 Influence of participation organizations in environmental programmes or systems on improvement of environmental management system according to ISO 14001 Alina Matuszak-Flejszman Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu, Katedra Znormalizowanych Systemów Zarządzania 61-875 Poznań, al. Niepodległości 10, e-mail: [email protected] Słowa kluczowe: system zarządzania środowiskowego, ISO 14001, programy środowiskowe, systemy środowiskowe, Czystsza Produkcja, Odpowiedzialność i Troska, EMAS Abstrakt Zagadnienie systemowego podejścia do zarządzania środowiskowego w organizacjach w ostatnich latach cieszy się bardzo dużym zainteresowaniem. Wynika ono z coraz większej uwagi przedsiębiorców skierowanej na sprawność systemu oceny efektów działalności środowiskowej oraz działania mające na celu zapobieganie zanieczyszczeniom. Dlatego w artykule omówiono podstawowe założenia systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001 oraz innych znanych systemów i programów środowiskowych. W efekcie w artykule starano się wykazać jaki jest wpływ posiadania przez organizacje innych systemów lub programów dotyczących zarządzania środowiskowego na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001. Key words: environmental management system, ISO 14001, environmental programmes, environmental systems, Cleaner Production, Responsible & Care, EMAS Abstract In recent years problem of environmental management system is arousing interest in organizations. It is result from more and more managers interest of efficient environmental performance evaluation and prevention of pollution. Therefore this article discussed basic environmental management system requirements according to ISO 14001. The paper tries to determine the impact of environmental systems or programmes on improvement of environmental management system according to ISO 14001. Wstęp najbardziej popularnej normy – ISO 14001, istnieje szereg innych dokumentów oraz inicjatyw wspomagających prośrodowiskowo nastawione organizacje. Niektóre z nich osadzone są bardzo mocno w ustawodawstwie międzynarodowym, inne zaś w dokumentach opracowywanych przez międzynarodowe lub krajowe instytucje. Przykładem może Najbardziej znanym międzynarodowym standardem systemu zarządzania środowiskowego jest obecnie norma ISO 14001, zawierająca wymagania w zakresie systemowego podejścia do zarządzania środowiskowego w organizacji. Jednym z najważniejszych wymagań tej normy jest ciągłe doskonalenie1. Niewiele osób zdaje sobie sprawę, iż oprócz 1 który ma na celu doskonalenie ogólnych efektów działalności środowiskowej, zgodnie z polityką środowiskową organizacji [1]. Ciągłe doskonalenie – powtarzający się proces usprawniania systemu zarządzania środowiskowego, Zeszyty Naukowe 19(91) 71 Alina Matuszak-Flejszman być rozporządzenie Unii Europejskiej dotyczące ekozarządzania i audytów EMAS, czy różne programy z dziedziny zarządzania środowiskowego (Czystsza Produkcja, Odpowiedzialność i Troska). Mimo, iż uczestnictwo w nich jest zupełnie dobrowolne, to zgodnie z zasadami rozwoju zrównoważonego, na organizacje wywierana jest presja w celu przyłączenia się do działań na rzecz ochrony środowiska naturalnego, a przede wszystkim na rzecz zmniejszania negatywnego wpływu wynikającego z działalności organizacji na środowisko. Do najważniejszych elementów, na jakie kładziony jest nacisk w normie ISO 14001, należą: zobowiązanie do ciągłego doskonalenia; zobowiązanie do zgodności z obowiązującym ustawodawstwem (przepisy, kodeksy postępowania oraz zarządzanie wewnętrzne dotyczące ochrony środowiska); zapobieganie zanieczyszczeniom3 we wszystkich możliwych elementach środowiska naturalnego takich jak: emisja do powietrza, zrzuty ścieków do wody, gospodarka odpadami, zanieczyszczenie podłoża gruntowego, oddziaływanie na społeczeństwo, wykorzystanie surowców i zasobów naturalnych, a także inne lokalne kwestie środowiskowe. System zarządzania środowiskowego według normy ISO 14001 Norma ISO 14001 zawiera specyfikacje systemu zarządzania środowiskowego, w tym wymagania podlegające obiektywnemu audytowi dla celów certyfikacji lub deklaracji własnej. Została ona opracowana w sposób umożliwiający zastosowanie jej do różnych warunków geograficznych, kulturowych i społecznych. Nie zostały ustalone w normie wymagania bezwzględne, które dotyczą efektów działalności środowiskowej2. Wymaga się jedynie podjęcia zobowiązania wyrażonego w polityce środowiskowej, że organizacja będzie działała zgodnie z odpowiednim ustawodawstwem i przepisami prawnymi, a także, że zobowiązuje się do minimalizacji zanieczyszczeń i ciągłego doskonalenia w tym kierunku. Norma ISO 14001 ma zastosowanie do każdej organizacji, która chce [1]: W myśl wymagań normy ISO 14001 na etapie planowania należy ustalić cele i procesy niezbędne do osiągnięcia rezultatów w związku z polityką środowiskową organizacji. W ramach tego działania należy wdrożyć zidentyfikowane procesy. Etap sprawdzania wymaga monitorowania i pomiarów procesów pod względem polityki środowiskowej, celów, zadań, prawnych i innych wymagań oraz raportowania uzyskanych wyników. Ostatni etap, działania, polega na wdrażaniu działań, aby ciągle doskonalić funkcjonowanie systemu zarządzania środowiskowego. Systemy zarządzania środowiskowego zbudowane w oparciu o wymagania normy ISO 14001 stają się coraz bardziej popularne zarówno na świecie, jak i w naszym kraju. Ostatnie wydanie corocznego przeglądu stwierdza znaczny wzrost liczby wydanych na świecie certyfikatów ISO 14001. Stwierdzono, iż z końcem roku 2008 na świecie wydano prawie 189 tys. certyfikatów. ustanowić, wdrożyć, utrzymywać i doskonalić system zarządzania środowiskowego; mieć pewność co do postępowania zgodnego z ustaloną przez siebie polityką środowiskową; wykazać zgodność funkcjonującego SZŚ z wymaganiami normy ISO 14001. Programy środowiskowe Czystsza Produkcja Norma ISO 14001 może być zatem stosowana do celów wewnętrznych – nabrania pewności kierownictwa organizacji o proekologicznym działaniu przedsiębiorstwa – oraz celów zewnętrznych – dania pewności o proekologicznym działaniu przedsiębiorstwa zainteresowanym stronom. W kontekście zewnętrznym norma ISO 14001 może być wykorzystana do potwierdzenia tego, co organizacja mówi o swojej polityce środowiskowej i działaniach środowiskowych. Odnosi się to do oceny zgodności dostawcy, np. przez klienta przedsiębiorstwa oraz zainteresowane strony i do certyfikacji przez niezależną jednostkę certyfikującą. 2 Koncepcja Czystszej Produkcji wyrosła na gruncie poszukiwań takiego modelu gospodarowania, który w większym stopniu mógłby kojarzyć 3 Ocenie efektów działalności środowiskowej służy norma ISO 14031. 72 Zapobieganie zanieczyszczeniom – stosowanie procesów, sposobów postępowania, materiałów lub wyrobów, usług i energii, które przyczyniają się do zredukowania lub nadzorowania (osobno bądź łącznie) tworzenia, emisji i wydalania wszelkiego typu zanieczyszczeń lub odpadów, aby zredukować niekorzystne aspekty środowiskowe. Zapobieganie zanieczyszczeniom może obejmować: redukcję lub eliminację źródeł zanieczyszczeń, zmiany w produktach lub usługach, efektywne wykorzystanie zasobów, stosowanie zastępczych materiałów i energii, recykling, przetwarzanie, regenerację i obróbkę [1]. Scientific Journals 19(91) Wpływ uczestnictwa organizacji w programach lub systemach środowiskowych na doskonalenie systemu zarządzania... cele produkcyjne z celami ochrony środowiska i oszczędniejszym korzystaniem z jego zasobów [2]. Początkowo koncentrowano się na możliwości zmniejszenia negatywnych oddziaływań na środowisko ze strony procesów produkcyjnych, co zaowocowało rozwojem programów technologii mało- lub bezodpadowych. Następnie zaczęto wytwarzać czyste produkty przy użyciu czystych technologii. Jednak produkty te nie były nieskażone, a raczej „czystsze”4. Zgodnie z definicją UNEP Czystsza Produkcja jest strategią ochrony środowiska polegającą na ciągłym, zintegrowanym, zapobiegawczym działaniu w odniesieniu do procesów, produktów i usług, zmierzającym do zwiększenia efektywności produkcji i usług oraz redukcji ryzyka dla ludzi i środowiska przyrodniczego [3]. Strategia Czystszej Produkcji, opisana w artykule 30 Agendy XXI wieku, jest postrzegana jako nowoczesna strategia zarządzania środowiskowego, zmierzająca do osiągnięcia rozwoju zrównoważonego również poprzez wspieranie tworzenia odpowiedniej struktury, która ma służyć zarządzaniu przedsiębiorstwem [4]. Idea Czystszej Produkcji kładzie nacisk na ograniczenie zanieczyszczeń „u źródła”, czyli w momencie ich powstawania w procesie produkcyjnym, zamiast budowy kolejnych, coraz to nowocześniejszych oczyszczalni tzw. „na końcu rury”. Strategia ta skierowana jest do szerokiego grona odbiorców. Może być wdrażana w każdego rodzaju przedsiębiorstwie, począwszy od przedsiębiorstwa przemysłowego, poprzez jednostki usługowe, a skończywszy na samorządach terytorialnych czy gospodarczych, a także jednostkach sektora publicznego. Czystsza Produkcja jest filozofią odpowiedzialnego prowadzenia działalności produkcyjnej i usługowej, zawierającą takie aspekty jak [5]: Podstawową zasadą Czystszej Produkcji jest zapobieganie lub likwidacja zanieczyszczeń poprzez kombinację działań, które dają maksimum pozytywnych efektów w środowisku z istotnymi ekonomicznymi oszczędnościami dla przemysłu i społeczeństwa. Strategia Czystszej Produkcji zakłada [6]: oszczędne gospodarowanie surowcami i materiałami stosowanymi w procesach wytwarzania; oszczędne gospodarowanie nośnikami energii; eliminację surowców i produktów nieprzyjaznych dla środowiska i zdrowia ludzi; zapobieganie wytwarzaniu odpadów i odchodzenie od metod ich poprodukcyjnej utylizacji. Należy podkreślić, że Czystsza Produkcja nie jest działaniem jednorazowym. Przedsiębiorstwa decydujące się na dobrowolne wdrożenie strategii Czystszej Produkcji stale dążą do redukcji zanieczyszczeń, zmniejszenia zużycia energii oraz kosztów związanych z opłatami środowiskowymi, poprzez opracowywanie i wdrażanie tzw. projektów Czystszej Produkcji. W strukturze organizacyjnej przedsiębiorstwa powstają specjalne grupy projektowe ds. Czystszej Produkcji. Najistotniejsze jest więc zainteresowanie tą strategią naczelnego kierownictwa i stworzenie systemu zarządzania środowiskiem opartego o strategię Czystszej Produkcji, który później często stanowi podstawę do wdrażania systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001. Zdaniem Jarosława Gawlika5 „Czystsza Produkcja to ciągły proces doskonalenia Systemów Zarządzania Produkcją i Środowiskiem. Jest ona najkrótszą drogą do „ekologicznego” certyfikatu ISO 14000. Jego wprowadzenie będzie przepustką do biznesu w trzecim tysiącleciu naszej ery. Czystsza Produkcja to czysty zysk dla nas i dla środowiska, w którym żyjemy.” odpowiedzialność za sposoby i rozmiary korzystania z zasobów przyrody; świadomość konieczności samoograniczania poprzez dążenie do zrównoważonej konsumpcji; ciągłe dążenie do doskonalenia własnej pracy zapewniającej zaspokojenie niezbędnych potrzeb człowieka w równowadze z wymaganiami przyrody. 4 Program Odpowiedzialność i Troska Program Odpowiedzialność i Troska (Responsible & Care) jest międzynarodowym, prostym programem zarządzania realizowanym przez przedsiębiorstwa branży chemicznej, którego geneza powstania sięga lat osiemdziesiątych. Celem tego systemu miało być zmniejszenie negatywnego oddziaływania firm chemicznych na środowisko naturalne, wzrost bezpieczeństwa stosowanych procesów wytwórczych oraz prewencyjne zarządzanie systemem ochrony zdrowia. Ponadto w swoich Problematyka Czystszej Produkcji została po raz pierwszy poruszona we wspomnianym wcześniej raporcie pt. „Nasza wspólna przyszłość”. W 1989 roku w Paryżu, działające w strukturze UNEP, Centrum Programowania Działalności / Przemysł i Środowisko (IE/PAC) ogłosiło Program Czystszej Produkcji (Cleaner Production Programme). Stała się ona wiodącym celem polityki ekologicznej świata. Zeszyty Naukowe 19(91) 5 73 Wiceprzewodniczący Sejmowej Komisji Ochrony Środowiska, Przewodniczący Rady Fundacji Oławy i Nysy Kłodzkiej. Alina Matuszak-Flejszman założeniach system ten miał zapewnić elastyczne reakcje na potrzeby społeczeństwa lokalnego oraz pozwolić na rzeczową informację o faktycznym oddziaływaniu tego przemysłu na otoczenie. Wdrożenie systemu stało się „panaceum”, które zapewniło uzyskanie społecznego przyzwolenia na funkcjonowanie wielu organizacji, ukierunkowanych na poprawę i wymierne efekty w zakresie zdrowia, bezpieczeństwa oraz ochrony środowiska. Program „Odpowiedzialność i Troska” realizowany jest przez Narodowe Stowarzyszenia Chemiczne w kilkudziesięciu krajach na świecie, w których zrzeszone organizacje wytwarzają ponad 87% światowej produkcji chemicznej6. Zgodnie z wytycznymi Europejskiej Rady Przemysłu Chemicznego (CEFIC), międzynarodowe przedsiębiorstwa w swych zagranicznych placówkach wdrażają zasady programu „Odpowiedzialność i Troska” wynikające z lokalnych warunków i przesłanek oraz uczestniczą w inicjatywie poprzez krajowe stowarzyszenia chemiczne. W Polsce idea programu „Odpowiedzialność i Troska” zrzesza obecnie 37 organizacji (stan na dzień 9.12.2009 r.). Należy podkreślić, że program „Odpowiedzialność i Troska” stanowi publiczne i dobrowolne zobowiązanie się przedsiębiorcy do realizacji działań dotyczących poprawy swej działalności w zakresie ochrony środowiska, bezpieczeństwa procesowego oraz ochrony zdrowia pracowników. Idea tego programu polega na prowadzeniu działalności gospodarczej opierającej się na solidnych i wiarygodnych podstawach zrównoważonego rozwoju. Do zasad tych należy zaliczyć: efektywność ekonomiczną ukierunkowaną na zysk dla zbiorowości i uwzględniającą koszty społeczne oraz koszty środowiskowe; troskę o środowisko, zakładającą obok ochrony naturalnych zasobów systematyczne minimalizowanie negatywnego oddziaływania na otoczenie oraz angażowanie się w szerzenie otwartości informacyjnej i edukacji ekologicznej; równowagę społeczną przejawiającą się aktywnymi działaniami w celu podnoszenia jakości życia społeczności lokalnej oraz współuczestnictwem w jej życiu kulturalnym i edukacyjnym. Program „Odpowiedzialność i Troska” uważany jest za pewien kierunek w zarządzaniu organizacją w zakresie ochrony środowiska. Struktura zinte6 growanego systemu zarządzania w zakresie „Responsible & Care” jest bardzo podobna do ogólnej struktury zarządzania w przedsiębiorstwie i opiera się na uproszczonej pętli Deminga. Pierwszy krok stanowi podjęcie decyzji o realizacji programu „Responsible & Care”. Decyzję tę podejmuje najwyższe kierownictwo. Następnie dokonuje się analizy słabych i mocnych stron proekologicznego zarządzania już istniejących w zakładzie oraz ewidencjonuje elementy związane ze zdrowiem, środowiskiem lub bezpieczeństwem procesowym. Następnym etapem jest zdefiniowanie kierunków działania i celów do osiągnięcia. Duża spójność przy realizacji celów i procedur postępowania przy wdrażaniu i realizacji zarówno systemu zarządzania środowiskowego według normy ISO 14001, systemu zarządzania bezpieczeństwem i higieną pracy według PN-N/OHSAS 18001, jak i programu Odpowiedzialność i Troska powoduje, że programy te wzajemnie się uzupełniają i przenikają, pozwalając na uzyskanie wymiernych efektów w zakresie szeroko pojętej ochrony środowiska, zdrowia i bezpieczeństwa procesowego [7]. Dalsza realizacja wymaga zdefiniowania struktury organizacyjnej i podziału odpowiedzialności oraz wymagań potrzebnych do osiągnięcia nakreślonych kierunków działania. Następnie, po ustaleniu hierarchii ważności działań, realizuje się je. Po realizacji dokonuje się sprawdzenia i weryfikacji zarówno efektów, jak i skutków. Weryfikacja skutków przyczynia się do tzw. przeglądu działań pod kątem możliwości poprawy. Pętla zamyka się i następuje kolejny wyższy w stosunku do poprzedniego etap zdefiniowania kierunków działania i celów do osiągnięcia. Można stwierdzić, że pętla ta zaczyna przybierać postać spirali, a poziom realizowanych przedsięwzięć jest coraz wyższy, co związane jest z ciągłym doskonaleniem działalności firmy w zakresie ochrony środowiska. Należy podkreślić, że program Odpowiedzialność i Troska jest ukierunkowany na społeczeństwo, dlatego przedsiębiorstwa chemiczne realizujące ten program zobowiązane są do prowadzenia stałego dialogu ze swoimi klientami, dostawcami, kooperantami oraz ze społecznością lokalną. Miarą uniwersalności programu Odpowiedzialność i Troska jest ciągłe doskonalenie. Nie stawia się bowiem przed jego realizatorami wstępnych warunków spełnienia określonych wymogów. Bezwzględnie natomiast musi istnieć publiczna deklaracja ciągłej poprawy oraz demonstrowanie jej rezultatów. Nadrzędnym celem programu jest rozwój dobrych praktyk zarządzania, przyczyniających się do poprawy działalności, komunikacji ze społeczeństwem oraz odpowiedzialności za wytwarzane wyroby. Jego sygnatariuszami są między innymi takie czołowe koncerny chemiczne jak: BASF, BP Chemicals, Shell Chemicals, Degussa, Henkel, Monsanto Neste Oy, Dow Europe, DuPont, Bayer, DSM, Elf Atochem., Rhodia, Norsk Hydro, Akzo Nobel Industries. 74 Scientific Journals 19(91) Wpływ uczestnictwa organizacji w programach lub systemach środowiskowych na doskonalenie systemu zarządzania... rządzeniem EMAS II8. Zasadniczą zmianą wprowadzoną w znowelizowanym Rozporządzeniu EMAS było dopuszczenie udziału w systemie organizacji pozaprzemysłowych, a także zastąpienie dotychczasowej treści Załącznika I do Rozporządzenia EMAS, zawierającego wymagania w stosunku do SZŚ, tekstem normy międzynarodowej ISO 14001. Ponadto zmieniono definicję podmiotu, który może zostać zarejestrowany. Zrezygnowano z zasady, że rejestrowane są poszczególne obiekty. Obecnie możliwe jest rejestrowanie organizacji, która może być częścią obiektu lub też składać się z kilku obiektów [10]. Rozporządzenie EMAS zostało uchwalone na podstawie art. 175 Traktatu ustanawiającego wspólnotę Europejską i obowiązuje od 27 kwietnia 2001 r. Rozporządzenie to uznaje się za kontynuację dotychczas obowiązujących rozwiązań, co oznacza, że pozostają w mocy krajowe systemy akredytacyjne, wewnętrzne rozwiązania organizacyjne, utrzymane są kompetencje weryfikatorów środowiskowych oraz ważność rejestrów przedsiębiorstw spełniających wymagania eko-audytu. W lipcu 2008 roku złożony został wniosek [11] dotyczący zmian w rozporządzeniu EMAS II, w wyniku którego powstanie tzw. EMAS III. Celem wniosku było wzmocnienie dotychczasowego systemu EMAS poprzez zwiększenie jego wydajności i atrakcyjności dla organizacji. Przede wszystkim zmiany w EMAS III obejmują 5 zasadniczych obszarów: systemu zarządzania środowiskowego, zasad i procedur akredytacji i weryfikacji, zakresu geograficznego, środków służących ograniczeniu obciążeń administracyjnych i tworzeniu zachęt oraz działań promocyjnych [8]. Należy podkreślić, że EMAS III w dalszym ciągu będzie opierał się na systemie zarządzania środowiskowego zgodnym z wymaganiami międzynarodowej normy ISO 14001 oraz zostanie uzupełniony następującymi elementami: Program ten w ramach działania systematycznego i zgodnego z mechanizmem wdrażania głównych jego wytycznych pozwala przedsiębiorcy przede wszystkim na: podejmowanie przemyślanych decyzji dotyczących aspektów środowiskowego oddziaływania; działanie aktywne i adekwatne do nowych rozwiązań i regulacji prawnych w zakresie ochrony środowiska, ochrony zdrowia i bezpieczeństwa stosowanych procesów wytwórczych; uzyskanie wglądu w mechanizmy procesów produkcyjnych generujących zanieczyszczenia; poprawę warunków bezpieczeństwa prowadzonych procesów technologicznych i logistycznych; dodatkową możliwość redukcji kosztów operacyjnych i poprawy jakości wyrobu; zwiększenie motywacji personelu; poprawę wizerunku firmy poprzez zmianę odbioru społecznego i odejście od stereotypów „firma chemiczna: truciciel”; zwiększenie konkurencyjności przedsiębiorstwa oraz spełnienie rynkowego i społecznego wymogu „troski o środowisko”; stosowanie logo programu jako symbolu etyki biznesu; większą atrakcyjność dla zatrudnionych, klientów i inwestorów; poprawę stosunków z władzami, grupami proekologicznymi i społecznością lokalną. System ekozarządzania i audytu EMAS W 1993 roku Parlament Europejski i Rada Unii Europejskiej przyjęły pierwsze Rozporządzanie nr 1836/93 EMAS, które zostało zatwierdzone 29 czerwca 1993 roku7. Pomimo, że rozporządzenie to wprowadzone zostało wcześniej niż norma ISO 14001, obecnie traktowane jest jako krok w kierunku doskonalenia systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001 [8]. Rozporządzenie EMAS początkowo umożliwiało dobrowolny udział przedsiębiorstw z sektora przemysłowego oraz komunalnego w unijnym programie ekozarządzania i audytu ekologicznego. W marcu 2001 roku opublikowano Rozporządzenie nr 761/2001 Parlamentu Europejskiego i Rady Unii Europejskiej umożliwiające dobrowolne uczestnictwo przez organizacje w programie ekozarządzania i audytu we Wspólnocie Europejskiej [9], często zwane nieformalnie rozpo- wzmocnionym mechanizmem zgodności; wzmocnioną sprawozdawczością środowiskową w odniesieniu do ekologiczności z wykorzystaniem głównych wskaźników poziomu ekologiczności; wytycznymi dotyczącymi najlepszych praktyk zarządzania środowiskowego [8]. Zmiany te spowodują, że w jeszcze większym stopniu rozporządzenie EMAS może zostać wyko- 8 7 Rozporządzenie to weszło w życie dopiero w kwietniu 1995 roku. Zeszyty Naukowe 19(91) 75 Omawiając aktualne rozporządzenie nr 761/2001 Parlamentu Europejskiego i Rady w dalszej części stosowany będzie zwrot „EMAS”. Alina Matuszak-Flejszman rzystane jako narzędzie doskonalenia systemu zarządzania środowiskowego. Podstawowym celem Rozporządzenia EMAS jest skorzystanie przez organizacje z możliwości ciągłego zmniejszania negatywnego wpływu na środowisko, redukcji odpadów, wzrostu efektywności, poprawy swojego wizerunku, łatwiejszego spełnienia wymagań prawnych i wzrostu świadomości ekologicznej konsumentów, banków i instytucji ubezpieczeniowych, uwzględniania czystych technologii w swojej działalności [12]. W szczególności celem EMAS jest wspieranie ciągłego doskonalenia efektów działalności środowiskowej organizacji poprzez: 2003 roku [14, 15, 16]. Podstawą systemu prawnego EMAS w Polsce jest Rozporządzenie Nr 761/2001 Parlamentu Europejskiego z dnia 19 marca 2001 r. dopuszczające dobrowolny udział organizacji w systemie zarządzania środowiskowego i audytu we Wspólnocie (EMAS) oraz ustawa z dnia 12 marca 2004 r. o krajowym systemie ekozarządzania i audytu (EMAS) [13], a także trzy akty wykonawcze: Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 grudnia 2007 r. w sprawie wzoru wniosku o wpis podmiotu do rejestru weryfikatorów środowiskowych [17]; Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 23 kwietnia 2004 r. w sprawie współczynników różnicujących wysokość opłaty rejestracyjnej w krajowym systemie ekozarządzania i audytu (EMAS) [16]; Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 23 kwietnia 2004 r. w sprawie zakresu danych, które zawiera rejestr wojewódzki, oraz wzoru wniosku o rejestrację organizacji w rejestrze wojewódzkim [15]. stworzenie i wdrażanie przez organizacje systemów zarządzania środowiskowego opisanych w załączniku I do rozporządzenia EMAS; systematyczną, obiektywną i okresową ocenę efektów działalności takich systemów, opisanych w załączniku I do rozporządzenia EMAS; dostarczanie informacji o efektach działalności środowiskowej oraz prowadzenie otwartego dialogu ze społeczeństwem i innymi zainteresowanymi stronami; aktywne zaangażowanie pracowników organizacji oraz właściwe szkolenia podstawowe i specjalistyczne, które umożliwią aktywne uczestnictwo w realizacji zadań wymienionych w lit. A). Przedstawiciele pracowników są również włączeni, jeśli pracownicy wyrażą takie życzenie [13]. Z dniem 15 listopada 2008 r., po wejściu w życie zapisów ustawy z dnia 3 października 2008 r. o udostępnieniu informacji o środowisku i jego ochronie, udziale społeczeństwa w ochronie środowiska oraz ocenach oddziaływania na środowisko [18], strukturę organizacyjną systemu EMAS w Polsce tworzą: Minister właściwy do spraw środowiska, Generalny Dyrektor Ochrony Środowiska, regionalni dyrektorzy ochrony środowiska, Polskie Centrum Akredytacji oraz Krajowa Rada Ekozarządzania. System EMAS jest jednym z narzędzi ekozarządzania w organizacjach – dowodzą tego opracowania Komisji Europejskiej. Traktowany jest jako kolejny krok w kierunku doskonalenia systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001. Funkcjonowanie systemu w oparciu o wymagania EMAS pozwala na wzrost innowacyjności przedsiębiorstw oraz spełnienie wymagań prawnych przy jednoczesnym zachowaniu założeń ekonomicznych. Wymagania zawarte w normie ISO 14001 oraz rozporządzeniu EMAS są bardzo do siebie zbliżone, ponieważ system EMAS opiera się na wymaganiach normy ISO 14001. Dlatego działania organizacji w kierunku wdrażania systemu EMAS mogą stanowić kolejny krok do udoskonalenia systemu zarządzania środowiskowego. Niemniej, istnieją pewne różnice pomiędzy wymaganiami zawartymi w tych dokumentach [8]. Do dodatkowych wymagań wymuszających na organizacji realizację działań w kierunku Ustanowiony system ekozarządzania i audytu określa się jako zespół środków podejmowanych przez przedsiębiorstwo w celu ochrony środowiska, uwzględniających procesy techniczne, wyposażenie, środki zaradcze, zasady nadzoru i kontroli. System ten powinien stanowić część całego systemu zarządzania obejmującego strukturę organizacyjną, zakresy odpowiedzialności, procedury, sposoby postępowania i zasoby środków służące do określania i realizacji polityki środowiskowej [9]. Rozporządzenie EMAS umożliwia przedsiębiorstwom dobrowolny udział w europejskim systemie zarządzania środowiskowego. Jako dowód uczestnictwa w systemie przedsiębiorstwa otrzymują tzw. numer rejestracyjny Unii Europejskiej i mogą korzystać z logo EMAS, natomiast nie otrzymują certyfikatu. Rozporządzenie to weszło do ustawodawstwa polskiego z dniem wejścia naszego kraju do Unii Europejskiej bezpośrednio bez zmian, modyfikacji i uszczegółowień. Zostało ono wprowadzone ustawą z dnia 12 marca 2004 r. o krajowym systemie ekozarządzania i audytu (EMAS) [13] wraz z aktami wykonawczymi z dnia 23 kwietnia 76 Scientific Journals 19(91) Wpływ uczestnictwa organizacji w programach lub systemach środowiskowych na doskonalenie systemu zarządzania... doskonalenia systemu zarządzania środowiskowego należą m.in.: obowiązek identyfikacji i oceny pośrednich aspektów środowiskowych, obowiązek informowania zainteresowanych stron o aspektach środowiskowych, celach i zadaniach, wpływie na środowisko oraz efektach działalności środowiskowej w deklaracji środowiskowej, obowiązek prowadzenia dialogu ze społeczeństwem, bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące ochrony środowiska, jak również obowiązek odnoszenia do oceny efektów środowiskowych na każdym etapie działania. (41,5%) respondentów był zdania, że uczestniczenie w programach czy innych systemach środowiskowych ma neutralny wpływ na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego. Należy jednak podkreślić, że większość tych organizacji nie uczestniczyła w żadnym programie środowiskowym, a żadna z nich nie posiada wdrożonego systemu EMAS. Podobnie jest w przypadku udzielonych odpowiedzi „raczej nie wpływają” (5,8%) i „zdecydowanie nie wpływają” (16,4%). Żaden z przedstawicieli kierownictwa przedsiębiorstw, który udzielił takiej odpowiedzi, nie posiada innego sformalizowanego systemu zarządzania środowiskowego oraz jego organizacja nie uczestniczyła w programach środowiskowych. W celu oceny zależności pomiędzy udziałem danego przedsiębiorstwa w programie Czystszej Produkcji czy Odpowiedzialność i Troska a opinią dotyczącą wpływu tego czynnika na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego przeprowadzono analizę przy wykorzystaniu współczynnika T-Czuprowa. Zbadano zależność uczestniczenia badanych organizacji w programie czystszej produkcji od opinii respondentów czy posiadanie tych programów / systemów środowiskowych wpływa na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001. Zależność tę zaprezentowano na rysunkach 1–3. Doskonalenie SZŚ według ISO 14001 a udział w systemach i programach środowiskowych polskich przedsiębiorstw Badania empiryczne Badania empiryczne prowadzone były przez autorkę w latach 2004–2009 w Katedrze Znormalizowanych Systemów Zarządzania Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu. Miały one na celu identyfikację i ocenę czynników wpływających na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami międzynarodowej normy ISO 14001 funkcjonującego w polskich przedsiębiorstwach. Zbiorowość statystyczną stanowiły organizacje w liczbie 1360 działające na terenie Polski, które do końca czerwca 2007 roku uzyskały certyfikat ISO 14001 potwierdzający zgodność funkcjonującego systemu zarządzania środowiskowego z wymaganiami międzynarodowej normy ISO 14001. Nie posiadamy CP Posiadamy CP 7,4% Wyniki badań Wpływa 92,6% 0% 50% 100% Rys. 1. Realizacja programu Czystszej Produkcji a wpływ udziału w programach środowiskowych na doskonalenie SZŚ Fig. 1. Implementation of Cleaner Production programme and the impact of participation in environmental programmes to further improvement of environmental management system Uczestnictwo w różnego rodzaju programach środowiskowych w kontekście ich wpływu na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001 jest w pewnym stopniu zróżnicowane w zależności od tego czy badana organizacja posiada wdrożony program Czystszej Produkcji, czy też nie. Większość przedstawicieli kierownictwa badanych organizacji, które mają ten program wdrożony uznała, że uczestnictwo w różnego rodzaju programach środowiskowych korzystnie wpływa na proces doskonalenia SZŚ. Z kolei wśród respondentów, którzy nie posiadają wdrożonego programu Czystszej Produkcja wyrobów chemicznych stanowi zaledwie 3,6% badanych organizacji. Zeszyty Naukowe 19(91) 28,9% Nie wpływa Do czynników, które zdaniem przedstawicieli kierownictwa badanych przedsiębiorstw w niewielkim zakresie wpływają na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego, należy zaliczyć uczestnictwo w systemach / programach, np. EMAS, Czystsza Produkcja, RC. Takiego zdania było 16,4% przedstawicieli kierownictwa badanych przedsiębiorstw. Program Czystszej Produkcji może stanowić element usprawniający wdrażanie systemu zarządzania środowiskowego, natomiast ma niewielki wpływ, zdaniem przedstawicieli kierownictwa badanych organizacji, na jego doskonalenie. Podobnie kształtują się wyniki badań w przypadku uczestnictwa organizacji w programie Odpowiedzialność i Troska. Program ten jest specyficzny dla organizacji z branży chemicznej, stąd też mały odsetek odpowiedzi w tym obszarze9. Największy odsetek 9 71,1% 77 Alina Matuszak-Flejszman Produkcji przeważa odmienna opinia, tj., że uczestnictwo w tego typu programach nie ma większego wpływu na doskonalenie SZŚ. Jest to zależność umiarkowana, o czym świadczy stosunkowo wysoka wartość współczynnika zbieżności T = 0,35. Poddano również analizie zależność pomiędzy wpływem udziału w programie Odpowiedzialność i Troska a stwierdzeniem, że udział w programach środowiskowych wpływa na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001. Zależność tę przedstawiono na rysunku 2. Nie posiadamy RC 65,9% 34,1% Posiadamy RC 63,6% 36,4% Nie posiadamy EMAS Posiadamy EMAS 0% 50% 31,7% 100,0% Nie wpływa Wpływa 0% 50% 100% Rys. 3. Posiadanie przez organizację systemu EMAS a wpływ udziału w programach / systemach środowiskowych na doskonalenie SZŚ Fig. 3. Organization‟s possession of EMAS system and the impact of participation in environmental programmes to further improvement of environmental management system wdrożony system EMAS, czy też nie. Wszyscy przedstawiciele kierownictwa badanych organizacji, które mają wdrożony system EMAS byli zdania, że uczestnictwo w różnego rodzaju programach korzystnie wpływa na proces doskonalenia systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001. Z kolei wśród przedstawicieli badanych organizacji, którzy nie posiadają wdrożonego systemu EMAS przeważała opinia, że uczestnictwo w tego typu programach nie ma większego wpływu na doskonalenie SZŚ. Jest to zależność raczej słaba, o czym świadczy stosunkowo niska wartość współczynnika zbieżności T = 0,27. Nie wpływa Wpływa 68,3% 100% Rys. 2. Udział organizacji w programie Odpowiedzialność i Troska a wpływ udziału w programach środowiskowych na doskonalenie SZŚ Fig. 2. Participation of an organization in Responsible & Care programme and the impact of participation in environmental programmes to further improvement of environmental management system Uczestnictwo w różnego rodzaju programach i systemach środowiskowych w kontekście ich wpływu na doskonalenie SZŚ nie zależy od tego czy badana organizacja posiada wdrożony program Odpowiedzialność i Troska, czy też nie. Większość przedstawicieli kierownictwa badanych organizacji, mających wdrożony ten program było zdania, że uczestnictwo w różnego rodzaju programach czy systemach środowiskowych nie wpływa korzystnie na proces doskonalenia SZŚ. Podobnie wśród przedstawicieli badanych organizacji, którzy nie posiadają wdrożonego programu Odpowiedzialność i Troska przeważała opinia, że uczestnictwo w tego typu programach nie ma większego wpływu na doskonalenie SZŚ. Jest to zależność bardzo słaba, o czym świadczy bardzo niska wartość współczynnika zbieżności T = 0,008. Poddano ocenie również trzeci element, jakim jest posiadanie systemu EMAS przez badaną organizację a opinią przedstawicieli kierownictwa dotyczącą wpływu udziału w różnych programach lub systemach środowiskowych na doskonalenie SZŚ. Wyniki badań przedstawiono na rysunku 3. Uczestnictwo w różnego rodzaju programach lub systemach w kontekście ich wpływu na doskonalenie SZŚ jest w pewnym stopniu zróżnicowane w zależności od tego czy badana organizacja ma Zakończenie Trudno jest jednoznacznie stwierdzić, że uczestnictwo w innych programach czy systemach środowiskowych nie ma wpływu na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego. Przedstawiciele organizacji, którzy posiadają wdrożone inne programy lub systemy środowiskowe mają różne opinie na ten temat. Jednak opinie te są w większym stopniu ukierunkowane na stwierdzenie, że udział w tych programach czy systemach wpływa na doskonalenie SZŚ. Jedynie opinia przedstawicieli organizacji, które uczestniczą w programie Odpowiedzialność i Troska jest zróżnicowana. W przypadku posiadania systemu EMAS wszyscy przedstawiciele organizacji wyrazili opinię, że posiadanie programów czy systemów środowiskowych wpływa na doskonalenie systemu zarządzania środowiskowego. Należy podkreślić, że system EMAS może stanowić kolejny krok w kierunku doskonalenia systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001. Wymagania zawarte z rozporządzeniu EMAS są znacznie szersze i ukierunkowane przede wszystkim na zarządzanie nie tylko bezpośrednimi aspektami środowiskowymi, ale również pośrednimi aspektami środowiskowymi oraz na ocenę efektów działalno78 Scientific Journals 19(91) Wpływ uczestnictwa organizacji w programach lub systemach środowiskowych na doskonalenie systemu zarządzania... ści środowiskowej na każdym etapie działań organizacji. Zatem organizacja taka może posiadać bardziej skuteczny system zarządzania środowiskowego. Fakt, że uczestnictwo w tych programach środowiskowych jest dobrowolne może wskazywać na prawdziwą chęć podejmowania wysiłku przez kierownictwo organizacji na rzecz ochrony środowiska. Inne programy środowiskowe mogą być źródłem inspiracji dla podejmowania działań doskonalących. W związku z tym można stwierdzić, że system ekozarządzania i audytu EMAS może przyczynić się do doskonalenia systemu zarządzania środowiskowego. Co ważniejsze, systemy te, dlatego że dotyczą tego samego obszaru – zarządzania środowiskowego, mogą być w pewnym zakresie komplementarne. Natomiast w wybranych aspektach EMAS może być substytucyjny w stosunku do systemu zarządzania środowiskowego zgodnego z wymaganiami normy ISO 14001 [8]. 8. MATUSZAK-FLEJSZMAN A.: System zarządzania środowiskowego w organizacji – ISO 14001 czy EMAS. W: Rola znormalizowanych systemów zarządzania w zarządzaniu organizacjami, pod red. J. Łańcuckiego, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, Poznań 2009, 21–48. 9. Rozporządzenie nr 761/2001 Parlamentu Europejskiego i Rady z 19 marca 2001 r. dopuszczające dobrowolne uczestnictwo organizacji we wspólnotowym systemie ekozarządzania i audytu we Wspólnocie. 10. http://www.emas.mos.gov.pl/elearning/el011.jsp z dnia 13.02.2009 r. 11. Wniosek Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady dotyczące dobrowolnego udziału organizacji w systemie ekozarządzania i audytu we Wspólnocie (EMAS), przedstawiony przez Komisję Wspólnot Europejskich, Bruksela, 17.07.2008 r., KOM/2008/402, wersja ostateczna. 12. OCIEPA A.: Rozporządzenie Unii Europejskiej EMAS II – wymagania, warunki rejestracji. Biuletyn Informacyjny Stowarzyszenia Klubu Polskie Forum ISO 14000 – INEM Polska, Nr 1/ 2002. 13. Ustawa z dnia 12 marca 2004 r. o krajowym systemie ekozarządzania i audytu (EMAS) (Dz.U., 2004, Nr 70, poz. 631). 14. Rozporządzenie Ministerstwa Środowiska w sprawie wzoru wniosku o wpis podmiotu do rejestru weryfikatorów środowiskowych oraz wzorów dokumentów, formy, częstotliwości i terminów przekazywania informacji z rejestru wojewódzkiego do rejestru krajowego (Dz.U. Nr 94, poz. 930). 15. Rozporządzenie Ministerstwa Środowiska w sprawie zakresu danych, które zawiera rejestr wojewódzki oraz wzoru wniosku o rejestrację organizacji w rejestrze wojewódzkim (Dz.U. Nr 94, poz. 931). 16. Rozporządzenie Ministerstwa Środowiska w sprawie współczynników różnicujących wysokość opłaty rejestracyjnej w krajowym systemie ekozarządzania i audytu EMAS (Dz.U. Nr 94, poz. 932). 17. Dz.U. 2007, Nr 247, poz. 1842. 18. Dz.U. 2008, Nr 199, poz. 1227. Bibliografia 1. PN EN ISO 14001:2005 2. ROUBA H.: Zastosowanie strategii czystszej produkcji w zarządzaniu środowiskowym w przedsiębiorstwie. W: Strategia zarządzania środowiskowego w przedsiębiorstwie i gminie, pod red. R. Miłoszewskiego, PZiTS, Poznań–Białystok 1999, 116. 3. NOWAK Z.: Czystsza Produkcja – strategia ochrony środowiska XXI wieku. Problemy Ekologii, 1998, Nr 2, 66. 4. NOWAK Z.: Koncepcja Czystszej Produkcji jako strategia zrównoważonego rozwoju przedsiębiorstw w Polsce. W: Międzynarodowe zarządzanie środowiskiem. T. 2, Instrumenty i systemy zarządzania, pod red. M. Kramera, J. Brauweilera, Z. Nowaka, Wydawnictwo C.H. Beck, Warszawa 2005, 293. 5. NOWAK Z.: Czystsza Produkcja – filozofia i strategia zarządzania środowiskiem w sferze produkcji i usług. Problemy ocen środowiskowych, 1998, Nr 2, 18. 6. FIJAŁ T.: Wdrażanie w Polsce strategii Czystszej Produkcji. Biuletyn Informacyjny Klubu Polskie Forum ISO 9000, 1998, Nr 3 (29), 22. 7. DEGUSS J.R.: ISO 14001 – a tool for implementing „Responsible Care” in the chemical industry. ISO Management Systems, May–June 2004, 30–31. Zeszyty Naukowe 19(91) Recenzent: dr hab. inż. Zofia Jóźwiak profesor Akademii Morskiej w Szczecinie 79 Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 80–86 2009, 19(91) s. 80–86 Społeczna ocena bezpieczeństwa ruchu i zagrożeń środowiska związanych z rozwojem transportu na przykładzie regionu Polski Wschodniej oraz obszaru wielkomiejskiego Rygi Social opinion on traffic safety and environment menace related with transport development on example of East Poland region and Riga City Andrzej Niewczas1, Joanna Rymarz2 1, 2 Politechnika Lubelska, 20-618 Lublin, ul. Nadbystrzycka 36 Wyższa Szkoła Ekonomii i Innowacji, 20-209 Lublin, ul. Mełgiewska 7/9 1 2 e-mail: [email protected]; [email protected] 1 Słowa kluczowe: bezpieczeństwo ruchu, transport Abstrakt Celem artykułu jest ocena społecznej świadomości zagrożeń bezpieczeństwa osobistego uczestników ruchu oraz ocena poczucia motoryzacyjnych zagrożeń dla środowiska. Opisano wyniki badań ankietowych nad indywidualną oceną uciążliwości i zagrożeń motoryzacyjnych w grupie ludzi młodych na przykładzie obszaru województwa lubelskiego oraz porównawczo, miasta Rygi. Key words: traffic safety, transport Abstract The purpose of this article is to estimate social awareness of personal safety danger of traffic participants and to estimate the sense of motor threats for the environment. It describes the results of public opinion poll over the individual troublesomeness and motor threats estimate on the young group of people on example of Lublin Province area and comparatively, of Riga City. Wstęp ców. Na Węgrzech wskaźnik ten wyniósł 99 osób, a w Czechach 104. Na początku bieżącej dekady kraje UE postanowiły zredukować do 2010 r. liczbę ofiar wypadków o połowę. Jednak w Polsce, w przeciwieństwie do innych krajów Europy, nie obserwuje się poprawy w tym zakresie (rys. 1). W 2005 r. w Polsce wskaźnik liczby zabitych na 100 wypadków drogowych wyniósł 11,3 (rys. 2), natomiast w Niemczech i Wielkiej Brytanii zanotowano wskaźnik 1,6. Wielu autorów literatury poświęconej bezpieczeństwu ruchu drogowego jest zdania, iż około 90% wszystkich wypadków to te, w których główną winę ponoszą ludzie, przede wszystkim kierowcy. Szczególnie wiele negatywnych zachowań na drodze zauważa się wśród ludzi młodych. Liczba Motoryzacja będąca konsekwencją postępu cywilizacji i rozwoju techniki, obok wielu skutków pozytywnych, niesie ze sobą także zjawiska negatywne w postaci zagrożenia środowiska naturalnego oraz ofiar w ludziach i strat materialnych spowodowanych wypadkami drogowymi. W Polsce przez ostatnie 10 lat zaczęto masowo sprowadzać używane samochody zza zachodniej granicy. Zjawisko to wpłynęło na zmniejszenie bezpieczeństwa ruchu drogowego wobec zbyt wolno rozwijającej się sieci dróg w kraju. Taki stan rzeczy doprowadził do wzrostu liczby wypadków drogowych i ich ofiar. W 2008 r. na polskich drogach zginęło 5,5 tys. osób. Oznacza to 143 zabitych na milion mieszkań80 Scientific Journals 19(91) Społeczna ocena bezpieczeostwa ruchu i zagrożeo środowiska związanych z rozwojem transportu ... młodych kierowców znacznie zwiększyła się w przeciągu ostatnich kilku lat. Grupę tę cechuje skłonność do ryzyka i brawura. a) b) 7% 12% 4% 2% 2% 19% 250 220 200 150 100 134 91 121 79 69 44 50 125 99 130 104 145 143 87% 125 0 do 20 lat 21-25 lat 26-30 lat powyżej 31 lat Rys. 3. Wiek respondentów a) w woj. lubelskim, b) w Rydze Fig. 3. Age of respondents a) in Lublin Provinces, b) in Riga City 2001 2008 Charakterystyka uwarunkowań ruchu drogowego w regionie lubelskim 12 Województwo lubelskie zajmuje obszar 25 tys. km2, tj. 12% powierzchni Polski. Liczba mieszkańców Lubelszczyzny wynosi ok. 2,2 mln osób, co stanowi 5,7% ludności Polski (na 1 km2 przypada 88 osób, średnia w kraju to 122 osoby). Region lubelski jest też słabo zurbanizowany, tylko 46,8% ludności mieszka w miastach (średnia krajowa wynosi 61,9%). Gęstość dróg w województwie lubelskim jest porównywalna do średniej krajowej i wynosi 117,5 km/100 km2 (średnia krajowa – 121 km/100 km2). Całkowita długość dróg to 30 tys. km, w tym dróg krajowych – 1000 km (80 km spełnia europejskie standardy nośności – 115 kN/oś). 11,3 10 8 6,5 6 5,1 5,3 5 4 2,5 1,6 1,9 2,8 1,6 Holandia Francja Wielka Brytania Szwecja POLSKA Niemcy Hiszpania Finlandia Czechy 0 Austria Liczba zabitych na 100 wypadków Rys. 1. Liczba ofiar wypadków drogowych w wybranych krajach Europy na milion mieszkańców [1] Fig. 1. Number of road accident victims in selected European countries per million inhabitants [1] 2 67% Charakterystyka uwarunkowań ruchu drogowego w Rydze Miasto Ryga zajmuje obszar 307 km2. Rygę zamieszkuje 724 tys. ludzi w mieście (2007) i w aglomeracjach 1034 tys. (2007). Całkowita długość dróg na terenie Rygi wynosi 1015 km. Stan nawierzchni dróg, podobnie jak w woj. lubelskim, jest słaby. Park pojazdów samochodowych zarejestrowanych w Rydze w 2008 r. obejmuje ogółem ponad 950 tys., w tym 904 tys. samochodów osobowych [3]. Rys. 2. Liczba zabitych na 100 wypadków w 2005 r. [2] Fig. 2. Number of people killed in 100 accidents in 2005 [2] Metodyka badań Badania zostały przeprowadzone metodą ankietową w grupach ludzi w wieku 18–35 lat, losowo wybranych na terenie województwa lubelskiego (100 osób) oraz obszaru wielkomiejskiego Rygi (50 osób). Treść ankiety zamieszczono na końcu artykułu. Charakterystykę obydwu badanych obszarów pod względem uwarunkowań ruchu drogowego podano w dalszej części rozdziału. Badania przeprowadzono głównie wśród uczniów szkół średnich i studentów. Strukturę wiekową respondentów przedstawiono na rysunku 3. W ankiecie wzięło udział 62% kobiet i 38% mężczyzn. Zeszyty Naukowe 19(91) Wyniki badań Ponad połowa ankietowanych stwierdziła, że w okolicy swojego miejsca zamieszkania obserwuje duże natężenie ruchu drogowego oraz, że dostrzegła w ostatnim czasie znaczący wzrost liczby samochodów (rys. 4). Należy jednak zauważyć, że aż 40% ankietowanych w Rydze nie oceniło aktualnego natężenia ruchu jako duże. 81 Andrzej Niewczas, Joanna Rymarz a) b) 2% Większość ankietowanych (85% w Rydze i 70% w woj. lubelskim) uznała, że aktualna sieć dróg jest niewystarczająca w stosunku do liczby samochodów. Ankietowani zdają sobie sprawę ze złego stanu dróg i niedoskonałej organizacji ruchu zarówno w Polsce, jak i na Łotwie. Prawie jedna piąta ankietowanych w województwie lubelskim za główny czynnik powstawania wypadków drogowych uznała niedostosowanie prędkości do warunków jazdy (rys. 7). 6% 33% 40% 54% 65% tak nie trudno powiedzieć Rys. 4. Wzrost liczby samochodów przejeżdżających w pobliżu miejsca zamieszkania ankietowanych a) w woj. lubelskim, b) w Rydze Fig. 4. Increase in the number of car passing near the residence of respondents a) in Lublin Province, b) in Riga City Agresywna jazda Zmęczenie W Lublinie ponad 85% ankietowanych zadeklarowało, że bardzo dobrze zna przepisy ruchu drogowego. W Rydze dobrą znajomość przepisów deklarowało 58%. Natomiast 10% ankietowanych w Lublinie i 42% ankietowanych w Rydze stwierdziło, że nie zna przepisów ruchu drogowego (rys. 5). a) 10% 3% Nieudzielanie pierwszeństwa przejazdu Alkohol Niedoświadczenie kierowcy Nieprawidłowe wyprzedzanie 4% b) Niedostateczna koncentracja Niedostosowanie prędkości do warunków jazdy 38% 0% 58% 5% Ryga 87% tak, bardzo dobrze tak, słabo nie 31 49 54 raczej nie 22 10 raczej tak 22 1 zdecydowanie tak 4 0 20 Ryga 40 20% woj. lubelskie Za główną przyczynę wypadków drogowych z udziałem pieszych ankietowani uznali ryzykowne zachowania ze strony pieszych (28% w woj. lubelskim i 24% w Rydze), jak np. nagłe wtargnięcie na jezdnię (rys. 8). Za ważną przyczynę uznali również nietrzeźwość uczestników ruchu drogowego (22% w woj. lubelskim i 24% w Rydze). Mały wpływ na wypadki z udziałem pieszych ma, według badanych, niedostateczna liczba przejść dla pieszych (niecałe 15%). Dla 33% badanych w woj. lubelskim hałas drogowy jest obojętny, a 32% ankietowanych w ogóle nie zwraca na niego uwagi (rys. 9). Dla części ankietowanych (25%) hałas drogowy jest przyczyną stresu i dekoncentracji. Wynika to z faktu, że rozpatrywana grupa ankietowanych zamieszkuje w obszarze ruchliwych ulic i w centrach miast. Natomiast w Rydze aż 66% ankietowanych nie zwraca uwagi na hałas i wibracje w pobliżu swojego miejsca zamieszkania. 4 3 zdecydowanie nie 15% Rys. 7. Główne przyczyny wypadków drogowych powodowane przez kierowców Fig. 7. The main reasons of road accidents caused by drivers Rys. 5. Znajomość przepisów ruchu drogowego w a) woj. lubelskim, b) w Rydze Fig. 5. Knowledge of traffic rules a) in Lublin Province, b) in Riga City nie wiem 10% 60 woj. lubelskie Rys. 6. Ocena adekwatności sieci dróg względem liczby samochodów z nich korzystających [%] Fig. 6. Adequacy assessment of road networks to the number of cars using them [%] 82 Scientific Journals 19(91) Społeczna ocena bezpieczeostwa ruchu i zagrożeo środowiska związanych z rozwojem transportu ... rowerowa (rys. 12). Wynika to z faktu, że społeczeństwo chętniej używa własnego samochodu, jako najbardziej komfortowego i efektywnego środka transportu. Za kolejną przyczynę w woj. lubelskim uznano wzrost liczby starych samochodów sprowadzanych z zagranicy (19%), a w Rydze – niewłaściwą politykę transportową państwa (24%). Jako ważny czynnik zagrożeń ekologicznych wskazano zły stan techniczny użytkowanych samochodów (22% w woj. lubelskim oraz 18% w Rydze). Tylko ponad 15% ankietowanych uznało, że przyczyną zagrożeń ekologicznych jest powolny rozwój infrastruktury drogowej. Niedostateczna liczba przejść dla pieszych Źle oświetlone drogi Źle oznakowane miejsca dla pieszych Zachowania ryzykowne ze strony pieszego Nietrzeźwość uczestnika ruchu drogowego 0% 10% Ryga 20% 30% zły stan techniczny zużytych pojazdów woj. lubelskie Rys. 8. Przyczyny wypadków drogowych powodowane przez pieszych Fig. 8. The main reasons of road accidents caused by pedestrians 30 20 nadmierna hałaśliwość konstrukcyjna pojazdów 2 8 nadmierne natężenie ruchu nie zwracam na nie uwagi 14 26 zły stan nawierzchni dróg są mi obojętne 39 30 0 są dokuczliwe szczególnie nocą 10 Ryga 20 30 40 woj. lubelskie Rys. 10. Wpływ wybranych czynników na emisję hałasu drogowego Fig. 10. Impact of selected factors on road noise emission drażnią mnie i dekoncentrują 0 20 Ryga 40 60 80 woj. lubelskie Rys. 9. Uciążliwość hałasu i wibracji ze strony transportu drogowego w miejscu zamieszkania ankietowanych [%] Fig. 9. Arduousness noise and vibration from road transport in the place of respondents residence [%] 0 15 średni Najważniejszą przyczyną powstawania hałasu drogowego w opinii badanych osób (rys. 10) jest zły stan nawierzchni dróg i ulic (30% w woj. lubelskim oraz 39% w Rydze), a także zły stan techniczny pojazdów (20% w woj. lubelskim i 30% w Rydze). Istotne znaczenie ma również brak obwodnic miejskich i skrzyżowań bezkolizyjnych w Polsce (26%). Ponad połowa badanych (54% w woj. lubelskim i 60% w Rydze) uważa, że transport drogowy zanieczyszcza środowisko w wysokim stopniu, a odpowiednio 39% i 19% badanych, że w stopniu bardzo wysokim (rys. 11). Jako najważniejszą przyczynę zagrożeń ekologicznych ankietowani (prawie 30% badanych) wskazywali niechęć do publicznych i alternatywnych środków transportu, jak: kolej, publiczna komunikacja miejska, komunikacja Zeszyty Naukowe 19(91) 6 niski 7 60 54 wysoki bardzo wysoki 19 39 0 10 20 30 Ryga 40 50 60 woj. lubelskie Rys. 11. Stopień zanieczyszczenia środowiska naturalnego przez transport drogowy Fig. 11. Level of environmental pollution from road transport Najbardziej negatywny wpływ na środowisko ma, według ankietowanych (rys. 13), zanieczyszczenie powietrza toksycznymi składnikami spalin (77% odpowiedzi w woj. lubelskim oraz ponad 60% w Rydze). Dostrzegane są także zanieczyszczenia związane z utylizacją zużytych materiałów 83 Andrzej Niewczas, Joanna Rymarz eksploatacyjnych (oleje, smary) i kasacją samochodów (26%). Ryzyko związane z przewożeniem niebezpiecznych ładunków ankietowani uznali za mniej szkodliwe (ok. 10%). nie roweru w codziennych dojazdach do pracy bądź szkoły. Tylko 10% ankietowanych wskazało że należy szczególnie starannie dbać o stan techniczny swojego samochodu, a zaledwie 2% badanych w Rydze podkreśliło stosowanie paliw alternatywnych. niewłaściwa polityka transportowa państwa dbanie o stan techniczny pojazdu powolny rozwój infrastruktury drogowej stosowanie paliw ekologicznych niechęć do alternatywnych środków transportu, jak np. kolej, komunikacja miejska, rower korzystanie z roweru w drodze do pracy korzystanie z komunikacji miejskiej zły stan techniczny użytkowanych samochodów 0 wzrost liczby sprowadzanych samochodów 5 Ryga Podsumowanie 10 15 20 25 30 woj. lubelskie Przedstawione wyniki badań pozwalają sformułować następujące wnioski końcowe: Rys. 12. Przyczyny zagrożeń ekologicznych ze strony motoryzacji Fig. 12. Causes of environmental threats from motor transport development 1. Ponad połowa ankietowanych dostrzega znaczący wzrost liczby samochodów w ostatnich latach i uważa, że aktualna sieć dróg przestała być wystarczająca. 2. Główne przyczyny powstawania wypadków drogowych według ankietowanych to: niedostosowanie prędkości do warunków jazdy, niedostateczna koncentracja kierowców, nieprawidłowe wyprzedzanie oraz wymuszenie pierwszeństwa przejazdu. 3. Dla 66% badanych w woj. lubelskim hałas motoryzacyjny nie jest zjawiskiem uciążliwym. Podobnie w Rydze, aż dwie trzecie ankietowanych nie zwraca uwagi na hałas drogowy. 4. Połowa badanych uważa, że transport drogowy zanieczyszcza środowisko w wysokim stopniu i najbardziej negatywny wpływ na środowisko ma zanieczyszczenie powietrza toksycznymi składnikami spalin. spaliny ładunki niebezpieczne odpady motoryzacyjne 20 woj. lubelskie Rys. 14. Środki ograniczenia zagrożeń ekologicznych Fig. 14. Means to reduce environmental threats 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Ryga 40 60 80 Ryga woj. lubelskie Rys. 13. Fizykochemiczne czynniki motoryzacyjnych zagrożeń ekologicznych Fig. 13. Physicochemical factors of automotive environmental threats Podsumowując należy stwierdzić, że wśród ludzi młodych zagrożenie wypadkami drogowymi nie jest powszechnie przyjętym czynnikiem bezpieczeństwa osobistego. Podobnie nie jest brane pod uwagę zjawisko poważnego zagrożenia dla środowiska. Najważniejszym kierunkiem zwiększenia bezpieczeństwa ruchu według opinii ankietowanych wydaje się rozwój komunikacji zbiorowej oraz stworzenie warunków do masowego użytkowania rowerów. Wśród postulatów zmniejszenia zagrożeń dla środowiska w warunkach miejskich (rys. 14) ankietowani najczęściej proponowali ograniczenie jazdy własnym samochodem na rzecz alternatywnych środków transportu, jak np. komunikacja miejska (odpowiedzi ankietowanych w woj. lubelskim – 37% i 19% w Rydze). Ponad jedna trzecia ankietowanych w woj. lubelskim i ponad dwie trzecie ankietowanych w Rydze zaproponowało wykorzysta84 Scientific Journals 19(91) Społeczna ocena bezpieczeostwa ruchu i zagrożeo środowiska związanych z rozwojem transportu ... Bibliografia 4. Czy posiadasz prawo jazdy? tak nie 5. Czy sieć dróg jest adekwatna do liczby samochodów z nich korzystających? zdecydowanie tak raczej tak raczej nie zdecydowanie nie nie wiem 6. Co jest główną przyczyną wypadków drogowych powodowanych przez kierowców? – uszereguj według wagi. niedostosowanie prędkości do warunków jazdy alkohol niedostateczna koncentracja nieudzielanie pierwszeństwa przejazdu nieprawidłowe wyprzedzanie zmęczenie niedoświadczenie kierowcy agresywna jazda 7. Co jest główną przyczyną wypadków drogowych powodowanych przez pieszych? – uszereguj według wagi. nietrzeźwość uczestnika ruchu drogowego ryzykowne zachowania ze strony pieszego źle oznakowane miejsca dla pieszych źle oświetlone drogi niedostateczna liczba przejść dla pieszych 8. Jak odbierasz hałas i wibracje ze strony transportu drogowego występujące w Twoim miejscu zamieszkania? drażnią mnie i dekoncentrują są dokuczliwe szczególnie nocą są mi obojętne nie zwracam na nie uwagi 9. Które z wymienionych czynników najbardziej przyczyniają się do emisji hałasu drogowego? zły stan nawierzchni brak obwodnic miejskich i skrzyżowań bezkolizyjnych nadmierna hałaśliwość pojazdów produkcji krajowej zły stan techniczny wielu pojazdów tuningowanie samochodów 10. W jakim stopniu transport drogowy zanieczyszcza środowisko naturalne? bardzo wysokim wysokim średnim niskim 11. Co jest największą przyczyną zagrożeń ekologicznych powodowanych przez transport drogowy? wzrost liczby importowanych, zużytych samochodów zły stan techniczny użytkowanych samochodów niechęć do alternatywnych środków transportu, jak np. kolej, komunikacja miejska, rower powolny rozwój infrastruktury drogowej 1. Materiały European Transport Security Council. 2. Statystyki wypadkowe Komendy Głównej Policji – http://www.policja.pl 3. Latvian State Road Yearbook 2008. Pozostałe pozycje 4. Wielka encyklopedia prawa. Białystok 2000. 5. RAJCHEL K.: Bezpieczeństwo ruchu drogowego w działaniach administracji publicznej. Rzeszów 2006. 6. Materiały konferencyjne: VII Lubelska Wojewódzka Konferencja BRD: Bezpieczeństwo ruchu drogowego na polskich drogach, zagrożenia – skutki – działania. Kazimierz Dolny 4–6 września 2008. 7. MERKISZ J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1998. 8. http://www.lanckoronska.zm.org.pl/?a=koalicja.broszuras_ 02&img=1 9. GRONOWICZ J.: Ochrona środowiska w transporcie lądowym. ITE, Radom 2004. 10. KOPTA T.: Twój samochód zagraża Twojemu życiu. Wyd. Polski Klub Ekologiczny, Wrocław 2001. 11. www.lanckoronska.pl 12. HUDZIK M., DRYL P.: Analiza sektora przedsiębiorstw w wybranych powiatach województwa lubelskiego. Materiały, Lublin 2006. 13. Statystyka – Łotwa: http://www.csb.gov.lv/csp/content/?lng=en&cat=355 14. Plan zagospodarowania przestrzennego województwa lubelskiego: http://www.plan.lubelskie.pl/Tom_1/Roz1_11.htm 15. KUŚ T.: Ocena zagrożeń motoryzacyjnych środowiska. Praca magisterska, Politechnika Lubelska 2008. 16. MUĆKA M.: Czynniki bezpieczeństwa ruchu. Praca magisterska, Politechnika Lubelska 2008. ANKIETA na temat wpływu transportu samochodowego na środowisko Ankieta została opracowana w ramach badań o stanie wiedzy młodych ludzi na temat zagrożeń ze strony transportu samochodowego, a w szczególności bezpieczeństwa ruchu drogowego i poziomu hałasu. Badania mają charakter anonimowy, a ich wyniki zostaną wykorzystane wyłącznie do celów naukowych. 1. Czy w Twojej okolicy występuje duże natężenie ruchu drogowego? tak nie nie mam zdania 2. Czy w ostatnim okresie nastąpiły zmiany liczby samochodów przejeżdżających w pobliżu Twojego budynku? tak nie trudno powiedzieć 3. Czy znasz przepisy ruchu drogowego? tak – dobrze tak – słabo nie Zeszyty Naukowe 19(91) 85 Andrzej Niewczas, Joanna Rymarz niewłaściwa polityka transportowa ze strony państwa 12. Które z wymienionych zjawisk mają najbardziej ujemny wpływ na środowisko? zanieczyszczenia związane z kasacją zużytych materiałów i części (opon, akumulatorów, olejów i innych) ryzyko związane z przewożeniem niebezpiecznych ładunków zanieczyszczenie powietrza toksycznymi składnikami spalin inne (jakie?) ………………………………………. 13. Które z wymienionych zagrożeń związanych z emisją spalin są według Ciebie najważniejsze? zanieczyszczenie gleby zanieczyszczenie powietrza zanieczyszczenie wód bezpośrednie zagrożenie zdrowia człowieka skażenie roślinności i wzrost śmiertelności zwierząt inne (jakie?) ………………………………………. 14. Czy uważasz, że transport kolejowy jest mniej szkodliwy dla środowiska niż transport drogowy? tak nie nie wiem 15. W jaki sposób może Pani/Pan wpłynąć na zmniejszenie motoryzacyjnych zanieczyszczeń powietrza w mieście? korzystać z komunikacji miejskiej korzystać z roweru w drodze do pracy używać paliw ekologicznych dbać o stan techniczny własnego pojazdu inaczej, jak ………………………………………. Wiek ………… Płeć: a) kobieta b) mężczyzna Miejsce zamieszkania: a) miasto b) osada c) wieś Autorzy składają serdeczne podziękowania Pani Darii Goloschapovej oraz Pani Katerinie Ivashkievicha, studentkom Transport and Telecomunication Institute w Rydze za pomoc i współpracę przy przeprowadzaniu ankiety na terenie Łotwy. Recenzent: dr hab. inż. Andrzej Adamkiewicz profesor Akademii Morskiej w Szczecinie 86 Scientific Journals 19(91) Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 87–91 2009, 19(91) s. 87–91 Selected aspects of ensuring supply chain safety in seaports Wybrane aspekty zapewnienia bezpieczeństwa łańcucha dostaw w portach morskich Joanna Pleszko Akademia Morska w Szczecinie, Instytut Inżynierii Transportu 70-507 Szczecin, ul. H. Pobożnego 11, e-mail: [email protected] Key words: transport chain, seaport, security of supply, risk assessment, hazard identification Abstract The article presents selected regulations and requirements responding to the needs of the market in the scope of managing safety in the logistic chain with particular consideration of marine transport and seaports. Based on conducted qualitative research by the method of deepened interview, there has been described the only, so far, case of using and implementing the certificated standard of ensuring safety in the global supply management chain according to ISO 28000. It was found that the quantification of risk is a process extremely difficult, since it relates to future events, the estimation is carried out in a situation of limited access to certain information, and is associated with subjective opinion and use the experience and knowledge of the evaluator. Słowa kluczowe: łańcuch transportowy, port morski, bezpieczeństwo dostaw, szacowanie ryzyka, identyfikacja zagrożeń Abstrakt W artykule przedstawiono wybrane przepisy i wymagania będące odpowiedzią na potrzeby rynku w zakresie zarządzania bezpieczeństwem w łańcuchu logistycznym ze szczególnym uwzględnieniem transportu morskiego i portów morskich. Opierając się na przeprowadzonych badaniach jakościowych metodą wywiadu pogłębionego, opisano jedyny jak dotąd na świecie przypadek wykorzystania i wdrożenia potwierdzonego certyfikatem standardu zapewnienia bezpieczeństwa w globalnym łańcuchu dostaw wg ISO 28000. Stwierdzono, że kwantyfikacja ryzyka jest procesem wyjątkowo trudnym, gdyż dotyczy przyszłych wydarzeń, których oszacowanie prowadzone jest w sytuacji ograniczonego dostępu do pewnych informacji i wiąże się z subiektywną opinią i wykorzystaniem doświadczeń i wiedzy oceniającego. Introduction activities aimed at ensuring safety and protection of the ports themselves, as also the people employed there, port equipment and infrastructure, means of transport included [1, 2]. The availability of port services became a crucial factor favouring regulations in the scope of good practice concerning the safety of ports and port objects. Modern logistic enterprises operating under conditions of high competitiveness are made to search for uncommon means of survival on the market and to compete against prospering rivals. Such possibility is provided by participation in the global supply management chain. Seaports are among the most essential links of the transport chain, being a complex communication junction combining land and sea transport (compare figure 1). Their location close to cities, concentrating a significant cargo mass on relatively small space, the neighbourhood of port-related enterprises essentially affected the undertaking of Zeszyty Naukowe 19(91) Safety of the marine supply chain participants In December 2002, after nearly one year‟s work, the International Maritime Organisation (IMO) accepted the International Ship and Port Facility Security – ISPS Code. The Code was introduced in 87 Joanna Pleszko seaport supplier supplier supplier storage ground road carrier belt conveyor flights internal rolling stock cold store railway carrier sea carrier dangerous cargo store road carrier terminal container port of destination A port of destination B pilotage gantry storage mooring forwarders inland carrier other vesselrelated services stowage towing experts trimming marking insurers banks other cargo-related services weighing sanitary board repacking Fig. 1. The seaport as a land-sea link of the transport chain Rys. 1. Port morski jako łącznik komunikacyjny między lądem a morzem w transporcie morskim in the form of an appendix to the SOLAS 1974 – International Convention for the Safety of Life at Sea amendment. SOLAS provides chapters concerning, among other things, fire protection, fire detection and fire extinction, life-saving appliances and arrangements, safety of navigation, carriage of cargoes, carriage of dangerous goods, management for the safe operation of ships, safety measures for high-speed craft, additional safety measures for bulk carriers – resolution 2 concerning the introduction of ISPS Code. Chapter XI of the convention, “Special measures to enhance maritime safety” was altered to Chapter XI-1, and Chapter XI-2 was added “Special measures to enhance maritime security”, concerning the present code. The above resolutions, operative in Poland from 1st July 2004, provide the international framework for cooperation between vessels, objects and port appliances for the purpose of identifying and preventing acts menacing safety in sea transport. In accordance with IMO objectives, all amendments to the convention stress and favour the need to raise awareness and development of culture concerning protection and safety. All participants involved in the functioning of vessels and ports should be aware of potential dangers to navigation. The newly created regulations have provided a tool permitting the realisation of the priorities mentioned. The next step towards increasing the safety of organising cargo transport between the shipper on one continent and the receiver on another was a common enterprise of government administrations and economic circles, verified in 2007, described as the C-TPAT (Customs-Trade Partnership Against Terrorism) agreement. The specific requirements cover importers, licensed customs brokers, air carriers, sea carriers, land carriers (railway and road carriers), firms consolidating air shipments, sea transport agents and multimodal transport operators (NVOCC – Non Vessel Operating Common Carri88 Scientific Journals 19(91) Selected aspects of ensuring supply chain safety in seaports er) and warehouses. Separate requirements concern sealing cargo units and containers [3]. The basis for C-TPAT is the stage of risk estimation, next planning and activities aimed at minimising risk. Therefore, the program allows for flexibility and the customization of security plans based on the member‟s business model. Consolidators must have written and verifiable processes for the screening and selection of business partners including foreign contractors. Ensure that contracted service provider companies who provide transportation, cargo handling, and security services commit to Security Guidelines. Periodically review the performance of the service providers to detect weakness or potential weaknesses in security. Consolidators should ensure that all contracted service providers have procedures in place to maintain container security. Container integrity must be maintained to protect against the introduction of unauthorized material and/or persons. At point of stuffing, procedures must be in place to properly seal and maintain the integrity of the shipping containers. All seals must meet or exceed the current PAS ISO 17712:2006 for high security seals [4]. This standard establishes uniform procedures for the classification, acceptance and withdrawal of acceptance of mechanical freight container seals. It provides a single source of information on mechanical seals which are acceptable for securing freight containers in international commerce. Procedures must be in place to verify the physical integrity of the container structure prior to stuffing, to include the reliability of the locking mechanisms of the doors. A seven-point inspection process is recommended for all containers: front wall, left side, right side, ceiling / roof, inside / outside doors, outside / undercarriage. Written procedures must stipulate how seals are to be controlled and affixed to loaded containers. Procedures must be in place for recognizing and reporting compromised seals and/or containers to U.S. Only designated employees should distribute container seals for integrity purposes. Containers must be stored in a secure area to prevent unauthorized access and/or manipulation. Procedures must be in place for reporting and neutralizing unauthorized entry into containers or container storage areas. Taking into account staff processes must be in place to screen prospective employees and to periodically check current employees. Maintain a current permanent employee list (foreign and domestic), which includes the name, date of birth, national identification number or social security number, employment history and references must be verified prior to employment. Zeszyty Naukowe 19(91) The trend of enterprises to increase effectiveness and ensure competitive advantage inclines the top management to make decisions resulting in implementing management systems according to ISO standards. Undoubtedly, preparing for certification and implementing the requirements of any quality standard (depending on the branch and kind of activity) yields measurable advantages in the form of lowering costs by more effective use of resources, standardising and binding systemic documentation and systemic actions (audits, reviews, corrective and preventive measures etc.), comprehensiveness of management or stimulating innovative solutions in the realm of management. To ensure proper safety in international trade, in 2005 the International Standards Organization worked out the first edition of ISO/PAS 28000 standard, revised last year and appearing in the form ISO 28000:2007: Specification for security management systems for the supply chain [5, 6]. The standard‟s requirements define guidelines for constructing systems of managing processes in organisations cooperating within a supply chain. The structure of the system, built on the basis of this standard‟s requirements, permits the risk minimisation of incidents and preventing negative events likely to occur in particular supply chain stages. The system‟s construction is based on the risk estimation of particular process elements (financial, production, information flow etc.). The application of the guidelines as based on the standard mentioned is feasible in any type of organisation (production, service, storage, transport enterprises), where the specificity of processes and customers‟ demands necessitate proper safety mechanisms. Global supply chain – analysis result By means of IDI, Individual in-Depth Interview, with representatives of leading certification units of domestic and international range (SGS, TUV, PCBC, LRQA, DNV, BVQI, KEMA) information was obtained on implementing a standard in accordance with ISO 28000 in just one firm in the world. The first ISP/PAS 28000:2005 certificate concerning safety in the international supply chain was confirmed by Lloyd's Register Quality Assurance in November 2006. The certificate was received by the operator of container terminal in Dubai DP World. DP World was formed in September 2005 with the integration of the terminal operations of the Dubai Ports Authority (DPA), which was focused 89 Joanna Pleszko on the UAE ports of Rashid and Jebel Ali, and DPI (Dubai Ports International) which had been set up to export this success internationally [7]. When it was first established in 1999, DPI had initially applied its expertise to managing ports in the Middle East, India and Europe. Its first project was at Jeddah Islamic Port (in 1999), where it collaborated with its local partner on the management and operation of the South Container Terminal (SCT). In 2003, SCT was the first terminal in the Kingdom of Saudi Arabia to exceed 1 million TEU (twenty-foot equivalent container units) and volumes in 2004 exceeded 1.3 million TEU. DPI then went on to develop successful operations at the ports of Djibouti (2000), Vizag in India (2002) and Constanta in Romania (2003). In January 2005, DPI transformed its network with the strategic acquisition of CSX World Terminals (CSX WT), the international terminal business of CSX Corporation. This acquisition gave the company a strong presence in Asia with major operations in Hong Kong and China as well as operations in Australia, Germany, Dominican Republic and Venezuela. Importantly for the future development and expansion of its network, DP World also acquired CSX WT‟s strong project pipeline, which included the 9-berth Pusan Newport (PNC), South Korea, where DP World holds the management contract as well a significant equity interest, and other projects in the rapidly expanding markets of India and the Middle East. In February 2005 DP World signed an agreement with the Cochin Port Trust (CoPT) to construct, develop and operate an international container transhipment terminal at Vallarpadam, Kochi, India. It is the largest single operator container terminal currently planned in India and the first in the country to operate in a special economic zone. The new terminal will make Kochi a key centre in the shipping world reducing India‟s dependence on foreign ports to handle transshipment. In March 2005, DP World was awarded a 30 year concession to develop and operate the container terminal at the Port of Fujairah in the UAE. This was followed in July 2005 by the awarding of a management contract for Mina Zayed Port, Abu Dhabi. These concessions will enable DP World to streamline operations at the major container facilities of the UAE and further increase the choices available to our customers. In November 2005 we also announced agreements to develop new container terminals at Yarimca in Turkey and Qingdao in China. DP World possesses worldwide his branch offices at present. It hugs with one's range eight regional management teams in: Africa (Dijbouti, Mozambique), Americas (Argentyna, Canada, Dominican Republic, Venezuela, Peru), Asia Pacific (China, Hong Kong, Indonesia, Philippines, South Korea, Russia, Thailand, Vietnam), Austaralia & New Zealand, Europe (Belgium, France, Germany, Romania, UK, Turkey), Middle East (Saudia Arabia), Indian Subcontinent (India, Pakistan), UAE (Dubai, Fujairah, Abu Dhabi). Firm provides a wide range of cargo handling services, with our core activity being container terminal operations. The throughput for the company was around 42 million TEUs (twenty-foot equivalent container units) in 2006. In addition to containers, many DP World terminals are also able to handle: general cargo, bulk cargo, Ro-Ro vessels, passenger. Realizing the qualitative commandment of continuous improvement DP World worked out mission of one's activity which assembles oneself on: “A global approach to a local business environment where excellence, innovation and profitability drive our core business philosophy of exceptional customer service [8].” Conclusions Marine economy, seaports included, is subject to any changes taking place in the world, which results first of all from the international nature of the transport junction which the seaport just is. The cooperation and responsibility of global participants in the logistic chain require not only caring about attaining lucrative financial goals on the part of particular parties, but also, what is stressed more and more frequently, the insurance of safety and possibility of supervision of all transport – storage – procedural operations of particular links of the chain considered as a logistic monolith. The requirements of the new management system in accordance with ISO 28000 are adapted to the specificity of enterprises, which conduct activity in the range of a supply chain or are somehow dependent on it. This system helps to estimate risk, introduce control and preventive measures permitting the avoidance of threats on the part of the supply chain by subjects acting in all economy sectors; in the same way, other variables, crucial for the functioning of the organisation can be managed, like quality, work safety, or the customer‟s satisfaction. References 1. CZERMAŃSKI E.: Porty morskie jako ogniwa intermodalnych łańcuchów transportowych w procesie globalizacji. 90 Scientific Journals 19(91) Selected aspects of ensuring supply chain safety in seaports 2. 3. 4. 5. Wpływ portów morskich na funkcjonowanie i rozwój otoczenia. KREOS, Szczecin 2005. KUŹMA L.: Ekonomika portów morskich i polityka portowa. Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego, Gdańsk 2003. CBP – Security America‟s Borders: Fact Sheet: C-TPAT Customs-Trade Partnership Against Terrorism agreement. Geneva 2006. ISO/PAS 17712:2006 Freight containers – Mechanical seals. International Organization for Standardization, Geneva 2006 ISO 28000:2007: Specification for security management systems for the supply chain. International Organization for Standardization, Geneva 2007. Zeszyty Naukowe 19(91) 6. ISO 28001:2007, Security management systems for the supply chain – Best practices foe implementing supply chain security, assessments and plans. International Organization for Standardization, Geneva 2007. 7. PLESZKO J.: Safety management systems in the marine supply chain. Polish Journal of Environmental Studies, Vol. 18, No. 2A, Olsztyn 2009. 8. Internal materials of DP World. Dubai 2007. Recenzent: dr hab. inż. Jacek Łuczak Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu 91 Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 92–96 2009, 19(91) s. 92–96 Podstawy budowy modelu niezawodnościowego elementów nośnych konstrukcji oceanotechnicznych Basis of reliability model for offshore structures bearings Włodzimierz Rosochacki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Wydział Techniki Morskiej 71-065 Szczecin, al. Piastów 41, e-mail: [email protected] Słowa kluczowe: niezawodność, modelowanie, konstrukcje okrętowe Abstrakt W artykule podjęto temat podstaw budowy matematycznego modelu niezawodności elementów nośnych konstrukcji okrętowych probabilistycznie jednorodnych. W modelu uwzględniono trzy typy uszkodzeń: trwałe odkształcenie plastyczne, pęknięcia zmęczeniowe oraz utratę stateczności lokalnej. W szczególności zaproponowano i określono cechy i granice obszarów zdatności. Proponowany model uwzględnia zmiany właściwości elementu jako skutku działania obciążeń cyklicznych. Key words: reliability, modeling, offshore structures Abstract The paper describes basis of the model for reliability analysis of probabilistically homogenous offshore structures bearings. Three types of damages were considered: permanent plastic strain, fatigue crack and local instability. Specifically, features and limits of ability areas were proposed and determined. In this article was also investigated the influence of variation of element properties as an effect of cyclic loading action. Wstęp użytkowania konstrukcji, często w skrajnie trudnych warunkach pogodowych, w przypadku wielu z nich mogą być przyczyną występowania w elementach nośnych naprężeń o wyjątkowych, ekstremalnie dużych wartościach. Długi czas eksploatacji oraz zmienność naprężeń dodatkowo zwiększa możliwość zainicjowania procesu zmęczenia objętościowego materiału. Z tego też względu badania niezawodności elementów nośnych konstrukcji oceanotechnicznych obejmują zazwyczaj dwa podstawowe zagadnienia: określenia odporności elementów konstrukcyjnych na działanie obciążeń o ekstremalnie dużych wartościach oraz na działanie naprężeń zmiennych. Możliwość realizacji takich badań na drodze teoretycznej wymaga opracowania matematycznego modelu niezawodności. Na konieczność i przydatność prowadzenia niezawodnościowych badań teoretycznych w zakresie objętym tematem niniejszego opracowania wskazano między innymi w pracach [2, 4, 5, 6]. Zagadnie- Konstrukcje oceanotechniczne należą do grupy urządzeń o szczególnym znaczeniu. Wynika to przede wszystkim ze specyfiki zagrożeń towarzyszących ich eksploatacji. Pojawienie się takich zagrożeń (na przykład pęknięcie jednego z prętów kratownicy stanowiącej konstrukcję nośną platformy wiertniczej) prowadzi do istotnego wzrostu prawdopodobieństwa wypadku morskiego i w efekcie do obniżenia poziomu bezpieczeństwa. Wspomniane uwarunkowania stanowią, że typowym wymaganiem niezawodnościowym formułowanym w stosunku do elementów takich konstrukcji jest ich nieuszkadzalność, czyli w tym przypadku zdolność do przenoszenia obciążeń w projektowanym okresie eksploatacji bez wystąpienia uszkodzenia. Podejście takie prezentowane jest między innymi w opracowaniach [1, 2, 3, 4]. Stochastyczny charakter falowania morskiego oraz wieloletni okres 92 Scientific Journals 19(91) Podstawy budowy modelu niezawodnościowego elementów nośnych konstrukcji oceanotechnicznych nia nieuszkadzalności w odniesieniu do analizowanych tu elementów znalazły swoje miejsce w licznych opracowaniach, na przykład [2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 11, 12]. Celem niniejszej pracy jest sformułowanie propozycji podstaw budowy modelu niezawodnościowego probabilistycznie jednorodnych elementów nośnych konstrukcji oceanotechnicznych. Destrukcyjny wpływ obciążeń cyklicznych proponuje się analizować nie tylko z uwzględnieniem typowego podejścia, charakterystycznego dla obliczeń zmęczeniowych, ale również przy założeniu, że proces eksploatacji może mieć wpływ na zmiany wartości granicy plastyczności oraz modułu sprężystości. Typowym przykładem konstrukcji, dla których niezawodność w sposób istotny uwarunkowana jest oddziaływaniem obciążeń cyklicznych, są na przykład konstrukcje nośne platform wiertniczych, dla których falowanie morskie jest głównym procesem generującym ich obciążenia. W trakcie eksploatacji poddane są one działaniu obciążeń cyklicznych, przy czym liczba cykli zmian może osiągać wartość kilkudziesięciu milionów. Przy ocenach bezpieczeństwa takich konstrukcji istotne staje się pozyskanie wiedzy w zakresie predykacji prawdopodobieństw uszkodzeń jej elementów w zakładanym okresie eksploatacji. Wiedza w tej dziedzinie może stanowić także podstawę porównań pod względem spełnienia wymagań niezawodnościowych różnych rozwiązań konstrukcyjnych o określonym przeznaczeniu. Istotą przedstawianego podejścia jest propozycja uwzględnienia w analizie niezawodności możliwości wystąpienia uszkodzeń utożsamianych z trwałymi odkształceniami plastycznymi materiału, jak i z lokalną utratą stateczności oraz pęknięciami zmęczeniowymi. Nowość proponowanego ujęcia polega również na uwzględnieniu w modelu niezawodnościowym zależności stochastycznych wiążących rozważane cechy zdatności elementu. tów nośnych oceanotechnicznych konstrukcji stalowych, dla których: 1) zakłada się, że mogą się one znajdować wyłącznie w dwóch stanach niezawodnościowych: zdatności (gdy element nie jest uszkodzony) i niezdatności (w przypadku jego uszkodzenia); 2) uszkodzenia utożsamia się z: a) uplastycznieniem – tj. trwałym odkształceniem plastycznym, jako skutkiem jednorazowego osiągnięcia przez naprężenia poziomu granicy plastyczności; b) wyboczeniem – tj. utratą stateczności lokalnej, jako skutkiem osiągnięcia przez naprężenia wartości krytycznej; c) pęknięciem – jako skutkiem zmęczenia objętościowego lub osiągnięcia krytycznej wielkości szczeliny; 3) właściwości materiału, istotne ze względu na cechy zdatności, mogą ulegać zmianie wskutek działania procesu obciążenia; 4) można założyć, że ich wymiary są w pełni określone, a połączenia między nimi całkiem pewne; 5) można założyć, że granice plastyczności materiału wyznaczone przy próbie ściskania i rozciągania są jednakowe. W dalszych rozważaniach przyjmuje się także, że konstrukcje prętowe traktować się będzie jako probabilistycznie jednorodne. Formy uszkodzeń wymienione w punkcie 2 założeń mają zazwyczaj charakter nagły, niesygnalizowany, a ich symptomy są zazwyczaj trudne do wykrycia przez systemy diagnozujące. Z tego też względu skutki takich zdarzeń mogą być katastrofalne. Sformułowania podstawowego wymagania niezawodnościowego Uwzględniając fakt, że uszkodzenia elementów rozważanych konstrukcji wpływają na bezpieczeństwo obiektu przyjmuje się, że podstawowym wymaganiem niezawodnościowym dla rozważanej tu klasy elementów jest ich nieuszkadzalność. Zarys modelu niezawodnościowego Opracowanie typowej matematycznej postaci modelu niezawodnościowego elementów dowolnego systemu technicznego wymaga przede wszystkim sformułowania podstawowego wymagania niezawodnościowego, sprecyzowania cech zdatności i granic obszaru zdatności, przyjęcia postaci miar niezawodności oraz określenia – istotnych z punktu widzenia rozpatrywanych cech zdatności – modeli oddziaływań i właściwości elementu. Poniżej przedstawiono zarys matematycznego modelu niezawodności obejmującego klasę elemen- Zeszyty Naukowe 19(91) Cechy zdatności Cechy zdatności elementów analizowanych konstrukcji zależą od stanu technicznego obiektu oraz oddziaływań zewnętrznych. Mając na względzie charakter rozpatrywanych uszkodzeń oraz podejścia reprezentowane między innymi w pracach [2, 3, 13], za cechy zdatności poprawne i użyteczne w przedstawianym tu modelu niezawodnościowym przyjmuje się: 93 Włodzimierz Rosochacki 1) zapas granicy plastyczności w odniesieniu do uszkodzenia utożsamianego z trwałym odkształceniem plastycznym jako skutkiem jednorazowego osiągnięcia przez naprężenie poziomu granicy plastyczności g1 t Z p t r t gdzie: g3(t) – zapas naprężenia granicznego elementu (w sensie teorii sprężystości) w chwili t, c (t) – bezwzględna wartość maksymalnego naprężenia ściskającego w chwili t, Zk (t) – naprężenie graniczne określone dla materiału elementu w chwili t z zależności: (1) gdzie: g1(t)* – zapas naprężenia granicznego (w sensie teorii plastyczności) materiału elementu w chwili t, Zp (t) – naprężenie graniczne równe losowej granicy plastyczności określonej dla materiału elementu w chwili t, r (t) – maksymalna wartość naprężenia rozciągającego w chwili t. Z k t (2a) gdzie: g21(t) – zapas względnego uszkodzenia zmęczeniowego w chwili t, (t) – względne uszkodzenie zmęczeniowe w chwili t, – graniczna wartość względnego uszkodzenia zmęczeniowego, odpowiadająca pęknięciu zmęczeniowemu. Granice obszarów zdatności Określone powyżej cechy zdatności stwarzają podstawę wyznaczenia poniższych granic obszarów zdatności: dla zmiennych losowych Zp(t) oraz r (t): Analityczna postać określająca tę cechę zależy od przyjętej do analiz hipotezy sumowania uszkodzeń zmęczeniowych. 3) zapas długości szczeliny w odniesieniu do uszkodzenia utożsamianego z pęknięciem jako skutkiem osiągnięcia przez szczelinę wielkości krytycznej g1 Z p t , r t 0 : element zdatny (brak uszkodzenia) g1 Z pl t , r t 0 : element niezdatny (2b) gdzie: g22(t) – zapas długości szczeliny w chwili t, l(t) – długość szczeliny w chwili t, lkr – graniczna wartość długości szczeliny odpowiadająca pęknięciu. (5) (6) dla zmiennej losowej (t) oraz granicznej wartości względnego uszkodzenia zmęczeniowego : 4) zapas naprężenia granicznego w odniesieniu do uszkodzenia utożsamianego z utratą stateczności lokalnej jako skutku osiągnięcia przez naprężenia wartości krytycznej * (4) Zdefiniowane wyżej cechy zdatności wymagają krótkiego przedyskutowania. Wszystkie one są funkcjami zmiennych losowych i są zależne stochastycznie. Wynika to z faktu, że analizowane tu postaci uszkodzeń są skutkiem tego samego procesu losowego obciążeń. W ogólności możliwa jest także korelacja własności mechanicznych (wytrzymałościowych i sprężystych) oraz zmiany ich wartości (a więc i wartości cech zdatności) podczas procesu eksploatacji. W rozważanym modelu mogą być one skutkiem kumulowania się w materiale destrukcyjnych efektów procesu zmęczenia. g21t δ t g3 t Z k t c t 2 gdzie: E(n) – moduł sprężystości określony dla materiału elementu w chwili t, – smukłość pręta. 2) zapas względnego uszkodzenia zmęczeniowego w odniesieniu do uszkodzenia utożsamianego z pęknięciem jako skutkiem zmęczenia objętościowego materiału g22 t lkr l t π 2 E t g21t , 0 : element zdatny (7) g21t , 0 : element niezdatny (8) dla zmiennej losowej l(t) oraz granicznej wartości długości szczeliny lkr: (3) g22 l t , lkr 0 : element zdatny W niniejszej pracy symbole zmiennych losowych oznaczono pogrubioną czcionką. g22 l t , lkr 0 : element niezdatny 94 (9) (10) Scientific Journals 19(91) Podstawy budowy modelu niezawodnościowego elementów nośnych konstrukcji oceanotechnicznych dla zmiennych losowych Zk (t) oraz c (t): z sekwencji odpowiadających okresom eksploatacji [2, 4]. rozpatrywanym g3 Z k t , c t 0 : element zdatny (brak uszkodzenia) (11) Model początkowych właściwości elementu g3 Z k t , c t 0 : element niezdatny (12) Postać analizowanych cech zdatności wskazuje, że identyfikacji powinny podlegać rozkłady prawdopodobieństwa tzw. początkowej granicy plastyczności oraz tzw. początkowego modułu sprężystości, tj. określone dla materiału próbek nie poddanych wcześniej działaniu obciążeń. W pracach [18, 19] i innych wskazuje się, że granica plastyczności może być traktowana jako zmienna losowa o rozkładzie normalnym lub o rozkładzie log-normalnym. W pracy [19] podkreśla się jednak wyższość nad rozkładem normalnym rozkładu log-normalnego ze względu na jego ograniczenie do nieujemnych wartości zmiennej losowej. Uwaga ta odnosi się również do modułu sprężystości. Miary niezawodności Mając na uwadze sformułowane powyżej podstawowe wymaganie niezawodnościowe przyjmuje się, że rolę miar niezawodności pełnić będą miary nieuszkadzalności. Kierując się ujęciem prezentowanym między innymi w publikacjach [1, 2, 3, 4, 13] przyjmuje się, że miarą nieuszkadzalności, która dobrze charakteryzuje określone powyżej wymaganie niezawodnościowe, jest prawdopodobieństwo jego spełnienia. Z tego względu istotne staje się wyznaczenie prawdopodobieństwa R(t) zachowania przez element stanu zdatności do chwili t. Wobec sformułowanych wyżej cech zdatności poszukiwaną miarę nieuszkadzalności można wyrazić zależnością Model zmian właściwości elementu Model zmian właściwości elementu określa, czy i w jaki sposób oddziaływania zewnętrzne prowadzą do takich zmian, które wpływają na wartości cech zdatności. W niniejszej pracy w przypadku cechy g1 oraz g3 istotne jest określenie odpowiednio: zmian granicy plastyczności oraz modułu sprężystości jako skutku cykliczności naprężeń. W przypadku cech: g21 oraz g22 ważne jest wyznaczenie odpowiednio: wartości względnego uszkodzenia zmęczeniowego oraz długości szczeliny. Problematyka oceny wpływu na granicę plastyczności zmian zachodzących w materiale jako skutku cykliczności naprężeń jest wciąż aktualna, a wobec rezultatów badań publikowanych np. w pracy [20] również bardzo istotna z punktu widzenia rozważanych tu cech zdatności. W cytowanej pracy, poza wynikami obejmującymi badania zmiany granicy plastyczności, przedstawia się również szczegółowe wyniki opisujące wpływ cykliczności naprężeń na wartość modułu sprężystości. Wpływ takich zmian granicy plastyczności na prawdopodobieństwo poprawnej pracy elementów konstrukcyjnych rozważano w pracy [4]. Wykorzystanie w badaniach modeli niezawodnościowych wspomnianych zależności jest możliwe przy wykorzystaniu metody symulacji komputerowej. Rt Pg1 0 g 21t 0 g 22 t 0 g3 0 PT t dla 0 t (13) gdzie: P(.) – prawdopodobieństwo, T – czas funkcjonowania elementu bez wystąpienia trwałego odkształcenia plastycznego, pęknięcia oraz utraty stateczności lokalnej. W celu wyznaczenia prawdopodobieństwa (13) należy określić modele matematyczne: procesu naprężeń, początkowych właściwości elementu, zmian właściwości elementu. Model procesu naprężeń Zagadnienie modelowania losowego stanu naprężenia w stalowych elementach konstrukcyjnych poddanych równoczesnemu działaniu złożonych obciążeń statycznych i dynamicznych stanowi przedmiot licznych prac, między innymi [14, 15, 16, 17]. Dla wielu typowych konstrukcji okrętowych elementami nośnymi są pręty. Dla tych przypadków brany jest pod uwagę jednoosiowy stan naprężeń. Zmiany tego stanu, zgodnie z przyjętym wyżej założeniem, modeluje się jako sekwencje procesów stacjonarnych normalnych wąskopasmowych. Dla ich identyfikacji wymagana jest znajomość dwóch pierwszych momentów oraz liczby cykli zmian naprężeń realizowanych w każdej Zeszyty Naukowe 19(91) Podsumowanie Przedstawiony w artykule zbiór relacji matematycznych i występujących w nim wielkości określa propozycję modelu niezawodnościowego elementów nośnych konstrukcji oceanotechnicznych, w którym uwzględniono trzy cechy zdatności. 95 Włodzimierz Rosochacki Uszkodzenia utożsamiono z przeciążeniem, pęknięciem oraz utratą stateczności. Model uwzględnia zależności stochastyczne łączące rozpatrywane cechy. O korelacji stanowią procesy: naprężeń oraz zmęczenia. Zaproponowano ujęcie w analizach niezawodnościowych wpływu procesu kumulacji zmian zmęczeniowych na granicę plastyczności i modułu sprężystości. Zagadnienie to wymaga jednak osobnego rozpoznania. Stąd wynika postulat prowadzenia prac eksperymentalnych pozwalających na ocenę wpływu kumulacji zmian zmęczeniowych na własności materiału ujęte w cechach zdatności. Zdaniem Autora proponowane podejście do analiz niezawodnościowych elementów nośnych konstrukcji oceanotechnicznych może być istotne dla poprawnej oceny wartości miar niezawodnościowych. 8. CRAMER E.H, LØSETH R., OLAISEN K.: Fatigue Assessment of Ship Structures. Mar. Struct. 8, 1995, 359–383. 9. FOLSØ R., OTTO S., PARMENTIER G.: Reliability-based calibration of fatigue design guidelines for ship structures. Mar. Struct., Vol.: 15, 2002, 627–651. 10. HUGHES O.F.: Ship structural design. SNAME, Jersey City 1988. 11. KOLENDA J.: Safety factors and probability of fatigue failure at simultaneous bending, tension and compression. Marine Technology Trans., Vol. 1, 1989, 3765–80. 12. MANSOUR A.E., WIRSCHING P.H.: Sensitivity Factors and their Application to Marine Structures. Marine Structures 8 (1995), 229–255. 13. SZOPA T.: Podstawy racjonalnego oddziaływania na niezawodność obiektu mechanicznego w fazie jego konstruowania. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, Mechanika, z. 106, Warszawa 1987. 14. KOLENDA J.: A reduced random stress under multiaxial static-dynamic loading. Marine Technology Trans., Vol. 9, 1998, 119–132. 15. KOLENDA J.: On Fatigue Assessment In Multiaxial State of Stress. Marine Technology Trans., Vol. 7, 1996, 143–160. 16. KOLENDA J.: Spectral criterion of infinite fatigue life of metallic elements under asymmetric random load. Mat. XIX Symp. Zmęczenie i Mechanika Pękania, Bydgoszcz 2002, 203–209. 17. ŁAGODA T., MACHA A., DRAGON A., PETIT J.: Influence of correlations between stresses on calculated fatigue life of machine elements. Int. J. Fatigue, Vol. 18, No.8, 1996, 547–555. 18. MIGDALSKI J. I WSPA.: Inżynieria niezawodności. Wyd. ATR−ZETOM, Bydgoszcz–Warszawa 1992. 19. WARSZYŃSKI M.: Niezawodność w obliczeniach konstrukcyjnych. PWN, Warszawa 1988. 20. DUYI Y., ZHENLIN W.: Change characteristic of static mechanical property parameters and dislocation structures of 45# medium carbon structural steel during fatigue failure process. Mater. Sci. Engng., A297, 2001, 54–61. Bibliografia 1. GIRTLER J., KUSZMIDER S., PLEWIŃSKI L.: Wybrane zagadnienia eksploatacji statków morskich w aspekcie bezpieczeństwa żeglugi. Wyd. WSM, Szczecin 2003. 2. HANN M.: Komputerowa analiza niezawodności i bezpieczeństwa maszyn i konstrukcji okrętowych poddanych kołysaniom. Okrętownictwo i Żegluga, 2001. 3. SOARES GUEDES S. ED.: Risk and Reliability in Marine Technology. Balkema, Rotterdam 1998. 4. ROSOCHACKI W.: Wpływ kołysań statku na niezawodność elementów konstrukcji okrętowych. Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej Nr 590, Szczecin 2007. 5. Polski Rejestr Statków: System ekspercki do ocen niezawodności i bezpieczeństwa statków morskich. Gdańsk 1993. 6. SZALA J., LIGAJ B., SZALA G.: Wytrzymałość wstępnie cyklicznie obciążonych próbek ze stopu aluminium D16CzATW. Mat. XIX Symp. Zmęczenie i Mechanika Pękania, Bydgoszcz 2002, 373–382. 7. ANG A.H., CHEUNG M.C., SHUGAR T.A., FERNIE J.D.: Reliability-based fatigue analysis and design of floating structures. Mar. Struct., 14, 2001, 25–36. Recenzent: dr hab. inż. Zbigniew Matuszak profesor Akademii Morskiej w Szczecinie 96 Scientific Journals 19(91) Scientific Journals Zeszyty Naukowe Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie 2009, 19(91) pp. 97–101 2009, 19(91) s. 97–101 Wymagania prawa polskiego dotyczące ograniczenia emisji związków toksycznych do atmosfery Requirements of Polish law referring to the limitation of the toxic emission into the atmosphere Marcin Szczepanek Akademia Morska w Szczecinie, Wydział Mechaniczny Instytut Technicznej Eksploatacji Siłowni Okrętowych 70-500 Szczecin, ul. Wały Chrobrego 1–2, e-mail: [email protected] Słowa kluczowe: emisja zanieczyszczeń, proces spalania, tlenki siarki, tlenki azotu, przepisy prawne Abstrakt Artykuł przedstawia wymagania prawa polskiego dotyczące emisji związków toksycznych, powstających podczas procesu spalania do atmosfery, na przykładzie wybranych składników spalin. Prezentuje oddziaływanie NOx, SOx i COx na atmosferę i przykładowe sposoby ograniczenia ich emisji. Key words: emission of pollution, process of combustion, sulphur oxides, nitric oxides, law requirements Abstract This article presents law requirements of the toxic emission to the atmosphere on example usually measured components during the analysis of exhaust gases. The paper describes the impact of NOx, SOx and COx on the atmosphere and also ways to reduce their emission. Wstęp poddaje się zniszczeniu w procesach termicznych, zwykle spalaniu. Proces spalania odpadów powoduje powstawanie wielu zanieczyszczeń chemicznych emitowanych do środowiska wraz ze spalinami oraz pozostających w popiołach. W szczególności podczas niekontrolowanego spalania lub spalania w niesprawnych i przestarzałych technologicznie urządzeniach, emisja zanieczyszczeń do atmosfery może stanowić poważny problem ekologiczny. Ochrona atmosfery realizowana jest przede wszystkim w oparciu o przepisy prawa wewnętrznego, jednak istotne są również obowiązujące w tej dziedzinie umowy międzynarodowe. 4 grudnia 2000 r. Rada Unii Europejskiej oraz Parlament Europejski uchwaliły Dyrektywę 2000/76/EC, w której określono jednoznacznie dopuszczalne wartości stężenia substancji szkodliwych emitowanych do atmosfery z procesów spalania w urządzeniach energetycznych. Dyrektywa ta ujednolica wartości dopuszczalnych stężeń dla Prawo ochrony środowiska to w chwili obecnej rozbudowany system przepisów stwarzających spore problemy w interpretacji i stosowaniu nawet dla fachowców. Jest to konsekwencją częstych zmian, jakie się w nim pojawiają w wyniku obejmowania regulacją nowych zagadnień, poszukiwań skuteczniejszych rozwiązań prawnych oraz coraz szerszego oddziaływania prawa międzynarodowego. Zgodnie z nowymi wymaganiami Prawa Ochrony Środowiska z dnia 1 października 2001 r. odpady muszą być przetworzone przed ich składowaniem. Jednym ze sposobów jest przetworzenie termiczne – powszechnie zwane spalaniem. Odpady przeznaczone do spalenia klasyfikowane są głównie w trzech grupach: odpady komunalne, odpady przemysłowe oraz odpady niebezpieczne. W tych trzech grupach odpadów znajdują się takie, które ze względu na brak innych możliwości przetworzenia Zeszyty Naukowe 19(91) 97 Marcin Szczepanek spalania odpadów komunalnych, niebezpiecznych i szpitalnych. Ministerstwo Środowiska wydało nowe Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 lipca 2001 r. Dz. U. Nr 87 Poz. 957 obejmujące podobny do Dyrektywy 2000/76/EC zakres realizacji w zakresie termicznej utylizacji odpadów. Wszystkie wyżej wymienione dokumenty prawne są ogólnie znane i dotyczą kontrolowanych przestrzeni środowiska naturalnego na lądzie. Natomiast unormowania prawne, dotyczące problematyki ochrony środowiska morskiego, dopiero od niedawna zaczęły funkcjonować w obrocie prawnym, vide VI Załącznik do Konwencji Marpol 73/78 i odnoszą się jedynie do wybranych aspektów ochrony środowiska. 2000 r. w sprawie spalania odpadów (O.J. L 332 28.12.2000). Tabela 1. Wykaz dopuszczalnych stężeń substancji szkodliwych w spalinach wg znowelizowanej Dyrektywy 2000/76/EC z 4.12.2000 r. [1] Table 1. List of acceptable concentrations of harmful substances in exhaust gases according to the amended Directive 2000/76/EC dated 4.12.2000 [1] Substancja pył całkowity Corg HCl HF SO2 NOx jako suma NO + NO2 NOx jako suma NO + NO2 CO kadm + tal rtęć Sb + As + Pb + Cr + Co + Cu + Mn + Ni + V Dioksyny Emisja zanieczyszczeń do atmosfery Zanieczyszczenie środowiska spowodowane emisją substancji toksycznych do atmosfery, uwalnianych w procesie spalania odpadów komunalnych czy niebezpiecznych, jest znanym problemem związanym z gospodarowaniem odpadami. Zawartość substancji szkodliwych emitowanych do środowiska wraz ze spalinami stanowi kryterium oceny poziomu technologii spalania odpadów oraz stopnia zagrożenia dla środowiska. Ponieważ w Polsce brak jest do chwili obecnej jednoznacznie określonych dopuszczalnych poziomów emisji dla stacjonarnych instalacji do termicznego przetwarzania odpadów przemysłowych, niebezpiecznych i innych, dlatego badania prowadzi się w oparciu o przepisy dla tego typu instalacji zalecane w krajach Wspólnoty Europejskiej. Zgodnie z tymi wymaganiami przedmiotem badań składu produktów spalania są: 1. Nieorganiczne substancje gazowe – NOx, SO2, CO, HCl, H2F2 oraz monitorowane O2 i CO2; 2. Lotne substancje organiczne jako całkowity węgiel organiczny – Corg; 3. Popiół lotny (rozumiany jako pył całkowity) do 0,2 mm i sadza; 4. Metale, takie jak: Cd, Hg, Tl, Ni, Cr, Pb, Cu, Mn, Co, Mo, V i As; 5. Polichlorowane dibenzodioksyny i dibenzofurany – sumarycznie, wyrażone w ng-TEQ/m3n. [mg / mn3] 10 10 10 1 50 200* 400** 50 0,05 0,05 Suma 0,5 0,1 ng-TEQ/mn3 * Dla istniejących spalarni o wydajności powyżej 6 t/h ** Dla istniejących spalarni o wydajności mniejszej lub równej 6 t/h Palniki olejowe znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle, energetyce i gospodarce komunalnej. Podczas ich eksploatacji w głównej mierze zwraca się uwagę na następujące cechy: efektywność (jakość) przebiegu procesu spalania, szkodliwość oddziaływania na środowisko, sprawność termodynamiczną, pewność i niezawodność eksploatacji. Podstawowym warunkiem wpływającym na prawidłowy przebieg procesu spalania jest zapewnienie doprowadzenia odpowiedniej ilości powietrza do każdej cząsteczki paliwa w komorze spalania, czyli tzw. współczynnika nadmiaru powietrza. Podstawą oceny jakości spalania paliwa są najczęściej wyniki przeprowadzonej analizy składu powstających spalin, która obejmuje wyznaczenie udziałów głównych składników: NOx CO2, O2, N2, CO, SOx [2]. Emisja tych składników zależy zarówno od rodzaju i właściwości spalanego paliwa, jak i od parametrów procesu spalania. W zakresie dopuszczalnego poziomu emisji zanieczyszczeń do atmosfery z procesów termicznych, w tym ze spalania odpadów niebezpiecznych (przedstawionego w tabeli 1), przygotowywane jest w Polsce rozporządzenie, bazujące na Dyrektywie Unii Europejskiej 94/67/EC z grudnia 1994 r., i jej znowelizowanej wersji, Dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2000/76/WE z 4 grudnia Tlenki azotu Jednym z ubocznych skutków spalania paliw jest emisja tlenków azotu. Związki azotu i tlenu wspólnie nazywane są tlenkami azotu i oznaczane 98 Scientific Journals 19(91) Wymagania prawa polskiego dotyczące ograniczenia emisji związków toksycznych do atmosfery wykorzystanie redukcyjnych własności bogatego płomienia, co ogranicza powstawanie szybkich NOx. NOx, zaliczane są do najbardziej toksycznych gazów spalinowych. Tlenek azotu, stanowiący ponad 90% sumy tlenków azotu zawartych w spalinach, jest związkiem nietrwałym i w zależności od istniejących warunków albo ulega rozkładowi albo dąży do tworzenia trwałego związku, jakim jest di tlenek azotu. Oddziaływanie NOx na środowisko naturalnie jest niekorzystne, ponieważ tlenki azotu przyczyniają się do powstawania kwaśnych deszczów, współtworzą smog oraz są jednym z ważniejszych czynników niszczących powłokę ozonową. Podczas spalania powstają trzy rodzaje NOx: termiczne, szybkie i paliwowe. Termiczne tlenki azotu powstają na skutek utleniania się azotu molekularnego powietrza. Szybkie NOx tworzone są podczas spalania węglowodorów w wyniku reagowania azotu molekularnego z rodnikami węglowodorowymi w płomieniu. Paliwowe NOx są rezultatem konwersji związków azotowych zawartych w paliwie. Udział każdego z wymienionych typów tlenków azotu w całkowitej emisji NOx zależy od rodzaju paliwa i warunków spalania. Znajomość mechanizmów powstawania NOx jest pomocna w ograniczeniu ich emisji przez właściwą organizację spalania [3]. Dopuszczalną emisję powstałych podczas spalania NOx do powietrza atmosferycznego określa Rozporządzenie MOŚZNiL z 30 lipca 2001 r i przedstawia tabela 2. Innym sposobem obniżenia emisji tlenków azotu do atmosfery jest recyrkulacja spalin, polegająca na ponownym kierowaniu części spalin do płomienia. Jednak skuteczność tej metody (wartości przedstawia tabela 3) zależy w znacznym stopniu od typu paliwa i sposobu jego spalania. Tabela 3. Skuteczność redukcji NOx przez recyrkulację spalin zależnie od rodzaju spalanego paliwa [5] Table 3. Effectiveness of the NOx reduction by the recirculation of exhaust depending on the type of fuel burned [5] Paliwo Dopuszczalna ilość tlenków azotu w mg/m3 suchych gazów odlotowych w warunkach normalnych, przy zawartości tlenu 3% w gazach odlotowych < 50 400 > 50 460 Gaz do 60 Olej lekki do 50 Olej ciężki do 20 Pył węglowy do 5 Metody ograniczania emisji NOx z procesów spalania dzieli się umownie na: pierwotne (NTS), do których zalicza się: stopniowanie powietrza i stopniowanie paliwa; wtórne (usuwanie NOx za kotłem), oparte zazwyczaj na selektywnej redukcji katalitycznej amoniakiem do azotu elementarnego i wody. Tabela 2. Dopuszczalne ilości tlenków azotu, w przeliczeniu na dwutlenek azotu ze spalania paliw ciekłych [4] Table 2. Acceptable quantities of nitric oxides, in converting from the combustion of liquid fuels to the nitrogen dioxide [4] Moc cieplna źródła w MWt Skuteczność [%] Jednym z obiecujących rozwiązań (pozostającym na razie w stadium rozwojowym) jest spalanie bezpłomieniowe, polegające na reagowaniu paliwa z tlenem rozcieńczonym w spalinach. Nie występuje wówczas płomień, a temperatura paleniska nie przekracza 1200C i ma wyrównany profil. Duża intensywność spalania zapewnia podgrzewanie powietrza do temperatury 600–1000C [6]. Tlenki siarki Wymagania dotyczące redukcji emisji NOx systematycznie rosną, co związane jest z dostosowywaniem polskich norm do norm Unii Europejskiej. W związku z tym producenci palników zmuszeni są do tworzenia nowych technologii pozwalających na zmniejszenie emisji NOx do atmosfery. W tym celu powstały niskoemisyjne palniki olejowe, w których stosowane są z reguły trzy sposoby obniżania NOx: Tlenki siarki występują w spalinach prawie wyłącznie w postaci dwu- i trójtlenku siarki [7]. Podczas procesu spalania, w obecności tlenu powstaje dwutlenek siarki i w niewielkiej ilości trójtlenek siarki (1–3%). Ich ilość zależy w głównej mierze od zawartości siarki w spalanym paliwie. Stężenie tlenków siarki w spalinach zależy od ich ilości oraz od ilości spalin, w których są rozcieńczone, a więc od warunków prowadzenia procesu spalania, takich jak nadmiar powietrza i temperatura. Podobnie jak w przypadku NOx, wraz z dostosowywaniem polskich norm do norm Unii Europejskiej, będą zaostrzane również narodowe wymagania dotyczące redukcji emisji i w stosunku do SOx. zmniejszenie współczynnika nadmiaru powietrza ograniczające powstawanie NOx paliwowych i termicznych; obniżenie maksymalnej temperatury w płomieniu, co ogranicza powstawanie termicznych NOx; Zeszyty Naukowe 19(91) 99 Marcin Szczepanek Dopuszczalną emisję powstałych podczas spalania SOx do powietrza atmosferycznego określa Rozporządzenie MOŚZNiL z 30 lipca 2001 r. i przedstawia tabela 4. ratura powietrza spalania może sprzyjać zwiększeniu zawartości NO2 w spalinach. Nieliczne dane literaturowe na temat minimalizacji emisji NOx z zastosowaniem podgrzanego powietrza przy spalaniu paliw ciekłych nie pozwalają na jednoznaczne projektowanie niskoemisyjnych palników. Dla palników olejowych oprócz zawartości CO i NOx w spalinach istotnym parametrem jest także emisja sadzy, która w przypadku złej organizacji procesu spalania ma wysokie wartości. Z badań przeprowadzonych przez Tomeczka i Bialika [1] wynika, iż podgrzane powietrze spalania ma korzystny wpływ na obniżenie zawartości CO i sadzy w spalinach (przy niezbyt znacznym wzroście NOx), jak też na obniżenie zużycia paliwa. Emisja CO2 może zostać ograniczona również poprzez poprawę sprawności energetycznej i/lub poprzez zastosowanie oddzielania dwutlenku węgla w procesie wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Ograniczyć emisję dwutlenku węgla można także poprzez zastosowanie metod wychwytywania CO2. Wyróżnia się 5 grup systemów wychwytywania dwutlenku węgla, w procesach separujących CO2: Tabela 4. Dopuszczalne ilości dwutlenku siarki ze spalania paliw ciekłych [8] Table 4. Acceptable quantities of the sulphur dioxide from the combustion of liquid fuels [8] Moc cieplna źródła w MWt Dopuszczalna ilość dwutlenku siarki w mg/m3 suchych gazów odlotowych w warunkach normalnych, przy zawartości tlenu 3% w gazach odlotowych < 300 850 >300 i < 500 liniowy spadek od 850 do 400 > 500 400 Konieczne jest więc ograniczenie emisji SOx w pracujących kotłach. Można to zrealizować dwoma sposobami: przez zastosowanie paliwa o niskiej zawartości siarki, przez zastosowanie instalacji odsiarczania spalin. Maksymalna zawartość siarki palnej w paliwie wynika z dopuszczalnych koncentracji SO2 w spalinach oraz ilości spalin powstających z jednostki masy paliwa. Istnieje wiele metod usuwania SO2 ze spalin. Ich podział opiera się głównie na rodzaju stosowanego surowca, rodzaju powstającego produktu (użyteczny czy odpadowy) oraz rodzaju środowiska, w którym następuje reakcja wiązania SO2 (metody suche, półsuche i mokre). Podstawowym kryterium wyboru metody odsiarczania jest kryterium ekonomiczne obejmujące sumaryczny koszt inwestycyjny i eksploatacyjny usunięcia 1 kg SO2 z gazu spalinowego. Uwzględnia się również takie czynniki, jak niezawodność instalacji, zbyt na produkt, itp. [9]. 1. Grupa zawierająca wszystkie sposoby wytwarzania mocy oparte na spalaniu paliw kopalnych, w których CO2 usuwane jest ze spalin. 2. Grupa obejmująca procesy separacji CO2 z paliwa gazowego lub gazu syntezowego przed procesem spalania. 3. Grupa zawierająca procesy, w których paliwo jest spalane w atmosferze tlenu z recyrkulowanym dwutlenkiem węgla lub parą wodną – technologia oxyfuel. 4. Grupa, w której separacja węgla z paliwa następuje przed procesem spalania – proces Hydrocarb. 5. Grupa procesów do oddzielania CO2 wykorzystująca ogniwa paliwowe [10]. Zastosowanie procesów wychwytywania i separacji CO2 przyczynia się do istotnego obniżenia sprawności netto układu. Tlenki węgla Obecność NOx w troposferze wraz z CO2 sprzyja powstawaniu efektu cieplarnianego przez pochłanianie promieniowania podczerwonego. Dążenie do ograniczenia emisji CO2 do atmosfery może być realizowane przez ograniczenie ilości spalanego paliwa. Zmniejszenie emisji może również nastąpić poprzez wykorzystanie energii odpadowej spalin do podgrzewania powietrza spalania. Zastosowanie podgrzewanego powietrza obniża zużycie paliwa, tym samym zmniejszając ilość wydzielanego CO2 do atmosfery. Jednocześnie wysoka tempe- Wnioski Kierunki zmian norm dotyczących emisji związków toksycznych w Polsce i Europie można z dużą pewnością przewidzieć na podstawie aktualnie obowiązujących przepisów oraz założeń krótkoi długoterminowych stopniowego wprowadzania w Kalifornii (USA) pojazdów o coraz mniejszej emisji: ULEV, SULEV, HEV, EZEV, ZEV. Normy federalne USA przewidują kolejne regulacje okre100 Scientific Journals 19(91) Wymagania prawa polskiego dotyczące ograniczenia emisji związków toksycznych do atmosfery Bibliografia ślane jako Tier 1 i 2, a europejskie: EURO III, EURO IV, EURO V. W przepisach prawa polskiego przyjęto szereg przepisów ograniczających dopuszczalną emisję substancji szkodliwych zarówno przez przemysł, jak i przez środki transportu. Wprowadzono szczegółowe normy, którym ma odpowiadać paliwo co do zawartości ołowiu i jakości spalin. Wprowadzono zakaz używania szeregu substancji (np. niektórych związków fluoru stosowanych w aerozolach). Poprzez środki ekonomiczne (podatki, subwencje) wspierane są alternatywne źródła energii i pojazdy poruszające się za ich pomocą. Przykładem może być transpozycja do polskiego systemu prawnego za pomocą Ustaw i Rozporządzeń Ministerstw Dyrektywy Rady 1996-61-WE w sprawie zintegrowanego zapobiegania i kontroli zanieczyszczeń. Pełne wdrożenie Dyrektywy nastąpi do 31 grudnia 2010 r. Istotnym jest zminimalizowanie emisji gazów cieplarnianych. Unia Europejska (w tym również Polska) jest sygnatariuszem Protokołu z Kioto i na jego podstawie zobowiązała się do 2012 r. ograniczyć ilość gazów cieplarnianych emitowanych do atmosfery. Zeszyty Naukowe 19(91) 1. TOMECZEK J., BIALIK W.: Gospodarka Paliwami i Energią nr 8, 2001, 21–26. 2. POSTRZEDNIK S.: Gospodarka Paliwami i Energią nr 6, 1998, 2–6. 3. GIZICKI W., KORDYLEWSKI W, SALOMON A: Gospodarka Paliwami i Energią nr 9, 1999, 6–9. 4. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 lipca 2001 r. w sprawie wprowadzania do powietrza substancji zanieczyszczających z procesów technologicznych i operacji technicznych. (Dz.U. 2001.87.957 z dnia 24 sierpnia 2001 r.). 5. SMOOT L.D.: Fundamentals of Coal Combustion. Hemisphers Publishing Corporation, New York 1993. 6. HARDY T., KORDYLEWSKI W.: Gospodarka Paliwami i Energią nr 4, 2003, 13–16. 7. JAROSIŃSKI J.: Techniki czystego spalania. WNT, Warszawa 1996. 8. Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnych (Dz.U. nr 121, poz 798 22.09.1998). 9. NADIAKIEWICZ J., JANUSZ M.: Gospodarka Paliwami i Energią nr 12, 1999, 12–15. 10. KOTOWICZ J., JANUSZ K.: Sposoby redukcji emisji CO2 z procesów energetycznych. Rynek Energii nr 1/2007. Recenzent: dr hab. inż. Piotr Krzyślak profesor Politechniki Poznańskiej 101 Redakcja/Editorial Staff Opracowanie językowe i korekta/Editorial study and proofreading – Paulina Maokowska, Teresa Jasiunas Opracowanie graficzne/Layout design – Monika Jagielska Tłumacz redakcji/Editorial translator – Adriana Nowakowska Skład komputerowy/Computer typesetting – Irena Hajdasz Wydawnictwo Naukowe Akademii Morskiej w Szczecinie 70-506 Szczecin, ul. Starzyoskiego 8 tel. 091 480 96 45, 480 96 16, e-mail: [email protected] www.wydawnictwo.am.szczecin.pl Wydanie I. Nakład 80 egz. Objętośd: 12,75 a.wyd. Drukarnia: KAMPOL s.j., Szczecin, ul. Felczaka 17, tel. 091 422 17 31