Моделирование в охране труда

М ИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
«МИСиС»

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

Кафедра техносферной безопасности

Е.П. Потоцкий

МОДЕЛИРОВАНИЕ В ОХРАНЕ ТРУДА

Методические указания  
по выполнению курсовой работы

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

Москва  2021

№ 4348

УДК 628.5:004.942 
 
П64

Р е ц е н з е н т 

канд. техн. наук, доц., доцент кафедры  

инженерной кибернетики НИТУ «МИСиС» А. И. Широков

Потоцкий Е. П.

П64  
Моделирование в охране труда : методические указания 
по выполнению курсовой работы. – М. : Изд. 
Дом НИТУ «МИСиС», 2021. – 28 с.

 

В методических указаниях отражена методика моделирования 

акустических полей производственных помещений и разработки 
средств защиты от шума на рабочем месте оператора металлургического 
производства. Для выполнения курсовой работы используются 
математическая модель NOISE2, созданная на кафедре тех-
носферной безопасности в среде Microsoft Windows.

Методические указания соответствуют государственному об-

разовательному стандарту дисциплины «Моделирование в охране 
труда».

Предназначены для студентов, обучающихся по направлению 

подготовки 20.04.01 «Техносферная безопасность».

УДК 628.5:004.942 

 Е. П. Потоцкий, 2021
 НИТУ «МИСиС», 2021

Оглавление

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Цели и задачи курсовой работы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Порядок выполнения курсовой работы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Краткое теоретическое введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Методика выполнения расчета при помощи модели . . . . . . . 12
Содержание отчета по курсовой работе  . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Требования к оформлению отчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Требования к защите . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Библиографический список  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Приложение А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Приложение Б  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Приложение С  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Предисловие

Повышение интенсивности технологических процессов 

зачастую сопровождается повышением уровня шума на рабо-
чих местах. Для оценки риска повреждения слуха персонала 
в условиях работы конкретного производственного оборудова-
ния и разработки мер защиты от повышенного уровня шума 
существуют различные подходы. В большинстве подходов 
используются результаты измерений значений уровня звука 
на рабочих местах для последующей разработки средств защи-
ты от шума.

При помощи методов математического моделирова-

ния, используя шумовые характеристики установленного 
в помещении оборудования, возможно спрогнозировать аку-
стическую обстановку в производственном помещении и оце-
нить степень вероятного воздействия на здоровье персонала. 
С помощью математической модели при наличии базы данных 
по звукоизолирующим и другим характеристикам различных 
конструкционных элементов путем многокритериального по-
иска можно оптимальным образом спроектировать посты 
управления в производственных помещениях с учетом требо-
ваний к ним.

При подготовке магистров по направлению 20.04.01 

учебный план кафедры техносферной безопасности по дис-
циплине «Моделирование в охране труда» предусматривает 
выполнение курсовой работы. Методические указания по вы-
полнению курсовой работы относятся к основной литературе 
по курсу «Моделирование в охране труда». 

Автор выражает признательность за помощь в оформле-

нии методических указаний по курсовой работе А. В. Кандра-
шиной. 

Цели и задачи курсовой работы

Целью выполнения курсовой работы является анализ 

шумовой обстановки конкретного производственного помеще-
ния и разработка средств защиты для снижения уровня шума 
на рабочих местах путем математического моделирования при 
помощи программного средства NOISE2.

Для достижения оставленной цели необходимо решить 

следующие задачи:

 - в соответствии с исходными данными составить 

по литературным источникам представление о технологиче-
ском процессе и основных характеристиках технологического 
оборудования в производственном помещении;

создать акустическую модель производственного поме-

щения, используя программное средство NOISE2; 

 - произвести анализ акустических полей, используя 

нормативные документы по шуму;

 - с целью защиты персонала от повышенного уровня 

шума спроектировать звукоизолирующий пост управления, 
используя базу данных характеристик конструкционных ма-
териалов, имеющуюся в программном модуле NOISE2;

 - создать чертеж кабины пульта управления.

Для выполнения задач курсовой работы необходимо ру-

ководствоваться исходными данными, определенными препо-
давателем в индивидуальном порядке.

С учетом индивидуальных исходных данных производ-

ственного помещения и основного оборудования необходимо 
выполнить:

1) моделирование акустических характеристик помеще-

ния и находящихся в нем агрегатов;

2) моделирование и анализ акустических полей в раз-

личных спектральных диапазонах и различных зонах произ-
водственного помещения;

3) проектирование звукоизолирующего поста управле-

ния при помощи базы данных конструкционных материалов;

4) многокритериальную оптимизацию характеристик 

звукоизолирующего поста управления с учетом заданного 
критерия.

Порядок выполнения курсовой работы

На четвертой неделе учебного семестра предполагается 

проведение консультации преподавателя со студентами по во-
просам выполнения курсовой работы. Обговариваются время 
консультаций, связанных с выполнением курсовой работы, 
порядок организации работы студентов с программным ком-
плексом NOISE2, сроки сдачи курсовой работы. Студенты по-
лучают от преподавателя индивидуальные задания.

В течение семестра студенты самостоятельно изучают 

программное средство, анализируют полученное задание и 
выполняют необходимые работы для реализации курсовой 
работы. 

Работа должна быть готова к дате защиты, которую на-

значил преподаватель. Студент обязан защитить свою кур-
совую работу и при необходимости ответить на вопросы пре-
подавателя. Все курсовые работы в дальнейшем хранятся 
на кафедре.

Порядок выполнения курсовой работы схематично 

представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Блок-схема этапов выполнения  

курсовой работы

Краткое теоретическое введение 

Шум – звуковые колебания в диапазоне слышимых 

частот, способные оказывать вредное воздействие на безопас-
ность и здоровье работника [1].

В любой точке пространства шум характеризуется зву-

ковым давлением P, Па, выбранной точки. Так как значения 
минимального и максимального звукового давления, которые 
воспринимаются человеческим ухом, отличаются друг 
от друга приблизительно в миллион раз (рисунок 2), для 
удобного описания шума принято использовать выражаемый 
в децибелах (дБ) уровень звукового давления:

 

2

2
0

10lg
,
p
P
L
P
=
  
(1)

где Lp – уровень звукового давления, дБ;

P – звуковое давление, Па;
P0 – опорное значение звукового давления, равное 

20 мкПа.

1 – болевой порог; 2 – порог слухового восприятия 

звуков

Рисунок 2 – Слуховое восприятие человека [2]

Соответствие логарифмического масштаба субъективному 
восприятию громкости шума оказалось очень удобным для 
использования масштаба в расчетах.

Звуковая мощность W, Вт, – это интеграл по поверхности 
s от произведения составляющей скорости колебаний частицы 
среды на поверхности s, нормальной к этой поверхности 
un, и звукового давления p. Определяется по формуле

 

( )
( )
n
S
W
p s
u
s
ds
=
⋅
⋅
∫
. 
(2)

Уровень звуковой мощности LW, дБ, – это десятикрат-

ный десятичный логарифм отношения звуковой мощности 
W, Вт, к опорной звуковой мощности W0 (W0 = 10–12 Вт). 
Определяется по формуле

 
0
10lg
W
W
L
W
=
. 
(3)

Расчет уровня звука a
L , дБ, проводится по формуле [2]:

 

(
)
9
0,1

1
10lg
10
,
i
i
L
L
a
i
L
+∆

=
=
∑
 
(4)

где Li – уровень звукового давления для данной частоты, дБ;

∆Li – поправка на восприятие звукового давления органами 
слуха человека.

Эквивалентный уровень звука Lэкв, дБА, непостоянного 

шума – уровень звука постоянного широкополосного шума, 
который имеет такое же среднеквадратичное значение звукового 
давления, какое имеет данный непостоянный шум в течение 
конкретного временного интервала: 

 

ф
0,1
экв
ф

1
10lg
10
L
L
T



=






∑
, 
(5)

где Т – время, в течение которого действует непостоянный 
шум;

τ – временной промежуток, в течение которого уровень 

шума продолжает быть постоянным.

Предельно допустимый уровень шума – это уровень 

шума, который при ежедневной (помимо выходных дней) ра-

боте, но не более 40 ч в неделю за время всего стажа работы, 
не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии 
здоровья, которые можно обнаружить при помощи современных 
методов исследований во время рабочего процесса или 
в отдаленные сроки жизни настоящего и будущих поколений [
3].

Допустимый уровень шума – такой его уровень, который 
не склонен вызывать у работника существенного бес-
покойства и заметных изменений показателей жизненного 
функционирования систем и анализаторов, чувствительных 
к шуму.

В свободном поле уровень звукового давления определя-

ется по формуле

 

10lgФ 10lg
20lg
1000
i
w
r
L
L
r
β⋅
=
+
−
ω−
−
, 
(6)

где Ф – коэффициент направленности источника;

ω – пространственный угол, рад;
r – расстояние от источника шума, м;
β – коэффициент затухания в воздухе.

Отраженную волну учитываем по формуле

 

2
Ф
4
10lg
,
w
L
L
B
r
κ⋅


=
+
+


ω⋅



 
(7)

где κ – эмпирический коэффициент;

B = k·µ·V – постоянная помещения;
k – коэффициент, зависящий от типа помещения; 
µ – частотный множитель, который зависит от размера 

помещения;

V – объем помещения, м3.

Если несколько источников, то уровень звукового дав-

ления в данной точке помещения можно найти по формуле

 
1
1

Ф
4
10lg

m
n
i
i
i
i
i
i
i
i
L
S
B
=
=



κ ⋅
⋅∆
⋅ϕ
=
+
∆






∑
∑
, 
(8)

где m – количество источников шума, ближайших к рас-
четной точке, для которых ri < 5rmin, 

rmin – расстояние от расчетной точки до акустического 

центра ближайшего к ней источника шума, м;

Фi – коэффициент, учитывающий влияние ближайше-

го акустического поля в зависимости от соотношения рассто-
яния между расчетной точкой и i-м источником шума и мак-
симального размера источника. Если ri > 2Lmax i, то Фi = 1,  
если ri < 2Lmax i, то Фi ≠ 1;

0,1
10
Wi
L

i
∆ =
;

Si – площадь поверхности источника, м2;
ϕ – коэффициент, учитываюший нарушение диффуз-

ности звукового поля и зависящий от B/S, где S – площадь 
ограждающих конструкций;

n – общее число источников шума в помещении.

Звукоизоляция – это снижение шума на участке путем 

снижения интенсивности прямого звука при помощи установ-
ки ограждений, кабин, кожухов, экранов [4]. Звукоизоляция 
эффективна в том случае, когда звуковая энергия передается 
через какое-либо препятствие.

Звукоизолирующая способность материала и конструк-

ции, как и любой другой уровень, выражается в децибелах 
(дБ) и определяется по формуле

 

пад

пр
10lg
,
P
R
P



=







 
(9)

где Pпад – звуковое давление, падающее на преграду, Па;
Pпр – звуковое давление, прошедшее через преграду, Па.

Основными материалами, из которых выполняют пере-

городки, являются бетон, кирпич, дерево, так как звукоизо-
лирующая способность материала напрямую зависит от его 
плотности.