zeszyty naukowe zeszyty naukowe

Transkrypt

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
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
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 7,910–5 m3/s. Spowo7
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
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
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
9
Scientific Journals
Zeszyty Naukowe
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
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;
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
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]
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
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_2_5 – Sworznie
1_3_3_5 – Ucha
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.
Recenzent:
15
Scientific Journals
Zeszyty Naukowe
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
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
Human
17
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
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
(2)
19
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
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.
(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
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
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-
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
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”,
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.
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.
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
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-
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].
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
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.
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.
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”.
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 55 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
223 mm armat ZU-23-2M Wróbel-I i ten szczegół
o wymiarach 22 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 123 mm armatą ZU-23-2M
Wróbel-I, pozostałe dwie – 225 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
16
31
Fotografia wykonana przez M. Kluczyńskiego przedstawiająca marynarza z tą oznaką na mundurze
ukazała się w [10].
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
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].
33
Pełen niemalże zestaw opisywanych oznak Marynarki Wojennej w: [12].
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 H-900/II: holownik „H-4”
42. Dywizjon PJP,
projekt H-800/IV: holownik „H-2”
Świnoujście
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: 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
Zeszyty Naukowe
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
 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
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.
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
Zeszyty Naukowe
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
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




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
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
41
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
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

M  L i2  i2  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


Ld = 8.510–3Гн., Lq = 4.510–3Гн., 0 = 0.15 ГнA,
p = 6 и МКМ2 – R1 = 0.9 Oм, Ld = 4.810–3Гн.,
Lq = 2.210–3Гн., 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  i2  i2 
 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
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
45
Литература
9. AFONIN A.:
Multi-layer
electromechanical
energy
converters. Electromotion, Nr 3, 1996, 111115.
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, 3546.
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, 260265.
12. AFONIN A., CIERZNIEWSKI P.: Multi-layer moving-magnet
linear motors. In: Proc. Intern. Symp. on Electrical Machines ICEM‟98, Vol. II, Turkey 1998, 11071113.
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, 2536.
Recenzent:
prof. dr hab. inż. Jan Purczyński
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny
w Szczecinie
46
Scientific Journals
Zeszyty Naukowe
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
47
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 36,6C, 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
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
49
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:
50
Scientific Journals
Zeszyty Naukowe
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
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
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 

I11  k311   2   M 1  
I 22  k311  2   k32  2  3  
Model dynamiczny układu wirnikowego
(1)
 kev 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 33  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.
m1v1  c1v1  r11v1  r12v2  r13v3 
 r14v4  r15vw1  r16vw 2  P1 (t )
m2v2  c2v2  r21v1  r22v2  r23v3 
 r24v4  r25vw1  r26vw 2  P2 (t )
m3v3  c3v3  r31v1  r32v2  r33v3 
 r34v4  r35vw1  r36vw 2  P3 (t )
m4v4  c4v4  r41v1  r42v2  r43v3 
(2)
Analiza wyników badań w procesie
zimnego rozruchu
 r44v4  r45vw1  r46vw 2  P4 (t )
mw1vw1  cw1vw1  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 2vw 2  cw 2vw 2  r61v1  r62v2  r63v3 
 r64v4  r65vw1  r66vw 2  P6 (t )
Uzyskane wyniki symulacji można w ten sposób
porównać z wynikami badań eksperymentalnych,
54
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
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
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.
Recenzent:
57
Scientific Journals
Zeszyty Naukowe
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
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
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]
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
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)
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
Zeszyty Naukowe
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.
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
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.
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)
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.
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
 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;
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
70
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,
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].
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.
5
73
Wiceprzewodniczący Sejmowej Komisji Ochrony
Środowiska, Przewodniczący Rady Fundacji Oławy
i Nysy Kłodzkiej.
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
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.
75
Omawiając aktualne rozporządzenie nr 761/2001 Parlamentu Europejskiego i Rady w dalszej części stosowany będzie zwrot „EMAS”.
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];
kwietnia 2004 r. w sprawie współczynników
różnicujących wysokość opłaty rejestracyjnej
w krajowym systemie ekozarządzania i audytu
(EMAS) [16];
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
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.
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
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
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.
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
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.
Recenzent:
dr hab. inż. Zofia Jóźwiak
79
Scientific Journals
Zeszyty Naukowe
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
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.
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
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
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
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
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
85
 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
86
Scientific Journals
Zeszyty Naukowe
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
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
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
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.
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
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.
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
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
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-
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
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.
g21t   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 
g21t ,    0 : element zdatny
(7)
g21t ,    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)
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.
Rt   Pg1    0  g 21t   0 
 g 22 t   0  g3    0 
 PT  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
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
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:
96
Scientific Journals
Zeszyty Naukowe
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
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
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
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 1200C i ma wyrównany profil. Duża
intensywność spalania zapewnia podgrzewanie
powietrza do temperatury 600–1000C [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;
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
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.
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

zeszyty naukowe zeszyty naukowe

Transkrypt

Podobne dokumenty

I GB FD - Afriso

MASZYNA UNIPOLARNA