PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. SCIENTIFIC ISSUES Jan Długosz University in Częstochowa

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie SCIENTIFIC ISSUES Jan Długosz University in Częstochowa TECHNIKA, INFORMATYKA, INśYNIERIA BEZPIECZEŃSTWA TECHNOLOGY, COMPUTER SCIENCE, SAFETY ENGINEERING III Częstochowa 2015

2 Redaktor naczelny / Editor-in-chief: dr inż. Marcin SOSNOWSKI Redaktor pomocniczy / Coeditor: dr Tomasz PRAUZNER Recenzenci współpracujący / Reviewers: prof. RNDr Vilém MÁDR, CSc. Vysoká škola logistiky, o.p.s., Přerov, Czech Republic assoc. prof. Radomir ŠČUREK PhD VSB-Technical University, Ostrava, Czech Republic prof. dr hab. inż. Jerzy WOLANIN Szkoła Główna Służby Pożarniczej dr hab. inż. Andrzej MIZERSKI Szkoła Główna Służby Pożarniczej dr hab. inż. Zoja BEDNAREK Szkoła Główna Służby Pożarniczej dr hab. Elżbieta DUMNICKA Instytut Ochrony Przyrody PAN dr hab. Ludwik DOBRZYŃSKI Narodowe Centrum Badań Jądrowych dr hab. inż. Jan WITKOWSKI Politechnika Warszawska dr hab. inż. Gabriel BOROWSKI Politechnika Lubelska prof. dr hab. inż. Robert SEKRET Politechnika Częstochowska prof. dr hab. Oleg TIKHONENKO Politechnika Częstochowska dr hab. inż. Andrzej RUSEK Politechnika Częstochowska dr hab. inż. Wioletta BAJDUR Politechnika Częstochowska dr hab. inż. Józef JASIŃSKI Politechnika Częstochowska dr hab. inż. Adam GNATOWSKI Politechnika Częstochowska dr hab. inż. Marek LIS Politechnika Częstochowska Redaktorzy tematyczni / Topic Editors dr hab. inż. Jerzy PISAREK, dr hab. inż. Andrzej ROMAN dr hab. Mikhail SELIANINAU, dr Władysław WĘGRZYN Przygotowanie techniczne do druku: Katarzyna CIESIELSKA Korekta: Paulina PIASECKA Projekt okładki: Damian RUDZIŃSKI Copyright by Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie Częstochowa 2015 Czasopismo indeksowane w: / Journal indexed in: BazTech Index Copernicus Journal Master List indexcopernicus.com Pismo recenzowane Podstawową wersją periodyku jest wersja papierowa ISSN Wydawnictwo im. Stanisława Podobińskiego Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Częstochowa, ul. Waszyngtona 4/8 Tel. (34) , fax (34) wydawnictwo@ajd.czest.pl

3 SPIS TREŚCI Wstęp....7 Lidia Chrząstek, Barbara Dondela, Małgorzata Deska Bezpieczne składniki kosmetyków lipidy i ich pochodne... 9 Paweł Chwietczuk Pozytywne aspekty zastosowania sterowników PLC w systemach automatyki wybranych elementów wyposażenia technicznego budynku mieszkalnego Tomasz Dembiczak Określenie korelacji pomiędzy zagęszczalnością a płynnością mas formierskich pod wysokim ciśnieniem Renata Gnatowska Detekcja charakterystycznych obszarów opływu obiektów metodą wizualizacji powierzchniowej Dawid Kaszuba Policja typem biurokracji Weberowskiej w zarządzaniu Olgierd Kucharski Organy nadzoru i kontroli nad warunkami bezpieczeństwa i higieny pracy w Polsce Renata Musielińska, Barbara Bus Przegląd wybranych antyoksydantów w aspekcie bezpieczeństwa ich stosowania Katarzyna Pach, Małgorzata Hyla, Jacek Filipecki Wykorzystanie radiometru rum-2 do analizy promieniowania gamma w wybranych materiałach budowlanych Michał Pajęcki Informatyczne wspomaganie zarządzania zleceniami w mikroprzedsiębiorstwie na przykładzie serwisu komputerowego Jerzy Pisarek, Radomir Ščurek Zasady prowadzenia edukacji i szkoleń w obszarze bezpieczeństwa lotnictwa ogólnego i transportu lotniczego Tomasz Prauzner Kształcenie umiejętności technicznych z wykorzystaniem wirtualnego środowiska symulacyjnego

4 Tomasz Prauzner Neurodydaktyka innowacyjny sposób myślenia o nowoczesnej edukacji w społeczeństwie informacyjnym Tomasz Prauzner Realizacja kształcenia technicznego z wykorzystaniem nowoczesnych technologii informacyjnych w aspekcie zadań organizacyjnych dyrektora szkoły Paweł Ptak Ocena jakości wyników pomiarów grubości powłok na podłożach ferromagnetycznych Paweł Ptak Zastosowanie systemu komputerowego przy projektowaniu i symulacji prac układów pomiarowych Andrzej Roman Wpływ zjawiska wypierania prądu na straty wywołane przez prądy wirowe w modelu domenowym składającym się ze skończonej liczby domen Mikhail Selianinau, Rafael Ismailau Wyznaczanie pola kierunków linii papilarnych odcisków palców w automatycznych systemach identyfikacji biometrycznej Marcin Sosnowski, Karolina Górska Analiza numeryczna wpływu parametrów ciągów komunikacyjnych na czas ewakuacji mieszkańców Marcin Sosnowski, Karolina Grabowska Analiza numeryczna wpływu materiału palnego na pole temperatury podczas pożaru Marcin Sosnowski, Adam Skupiński Projekt i analiza wytrzymałościowa modelu mostu Joanna Świątek-Prokop, Aleksander Gabryś Analiza stanu wiedzy na temat wpływu nanocząstek na zdrowie pracowników Sylwia Tazbir, Alina Gil Bezpieczeństwo użytkowania gazu ziemnego

5 CONTENTS Introduction... 7 Lidia Chrząstek, Barbara Dondela, Małgorzata Deska Safe components of cosmetics lipids and derivative... 9 Paweł Chwietczuk Positive aspects of the PLC in the automation of selected elements of technical equipment of a residential building Tomasz Dembiczak The determination of correlation between compactibility and liquidity of molding compounds under high pressures Renata Gnatowska Detection of characteristic flow areas of objects using a visualization method Dawid Kaszuba Police as a type of weberian bureaucracy in management Olgierd Kucharski Authority of industrial body in Poland Renata Musielińska, Barbara Bus An overview of selected antioxidants in the aspect of safety their application Katarzyna Pach, Małgorzata Hyla, Jacek Filipecki Use of radiometer rum-2 for analysis of gamma radiation in some building materials Michał Pajęcki Computer-aided management of orders in a micro-enterprise through the example of a computer service Jerzy Pisarek, Radomir Ščurek Rules of educations and trainings in the area of safety of air transport and general aviation Tomasz Prauzner Education in technical skills using virtual simulation environment Tomasz Prauzner Neurodidactics an innovative conception of modern education in information society

6 Tomasz Prauzner Implementation of technical education with the use of modern information technologies in terms of organizational tasks of school director Paweł Ptak Evaluation of the quality results of the thickness measurement of coatings on ferromagnetic substrates Paweł Ptak Application of computer system design and simulation of measurement systems Andrzej Roman The influence of the skin effect on eddy currents losses in finite width sheet Mikhail Selianinau, Rafael Ismailau Determination of the directional field of fingerprints papillary lines in automated biometric identification systems Marcin Sosnowski, Karolina Górska Numerical analysis of the influence of relocation routs parameters on inhabitants evacuation time Marcin Sosnowski, Karolina Grabowska Numerical analysis of the influence of combustible material on the temperature field during fire Marcin Sosnowski, Adam Skupiński Design and mechanical analysis of bridge model Joanna Świątek-Prokop, Aleksander Gabryś The analysis of current state of knowledge on the impact of nanoparticles on workers' health Sylwia Tazbir, Alina Gil Safety issues in use of natural gas

7 WSTĘP Instytut Edukacji Technicznej i Bezpieczeństwa przekazuje w ręce Czytelników w roku 2015 tom trzeci czasopisma naukowego Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa. Jest nam bardzo miło poinformować, iż znajduje się ono na poz w części B ujednoliconego wykazu czasopism naukowych z dnia 18 grudnia 2015 r. z przydzielonymi 7 punktami za umieszczoną w nim publikację naukową. Redakcja zamierza czynić aktywne starania mające na celu dalsze zwiększenie punktacji w latach kolejnych. Tom niniejszy charakteryzuje się dużą dozą interdyscyplinarności, niemniej opublikowane artykuły naukowe merytorycznie ściśle powiązane są z techniką, informatyką i szeroko rozumianą inżynierią bezpieczeństwa. Dobitnym przykładem artykułów prezentujących treści ściśle techniczne są publikacje dotyczące m.in. określenia korelacji pomiędzy gęszczalnością a płynnością mas formierskich pod wysokimi naciskami, zastosowania sterowników PLC oraz modułów telemetrycznych w instalacjach inteligentnego domu, detekcji charakterystycznych obszarów opływu obiektów metodą wizualizacji powierzchniowej, oceny jakości wyników pomiarów grubości powłok na podłożach ferromagnetycznych, wpływu zjawiska wypierania prądu na straty wywołane przez prądy wirowe w modelu domenowym, czy wreszcie wykorzystania radiometru do analizy promieniowania gamma w wybranych materiałach budowlanych. Licznie reprezentowane są też prace dotyczące wykorzystania nowoczesnych narzędzi informatycznych w zagadnieniach technicznych. Wymienić tu można artykuły prezentujące zastosowanie systemu komputerowego przy projektowaniu i symulacji pracy układów pomiarowych, projekt i analizę wytrzymałościową modelu mostu, analizę numeryczną wpływu parametrów ciągów komunikacyjnych na czas ewakuacji, analizę numeryczną wpływu materiału palnego na pole temperatury podczas pożaru, czy zarządzanie wspomagane narzędziami komputerowymi. Szeroko omawiane są również kwestie bezpośrednio związane z bezpieczeństwem, czego dowodem są prace prezentujące stan wiedzy na temat wpływu nanocząstek na zdrowie pracowników, organy nadzoru i kontroli nad warunkami bezpieczeństwa i higieny pracy w Polsce, bezpieczeństwo użytkowania gazu ziemnego, bezpieczne składniki kosmetyków oraz bezpieczeństwo stosowania wybranych antyoksydantów.

8 W świetle narastających zagrożeń związanych z przestępczością, w czasopiśmie traktującym m.in. o bezpieczeństwie nie mogło zabraknąć prac prezentujących Policję jako przykład formy biurokracji weberowskiej w zarządzaniu, czy automatyczne systemy identyfikacji biometrycznej na podstawie linii papilarnych. Interesujące są także prace dotyczące zastosowania technik informatycznych w kształceniu umiejętności technicznych, neurodydaktyki jako innowacyjnego sposobu myślenia o nowoczesnej edukacji w społeczeństwie informacyjnym oraz zasad szkolenia z zakresu bezpieczeństwa w ruchu lotniczym. Wszystkie zamieszczone w tomie trzecim prace prezentują oryginalny dorobek naukowy w określonych dziedzinach lub stanowią istotną wartość zarówno w obszarze zastosowań praktycznych, jak i upowszechniania wiedzy. Marcin Sosnowski

9 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Lidia Chrząstek, Barbara Dondela, Małgorzata Deska Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa l.chrzastek@ajd.czest.pl BEZPIECZNE SKŁADNIKI KOSMETYKÓW LIPIDY I ICH POCHODNE Streszczenie. Z uwagi na fakt, że lipidy stanowią bezpieczne składniki kosmetyków, w części opisowej artykułu na wstępie scharakteryzowano lipidy. W dalszym ciągu omówiono kwasy tłuszczowe oraz lipidy proste, złożone i izoprenowe. Następnie poda- z udzia- no przegląd kosmetyków, w których zastosowano lipidy. W części badawczej artykułu przedstawiono wyniki ankiety przeprowadzonej łem 48 respondentek w wieku od 20 do 50 lat. Ankieta zawierająca 12 pytańń dotyczyła stosowania kosmetyków, głównie zawierających lipidy. Słowa kluczowe: lipidy, kosmetyki, kwasy tłuszczowe. SAFE COMPONENTS OF COSMETICS LIPIDS AND DERIVATIVE Abstract. Taking into consideration the fact, that lipids are safetly ingredients of the cosmetics, the lipids, on the begining of the article, in the descriptive section, were described. On the next step the fatty acids, the oridinary lipids, the complex and isoprene lipids were di scused. Afterwards there are show the cosmetics, in which lipids weree used. The results of the executed questionnaire, in which 48 participants in age from 20 to 50 years took part, are presented in the article. The questionaire contained 12 questions respecting adaptation of the cosmetics included lipids. Keywords: cosmetics, lipid, fatty acid.

10 10 L. Chrząstek, B. Dondela, M. Deska Kosmetyki wymagania prawne Europejskie prawo bardzo rygorystycznie reguluje bezpieczeństwo kosmetyków, ale także oznakowanie, skład i warunki obrotu nimi. W Polsce przepisy prawa dotyczące kosmetyków zawarte są w Ustawie o kosmetykach z dnia 30 marca 2001 roku. Powstała ona poprzez adaptację do polskiego prawa przepisów dyrektywy kosmetycznej, czyli dyrektywy Rady 76/68/EWG. Prawo dotyczące kosmetyków jest identyczne we wszystkich krajach Unii Europejskiej. Takie rozwiązanie pozwala na zapewnienie takiego samego poziomu bezpieczeństwa we wszystkich krajach, a z drugiej strony na swobodną wymianę towarów w obrębie UE. Ustawodawstwo kosmetyczne reguluje bezpieczeństwo kosmetyków, skład, oznakowanie, warunki produkcji i obrotu, dokumentację, wykonywanie testów na zwierzętach i sposób nadzorowania przez władze. Wyłączną odpowiedzialność za zgodność produktu z przepisami prawa i jego bezpieczeństwo ponosi producent, czyli firma, która wprowadza kosmetyk do obrotu na terenie UE. Należy podkreślić, że jednym z bezpieczniejszych składników kosmetyków są lipidy i ich pochodne. Wstęp Lipidy stanowią dużą i zróżnicowaną pod względem chemicznym grupę naturalnych związków organicznych, są nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczają się natomiast w rozpuszczalnikach organicznych. Zazwyczaj są to estry wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi jedno- lub wielowodorotlenowych [1]. Występują one we wszystkich grupach organizmów żywych, gdzie stanowią zapasowy materiał energetyczny, są również głównym składnikiem wszystkich błon biologicznych. Lipidy pełnią funkcję izolacyjną i ochronną, zarówno u roślin, jak i u zwierząt, czego przykładem są woski. Znaczenie tłuszczów pokarmowych wynika z faktu, że są one wysokoenergetycznym składnikiem oraz dostarczają organizmowi witamin rozpuszczalnych w tłuszczach, czyli A, D, E, K [2]. W skład lipidów wchodzą kwasy tłuszczowe, które będą omawiane na wstępie. W dalszym ciągu zostaną scharakteryzowane lipidy proste (tłuszcze i woski) oraz lipidy złożone (gloko- i fisfolipidy). Następnie krótko omówione zostaną lipidy izoprenowe.

11 Bezpieczne składniki kosmetyków 11 Kwasy tłuszczowe Kwasy tłuszczowe są to alifatyczne, lipofilowe kwasy monokarboksylowe, o różnej długości łańcucha węglowego (zazwyczaj atomy węgla, przeważnie o parzystej liczbie; w większości łańcuchy kwasów tłuszczowych są proste, rzadko występują rozgałęzione). Kwasy nasycone zawierają w łańcuchu wyłącznie wiązania pojedyncze, kwasy nienasycone wiązania wielokrotne [3]. Kwasy tłuszczowe nasycone Mirystynowy Palmitynowy Stearynowy Arachidowy O OH O OH O OH O OH Kwasy tłuszczowe nienasycone Linolowy Linolenowy Gamma-linolenowy Arachidonowy O OH O OH O OH O OH Rys. 1. Przykładowe kwasy tłuszczowe nasycone i nienasycone Ważną rolę pełnią tzw. Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe (NNKT), które są konieczne do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Mają one ogromne znaczenie w utrzymaniu prawidłowego nawilżenia skóry. W strukturze skóry wyróżniamy dwa elementy odpowiedzialne za powstrzymywanie transepidermalnej utraty wody sebum, czyli ludzki łój, oraz cement międzykomórkowy. Cement zbudowany jest z ceramidów, w struktury których wbudowane są NNKT [4]. Są one także obecne w sebum i odpowiadają za regulowanie jego składu, a tym samym właściwości. Zbyt gęsty łój może prowadzić do zatkania gruczołów oraz mieszków włosowych i rozwinięcia się w nich bakterii odpowiedzialnych za trądzik. Niewłaściwy skład łoju zwiększa przezskórną utratę wody, może także podrażniać naskórek, prowadząc do jego zgrubienia i zakłócać prawidłowe funkcjonowanie. NNKT są istotnym elementem w metabolizmie, nasz organizm syntetyzuje z nich szereg związków. Są one prekursorami eikozano-

12 12 L. Chrząstek, B. Dondela, M. Deska idów, które odpowiadają m.in. za przebieg procesów zapalnych w skórze. Z kwasu linolowego produkowany jest kwas gamma-linolenowy, ten zaś jest prekursorem prostaglandyny E1 (PGE1); jest to hormon odpowiedzialny m.in. za strukturę, metabolizm i wzrost komórek. NNKT muszą być dostarczane do organizmu wraz z pożywieniem. Ich niedobór może prowadzić do nadmiernego złuszczania się naskórka, zaburzeń procesu keratynizacji, przez co skóra staje się szorstka, sucha, a paznokcie i włosy łamliwe [5, 6]. Lipidy proste Tłuszcze Do lipidów prostych zaliczamy omówione poniżej tłuszcze i woski. Tłuszcze ze względu na swoją budowę chemiczną należą do estrów. Składnikiem alkoholowym jest trójwodorotlenowy alkohol glicerol, składnikiem kwasowym, natomiast są wyższe kwasy tłuszczowe, zawierające od 4 do 20, rzadziej 30 atomów węgla w cząsteczce. W naturalnych tłuszczach dominują triglicerydy z niewielką domieszką mono- i diglicerydów, w których grupy acylowe mogą być jednakowe bądź różne. Rys. 2. Wzór ogólny triacyloglicerolu Właściwości fizyczne tłuszczów zależą od zawartości kwasów tłuszczowych nasyconych bądź nienasyconych. Tłuszcze zwierzęce stanowią estry glicerolu i nasyconych kwasów tłuszczowych, dlatego są zazwyczaj stałe, natomiast tłuszcze roślinne, ze względu na zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych, mają konsystencje ciekłą [6, 7]. Podział tłuszczów ze względu na pochodzenie i właściwości fizyczne przedstawia tabela 1.

13 Bezpieczne składniki kosmetyków 13 Tab.1. Podział tłuszczów ze względu na pochodzenie i właściwości fizyczne Lipidy Roślinne Zwierzęce Stałe Ciekłe masło kakaowe, masło arachidowe oliwa z oliwek, oleje: lniany, rzepakowy, słonecznikowy masło, łój, smalec, słonina tran Tłuszcze zwierzęce ze względu na zawartość głównie nasyconych i mononienasyconych kwasów tłuszczowych są obecnie rzadko wykorzystywane w kosmetologii [6, 7]. Oleje roślinne stanowią estry glicerolu i przede wszystkim wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, głównie kwasów o atomach węgla, wchodzących w skład lipidów błon komórkowych. Niedobór tych kwasów w organizmie może powodować suchość skóry oraz jej podatność na stany zapalne. Woski Woski stanowią estry wyższych alkoholi jednowodorotlenowych, zbudowanych z 16 do 31 atomów węgla, oraz wyższych kwasów tłuszczowych nasyconych, rzadziej nienasyconych. Rys. 3. Wzór ogólny wosku (R reszta kwasu tłuszczowego, R' reszta alkoholu) Woski są substancjami stałymi, najczęściej pochodzenia zwierzęcego, rzadko roślinnego. Woski naturalne, spełniające w przyrodzie rolę ochronną, izolacyjną i budulcową, są to substancje niejednorodne, które obok estrów (woski) zawierają drobne ilości wolnych kwasów tłuszczowych, alkoholi, hydroksykwasów, estrów steroli, a także cukrów. U roślin woski tworzą warstwę kutikuli, która pokrywa liście, nasiona, owoce i zarodniki oraz chroni je przed szkodliwym promieniowaniem, wysychaniem i wnikaniem z zewnątrz patogenów oraz wody. Woski zwierzęce pełnią ważną funkcję budulcową, przykładem jest wosk wytwarzany przez pszczoły, trzmiele i osy, służący im do budowania gniazd i wytwarzania plastrów, w których gromadzą miód. Natomiast w kosmetykach stosowane są do poprawy konsystencji emulsji, jako baza kosmetyków w sztyfcie. Wchodzą w skład kremów do ciała, produktów do makijażu, pomadek oraz preparatów do depilacji. W kremach stosowane są jako emolienty, czyli substancje pokrywające powierzchnię skóry, zapobiegające utracie wody przez skórę [2, 5].

14 14 L. Chrząstek, B. Dondela, M. Deska Lipidy złożone Do lipidów złożonych należą związki zawierające oprócz kwasów tłuszczowych i alkoholi dodatkowe grupy funkcyjne. Wśród lipidów złożonych wyróżnia się fosfolipidy i glikolipidy. Glikolipidy Glikolipidy stanowią lipidy złożone, które zawierają w swojej budowie dodatkowo resztę polisacharydową. Istotne znaczenie mają glikosfingolipidy, do których należą cerebrozydy budujące błony biologiczne głównie w tkance nerwowej. Glikolipidy nie mają zastosowania w kosmetologii [1]. Fosfolipidy Charakterystyczną właściwością dla tych związków jest to, że jedna z grup hydroksylowych zastąpiona jest resztą fosforanową, połączoną zazwyczaj z aminą, aminokwasem lub inną substancją. Każda cząsteczka fosfolipidu zawiera część hydrofobową, złożoną z dwóch łańcuchów kwasu tłuszczowego, oraz część hydrofilową, gdzie znajduje się fosforan. Część hydrofilowa ma powinowactwo do wody, a część hydrofobowa do tłuszczu; cząsteczki o takim charakterze nazywane są amfipatycznymi. Do fosfolipidów zaliczamy: fosfatydylocholinę (lecytynę), fosfatydyloetanolaminę (kefalinę), fosfatydyloinozytol, fosfatydyloserynę i sfingomielinę. Znaczenie kosmetyczne mają głównie lecytyny, ceramidy oraz sfingomieliny [6]. Rys. 4. Wzór ogólny fosfolipidu

15 Bezpieczne składniki kosmetyków 15 Ceramidy są to amidy wyższych kwasów tłuszczowych i sfingozyny (dwuwodorotlenowego alkoholu o 18 atomach węgla) lub sfinganiny (o 12 atomach węgla). Rys. 5. Wzór strukturalny ceramidu Sfingomieliny powstają w wyniku estryfikacji pierwszorzędowej grupy hydroksylowej ceramidu fosforanem choliny. Rys. 6. Wzór strukturalny sfingomieliny Sfingomieliny, podobnie jak ceramidy, są jednym z elementów budujących błony komórkowe. Znaczne ilości sfingomielin występują w błonach czerwonych krwinek krwi, soczewki oka, a zwłaszcza w osłonkach mielinowych nerwów. Sfingomieliny nie znalazły jeszcze zastosowania w kosmetologii [8, 9]. Lipidy izoprenowe Lipidy izprenowe stanowią izoprenoidy; są to związki hydrofobowe, nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalne w tłuszczach i rozpuszczalnikach organicznych, natomiast pod względem strukturalnym są grupą bardzo zróżnicowaną. Powstają w wyniku kondensacji pięciowęglowej jednostki izoprenoidowej; utworzone, rozgałęzione łańcuchy bądź struktury cykliczne stanowią terpeny. Bogatym źródłem tych związków są głównie rośliny wchodzą w skład olejków eterycznych, żywic, należą tutaj także pochodne karotenowców, witaminy A, E, K, oraz cytokininy [1].

16 16 L. Chrząstek, B. Dondela, M. Deska Przegląd najnowszych kosmetyków wykorzystujących dobroczynny wpływ lipidów i ich pochodnych Obserwowanym obecnie trendem w kosmetologii jest poszukiwanie substancji pochodzenia naturalnego, przyjaznych dla naszego organizmu, ale także dla środowiska. Równocześnie dąży się do jak najprostszych receptur i stosowania jak najmniejszej ilości konserwantów. Wynikać to może z faktu, że coraz większa liczba społeczeństwa cierpi na różnego rodzaju alergie oraz z tego, że bycie ekologicznym jest modne. W niniejszym artykule zostały przedstawione kosmetyki stosowane do pielęgnacji skóry, włosów oraz paznokci, które zawdzięczają swoje działanie zawartości lipidów oraz ich pochodnych. Preparaty wpływające na kondycję skóry Gama preparatów pielęgnujących skórę jest bardzo bogata. Począwszy od kosmetyków do oczyszczania skóry (prawidłowo dobrany kosmetyk gruntownie oczyści naszą skórę, ale równocześnie nie zaburzy jej fizjologicznej funkcji), poprzez kremy i balsamy (mające na celu ogólną pielęgnację), aż do kosmetyków specjalistycznych i leczniczych. Poniżej zostaną omówione preparaty oczyszczające, kremy kosmetyczne i maseczki kosmetyczne. Preparaty oczyszczające Preparaty te powinny z łatwością rozprowadzać się na skórze, skutecznie oczyszczając ją z zanieczyszczeń, pozostawiając miękką i lekko natłuszczoną. Z powodzeniem wykorzystuje się do ich otrzymywania składniki woskowoolejowe lub sole kwasów tłuszczowych, czyli mydła. Obecnie coraz większą popularnością cieszy się wykorzystanie miceli. Zaletą płynów micelarnych jest skuteczne usuwanie zanieczyszczeń zarówno tych tłuszczowych, które zostają związane przez część hydrofobową miceli, jak i tych, które rozpuszczają się w wodzie, a są wyłapywane przez część hydrofilową. Ponadto są one polecane dla skóry wrażliwej i suchej, ponieważ nie podrażniają i nie pozostawiają tłustej powłoki (w przeciwieństwie do mleczek), natomiast nawilżają skórę i pozostawiają ja miękką [10 13]. Kremy kosmetyczne Kremy kosmetyczne stanowią najważniejsze i najczęściej stosowane kosmetyki. Ich zadaniem jest utrzymanie równowagi wodno-lipidowej w naskórku. Preparaty te, w zależności od przeznaczenia, mogą różnić się składem bazy tłuszczowej, zawartością wody oraz substancji czynnych.

17 Bezpieczne składniki kosmetyków 17 Lipidy i ich pochodne oprócz pełnienia roli emulgatorów, mogą stanowić składnik aktywny kremu. Taką rolę spełniają ceramidy czy też oleje roślinne, tj. olej z jojoby, arganowy, kakaowy, z wiesiołka, ogórecznika i inne [10 13]. Producenci często podkreślają na opakowaniach kosmetyków zawartość olejów roślinnych, jako jednego z głównych składników aktywnych. W przypadku ceramidów odkryto, że największą skuteczność w stosunku do skóry suchej wykazuje stosowanie kompleksu lipidowego czyli połączenie ceramidów z cholesterolem i wolnymi kwasami tłuszczowymi. W celu pobudzenia skóry do odnowy używane są pochodne lipidów takie jak fitoestrogeny czy cytokininy. Preparaty wzbogacone o te substancje polecane są szczególnie dla skóry dojrzałej i zniszczonej. Mają one zdolność pobudzania komórek do podziałów, korzystnie wpływają na włókna kolagenowe i elastynowe, co sprawia, że skóra odzyskuje jędrność i zdrowy wygląd [14, 15]. Maseczki kosmetyczne Maseczki kosmetyczne są to preparaty pielęgnujące służące do przeprowadzenia jednorazowych zabiegów kosmetycznych. Nakłada się je na skórę, dość grubą warstwą i pozostawia na określony czas. Maseczki zawierają skondensowane składniki, gdyż ich celem jest intensywne i dogłębne odżywienie skóry. Pod warstwą maski nałożonej na skórę wytwarza się ciepło, które powoduje lepsze ukrwienie, a tym samym lepszą wchłanialność substancji odżywczych. Maski oparte na składnikach lipidowych zalecane są do skóry bardzo suchej, wymagającej dogłębnego nawilżenia i natłuszczenia naskórka. Tego typu preparaty można stosować na twarz, dłonie i całe ciało [10]. Odżywki do włosów Nasze włosy codziennie narażone są na różne czynniki, które mają niekorzystny wpływ na ich kondycję: suszenie, prostowanie, modelowanie, farbowanie, czynniki środowiskowe, takie jak promieniowanie UV, mróz. Wszystkie one sprawiają, że włosy stają się matowe, połamane i przesuszone, a zatem wymagają troskliwej pielęgnacji. Odpowiednio częste mycie włosów jest podstawą, ale stanowczo nie wystarcza. Gruczoły łojowe owłosionej skóry głowy naturalnie wytwarzają substancję tłuszczowo-woskową, zwaną sebum, która chroni i konserwuje włosy. W skład sebum wchodzą glicerydy, woski, wolne kwasy tłuszczowe, węglowodory (np. skwalen), sterole oraz ich estry. Zabiegi, które prowadzimy na włosach, mogą zaburzać pracę gruczołów łojowych. Aby poprawić kondycję włosów oraz przywrócić im odpowiednie nawilżenie i blask, warto stosować preparaty kondycjonujące [10, 16, 17]. Wśród substancji lipidowych wykorzystywanych w preparatach kondycjonujących włosy wymienić można olej rycynowy, olej jojoba, masło karité i ceramidy [18].

18 18 L. Chrząstek, B. Dondela, M. Deska Kosmetyki odżywcze do paznokci Preparaty odżywcze do paznokci stosowane są w celu zmniejszenia łamliwości, rozdwajania się płytki paznokcia oraz przebarwień. W pielęgnacji paznokci znajdują zastosowanie oleje roślinne: olej arganowy, z pestek winogron, z pestek moreli. Często łączy się je dodatkowo z witaminami A i E. W kremach do paznokci i dłoni stosuje również lanolinę i wosk pszczeli, które tworzą warstwę ochronną i nawilżają. Wśród pochodnych lipidów stosowanych w kosmetykach kondycjonujących paznokcie nie może zabraknąć nieocenionych w kosmetologii ceramidów (lakiery i odżywki do paznokci) [19]. Ankieta Warunki przeprowadzenia ankiety Część badawcza artykułu polegała na przeprowadzeniu ankiety, celem której było badanie świadomości kobiet nt. stosowanych kosmetyków, znajomości zawartych w nich lipidów i pochodnych oraz działania tych preparatów. Badanie zostało przeprowadzone w czterech grupach wiekowych (20+, 30+, 40+, 50+). W ankiecie brało udział 48 kobiet, na każdą grupę przypadło 12 osób. Była ona anonimowa, zawierała pytania wielokrotnego wyboru, w tym pytania ogólne, dotyczące doboru kosmetyków oraz częstości ich stosowania, a także pytania szczegółowe na temat zawartych w kosmetykach lipidów i ich pochodnych. Ankieta prowadzona była przez okres dwóch miesięcy (kwiecień, maj 2014 r.) wśród znajomych. Wyniki badań posłużyły wyłącznie do celów tego artykułu. Analiza wyników ankiety Pytanie 1. Czym kieruje się Pani przy wyborze kosmetyku? Cena Marka Skład Reklama

19 Bezpieczne składniki kosmetyków 19 Z wykresu odczytać można, że w pierwszej kolejności kobiety kierują się ceną kosmetyku (58 67%), najmniejsze znaczenie ma ona dla ankietowanych grupy 40+ (42%), co wynikać może ze stabilnej pozycji finansowej. Duże znaczenie ma także marka (33 75%), a najmniejsze reklama (poniżej 25%). Niestety skład kosmetyków nie odgrywa kluczowej roli przy wyborze. Jedynie w grupie 30+ kobiety w zdecydowanej większości zwracają uwagę na skład preparatów (ponad 70%), w pozostałych grupach wskaźnik ten wynosi poniżej 50%. Pytanie 2. Czy dostosowuje Pani kosmetyki odpowiednio do: Rodzaju cery Wieku Problemu Wyniki pokazują, że kobiety świadomie wybierają kosmetyki, porównywalne znaczenie ma rodzaj cery i wiek (średnio ok. 76%), mniejszą rolę odgrywa cera problematyczna, tylko w grupie 20+ wskaźnik ten znajduje się na poziomie powyżej 50%. W grupie 20+ widzimy zdecydowane wskazanie na rodzaj cery (100%), również grupa 40+ najczęściej kieruje się tym kryterium (83%). Natomiast w grupie 30+ oraz 50+ najczęściej wskazano wiek (odpowiednio 75 i 83%). Pytanie 3. Jak często stosuje Pani kosmetyki pielęgnujące skórę? Wcale Sporadycznie Codziennie Kilka razy dziennie

20 20 L. Chrząstek, B. Dondela, M. Deska Wyniki pokazują, że zdecydowana większość kobiet co najmniej raz dziennie stosuje preparaty do pielęgnacji skóry. Tylko w grupie 50+ znajdowały się kobiety, które w ogóle nie stosują takich kosmetyków. Pytanie 4. Do pielęgnacji włosów używa Pani: Tylko szamponu Szamponu z odżywką (2w1) Osobno szamponu i osobno odżywki Wykres pokazuje, że większość kobiet stosuje oprócz szamponu także odżywkę do włosów, wyraźnie widać to w grupie 20+ (75%) oraz 30+ (83%), najmniej licznie w grupie 50+ (25%). Kobiety w tej grupie wiekowej skłaniają się ku stosowaniu samego szamponu, ewentualnie preparatu 2w1. Pytanie 5. Czy stosowała Pani poniższe produkty jako domowe sposoby na piękne włosy? Żółtko jaja Olejek rycynowy Oliwa z oliwek Popularnym domowym sposobem na piękne włosy jest znane od lat żółtko jaja. Widać, że aż 60% kobiet z grupy 50+ taki zabieg stosowało, co ciekawe

21 Bezpieczne składniki kosmetyków 21 także 60% kobiet z grupy 20+. Podobna sytuacja występuje również w przypadku olejku rycynowego, obserwujemy więc trend powrotu do starych, domowych sposobów. Coraz popularniejsza staje się także oliwa z oliwek. Pytanie 6. W jaki sposób wzmacnia, odżywia Pani paznokcie? Odżywka w lakierze Olejek do paznokci Krem do rąk i paznokci Liczna grupa kobiet wybiera krem do rąk i paznokci, najliczniej ten wybór deklaruje grupa 20+ (70%), najmniej wskazań pojawiło się zaś w grupie 50+, choć również prawie 20%. Ponad 10% procent kobiet w grupie 20+ oraz 30+ deklaruje stosowanie odżywek w lakierze. Jak widać, forma olejków do paznokci także jest dość powszechna (poniżej 30%). Pytanie 7. Czy używa Pani kosmetyków, w skład których wchodzą lipidy (tłuszcze oraz woski pochodzenia roślinnego bądź zwierzęcego)? Tak Nie Poza grupą 40+, w której połowa deklaruje używanie preparatów z lipidami, a połowa nie, pozostałe grupy w większości stosują kosmetyki zawierające lipidy. Widzimy więc, że kobiety raczej są świadome ich występowania w kosmetykach.

22 22 L. Chrząstek, B. Dondela, M. Deska Pytanie 8. Czy stosowane kosmetyki lipidowe spełniały swoją rolę? Tak Nie Poza grupą 40+, w której połowa deklaruje używanie preparatów z lipidami, a połowa nie, pozostałe grupy w większości stosują kosmetyki, w skład których wchodzą lipidy. Pytanie 9. Wybiera Pani kosmetyki zawierające lipidy pochodzenia: Naturalnego Syntetycznego Nie przywiązuję wagi Większość kobiet raczej nie przywiązuje wagi do pochodzenia składników lipidowych. Te, które zwracają na to uwagę, wybierają w większości lipidy pochodzenia naturalnego, tylko nieliczne syntetyczne. Nie można stwierdzić dominacji żadnej z grup wiekowych przy którymkolwiek wariancie.

23 Bezpieczne składniki kosmetyków 23 Pytanie 10. Czy wie Pani, który z drogocennych olei roślinnych zwany jest złotem Maroka? Olej z jojoby Olej arganowy Oliwa z oliwek Olej kakaowy Wyraźnie widać, że większości kobiet, niezależnie od wieku, znany jest olej arganowy i jego drogocenne właściwości, którym zawdzięcza nazwę złoto Maroka. W ostatnim czasie poświęca mu się dużo uwagi, można na jego temat znaleźć wiele artykułów w prasie kobiecej, na portalach internetowych, dlatego staje się coraz bardziej popularny, zwłaszcza wśród młodych kobiet, co widać po wynikach sondy. Pytanie 11. Czy wykorzystuje Pani oleje w ich czystej postaci jako kosmetyk? Jeżeli tak, proszę wpisać jaki/jakie: Nie Tak Jak widać, dużo kobiet wykorzystuje dobroczynne działanie czystych olei. Najliczniej deklarują to kobiety z grupy 20+ (100%), następnie z grupy 50+ (90%). Wśród wymienionych olei były: oliwa z oliwek, olej rycynowy i olej kakaowy.

24 24 L. Chrząstek, B. Dondela, M. Deska Pytanie 12. Czy stosowała Pani preparaty wykorzystujące działanie stymulujące odnowę komórkową z wyciągów roślinnych zawierających fitoestrogeny (hormony roślinne pobudzające komórki skóry do odnowy)? Tak Nie Widzimy tu właściwy trend, mianowicie kobiety w wieku 20+, 30+ są w grupie nielicznie używających kosmetyków z fitoestrogenami (odpowiednio 17 i 33%) i takie postępowanie jest właściwe, gdyż młoda cera nie wymaga stosowania tego typu stymulantów. Fitoestrogeny zalecane są raczej do cery dojrzałej i dlatego obserwujemy wzrost słupków w grupach 40+ i 50+, choć nieznaczny, bo na poziomie ok 50%. Pytanie 13. Czy używała Pani kosmetyków, które zawierały liposomy transportujące substancje aktywne w głąb skóry? Tak Nie Preparaty zawierające liposomy nie cieszą się dużą popularnością, jedynie w grupie 40+ ponad 50% deklaruje stosowanie tego typu kosmetyków, w pozostałych grupach wskaźnik ten jest poniżej 50%. Może to wynikać z faktu, że liposomy często nie są wymieniane jako substancje kluczowe w kosmetyku, więc kobiety nie są świadome ich obecności w preparacie.

25 Bezpieczne składniki kosmetyków 25 Pytanie 14. Czy stosowała Pani preparaty zawierające ceramidy? Jeżeli tak, proszę wskazać, jakie było ich przeznaczenie: Nie Tak: Do twarzy Do całego ciała Do włosów Do paznokci Wyniki pokazują, że ceramidy są docenianym i powszechnym składnikiem kosmetyków we wszystkich grupach wiekowych, najbardziej w grupie 30+ (92%). Wśród osób, które zadeklarowały stosowanie kosmetyków z ceramidami, większość wskazuje preparaty do włosów. W grupie 20+ popularne są kosmetyki ceramidowe do pielęgnacji paznokci. Kosmetyki do twarzy zawierające ten składnik wskazało ok 30 40% kobiet w grupach 30+, 40+ i 50+. Najmniej kobiet (poniżej 17%) wskazało preparaty do całego ciała. Pytanie 15. Czy wspomaga Pani kondycję włosów/skóry/paznokci poprzez: Suplementy diety Właściwe odżywianie Kobiety w grupach 20+ i 30+ wybierają częściej właściwe odżywianie (ponad 50%). Widzimy jednak, że również dość liczna grupa kobiet stosuje suplementy diety, zwłaszcza kobiety w wieku 40+ i 50+ wolą ten sposób od odpowiedniej diety. Każda z wybranych opcji jest właściwa i pokazuje, że je-

26 26 L. Chrząstek, B. Dondela, M. Deska steśmy świadomi odżywiania naszego ciała od wewnątrz. Często suplementy są niezbędne do uzupełnienia witamin i mikroelementów, w które nasze pożywienie jest niestety coraz bardziej ubogie. Wnioski ogólne Podsumowując wyniki ankiety, można stwierdzić, że świadomość kobiet na temat stosowanych kosmetyków wzrasta. Zdecydowana większość ankietowanych zdaje sobie sprawę, że pielęgnacja jest konieczna, aby utrzymać zdrowy i młody wygląd. Rośnie liczba kobiet, która zwraca uwagę na składniki obecne w kosmetykach, widać to zwłaszcza u młodych osób. Niestety jednak, skład nie jest głównym kryterium wyboru, zdecydowanie przeważa tutaj cena i marka. Widać również, że coraz częściej wraca się do prostych i domowych sposobów, wykorzystując oleje w czystej postaci bądź produkty zawierające składniki lipidowe, jak żółtko jaja. Kosmetyki organiczne i ekologiczne nie zyskały sobie jeszcze zbyt wiele zwolenniczek, ale można przypuszczać, że jest to kwestią czasu. Dotychczas są one mało atrakcyjne cenowo i jeszcze trudno dostępne, ale biorąc pod uwagę rosnącą liczbę alergii skórnych na składniki obecne w ogólnodostępnych preparatach, mogą one ze względu na swoje właściwości hipoalergiczne, stać się wkrótce bardzo popularne. Modne stają się kosmetyki ekologiczne i organiczne, wykorzystujące naturalne składniki, pochodzące z kontrolowanych upraw, choć są one jeszcze mało powszechne, ze względu na cenę i wciąż ograniczoną dostępność. Obecnie można zaobserwować trend szerzenia wiedzy na temat kosmetyków, poświęca się im dużo uwagi w prasie kobiecej i w programach telewizyjnych. Coraz większą uwagę zwraca się na składniki, ale nadal nie są one głównym kryterium wyboru preparatu kosmetycznego. Należy podkreślić, że kobiety niezależnie od wieku zwracają coraz większą uwagę na stosowane kosmetyki, korzystają także z porad kosmetyczki, dzięki czemu ich wiedza na ten temat ciągle wzrasta. Uważają również, że stosowanie kosmetyków nie wystarcza aby zachować zdrowie i urodę; należy dodatkowo mieć dobre samopoczucie, zdrowo się odżywiać, a także uzupełniać niedobory witamin i mikroelementów poprzez stosowanie suplementów diety.

27 Bezpieczne składniki kosmetyków 27 Literatura [1] Żak I., Chemia medyczna, Śląska Akademia Medyczna, Katowice [2] Kołodziejczyk A., Naturalne związki organiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa [3] Karłowicz-Bodalska K., Bodalski T., The biological properties of unsaturated fatty acids and their role in therapy, Borgis Postępy Fitoterapii 2007, 1: [4] Chaber A., Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe, Ecospa [5] Jabłońska-Trypuć A., Czerpak R., Surowce kosmetyczne i ich składniki, MedPharm Polska, Wrocław [6] Molski M., Chemia piękna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa [7] Malinka W., Zarys chemii kosmetycznej, Volumed, Wrocław [8] Jurkowska S., Surowce kosmetyczne, Ekoprzem, Dąbrowa Górnicza [9] Kowalik K., Sfingomielina i inne sfingolipidy biocząsteczki, które swoją nazwę zawdzięczają Sfinksowi, Uniwersytet Jagielloński, Kraków [10] Brud W., Glinka R., Technologia kosmetyków, Oficyna Wydawnicza MA, Łódź [11] Puzanowska-Tarasiewicz H., Wilczewska A., Podstawy chemii kosmetycznej, Wyższa Szkoła Kosmetologii i Ochrony Zdrowia w Białymstoku, Białystok [12] Bartosiewicz D., Kozubek A., Liposomy w dermatologii i kosmetyce, Lek w Polsce 2007, 7: [13] Arct J., Pytkowska K., Nawilżanie i surowce nawilżające, Polskie Towarzystwo Kosmetologów 2003, 1 vol. 6. [14] Jabłońska-Trypuć A., Czerpak R., Cytokinins, their biochemical activity in division process, ageing and apoptosis in human and animal cells, Postępy biologii komórki 2009, 1: [15] Fabisiak K., Wszystko o kolagenie, Beauty Forum Polska,1/2004. [16] Marzec A., Chemia kosmetyków: Surowce, półprodukty, preparatyka wyrobów, Dom Organizatora, Toruń [17] Ozga-Michalski E., Rola ochronna tłuszczu dla włosów, Portal Farmaceutyczno-Medyczny, [18] Sikora M., Ceramides in cosmetics, Polish Journal of Cosmetology 1998, 4: [19] Dylewska-Grzelakowska J., Kosmetyka stosowana, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1999.

28

29 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Paweł Chwietczuk Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie ul. Oczapowskiego 11, Olsztyn pawel.chwietczuk@uwm.edu.pl POZYTYWNE ASPEKTY ZASTOSOWANIA STEROWNIKÓW PLC W SYSTEMACH AUTOMATYKI WYBRANYCH ELEMENTÓW WYPOSAśENIA TECHNICZNEGO BUDYNKU MIESZKALNEGO Streszczenie. W pracy pokazano zastosowanie programowalnych układów PLC (Pro- oraz grammable Logic Controller), modułu telemetrycznego, pośrednich interfejsów pracę całego układu w chmurze do zdalnego sterowania inteligentnym domem. System imodcloud (system pracujący w chmurze do zarządzania instalacjami przemysłowymi) umożliwia działanie układu w chmurze, dzięki czemu zyskujemy dostęp do systemu z każdego miejsca za pomocą łącza internetowego. Zastosowanie interfejsu RTD (Re- oraz movable Terminal Block) umożliwia zarządzanie urządzeniami rekuperacyjnymi grzewczo-chłodzącymi. Dodatkową i najważniejszą zaletą zaprezentowanego systemu jest natychmiastowe powiadamianie odpowiednich służb w razie pożaru, obecności czadu lub innych gazów oraz ewentualnego włamania. Słowa kluczowe: PLC, telemetryka, chmura, imodcloud, RTD. POSITIVE ASPECTS OF THE PLC IN THE AUTOMATION OF SELECTED ELEMENTS OF TECHNICAL EQUIPMENT OF A RESIDENTIAL BUILDING Abstract. The paper presents the use of PLC (Programmable Logic Controller), te- lemetry modules, intermediate interfaces and operation of the whole system in the cloud for remote control of smart house. IModCloud system allows operation in the cloud, so one can gain access to the system from anywhere using the Internet connection. Appli- devices and equipment for heating and cooling. Important advantage of the cation of RTD (Removable Terminal Block) interface allows managing recuperative presented

30 30 P. Chwietczuk system is the immediate notification of relevant services in the event of fire, presence of carbon monoxide or other gases as well as a possible burglary. Keywords: PLC, telemetry, cloud, imodcloud, RTD. Wstęp W XX oraz XXI wieku wszechobecne zastosowanie elektroniki w różnych aspektach życia oraz różnych systemów sterowania, szczególnie w urządzeniach takich jak smartfony, tablety, laptopy, jest na porządku dziennym. Powszechne staje się podnoszenie komfortu życia za pomocą nowoczesnej elektroniki, w tym urządzeń umożliwiających zdalne sterowanie różnego rodzaju sprzętem użytku domowego. Pierwsze wzmianki odnośnie do zdalnego sterowania urządzeniami domowymi pojawiły się na początku lat 70. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Dzięki próbom ulepszania środowiska dla rozwoju roślin powstał pomysł optymalizacji tego procesu poprzez zintegrowany system zarządzania budynkiem. Koncept ten, opracowany do końca lat 80. XX wieku, stanowi podstawę dzisiejszych koncepcji sterowania budynkiem mieszkalnym. Pozwolił na wprowadzenie tego typu rozwiązań do zarządzania budynkami prywatnymi oraz biurowymi. Zastosowania prywatne wówczas były sporadyczne, a systemy sterowania dedykowane głównie dla dużych biurowców, gdzie można było zarządzać najważniejszymi funkcjami budynku w jednym do tego wyznaczonym miejscu. Wraz z rozwojem techniki zostały wprowadzone specjalne systemy dla domów. W obecnej chwili, przy odpowiednim nakładzie finansowym, możemy zarządzać właściwie wszystkim, czym tylko zapragniemy [4, 5, 7]. Masowy rozwój elektroniki pozwolił na stworzenie dedykowanych układów zbudowanych na podstawie mikroprocesorowej. Poprzez zastosowanie sterowników PLC możemy w dowolnym momencie rozbudować układ o dodatkowe moduły [2, 4]. Ponadto zastosowanie modułów telemetrycznych zapewnia ciągły dostęp do danych, rejestrowanie wyników pomiarów oraz wartości nastaw sterowanych/kontrolowanych urządzeń. Dane zapisywane są w pamięci wewnętrznej bądź też na karcie SD, ewentualnie w różnych bazach danych. Dodatkowo moduł telemetryczny może generować sygnały alarmowe oraz dostarczać aktualne parametry, takie jak temperatura w poszczególnych pomieszczeniach, stan czujników, itp. Bezprzewodową komunikację zapewnia najczęściej modem GPRS [8, 9, 10]. Istniejące rozwiązania System sterowania budynkami, zwany też systemem BMS (Building Management System), określającym wysoko zaawansowane technicznie budynki,

31 Pozytywne aspekty zastosowania 31 wyposażone w szereg różnego rodzaju czujników i detektorów, podłączonych do jednego centralnego systemu zarządzania, nadzorującego wszystkie znajdujące się w budynku instalacje. Dzięki informacjom pochodzącym z detektorów znajdujących się w budynku i na zewnątrz, budynek w sposób automatyczny może reagować na zmiany środowiskowe wewnątrz i na zewnątrz, co skutkuje korzyściami płynącymi z funkcjonalności, komfortu, bezpieczeństwa oraz oszczędności energii elektrycznej, a tym samym minimalizacji opłat za energię elektryczną. System powinien być bezawaryjny ze względu na jego ogromny wpływ na otoczenie. Kolejną zaletą jest to, że przy ewentualnych rekonfiguracjach nie ponosimy już kosztów wymiany urządzeń, lecz jedynie koszty ewentualnego przeprogramowania [5]. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele jednostek centralnych dedykowanych do zarządzania urządzeniami wyposażenia budynków, oferujących różnego rodzaju rozwiązania sprzętowe i systemowe. Systemy zarządzania znajdują zastosowanie głównie w budynkach biurowych, przemysłowych oraz instytucjach publicznych. Polem działania tego systemu jest integracja, monitorowanie, kontrola, optymalizacja oraz raportowanie takich elementów, jak na przykład [11]: sterowanie oświetleniem wewnątrz i na zewnątrz budynku, sterowanie centralnym ogrzewaniem, sterownie rekuperacją, sterowanie klimatyzacją, system symulacji obecności, system alarmowy, system monitoringu, system kontroli dostępu, system przeciwpożarowy, system zasilania UPS, systemy pogodowe, systemy obsługi sprzętu audio-video, złożone systemy personalizacji, systemy oddymiania. Gotowe układy mają limity obsługi poszczególnych systemów, stąd decyzja o użyciu w projekcie sterownika PLC, który, ze względu na możliwość podłączenia dodatkowych modułów rozszerzeń, możemy dowolnie rozbudowywać według potrzeb [5, 6, 11]. Ogólnodostępne systemy oferują nam ubogie rozwiązania, które nie posiadają pełnej funkcjonalności. Poniżej znajduje się opis kilku funkcji oferowanych przez różnych producentów: sterowanie ogrzewaniem zadaniem systemu jest odpowiednie reagowanie na wahania temperatur w poszczególnych pomieszczeniach (zbyt wysoka temperatura uruchomi klimatyzację, zbyt niska centralne ogrze-

32 32 P. Chwietczuk wanie, a wszystko będzie dodatkowo uzależnione od warunków pogodowych na zewnątrz budynku [11]), system alarmowy dzięki zastosowaniu szerokiej gamy czujników i detektorów możliwa jest reakcja systemu na próby włamania, stłuczenia szyby, przekroczenia oznaczonych linii czy też wdarcia się intruza przez okno bądź drzwi, wówczas uruchomi się system syren alarmowych, aby odstraszyć intruzów i zwrócić uwagę sąsiadów. Dodatkowo może zostać zainstalowany monitoring, który zarejestruje całe zdarzenie i ułatwi identyfikację ewentualnych sprawców. Ponadto wszystkie detektory są dostępne dla innych podsystemów głównego systemu [6], system przeciwpożarowy ma za zadanie ochronę budynku i jego użytkowników na wypadek pożaru. Składa się z czujników dymu, czadu oraz czujników temperatury. Dodatkowo w budynkach użyteczności publicznej mogą być zainstalowane zraszacze. Głównym zadaniem systemu jest wczesne wykrycie ognia i dymu oraz szybkie zaalarmowanie użytkowników. Ponadto zostaną podniesione rolety oraz uruchomiona wentylacja w celu usunięcia dymu [5, 6], system kontroli dostępu stosowany jest głównie w budynkach użyteczności publicznej w celu ograniczania dostępu dla osób do tego nieupoważnionych. Dostęp do pomieszczeń dobywa się za pomocą kart magnetycznych bądź chipowych. Po wczytaniu danych z karty przez czytnik system sprawdza czy użytkownik ma prawo wstępu do danego pomieszczenia, czy nie. Jeżeli posiada takie uprawnienia, otwiera drzwi, w przeciwnym razie nie uda mu się to. W przypadku wystąpienia pożaru wszystkie drzwi są automatycznie otwierane dla celów ewakuacyjnych [5], system pogodowy służy głównie do sterowania układami centralnego ogrzewania, wentylacji oraz klimatyzacji. Korzysta on przede wszystkim z czujników temperatury wewnętrznej i zewnętrznej, według algorytmu dobiera krzywą grzewczą dla urządzeń ciepłowniczych. Z zastosowaniem czujnika zmierzchowego może sterować oświetleniem zewnętrznym [11], sterowanie oświetleniem wewnętrznym i zewnętrznym odbywa się za pomocą czujników ruchu. Światło jest zapalane i na jakiś czas pozostaje zapalone, dopóki jakakolwiek osoba znajduje się w pomieszczeniu [11]. Założenia projektowe Podstawowym założeniem projektowym jest podział systemu automatycznego sterowania na podsystemy płynnie współpracujące ze sobą pod względem wykorzystania wspólnych detektorów i czujników oraz pełna jego funkcjonalność w codziennym życiu mieszkańców korzystających z udogodnień

33 Pozytywne aspekty zastosowania 33 zastosowanego rozwiązania dla domu. Przewiduje się następujący podział tego systemu na mniejsze jednostki modułowe: 1. Moduł sterowania oświetleniem: główny włącznik/wyłącznik oświetlenia, automatyczne gaszenie/zapalanie w zależności od natężenia światła dziennego, pełna integracja z czujnikami ruchu, podział na podsystemy każdego pokoju oraz terenu posesji, integracja systemu oświetlenia z czujnikiem zmierzchowym, pełna integracja z innymi modułami. 2. Moduł alarmowy: pełna integracja z czujnikami ruchu oraz barierami, pełna integracja z czujnikami gazów usypiających, pełna integracja z czujnikami otwarcia okien, standardowy system alarmowy, pełna integracja z innymi modułami. 3. Moduł przeciwpożarowy: pełna integracja z czujnikami dymu, pełna integracja z czujnikami temperatury, pełna integracja z systemem rekuperacji, integracja z systemem oświetleniowym ogrodu, pełna integracja z systemem rolet okiennych, pełna integracja z systemem bramy wjazdowej. 4. Moduł rolet okiennych: pełna integracja z czujnikiem zmierzchowym, otwieranie lub zamykanie rolet. 5. Moduł centralnego ogrzewania/chłodzenia: pełna integracja z czujnikami otwarcia okien, pełna integracja z czujnikami temperatury, pełna integracja z pompą ciepła, sterowanie gniazdami zasilenia grzejników, sterowanie siłownikami, podział każdego pomieszczenia na podsystem, ustalanie godzin niższej temperatury w danym pomieszczeniu. 6. Moduł rekuperacji: ustawienia z głównego panelu zarządzania, pełna integracja z czujnikami ruchu, pełna integracja z rekuperatorem, 7. Moduł bramy wjazdowej: integracja z barierą,

34 34 P. Chwietczuk otwieranie/zamykanie bramy wjazdowej, otwieranie za pomocą pilota lub rozkazu PLC. 8. Moduł bramy garażowej: integracja z barierą, otwieranie/zamykanie bramy garażowej, otwieranie za pomocą pilota. 9. Moduł podlewania ogrodu: integracja z czujnikami zewnętrznymi, integracja z barierami bram, integracja z czujnikiem zmierzchowym, podlewanie na zasadzie włącz/wyłącz. 10. Moduł zarządzania energia: odłączenie zasilania w całym budynku, zarządzanie UPS, zarządzanie generatorem awaryjnym. 11. Moduł symulacji obecności: pełna integracja z modułem oświetlenia, pełna integracja z modułem rolet okiennych. Wszystkie czujniki podłączone są do wejść sterownika PLC, co zostało zaprezentowanie na rys. 1, za ich pomocą sterownik zbiera, gromadzi i analizuje dane z nich pozyskane. Po przeprowadzeniu analiz zgodnie z zastosowanymi algorytmami sterownik wykonuje zaprogramowane rozkazy do realizacji w danych sytuacjach, np. uruchamianie alarmu w czasie włamania lub pożaru oraz podniesienie komfortu życia codziennego. Najważniejszą cechą wykorzystania różnego rodzaju sensorów jest znaczące obniżenie wydatków na energię elektryczną, poprzez automatyczne wyłączanie oświetlenia w pomieszczeniach, w których nikt nie przebywa, obniżanie temperatury w budynku pod nieobecność domowników itp. [2, 6]. Panele operatorskie umieszczone w każdym ważniejszym pomieszczeniu mają za zadanie znacząco ułatwić obsługę systemu poprzez wykorzystanie wizualizacji oraz czytelnego interfejsu graficznego [4]. Jednostka centralna połączona jest z systemem rozproszonym imodcloud (pracujący w chmurze system do zarządzania instalacjami przemysłowymi) za pomocą modemu GPRS X1000 z opcją bezprzewodowego łącza internetowego [1, 3, 8, 10]. Urządzenia grzewcze i wentylacyjne nadzorowane są za pośrednictwem modułu RTD, który połączony jest z jednostką centralną [9]. Pozostałe urządzania uruchamiane są według potrzeb za pomocą styczników i przekaźników. Z uwagi na to, że sterownik ma niską obciążalność poszczególnych wyjść, konieczne jest zastosowanie elementów przełączających o większej mocy.

35 Pozytywne aspekty zastosowania 35 Rys. 1. Schemat funkcjonalny połączeń Poprzez zastosowanie powyższych elementów składowych uzyskujemy innowacyjne rozwiązanie, w którym w dowolnym momencie można zmieniać konfigurację poszczególnych urządzeń w zależności od potrzeb użytkownika.

36 36 P. Chwietczuk Podsumowanie Przedstawiony w artykule system zarządzania budynkiem mieszkalnym przedstawia możliwości układów PLC jako elementów centralnych, sprawujących rolę zarządzającą, nadzorującą oraz wykonawczą. Wykorzystanie nowoczesnych technologii pracy w chmurze umożliwia użytkownikowi końcowemu na sprawowanie, ograniczonej ze względów bezpieczeństwa (wprowadzenie ograniczeń do zarządzania temperaturą oraz uruchamiania trybu symulowania obecności domowników), bezprzewodowej kontroli nad podłączonymi do systemu urządzeniami, dzięki czemu niezależnie od miejsca przebywania ma on kontrolę nad swoim domem poprzez przeglądarkę internetową lub aplikację mobilną. Uwagę należy zwrócić również na to, że przedstawiony powyżej system został zaprojektowany z uwzględnieniem aspektów bezpieczeństwa użytkowników, takich jak podsystem włamaniowy, pożarowy oraz ostrzegania przed niebezpiecznymi gazami [1, 6, 10]. Pełna funkcjonalność zaprezentowanego systemu oraz zabezpieczeń zostanie zaprezentowana w kolejnym artykule. Literatura [1] Hashimi S., Komatineni S., MacLean D., Android 2. Tworzenie aplikacji, Helion, [2] Kwiatkowski J.,Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, BTC, Legionowo, [3] Matulewski J., Turowski B., Programowanie aplikacji dla urządzeń mobilnych z systemem Windows Mobile, Helion, [4] Morriss S.B., Programmable logic controllers, Prentice Hall, New Jersey [5] Niezabitowska E., Budynek inteligentny. Tom I. Potrzeby użytkownika, a standard budynku inteligentnego, Gliwice [6] Gil A.(red.), Edukacja Techniczna i Informatyczna, Systemy monitoringu w inteligentnym budynku, t.7. Wydawnictwo Akademii im. Jana Długosza, Częstochowa, [7] Monmasson E., Cirstea M.N., FPGA design methodology for industrial control systems - A review, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2007, vol. 54, no. 4, s ; DOI: [8] (data dostępu: ).

37 Pozytywne aspekty zastosowania 37 [9] (data dostępu: ). [10] (data dostępu: ). [11] (data dostępu: ).

38

39 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Tomasz Dembiczak Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa, OKREŚLENIE KORELACJI POMIĘDZY ZAGĘSZCZALNOŚCIĄ A PŁYNNOŚCIĄ MAS FORMIERSKICH POD WYSOKIM CIŚNIENIEM THE DETERMINATION OF CORRELATION BETWEEN COMPACTIBILITY AND LIQUIDYTY OF MOLDING COMPOUNDS UNDER HIGH PRESSURES Wprowadzenie Streszczenie. W pracy przedstawiono wyniki badań mających na celu określenie kore- ciśnie- lacji pomiędzy zagęszczalnością a płynnością mas formierskich pod wysokim niem prasowania. Zakres przeprowadzonych pomiarów obejmował: oznaczenie płynno- wytrzy- ści, zagęszczalności, przepuszczalności, wytrzymałości na ściskanie. Słowa kluczowe: płynność metodą Orłowa, zagęszczalność, przepuszczalność, małość na ściskanie. Abstract: The paper presents results to determine the correlation between compactibi- lity and liquidity of molding compounds under high pressures. The scope of the research includes: liquidity, compactibility, permeability, compressive strength. Keywords: liquidity by Orlov, compactibility, permeability, compression strength. Stan powierzchni odlewu, gładkość, dokładność wymiarowa warunkomas for- wane są przez właściwości wytrzymałościowe i technologiczne mierskich. W celu uzyskania odlewów bez wad należy zwrócić szczególną uwagę na zawartość spoiwa w masie, ponieważ od niej zależą właściwości wybadań trzymałościowe mas formierskich [1 5]. Celem przeprowadzonych było

40 40 T. Dembiczak określenie korelacji pomiędzy zagęszczalnością a płynnością mas formierskich pod wysokim ciśnieniem prasowania. Oceny tej zależności dokonano na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych w Katedrze Odlewnictwa Politechniki Częstochowskiej. Metodyka badań Do sporządzenia masy formierskiej z dodatkiem 12% mieszanki bentonitowej użyto następujących składników: piasku kwarcowego 5280 g, mieszanki bentonitowej 720 g, wody: dla pierwszej masy 180 ml, dla drugiej 230 ml, dla trzeciej 280 ml. Wykonanie masy formierskiej przebiegało w trzech etapach. W etapie pierwszym mieszano składniki do uzyskania masy formierskiej w mieszarce bębnowej przedstawionej na rysunku 1. Czas mieszania wynosił 6 minut: w pierwszej fazie mieszano suche składniki przez 2 minuty, w drugiej fazie do mieszarki wprowadzono połowę wody przewidzianej dla danej masy i mieszano przez następne 2 minuty, po upływie czasu mieszania do masy wprowadzono drugą połowę wody i mieszano przez 2 minuty. W etapie drugim masa formierska została umieszczona w szczelnie zamkniętym naczyniu, na 2 godziny, w celu ujednorodnienia wilgotności. W etapie trzecim przesiano masę formierską przez sito w celu rozbicia grudek i zlepów, tzw. spulchnienie. Po wykonaniu wszystkich zabiegów masa była gotowa do prowadzenia badań. Dokładnie tak samo postępowano z każdą masą. Na przygotowanej masie formierskiej dokonano następujących pomiarów: wilgotności dla pierwszej masy wyniosła 3%, dla drugiej 3,83% natomiast dla trzeciej 4,66%, płynności metodą Orłowa wykonano dla trzech mas o zmiennych zawartościach wilgoci i o zmiennym nacisku ciśnienia prasowania, zagęszczalności wykonano dla trzech mas o zmiennych zawartościach wilgoci i zmiennym nacisku ciśnienia prasowania, przepuszczalności wykonano dla masy pierwszej o zawartości wilgoci 3% i zmiennym nacisku ciśnienia prasowania, wytrzymałości na ściskanie wykonano przy zmiennym nacisku ciśnienia prasowania dla masy pierwszej o zawartości wilgoci 3%.

41 Określenie korelacji 41 Rys. 1. Mieszarka bębnowa znajdująca się w laboratorium Katedry Odlewnictwa Politechniki Częstochowskiej Oznaczenie zawartości wilgoci przy użyciu suszarki pośpiesznej Do oznaczenia zawartości wilgoci użyto wykonanej masy formierskiej. Do trzech naczynek wagowych odważono po 50 g masy, z dokładnością do 0,01 g. Następnie naczynka umieszczono w laboratoryjnej suszarce pośpiesznej typu Laps, przedstawionej na rysunku 2, w której czas suszenia wynosił 15 minut. Temperatura suszenia wynosiła ok ºC. Wysuszone próbki chłodzono w temperaturze pokojowej, a następnie ważono. Zawartość wilgoci w badanych próbkach obliczono wg wzoru [1]: ( a b) W = 100 [ ] a % (1) gdzie: a masa próbki przed suszeniem (wilgotna) [g], b masa próbki po suszeniu (sucha) [g]. Za wynik przyjęto średnią arytmetyczną z trzech oznaczeń. Rys. 2. Suszarka pośpieszna trójstanowiskowa typu LAPS

42 42 T. Dembiczak Wykonanie próbek z masy formierskiej do badań Szereg własności technicznych mas formierskich określa się na kształtkach laboratoryjnych. Kształtki walcowe służą do oznaczenia przepuszczalności, płynności, wytrzymałości na ściskanie [6]. Wykonanie kształtek walcowych przebiegało następująco: przygotowaną masę formierską wsypano do tulejki niedzielonej przy użyciu lejka (rys. 3a), następnie tulejkę wstawiono do gniazda roboczego w otwór centrujący praski typu LPr, przedstawionej na rysunku 3b. Praska ta jest przeznaczona do wykonania znormalizowanych kształtek walcowych o średnicy50 50 ± 1mm przy zmiennych naciskach jednostkowych w zakresie do 3 MPa, a przy zastosowaniu specjalnych podstawek do tulejek również do oznaczenia zagęszczalności mas i płynności. a) b) Rys. 3. Wykonanie próbek z masy formierskiej: a) zespół oprzyrządowania do wykonania kształtek walcowanych, b) praska typu LPr do wykonania kształtek Oznaczenie płynności metodą Orłowa Pomiar polegał na wciskaniu penetratora (kulki, stożka) w powierzchnię zagęszczonej masy badanej [6, 7]. Za miarę płynności przyjęto procentowy stosunek twardości powierzchni B do twardości powierzchni C badanej kształtki wg równania 2. TB P O = 100 [%] (2) T C gdzie: P 0 płynność masy formierskiej, T B twardość powierzchni B badanej kształtki, T C twardość powierzchni C badanej kształtki.

43 Określenie korelacji 43 Rys. 4. Tuleja i podstawka do pomiaru płynności metodą Orłowa Oznaczenie zagęszczalności Oznaczenie zagęszczania opiera się na pomiarze zmniejszenia wysokości słupa luźno nasypanej do tulejki masy pod wpływem stałego nacisku prasującego. Za wynik pomiaru przyjęto średnią arytmetyczną trzech oznaczeń. Rys. 5. Przystawka do przesiewania masy do badania zagęszczalności Oznaczenie przepuszczalności Wskaźnik przepuszczalności charakteryzuje zdolność masy do odprowadzenia gazów wydzielających się podczas zalewania i po wypełnieniu formy ciekłym metalem. Jest on zależny bezpośrednio od kształtu, wielkości i ilości wolnych przestrzeni miedzy ziarnami osnowy [8]. Współczynnik przepuszczalności zdefiniowano równaniem 3 [6, 7]:

44 44 T. Dembiczak V h P = [m 2 /(Pa s)] (3) F p τ gdzie: P przepuszczalność [m 2 /(Pa s)], V objętość powietrza przepływającego przez znormalizowaną kształtkę walcową [m 3 ], h wysokość kształtki [m], F powierzchnia przekroju poprzecznego kształtki walcowanej [m 2 ], p ciśnienie powietrza pod kształtką [Pa], τ czas przepływu objętości powietrza V przez kształtkę [s]. Pomiar powtórzono trzykrotnie dla każdego parametru prasowania, po czym obliczono średnią wartość przepuszczalności. Rys. 6. Aparat elektryczny typu LPiR do oznaczenia przepuszczalności Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie Własności wytrzymałościowe mas należą do najważniejszych parametrów warunkujących uzyskanie dobrych odlewów. Wymagania stawiane masom są rozmaite i zależą od rodzaju i jakości stopu, wielkości i stopnia skomplikowania odlewu oraz od technologii wykonania formy i rdzeni. Zasada pomiaru polegała na wywieraniu na kształtce obciążenia zewnętrznego, aż do jej zniszczenia, a następnie odczytaniu lub obliczeniu wartości wytrzymałościowych (rys. 7). Wytrzymałość na ściskanie określono zgodnie z równaniem 4 [6, 7]: FC 4 F RC = = [MPa] (4) 2 S π d O gdzie: F c siła ściskająca [ N ], S 0 powierzchnia początkowa przekroju podłużnego kształtki walcowej [mm 2 ], d 0 początkowa średnica kształtki [mm], h wysokość kształtki [mm]. 0

45 Określenie korelacji 45 Rys. 7. Aparatura do oznaczenia wytrzymałości na ściskanie mas formierskich Analiza wyników badań Wykonane badania pozwoliły uzyskać informację o własnościach mas formierskich. Najważniejszą ich częścią było dokonanie pomiarów zagęszczalności i płynności metodą Orłowa. Dla tych własności przeprowadzono badania mas o trzech różnych wilgotnościach. Pomiary przeprowadzono przy zmiennych wartościach ciśnienia prasowania. W tabeli pierwszej przedstawiono uśrednione wyniki badań zagęszczalności i płynności metodą Orłowa. Tab. 1. Wyniki badań laboratoryjnych Nr. masy Skład masy: piasek, bentonit, woda [kg] Wilgotność [%] Ciśnienie prasowania [MPa] Płynność metodą Orłowa [%] Zagęszczalność Z [%] I 5,28 0,72 0, ,8 91,4 97,4 96,5 96,4 57,2 59,2 58,7 59,3 60,7 II 5,28 0,72 0,23 3, ,3 88,2 95,6 94,9 95,0 59,2 62,3 62,3 61,7 61,3 III 5,28 0,72 0,28 4, ,2 90,6 92,9 92,9 92,4 67,5 69,2 68,8 69,5 70

46 46 T. Dembiczak W tabeli drugiej przedstawiono wyniki pomiarów wytrzymałości na ściskanie oraz przepuszczalności dla masy pierwszej o zawartości wilgoci 3%. Tab. 2. Pomiar wytrzymałości oraz przepuszczalności dla masy pierwszej Ciśnienie prasowania [MPa] Wytrzymałość R C Przepuszczalność 10 8 m 2 Pa s ,88 0,91 0,94 0,96 0, Zagęszczalność mas formierskich o zmiennych parametrach wilgotności oraz ciśnienia prasowania przedstawiono w postaci graficznej na rysunku Zagęszczalność Z [%] Ciśninie prasowania [MPa] Masa o wilgotności 3,00% Rys. 8. Zależność zagęszczalności od ciśnienia prasowania mas o różnych wilgotnościach W przypadku badania zagęszczalności mas o różnych wilgotnościach (3%, 3,83% i 4,66%) przy zmiennych wartościach ciśnienia prasowania (10, 15, 20, 25, 30 MPa) zaobserwowano, że najmniejszy wzrost zagęszczalności wykazała masa o wilgotności 3% przy cisnieniu prasowania 10 Mpa, zagęszczalność wyniosła 57,2%, natomiast przy ciśnieniu prasowania 20 MPa odnotowano wzrost zagęszczalności do poziomu 58,7%. Przy wzroście ciśnienia prasowania do 30 MPa zaobserwowano największy wskaźnik zagęszczalności, tj. 66,7%. Dla masy o wilgotności 3,83% przy ciśnieniu prasowania 10 MPa wskaźnik zagęszczalności wyniósł 59,2%, przy wzroście ciśnienia prasowania do

47 Określenie korelacji MPa odnotowano największy wskaźnik zagęszczalność, tj. 62,3%, natomiast przy zwiększonym ciśnieniu prasowania do 30 MPa przepuszczalność wskazuje tendencję spadkową do poziomu 61,3%. Dla masy o wilgotności 4,66% zaobserwowano największą zagęszczalność spośród wszystkich zbadanych mas o różnych wilgotnościach. Przy ciśnieniu prasowania 10 MPa wskaźnik wyniósł 67,5%, zauważono również minimalny spadek zageszczalności (68,8%) przy ciśnieniu prasowania 20 MPa w stosunku do ciśnienia 15 MPa gdzie wskaźnik wyniósł 69,2%. Przy wzroście ciśnienia do 30 MPa zagęszczalność była największa i wyniosła 70%. Na rysunku 9 przedstawiono płynność masy formierskiej metodą Orłowa względem zmiennych parametrów wilgotności oraz ciśnienia prasowania Płynność Orłowa [%] Masa o wilgotości 3,00% Ciśnienie prasowania [MPa] Rys. 9. Zależność płynności od ciśnienia prasowania mas formierskich o różnej wilgotności W przypadku badania płynności metodą Orłowa mas o różnych wilgotnościach i różnych ciśnieniach prasowania wykazano że masa o wilgotności 3% posiada najwyższy parametr płynności 97,4% przy ciśnieniu prasowania 20 MPa. Natomiast przy użyciu masy o wilgotności 3,8% najwyższy parametr płynności wynosi 95,6%, przy ciśnieniu prasowania 20 MPa. W przypadku mas o wilgotności 4,7% płynność wynosi 92,9%, przy ciśnieniu prasowania 20 MPa. Na rysunku 10 zaprezentowano badania przepuszczalności dla masy o wilgotności 3%. Zaobserwowano, że przy wzroście ciśnienia prasowania, przepuszczalność maleje. Stopniowy spadek przepuszczalności następuje przy ciśnieniach prasowania MPa, gwałtowny przy zwiększeniu ciśnienia do MPa, przy dalszym zwiększaniu ciśnienia przepuszczalność stopniowo spada.

48 48 T. Dembiczak Rys. 10. Zależności przepuszczalności od ciśnienia prasowania masy przy wilgotnościi 3% Na rysunku 111 przedstawiono zależność wytrzymałości na ściskanie od ciśnienia prasowania masy formierskiej o zawartości wilgoci 3%. Zaobserwo- wano, że wraz ze wzrostem ciśnienia prasowania wytrzymałość rośnie. Rys. 11. Zależność wytrzymałości od ciśnienia prasowania masy przy wilgotności 3% Na rysunku 12, w oparciu o przeprowadzone badania, przedstawiono koprogramu relację pomiędzy zageszczalnością a płynnością, z wykorzystaniem Microsoft Excel Linia trendu wyznaczona za pomocą programu prawie idealnie pokrywa się z wartościami uzyskanych badań. Wyznaczenie linii tren- du można opisać równaniem y=2,791x-184,2.

49 Określenie korelacji 49 Rys. 12. Korelacja pomiędzy zagęszczalnością a płynnością Orłowa masy formierskiej Wnioski W celu określenia korelacji pomiędzy zagęszczalnością a płynnością dla mas formierskich wykonano badania laboratoryjne, które wykazały: 1. Największy wskaźnik zagęszczalności 70% otrzymano przy ciśnieniu prasowania 30 MPa dla masy o wilgotności 4,66%. 2. Najwyższy wskaźnik płynności otrzymano dla masy o wilgotności 3% przy cisnieniu prasowania 30 MPa. 3. Najlepszą przepuszczalność uzyskano przy ciśnieniu prasowaniaa 10 MPa. 4. Największą wytrzymałość na ściskanie R c =0,97 MPa otrzymano przy ci- wykaza- śnieniu prasowania 30 MPa. 5. Porównanie zależności pomiędzy zagęszczalnością a płynnościąą ło, że wraz ze wzrostem płynności rośnie zagęszczalność i korelację mię- dzy tymi parametrami można opisać równaniem liniowym. Literatura [1] Lewandowski L., Materiały formierskie, Państwowe Wydawnictwo Na- Nauko- ukowe Warszawa [2] Lewandowski L., Masy formierskie i rdzeniowe, Wydawnictwo we PWN Warszawa [3] Lewandowski L., Tworzywa na formy odlewnicze, Wydawnictwo Akapit 1997 Kraków.

50 50 T. Dembiczak [4] Perzyk M., Waszkiewicz S., Kaczorowski M., Jopkiewicz A., Odlewnictwo, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, [5] Baranowski A., Poradnik inżyniera. Odlewnictwo, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa [6] Sakwa W., Wachelko T., Janicki E., Technologia i praktyka technologii materiałów formierskich, Wydawnictwo Śląsk, Katowice [7] Warchala T., Technologia modelu i formy. Skrypt uczelniany, Częstochowa [8] Wierzbicka B., Soiński M.S., Technologia odlewnictwa, Skrypt Politechniki Częstochowskiej 16, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej 1996.

51 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Renata Gnatowska Politechnika Częstochowska al. Armii Krajowej 21, Częstochowa gnatowska@imc.pcz.czest.pl DETEKCJA CHARAKTERYSTYCZNYCH OBSZARÓW OPŁYWU OBIEKTÓW METODĄ WIZUALIZACJI POWIERZCHNIOWEJ Streszczenie. W niniejszym artykule przedstawiono sposób wykorzystania prostych me- prac tod wizualizacji przepływu do wspomagania procesów projektowania i realizacji badawczych obejmujących tematykę związaną z zagadnieniami opływu obiektów budow- bezpie- lanych przez strumień powietrza, w tym rozwiązywania problemów inżynierii czeństwa. Opisano proces rozpoznawania informacji użytkowych przedstawionej metody oraz zilustrowano jej wykorzystanie na przykładach konkretnych obiektów technicznych. Poniższy materiał przedstawia fragmenty prac badawczych prowadzonych przez autorkę niniejszego artykułu. Analizie poddano obszar przepływu w otoczeniu modelu prostopa- technikę dłościennego usytuowanego na podłożu. W badaniach wykorzystano olejową wizualizacji powierzchniowej uzupełnionej pomiarami termoanemometrycznym mi. Słowa kluczowe: wizualizacja powierzchniowa, badania eksperymentalne, inżynieria bezpieczeństwa. DETECTION OF CHARACTERISTIC FLOW AREAS OF OBJECTS USING A VISUALIZATION METHOD Abstract. This article shows how to use simple visualization methods to support the design and execution of research work related to the topics of airflow around buildings, including safety engineering problems. Describes the process of detection operating information presented method and illustrates its use for examples of specific technical objects. The following material presents fragments of experimental research conducted by the author. The study used an oily surface visualization technique supplemented by anemometry measurements. Keywords: oil surface visualization, experimental research, safety engineering.

52 52 R. Gnatowska Wstęp Proces powstawania nowych osiedli mieszkaniowych, zakładów przemysłowych itp. obiektów składa się z wielu etapów, wśród których jednym z najistotniejszych jest etap projektowania. Poprawna realizacja tej fazy pozwala uniknąć szeregu problemów. Dlatego też tak istotną rolę odgrywają obecnie narzędzia wspomagające proces projektowania. Uzyskane na tym etapie wyniki pozwalają niejednokrotnie na obniżenie kosztów, ale również mogą posłużyć zapewnieniu komfortu i bezpieczeństwa konkretnego obiektu. Informacje niezbędne projektantom osiedli mieszkaniowych i obiektów przemysłowych w celu zapewnienia komfortu mieszkańcom, poprzez wyeliminowanie silnych podmuchów oraz przeciągów i hałasu wywołanego ruchem powietrza przy niekorzystnych warunkach opływu, to przede wszystkim informacja o polu prędkości wiatru. Analogiczne informacje przydatne są podmiotom (Policja, PSP, miejskie jednostki organizacyjne, centrum zarządzania kryzysowego) biorącym udział w reagowaniu na sytuacje kryzysowe w przypadku powstania zagrożenia, m.in. typu skażenie. Na podstawie aerodynamicznych badań modeli zabudowy przemysłowej przewidywać można również przebieg rozprzestrzeniania dymu i pyłów unoszących się z kominów ciepłowniczych i fabrycznych oraz lokalizację miejsc o szczególnie dużej koncentracji zanieczyszczeń (Gnatowska, 2009; Li, Stathopoulos, 1997). Badania pojedynczych modeli o różnej geometrii i zmiennym usytuowaniu względem kierunku napływu wiatru pozwalają na sformułowanie wskazówek sprzyjających właściwemu projektowaniu bardziej złożonych rzeczywistych układów architektonicznych (Aynsley i in., 1987). Celem niniejszej pracy jest analiza pola przepływu wokół obiektu prostopadłościennego będącego modelem elementu zabudowy zlokalizowanej w obszarze atmosferycznej warstwy przyziemnej. W badaniach eksperymentalnych posłużono się olejową techniką wizualizacji, umożliwiającą detekcję charakterystycznych stref przepływu w otoczeniu wiatrowym opływanego modelu. Uzupełnieniem tych danych są wyniki analizy spektralnej turbulentnych fluktuacji prędkości w wybranych punktach bliskiego śladu za obiektem. Opis techniki wizualizacji Źródłem szybkiej i łatwej do uzyskania informacji jakościowej w aerodynamicznych badaniach modeli zabudowy są metody wizualizacyjne. Zastosowana w relacjonowanych tu badaniach olejowa technika wizualizacji powierzchniowej polega na powlekaniu podłoża w otoczeniu modelu cienką warstewką zawiesiny dwutlenku tytanu w kwasie oleinowym z dodatkiem oleju parafinowego. Dla zapewnienia odpowiedniego kontrastu oraz łatwości formo-

53 Detekcja charakterystycznych obszarów 53 wania się obrazu model ustawiano na czarnej, gładkiej płycie, osadzonej w dolnej ścianie tunelu aerodynamicznego. Bieżącą rejestrację przemieszczania się warstwy zawiesiny umożliwiała kamera umieszczona nad obiektem. Przydatność i fizykalna prawidłowość zastosowanej w niniejszej pracy olejowej techniki wizualizacji powierzchniowej dyskutowana była w jednej z prac Hunta i in. (1978). Uzasadniali oni poprawność założenia, że średnie przemieszczenie cząsteczek w cienkiej warstwie zawiesiny olejowej jest lokalnie równoległe do wektora prędkości średniej cząsteczek powietrza bezpośrednio nad powierzchnią. Problem możliwości pominięcia interakcji między zawiesiną olejową a przepływem w tego typu badaniach rozważany był również przez Laneville a i in. (1983). Stwierdzili oni dopuszczalność takiego założenia, zwracając jednocześnie uwagę na właściwy dobór lepkości mieszaniny, która wyznacza długość czasu uśredniania obserwowanego procesu. Czas ten winien znacznie przekraczać okres wynikający z liczby Strouhala, charakterystycznej dla opływu danego obiektu. Warunki eksperymentu Na wlocie do sekcji pomiarowej wygenerowano profil prędkości o kształcie i poziomie turbulencji zbliżonym do atmosferycznej warstwy przyziemnej uformowanej w obszarze podmiejskim charakteryzującym się niewielkim poziomem aerodynamicznej chropowatości. Grubość modelowanej warstwy przyziemnej w miejscu usytuowania modelu wynosiła δ = 80mm, natomiast prędkość na granicy warstwy U o = 11 m / s. Badany model o kształcie prostopadłościanu o kwadratowym przekroju poprzecznym, którego wymiar D = 40 mm, usytuowano w przepływie zgodnie z układem osi zaprezentowanym na rysunku 1. Wielkością zmienną w była wysokość obiektu H przyjmująca wartości względne H / δ = 0, 1; 0, 2; 0, 4; 0, 8; 1, 0; 1, 2. Rys. 1. Schemat badanego układu przepływowego

54 54 R. Gnatowska Wyniki badań Obraz przepływu wokół trójwymiarowego ciała o kształcie nieopływowym, umieszczonego na powierzchni z uformowaną warstwą przyścienną (rys. 2), cechuje duży stopień złożoności, bowiem koncentrują się tu problemy znane z trudności zarówno eksperymentalnego, jak i matematycznego ich opisu, jak np. stagnacja, oderwanie, cyrkulacja, wirowość. Na przedstawionym na rysunku 2 schemacie przestrzennym linii prądu, zaczerpniętym z pracy Hoskera (1978), wyodrębnić można podstawowe charakterystyczne obszary w przepływie tego typu: obszar formującego się przed obiektem wiru podkowiastego (1), przepływ górny (2), rejony bliskiego (3) i dalekiego (4) śladu. Wg interpretacji Hunta i in. (1978) na obraz przepływu wokół obiektu składa się szereg punktów separacji i przylgnięcia, sklasyfikowanych jako osobliwe punkty węzłowe i siodłowe. Rys. 2. Schemat struktury przepływu wiatru wokół pojedynczego elementu posadowionego na podłożu (Hunt, 1971) Na rys. 2 zaznaczono dwa podstawowe punkty separacji pierwotny S i wtórny S 1, występujące w procesie generacji wiru podkowiastego. Odległość punktu wtórnej separacji od przeszkody daje przybliżony wymiar wiru podkowiastego, natomiast linia przechodząca przez punkt separacji pierwotnej wyznacza zakres oddziaływania ujemnego gradientu ciśnienia wywołanego obecnością modelu. Zasięg bliskiego śladu określa linia przylegania przepływu górnego do podłoża. Na linii tej następuje zmiana kierunku przepływu nad powierzchnią.

55 Detekcja charakterystycznych obszarów 55 a) b) c) Rys. 3. Obrazy przepływu uzyskane techniką wizualizacji olejowej: a) H / δ = 0, 2 ; b) H / δ = 0,4 ; c) H / δ = 0, 8

56 56 R. Gnatowska Zestawienie przedstawionego na rysunku 2 schematu opływu prostopadłościanu z obrazem uzyskanym metodą powierzchniowej wizualizacji olejowej (rys. 3a c) dowodzi, że technika ta umożliwia lokalizację charakterystycznych obszarów analizowanego pola prędkości. Zarejestrowany obraz w szczególności umożliwia określenie parametrów geometrycznych opływu, takich jak: szerokość śladu (B), odległość punktu wtórnej separacji od przeszkody (S), zasięg bliskiego śladu (M), dystans pary wirów zakrawędziowych od tylnej ściany obiektu (a), poprzeczna odległość osi pary wznoszących się wirów (b). Ukazane na rys. 3a c uśrednione linie prądu przy powierzchni podłoża wokół opływanego modelu odpowiadają różnym wartościom parametru H / δ wyznaczającego stopień zanurzenia obiektu w warstwie przyściennej oraz zmieniającym się względnym wysokościom modelu H / D (rys. 1). Parametry przepływu wokół badanego obiektu wyznaczone na podstawie utrwalonych obrazów powierzchniowych trajektorii cząstek przedstawione zostały na rys. 4a. Obserwowany w przypadku wyższych modeli proporcjonalny wzrost zasięgu bliskiego śladu M/D spowodowany jest w tym przypadku większą energią kinetyczną przepływu górnego, co opóźnia jego przylgnięcie do podłoża. Podkreślić tu należy, że uzyskane obrazy nie wskazują na fakt ponownego przylgnięcia oderwanej strugi do bocznej powierzchni modelu, co mogłoby prowadzić do redukcji obszaru przepływów wtórnych za opływanym ciałem. Dwa pozostałe parametry, a więc zarówno rozmiar wiru podkowiastego przed przeszkodą S/D, jak i szerokość śladu B/D stabilizują się wówczas, gdy wysokość opływanej bryły zbliża się do granicy warstwy przyściennej. a) b) Rys. 4. Wpływ względnej wysokości obiektu na: a) parametry geometryczne badanego pola prędkości; b) położenie wirów zakrawędziowych

57 Detekcja charakterystycznych obszarów 57 Technika wizualizacji olejowej umożliwia lokalizację charakterystycznych obszarów analizowanego pola prędkości. Ponadto, stwarzając możliwość wstępnego rozpoznania geometrii przepływu wokół obiektu, metoda ta daje podstawy do dalszych prac mających na celu określenie parametrów typu rozkład prędkości tego złożonego obszaru przy użyciu innych metod pomiaro- Bardziej złożona jest relacja między stopniem zanurzenia modelu w warstwie ( H / δ ) a usytuowaniem wirów zakrawędziowych (rys. 4b). Osie tych wirów przybliżają się oraz oddalają od siebie w zależności od wysokości obiektu, a w przypadku modeli wysuniętych poza strefę warstwy następuje pełna interferencja (zespolenie) tych dwóch struktur wirowych, przy jednoczesnym narastaniu odległości strefy cyrkulacji od przeszkody a/d. Rezultaty te pozostają w ścisłym związku z poziomem turbulentnych 2 u x u 2 y fluktuacji prędkości oraz, których rozkład wzdłuż linii łączącej osie wirów zakrawędziowych przedstawiono na rys. 5a i b. Naniesione tu linie odpowiadają różnym odległościom od podłoża z/h i dotyczą obiektu o względnej wysokości H / δ = 0,4. a) b) Rys. 5. Wariancja fluktuacji a) wzdłużnych, b) poprzecznych prędkości Zwraca uwagę odmienny charakter tych rozkładów w trawersie wychodzącym poza strefę tylnej ściany obiektu (z/h>1). Nie obserwuje się tu m.in. wysokiego poziomu turbulencji charakterystycznego dla obszaru w pobliżu krawędzi (y/d 0,5) i występującego bliżej podłoża (z/h<1). Podsumowanie

58 58 R. Gnatowska wych, których zastosowanie jest ułatwione znajomością położenia charakterystycznych stref badanego przepływu. Znajomość opisanych właściwości aerodynamicznych pozwala określić np. lokalizację silnych podmuchów oraz przeciągów i hałasu, czy przebieg rozprzestrzeniania dymu i pyłów unoszących się z kominów ciepłowniczych i fabrycznych oraz lokalizację miejsc o szczególnie dużej koncentracji zanieczyszczeń. Z uwagi na powyższe, przedstawiona eksperymentalna metoda wizualizacji może w sposób istotny wesprzeć proces projektowania oraz usprawnić analizę bezpieczeństwa w otoczeniu badanych obiektów. Literatura [1] Gnatowska R., Numerical modeling of unsteady phenomena in flow around bluff-bodies in tandem arrangement, Proceedings of 3rd International Conference on Experiments/ Process/ System Modelling/ Simulation/ Optimization (IC-EpsMsO), ISBN , Athens [2] Li Y., Stathopoulos, T. Numerical evaluation of wind-induced dispersion of pollutants around a building. J. of Wind Engng and Ind. Aerodynamics, 1997, p ; DOI: [3] Aynsley R.M., Melbourne W., Vickey B.J., Architectural Aerodynamics, Appl. Science Publisher LTP, London [4] Hunt J.C.R., Abell C.J., Peterka J.A., Woo H., Kinematical Studies of the Flows Around Free or Surface-Mounted Obstacles; Applying Topology to Flow Visualization, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 86, 1978, p ; DOI: [5] Laneville A., Lu Zhi Yong, Mean flow patterns around two-dimensional rectangular cylinders and their interpretation. J. of Wind Engn. And Ind. Aerodyn. Vol. 14, 1983, p ; DOI: [6] Hosker R.P. Jr., Empirical estimation of wake cavity size behind block-type structures, Publ. by Am.Meteorol. Soc., Boston, Mass, 1978, p [7] Hunt J.C.R., The effect of single buildings and structures. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 269, 1199, 1971, p

59 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Dawid Kaszuba Wyższa Szkoła Biznesu w Dąbrowie Górniczej ul. Cieplaka 1c, Dąbrowa Górnicza dawkas@op.pl POLICJA TYPEM BIUROKRACJI WEBEROWSKIEJ W ZARZĄDZANIU Streszczenie. Według Maxa Webera, biurokracja, obejmująca wszystkie aspekty życia, od nauki, przez oświatęę i rządzenie, jest warunkiem istnienia społeczeństwa racjonalne- wprost do go. Choć Weber w swoich rozważaniach na temat biurokracji nie odnosi sięę formacji policyjnej, to można zauważyć duże podobieństwo biurokratycznej formy pracy urzędnika, w jego wizji, do instytucji policyjnej. Autor w artykule Policja typem biurokracji Weberowskiej w zarządzaniu podnosi kwestię zbieżności obrazującej aktu- idealne- alny aspekt prawny policji, który wpisuje się w pogląd Maxa Webera na temat go funkcjonowania biurokracji w zarządzaniu. Nie ogranicza się przy tym tylko do samej instytucji Policji, ale wskazuje również podobieństwo do innych formacji o cha- Policja rakterze mundurowym. Słowa kluczowe: Policja, biurokracja Weberowska, Policja w zarządzaniu, typem biurokracji. POLICE AS A TYPE OF WEBERIAN BUREAUCRACY IN MANAGEMENT Abstract. According to Max Weber, bureaucracy, which covers all aspects of life, from science through education and governance, is a prerequisite for the existence of a ra- not refer tional society. Althoughh Weber in his deliberations on the bureaucracy does directly to the police force, you would notice a strong resemblance bureaucratic forms of official in his vision for the institution of police. The author in the article Police as a type of Weberian bureaucracy in management raises the issue of convergence illuson the per- trating the current legall aspect of the police, which is part of Weber's view fect functioning of the bureaucracy in management. He does not talk only about Police, but also shows similarities to other uniformed formations.

60 60 D. Kaszuba Keywords: the police, weberian bureaucracy, police in management, police as a type of bureaucracy. Wprowadzenie Max Weber w swojej działalności naukowej zajmował się szeregiem dziedzin, takich jak: socjologia, filozofia, religioznawstwo, ekonomia, organizacja i zarządzanie. Był człowiekiem o nieprzeniknionym umyśle i szerokich perspektywach naukowych. Mocno związany był z nurtem administracyjnym, jaki wyodrębnił się w ramach szkoły klasycznej nauki o zarządzaniu. Człowiekiem, który najbardziej starał się przybliżyć sylwetkę Webera światu, był między innymi Karl Jaspers. Pisał on o nim z podziwem, można stwierdzić, że niemalże z uwielbieniem: Max Weber nie nauczał filozofii; on był filozofią 1. Wśród szeregu jego osiągnięć i niewątpliwego wpływu na wiele dziedzin życia i pól naukowych najważniejszym osiągnięciem była teoria władzy i koncepcja organizacji biurokratycznej. Przy czym władza definiowana była przez niego jako prawdopodobieństwo, iż pewne lub wszystkie polecenia pochodzące z określonego źródła znajdą posłuch w określonej grupie, dając możliwość podporządkowania swojej woli zachowań innych osób 2. Biurokracja Weberowska Weber wyróżniał trzy typy władzy: tradycyjną, charyzmatyczną, legalną. Pierwsza wynika z nienaruszalności odwiecznych obyczajów występujących w danej społeczności. Druga jest związana z osobistym oddaniem przywódcy. Trzecia czerpie z wiary podwładnych w to, że przepisy i normy prawne są prawomocne, a osoby wykonujące władzę mają stosowne uprawnienia 3. Wskazane typy, według ich autora, są modelami idealnymi, które w czystej postaci nie występują. Gdyby analizować przykłady różnych osób sprawujących władzę, można byłoby wskazać na występujące cechy charakterystyczne dwu lub wszystkich trzech typów. Weber uważał, że każdy z trzech typów władzy 1 K. Jaspers, Max Weber, Politikier-Forscher-Philosoph, 3. Auf. Munchen 1958, s M. Dołhasz, J. Fudaliński, M. Kosala, H. Smutek, Podstawy zarządzania, koncepcje strategie zastosowania, PWN, Warszawa 2009, s M. Weber, Gospodarka i społeczeństwo zarys socjologii rozumiejącej, PWN, Warszawa 2002, s. 692.

61 Policja typem biurokracji 61 dla właściwego i sprawnego działania wymaga odpowiedniego aparatu administracyjnego. Pojęcie organizacji zdefiniował on jako funkcjonowanie tegoż aparatu i uznał, że najbardziej racjonalną jej formą jest biurokracja czysta, czyli monokratyczna. Ma ona zastosowanie w przypadku władzy legalnej. Biurokracja czysta charakteryzuje się hierarchiczną strukturą organizacyjną, podziałem pracy wewnątrz administracji, trwałymi przepisami w sprawie merytorycznego załatwiania spraw, doborem pracowników według kwalifikacji oraz oddzieleniem spraw stanowiska pracy od osobistej własności i spraw osób, które zajmują te stanowiska. Według Maxa Webera, wielkie organizacje mają zawsze charakter biurokratyczny, choć sam, tworząc tą teorię, nie był nominalnym autorem pojęcia biurokracja. Termin ten ukuł niejaki Monsieur de Gournay w 1745 roku ze słowa biuro, w znaczeniu gabinetu i stołu do pisania, wywodzącego się od greckiego czasownika rządzić. Zatem biurokracja to rządy urzędników. Pierwotnie stosowano to określenie wyłącznie do urzędników państwowych, ale z czasem stopniowo zaczęto posługiwać się nim w odniesieniu do wielkich organizacji w ogóle 4. Można również powiedzieć, że biurokracja to także procedury i zadania związane z danym systemem administrowania, np. państwem lub organizacją formalną, oraz ludzie zajmujący się administrowaniem 5. S. Andreski twierdzi, że terminu biurokracja używa się w czterech różnych znaczeniach. Jego zdaniem biurokracja to: zbiór ludzi pełniących funkcje administracyjne w sposób zgodny z opisem Webera, sieć relacji, która tych ludzi wiąże, władza, którą posiadają jako grupa, różne rodzaje złego funkcjonowania machiny administracyjnej. Wszystkie te cztery rozumienia występują we współczesnej literaturze socjologicznej, jednak zdaniem Andreskiego mówiąc o biurokracji, należy mówić jedynie o trzecim z wymienionych czterech znaczeń, czyli, wtedy gdy władza administratorów jest większa niż jakiejkolwiek innej grupy przywódców lub ludzi obdarzonych autorytetem 6. Samo pojęcie od początku swojego istnienia spotykało się z nieprzychylnością środowisk naukowych i nie tylko. De Gournay określał rosnącą władzę urzędników mianem choroby zwanej biuromanią. Francuski powieściopisarz Honore de Balzac nazywał biurokrację gigantyczną władzą pigmejów. Nie trudno zauważyć analogię do dzisiejszych czasów, kiedy to w przypadkach mniej lub bardziej uzasadnionych również poddaje się strukturę administracyjną państwa, nie tylko polskiego, negatywnym ocenom, wskazując na niewłaściwy wpływ biurokracji na sprawność funkcjonowania instytucji prywatnych, 4 A. Giddens, Socjologia, PWN, Warszawa 2008, s G. Marshall (red.), Słownik socjologii i nauk społecznych, PWN, Warszawa 2008, s S. Andreski, Maxa Webera olśnienia i pomyłki, PWN, Warszawa 1992.

62 62 D. Kaszuba ale również i państwowych. Często w mediach spotkać możemy określenia wskazujące na biurokrację jako pewnego rodzaju hamulec wszelkich zmian i usprawnień instytucjonalnych i ogólnopaństwowych. Niemniej jednak wśród skrajnych ocen dostrzec możemy również krytykę całego aparatu administracyjnego (biurokratycznego) jak i pracowników instytucji administracyjnych, którzy nieraz wskazywani są jako winowajcy wszelkich niepowodzeń czy też usprawiedliwienie niewiedzy obywatelskiej. Abstrahując od obecnych ocen systemu administracyjnego i towarzyszącemu jej systemowi biurokratycznemu, wskazać należy, iż w rozwoju biurokracji Max Weber dostrzegał różne zagrożenia. Naukowiec zauważał zarówno pozytywne, jak i negatywne aspekty tego zjawiska, w nim jednak nieuchronną przyszłość społeczeństwa nowoczesnego. Według Webera biurokracja, obejmująca wszystkie aspekty życia, od nauki, przez oświatę i rządzenie, jest warunkiem istnienia społeczeństwa racjonalnego 7. Podstawowym elementem Weberowskiej biurokracji jest urzędnik. Cechy takiego urzędnika to: 1. Osobista wolność i mianowanie na stanowisko na podstawie umowy Sprawowanie władzy mu powierzonej zgodnie z bezosobowymi prawami i traktowanie wykonywania powierzonych mu zadań jako swojego obowiązku urzędowego. 3. Stanowisko i rodzaj pracy urzędnika zależą od jego kwalifikacji. 4. Praca administracyjna jest głównym zajęciem urzędnika (nie może być to praca dorywcza). 5. Za swoją pracę otrzymuje regularne wynagrodzenie, perspektywę dożywotniego zatrudnienia oraz ciągłego awansu. Zdaniem naukowca, każdy urzędnik uwikłany w biurokratyczny model zarządzania jest ściśle określany przez swoje stanowisko. Nie liczą się tu jego cechy osobowości, charakteru, ale zdobyte i potwierdzone dyplomami i tytułami kwalifikacje. Urzędnik nie jest również właścicielem swoich narzędzi pracy ani stanowiska. Pracownik na zasadzie kontraktu wykonuje określone obowiązki, za co dostaje wynagrodzenie pieniężne, które jest jego podstawowym lub jedynym źródłem utrzymania. Co warte zauważenia, płaca urzędnika nie zależy od jego osiągnięć i wykonanych zadań, lecz od stanowiska, jakie zajmuje w hierarchii i ewentualnie od odpowiedniej wysługi lat. Max Weber podkreślał fakt otrzymywania stałego uposażenia, a to powinno zależeć od pewnego stopnia odpowiedzialności. Zwracał uwagę, że wszystkie rodzaje wyposażenia urzędników w możliwość przyznawania im świadczeń i pożytków w naturze 7 A. Giddens, Socjologia. 8 M. Weber, Gospodarka i społeczeństwo, s Weber wprost wskazywał na urzędników biurokratycznych, którzy w czystej postaci biurokracji musieli być mianowani przez wyższą instancję. Brak tego podstawowego wymogu wobec urzędnika był wskazywany przez Webera jako niezachowanie czystej biurokratycznej figury.

63 Policja typem biurokracji 63 prowadzą zwykle do rozluźnienia biurokratycznego mechanizmu, a zwłaszcza osłabienia hierarchicznego podporządkowania. Mocno akcentował również na kwestie zabezpieczenia na starość w formie emerytury, którą to uważał za właściwą cechę godnej pracy urzędniczej 9. Wprost także podnosił nastawienie urzędnika, odpowiednio do hierarchicznego uporządkowania organów, na pewną karierę, od niższych, mniej ważnych i gorzej opłacanych stanowisk do wyższych. Zdaniem M. Webera, przeciętni urzędnicy domagają się naturalnie mechanicznego ustalenia warunków awansowania, jeśli nie w hierarchii urzędów, to przynajmniej zwiększenia pensji, wedle zasady starszeństwa, ewentualnie, przy rozwiniętej instytucji egzaminów fachowych, z uwzględnieniem oceny otrzymanej na egzaminie fachowym, która czasem tworzy oddziałujący przez całe życie character indelebilis urzędnika 10. Dostrzec tutaj można mocno socjalne podejście Webera, który w zabezpieczeniu finansowym idealnego urzędnika upatrywał jego właściwej efektywności w wykonywanych przez niego zadaniach. Relacje między urzędnikami mają ponadto charakter bezosobowy, a stosunki służbowe zachodzą między stanowiskami, nie osobami. Zadaniem aparatu administracyjnego jest dostrzeganie i nagradzanie osiągnięć urzędnika poprzez awans i inne formy nagród. Dodatkowo podlega on stałemu monitoringowi i kontroli działań. Według Maxa Webera urzędnik musi również być świadom, które sytuacje powinien rozwiązywać w zakresie swoich kompetencji, a które leżą poza tym obszarem i należy je przekazać innej osobie. Nie ma tu znaczenia prywatna wiedza pracownika, lecz dostosowanie się do norm, które w pewnych zakresach regulują, kto danym przypadkiem powinien się zajmować, szukając rozwiązania 11. Zdaniem Webera, istnieją dwa podstawowe rodzaje decyzji, jakie pracownik administracji podejmuje. Pierwsze dotyczą właśnie wyboru zadań do realizacji zgodnie z zajmowanym stanowiskiem i posiadanymi kompetencjami. Drugie natomiast wyborem środków do realizacji tych zadań. Bardzo istotne jest, że w gestii urzędnika leżą właśnie tylko te dwa rodzaje decyzji. Nigdzie nie uwzględnia się, aby pracownik decydował, czy zadanie jest słuszne. Policja a biurokracja wg Maxa Webera Choć Max Weber w swoich rozważaniach na temat biurokracji nie odnosi się wprost do formacji policyjnej, to można zauważyć duże podobieństwo biurokratycznej formy pracy urzędnika, w jego wizji, do instytucji policyjnej. Podobieństwo pojawia się już przy podstawowej formie zatrudnienia funkcjonariusza publicznego policjanta gdzie zasadniczą formą jest mianowanie na 9 M. Weber, Gospodarka i społeczeństwo, s Tamże, s G. Ritzer, Klasyczna teoria socjologiczna, Zysk i S-ka Wydawnictwo, Poznań 2004, s. 167.

64 64 D. Kaszuba dane stanowisko służbowe 12. Obecnie w formacjach mundurowych, takich jak wojsko, Policja, Straż Graniczna, Straż Pożarna i inne, mianowanie jest podstawową i w zasadzie najważniejszą formą zatrudniania funkcjonariuszy. Oprócz niej wymieniamy również kwestię powołania na stanowisko służbowe, które najczęściej jest stanowiskiem kierowniczym. Mianowanie lub powołanie na stanowisko służbowe jest uzależnione od posiadanego przez policjanta wykształcenia, uzyskania określonych kwalifikacji zawodowych, a także stażu służby w Policji. W szczególnie uzasadnionych przypadkach Komendant Główny Policji, czyli najwyższy przełożony wszystkich policjantów w kraju za wyjątkiem Ministra Spraw Wewnętrznych może wyrazić zgodę na mianowanie na stanowisko służbowe policjanta, także w służbie przygotowawczej, przed uzyskaniem przez niego kwalifikacji zawodowych oraz stażu służby, wymaganych na tym stanowisku, przy spełnieniu wymagań w zakresie wykształcenia 13. Kwalifikacje zawodowe policjant jest obowiązany uzyskać przed mianowaniem na stałe. Warunkiem uzyskania kwalifikacji zawodowych niezbędnych do mianowania na stanowisko służbowe jest ukończenie przez policjanta: 1. szkolenia zawodowego podstawowego, 2. szkolenia zawodowego dla absolwentów szkół wyższych, 3. Wyższej Szkoły Policji. Zatem, odnosząc powyższe formy zatrudnienia do Weberowskiej koncepcji biurokracji i roli w niej urzędnika, niewątpliwie można dostrzec duże podobieństwo. Podobne wnioski można wysnuć, odnosząc się do kolejnej cechy Weberowskiego urzędnika. Otóż sprawowanie władzy mu powierzonej zgodnie z bezosobowymi prawami i traktowanie wykonywania powierzonych mu zadań jako swojego obowiązku urzędowego również wpisuje się w typ tej biurokracji. Zgodnie z tą cechą, funkcjonariusz Policji ustawowe zadania winien realizować zgodnie z obowiązującymi przepisami i wypracowanymi procedurami. Obowiązkowość urzędowa w tym zakresie jest aż nadto uwypuklona w ustawie szczególnej dotyczącej tej grupy zawodowej. Na podkreślenie szcze- 12 Ustawa z dnia 6 kwietnia 1990 r. o Policji, Dz. U. 1990, nr 30, poz. 179, art. 28 mówi, że stosunek służbowy policjanta powstaje w drodze mianowania na podstawie dobrowolnego zgłoszenia się do służby. Mianowanie może nastąpić: 1) na okres służby przygotowawczej lub kandydackiej, 2) na okres służby kontraktowej, 3) na stałe. Początek służby liczy się od dnia określonego w rozkazie o mianowaniu funkcjonariusza Policji. 13 Ustawa z dnia 6 kwietnia 1990 r. o Policji, Dz. U. 1990, nr 30, poz. 179, art. 29 Osobę przyjętą do służby w Policji mianuje się policjantem w służbie przygotowawczej na okres 3 lat. Po upływie okresu służby przygotowawczej policjant zostaje mianowany na stałe. W szczególnie uzasadnionych przypadkach przełożony, o którym mowa w art. 32 ust. 1, z wyłączeniem komendanta powiatowego (miejskiego) Policji, może skrócić okres służby przygotowawczej policjanta albo zwolnić go od odbywania tej służby. W razie przerwy w wykonywaniu przez policjanta obowiązków służbowych, trwającej dłużej niż 3 miesiące, przełożony może przedłużyć okres jego służby przygotowawczej.

65 Policja typem biurokracji 65 gólnego charakteru i roli wykonywanej w służbie społecznej, przed podjęciem służby, policjant składa ślubowanie, które następuje według roty: Ja, obywatel Rzeczypospolitej Polskiej, świadom podejmowanych obowiązków policjanta, ślubuję: służyć wiernie Narodowi, chronić ustanowiony Konstytucją Rzeczypospolitej Polskiej porządek prawny, strzec bezpieczeństwa Państwa i jego obywateli, nawet z narażeniem życia. Wykonując powierzone mi zadania, ślubuję pilnie przestrzegać prawa, dochować wierności konstytucyjnym organom Rzeczypospolitej Polskiej, przestrzegać dyscypliny służbowej oraz wykonywać rozkazy i polecenia przełożonych. Ślubuję strzec tajemnic związanych ze służbą, honoru, godności i dobrego imienia służby oraz przestrzegać zasad etyki zawodowej 14. Kolejnym elementem stycznym pomiędzy typem biurokracji Weberowskiej a Policją jest fakt, że stanowisko i rodzaj pracy urzędnika zależą od jego kwalifikacji. Tak też wygląda możliwość realizowania obowiązków służbowych przez policjanta na gruncie polskim. Służbę w Policji może pełnić obywatel polski o nieposzlakowanej opinii, który nie był skazany prawomocnym wyrokiem sądu za przestępstwo lub przestępstwo skarbowe, korzystający z pełni praw publicznych, posiadający co najmniej średnie wykształcenie oraz zdolność fizyczną i psychiczną do służby w formacjach uzbrojonych, podległych szczególnej dyscyplinie służbowej, której gotów jest się podporządkować, a także dający rękojmię zachowania tajemnicy stosownie do wymogów określonych w przepisach o ochronie informacji niejawnych. Przyjęcie kandydata do służby w Policji następuje po przeprowadzeniu postępowania kwalifikacyjnego, mającego na celu ustalenie, czy kandydat spełnia warunki przyjęcia do służby w Policji, oraz określeniu jego predyspozycji do pełnienia tej służby. Zrozumiałym jest, że dalsze odpowiednie stanowiska w hierarchicznej strukturze organizacji policyjnej może zajmować funkcjonariusz posiadający odpowiednie kompetencje. Będą one dotyczyły zarówno wiedzy, jak i umiejętności wymaganych na poszczególnych stanowiskach, w tym stanowiskach kierowniczych. Można stwierdzić, że cały system sprawnego oraz skutecznego zarządzania organizacją policyjną oparty jest, podobnie jak w organizacjach o charakterze niemilitarnym, na funkcjonariuszach posiadających odpowiednie kompetencje, gdyż zarządzanie sprawne i skuteczne staje się dzisiaj strategiczną siłą każdej organizacji, niezależnie od jej specyfiki oraz miejsca w strukturze gospodarki narodowej (państwa) 15. Następną cechą zbliżającą Policję do typu biurokracji weberowskiej jest fakt, że praca administracyjna jest głównym zajęciem urzędnika (nie może być to praca dorywcza). W tym zakresie istnieje wiele obostrzeń uniemożliwiających policjantom i funkcjonariuszom innych instytucji (np. żołnierzom w czyn- 14 Ustawa z dnia 6 kwietnia 1990 r. o Policji, Dz. U. 1990, nr 30, poz. 179, art J. Penc, Oceny pracownicze a efektywność kierowania, Policja. Kwartalnik kadry kierowniczej Policji, nr 4/2008.

66 66 D. Kaszuba nej służbie, funkcjonariuszom Straży Granicznej, celnikom, funkcjonariuszom Agencji Bezpieczeństwa Wewnętrznego, funkcjonariuszom CBA i innym) podejmowanie dodatkowego zatrudnienia, gdzie wykonywanie obowiązków służbowych jest, w zasadzie, głównym źródłem dochodu 16. Policjant nie może podejmować zajęcia zarobkowego poza służbą bez pisemnej zgody przełożonego, ani wykonywać czynności lub zajęć sprzecznych z obowiązkami wynikającymi z ustawy lub podważających zaufanie do Policji. Funkcjonariusz jest obowiązany złożyć oświadczenie o swoim stanie majątkowym, w tym o majątku objętym małżeńską wspólnością majątkową, przy nawiązywaniu lub rozwiązywaniu stosunku służbowego lub stosunku pracy, corocznie oraz na żądanie przełożonego właściwego w sprawach osobowych. Oświadczenie to powinno zawierać informacje o źródłach i wysokości uzyskanych przychodów, posiadanych zasobach pieniężnych, nieruchomościach, udziałach i akcjach w spółkach prawa handlowego, a ponadto o nabytym przez tę osobę albo jej małżonka od Skarbu Państwa, innej państwowej osoby prawnej, gminy lub związku międzygminnego mieniu, które podlegało zbyciu w drodze przetargu. Oświadczenie to powinno również zawierać dane dotyczące prowadzenia działalności gospodarczej oraz pełnienia funkcji w spółkach prawa handlowego lub spółdzielniach, z wyjątkiem funkcji w radzie nadzorczej spółdzielni mieszkaniowej 17. Max Weber w teorii biurokracji mocno argumentował również potrzebę regularnego wynagrodzenia za wykonywane zadanie, wskazywał na perspektywę dożywotniego zatrudnienia oraz ciągłego awansu urzędnika. Kwestia ta także odnosi się do policjanta, który realizując swoje zadania, uzależniony jest od hierarchicznego systemu funkcjonowania instytucji policyjnej. Kwestia kariery jest elementem zasadniczym, umożliwiającym pobudzenie do działania w obszarach wykonywanych zadań, ale również wskazującym na konieczność ciągłego podnoszenia swoich kompetencji w organizacji. Oczywistym jest, że czym wyższe stanowisko, tym wyższe uposażenie policjanta, podobnie jak to ma miejsce pośród innych grup dyspozycyjnych. Prawo do uposażenia powstaje z dniem mianowania policjanta na stanowisko służbowe. Z tytułu służby poli- 16 Dla zobrazowania sytuacji materialno-prawnej wskażę możliwość podejmowania dodatkowego zajęcia zarobkowego przez żołnierza WP: Żołnierzowi zawodowemu nie wolno podejmować pracy zarobkowej i prowadzić działalności gospodarczej. Za pracę zarobkową uważa się pracę świadczoną osobiście: 1) w ramach stosunku pracy; 2) na podstawie innego tytułu, jeżeli praca jest wykonywana przez okres dłuższy niż jeden miesiąc. Dowódca jednostki wojskowej, w której żołnierz zawodowy zajmuje stanowisko służbowe, może zezwolić żołnierzowi na wykonywanie pracy zarobkowej lub prowadzenie działalności gospodarczej, jeżeli: 1) nie koliduje to z wykonywaniem zadań służbowych przez żołnierza; 2) wpływa na podwyższenie jego kwalifikacji; 3) nie narusza prestiżu żołnierza zawodowego; 4) prowadzona działalność gospodarcza lub działalność podmiotu, u którego będzie świadczona praca, nie dotyczy wyrobów, o których mowa w przepisach w sprawie klasyfikacji wyrobów obronnych oraz dostaw, robót budowlanych i usług przeznaczonych na zamówienie jednostek wojskowych. 17 Ustawa o Policji art. 62.

67 Policja typem biurokracji 67 cjant otrzymuje jedno uposażenie i inne świadczenia pieniężne odpowiednio do hierarchicznego uporządkowania organów, na pewną karierę, od niższych, mniej ważnych i gorzej opłacanych stanowisk do wyższych. Kolejnym istotnym elementem, wielokrotnie podnoszonym, jest hierarchiczność, zwłaszcza biurokratyczna, która jasno rozdziela rolę podwładnych i przełożonych realizujących swoje obowiązki o charakterze biurokratycznym. Bezsprzecznie Policja podobnie jak armia jest instytucją biurokratyczną o strukturze hierarchicznej 18, a co za tym idzie o specyficznej formie zarządzania. Analizując to zagadnienie, z uwagi na znikomą literaturę w przedmiocie Policji jako instytucji biurokratycznej, ale uznając silne powiązanie z formacją wojskową, poprzez analogię można stwierdzić, iż hierarchia stanowisk w wojsku różni się od innych hierarchii biurokratycznych tym, że wyraźnie odzwierciedla rozbicie na warstwy społeczne. Szerzej cecha biurokratyczna Policji polskiej określa typ wewnętrznych zależności istniejących w tej instytucji. Termin instytucja biurokratyczna, jako znaczenie w ujęciu socjologicznym, zakłada istnienie: 1. Podporządkowania wyłącznie pionowego, z dołu do góry. 2. Hierarchii stanowisk i stopni z prawem awansowania wyłącznie z góry w dół. Powyższe cechy różnią instytucje biurokratyczne od instytucji niebiurokratycznych. W instytucjach niebiurokratycznych uzależnienie jest dwustronne władze organizacji mają określone uprawnienia w stosunku do jej członków, ale są wobec nich odpowiedzialne za swoją działalność 19. Podsumowanie Przytoczone zbieżności obrazują aktualny aspekt prawny Policji, który wpisuje się w pogląd Maxa Webera na temat idealnego funkcjonowania biurokracji w zarządzaniu. Niemniej jednak w dorobku naukowym Webera zauważyć również można, że myśli naukowca znacznie szerzej wykraczały poza system biurokracji. Wizję mocnego państwa odzwierciedlił w swojej pracy Polityka jako zawód i powołanie, gdzie wskazywał, że istota bycia państwem zawiera się w posiadaniu przez nie monopolu do legalnego używania siły. O podmiocie mówimy jako o państwie wtedy i tak długo, dopóki jego administracja jako jedyna utrzymuje prawo i monopol do legalnego używania siły oraz wymuszania przez użycie siły porządku 20. Zgodnie z myślą Webera, państwo stanowi 18 J.J. Wiatr, Socjologia wojska, Wyd. MON, Warszawa 1964, s Tamże. 20 M. Weber, The Theory of Social and Economic Organization, Collier Macmillan Publishers, New York 1964, s. 154.

68 68 D. Kaszuba źródło legitymacji wszelkiego legalnie wykorzystywanego przymusu, zaś jego instrumentami są organy Policji oraz wojska. Reasumując powyższe rozważania, można jednoznacznie stwierdzić, że formacja policyjna należy do Weberowskiego typu instytucji o znamionach biurokratycznych w zarządzaniu. Literatura [1] Andres S., Maxa Webera olśnienia i pomyłki, PWN, Warszawa [2] Dołhasz M., Fudaliński J., Kosala M., Smutek H., Podstawy zarządzania, koncepcje strategie zastosowania, PWN, Warszawa [3] Giddens A., Socjologia, PWN, Warszawa [4] Jaspers K., Max Weber, Politikier-Forscher-Philosoph. 3. Auf. Munchen [5] Marshall G., red., Słownik Socjologii i nauk społecznych, PWN, Warszawa [6] Penc J., Oceny pracownicze a efektywność kierowania, Policja. Kwartalnik kadry kierowniczej Policji, nr 4/2008. [7] Ritzer G., Klasyczna teoria socjologiczna, Zysk i S-ka Wydawnictwo, Poznań [8] Ustawa z dnia 6 kwietnia 1990 r. o Policji, Dz. U. 1990, nr 30, poz [9] Weber M., Gospodarka i społeczeństwo zarys socjologii rozumiejącej, PWN, Warszawa [10] Weber M., The Theory of Social and Economic Organization, Collier Macmillan Publishers, New York [11] Wiatr J.J., Socjologia wojska, Wyd. MON, Warszawa 1964.

69 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Olgierd Kucharski Akademia im. Jana Długosza al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa ORGANY NADZORU I KONTROLI NAD WARUNKAMI BEZPIECZEŃSTWA I HIGIENY PRACY W POLSCE AUTHORITY OF INDUSTRIAL BODY IN POLAND Abstract. In this paper decribed a review body in industrial safety. It consist of many different institution, with main role to carry out an National Labour Inspection. Keywords: industrial safety, review body. Streszczenie. W pracy opisano organy nadzoru i kontroli nad warunkami bezpieczeńorganizacji stwa i higieny pracy. Są one odmiennymi instytucjami o zróżnicowanej i kompetencjach, z których wiodącą rolę powierzono Państwowej Inspekcji Pracy. Słowa kluczowe: bezpieczeństwo i higiena pracy, system organów. 1. Zagadnieniaa związane z zapewnieniem bezpiecznych i higienicznych warunków pracy z wielu powodów są bardzo istotnymi w polityce społecznej każdego rozwiniętegoo państwa. Począwszy od różnorakich kosztów generowana wzglę- nych przez wypadki w pracy i choroby zawodowe, a skończywszy dach humanitarnych, osoby zatrudnione powinny być chronione przed zagroże- tego za- niami w procesie pracy. Również polski ustawodawca dostrzegł wagęę gadnienia, o czym świadczy treść artykułu 66 Konstytucji RP, w którym zapipracy, i to sano, że każdy ma prawo do bezpiecznych i higienicznych warunków prawo zostało zaliczone do praw socjalnych 1. Przepis Konstytucji jest podstawą do stworzenia ustaw, które będą go realizowały w praktyce, w tym w szczegól- 1 Konstytucja RP z 2 kwietnia 1997 r. opubl. w Dz.U. nr 78 z 1997r., poz. 483; Prawo Konstytu- cyjne red. Z. Witkowski, Toruń 2013, s. 181.

70 70 O. Kucharski ności powołania instytucji, które skutecznie będą egzekwowały stosowanie prawa w tym zakresie. Ta praca będzie dotyczyła przedstawienia organów zajmujących się bezpieczeństwem i higieną pracy Przed przejściem do zasadniczej części rozważań należy krótko określić, czym jest bhp. Jest to o tyle istotne, że tylko nadzór i kontrola, dotyczące tej tematyki, łączą ze sobą bardzo różnorodne organy. Pojęcie bezpieczeństwa i higieny pracy, którym posługuje się ustawodawca, należy rozumieć jako zespół różnorodnych czynników m.in. organizacyjnych, technicznych, higienicznych, psychologicznych, ekonomicznych, służących wyeliminowaniu lub maksymalnemu ograniczeniu wpływu środowiska pracy na stan zdrowia zatrudnionego 3. Doktryna prawa pracy częściej posługuje się precyzyjniejszym pojęciem powszechnej ochrony pracy, która oznacza ogół gwarancji prawnych, których celem jest zabezpieczenie zdrowia i życia ludzkiego w procesie pracy 4. Porównanie tych dwóch terminów wykazuje, że bhp będzie wymuszane określonymi regulacjami prawnymi. Przepisy prawa mają na celu określenie takich wymagań, aby nie tylko nie doszło do utraty życia w trakcie wykonywania obowiązków pracowniczych, ale aby nie doszło również do pogorszenia staniu zdrowia lecz do zminimalizowania niekorzystnego wpływu środowiska pracy na fizyczne i psychiczne zdrowie pracownika. Regulacje dotyczące tej tematyki są zawarte w dziale X Kodeksu pracy 5, określają obowiązki pracodawcy, które mają charakter bezwarunkowy oraz niepodzielny. Normy prawa dotyczące tej tematyki mają charakter bezwzględnie wiążących, a ich cechą charakterystyczną jest występowanie znacznej liczby norm technicznych oraz wysoki stopień uszczegółowienia, a także stosowanie przepisów 70blankietowych. Dotyczą one wszystkich osób wykonujących pracę w miejscu wyznaczonym przez pracodawcę albo inny podmiot zatrudniający (zatrudnionych nie tylko w ramach stosunku pracy, ale również w szczególności na podstawie umów cywilnoprawych, co wynika z art Kodeksu pracy). 3. Dla celów porządkowych należy wskazać, że przez pojęcie kontroli będzie rozumiane jako funkcja (działalność), której istota sprowadza się do sprawdzania czy oceniania różnych obszarów życia społecznego, bez możliwości władczego wkraczania w działalność sfery sprawdzanej 6. W tej pracy bę- 2 Termin bezpieczeństwo i higiena pracy w dalszej części pracy będzie określany skrótem bhp. 3 T. Wyka, Bezpieczeństwo i higiena pracy, [w:] Wielka encyklopedia prawa, red. E. Smoktunowicz i C. Kosikowski, Białystok, Warszawa 2000, s D. Dörre-Nowak, Powszechna ochrona pracy, [w:] Prawo pracy i ubezpieczeń społecznych, red. naukowa K.W. Baran, Wolters Kluwer business, Warszawa 2013, s Ustawa z 26 czerwca 1974 r. Kodeks pracy (Dz. U. z 2014 r., poz ze zm.), zwany dalej Kodeksem pracy. 6 J. Jagielski, Kontrola administracji publicznej, LexisNexis, Warszawa 2012, s

71 Organy nadzoru i kontroli 71 dziemy mieli do czynienia z kontrolą sprawowaną przez organy prawa wykonujące swoją działalność w imieniu państwa. Kontrola zatem będzie polegała na ustalaniu, czy działalność podmiotu kontrolowanego (faktyczna) jest zgodna z przepisami prawa. Nadzór polega natomiast na podejmowaniu w ramach określonego układu organizacyjnego przez dany podmiot nie tylko sprawdzenia i oceniania innego podmiotu, ale także stosowania wiążącej interwencji w jego działalności w celu skorygowania jej w pożądanym kierunku, zgodnym z przyjętymi punktami odniesienia 7. Opisywane organy będą mogły w ramach nadzoru wydawać decyzje administracyjne i podejmować inne środki, mające na celu doprowadzenie działalności podmiotu kontrolowanego do stanu zgodnego z prawem. 4. Punktem wyjścia do analizy zasad działania organów nadzoru i kontroli warunków bhp w Polsce są zapisy Kodeksu pracy. W art. 184 Kodeksu pracy wskazano, że nadzór i kontrolę przestrzegania prawa pracy, w tym przepisów i zasad bhp, sprawuje Państwowa Inspekcja Pracy, natomiast nadzór i kontrolę przestrzegania zasad, przepisów higieny pracy i warunków środowiska pracy sprawuje Państwowa Inspekcja Sanitarna. Ten przepis wskazuje wprost na wiodącą rolę Państwowej Inspekcji Pracy w zakresie egzekwowania od pracodawców respektowania praw osób zatrudnionych do bezpiecznych warunków pracy. Rola Państwowej Inspekcji Sanitarnej sprowadza się do węższej dziedziny, tj. sprawdzania warunków higieny i środowiska pracy, mających na celu zapobiegać chorobom zawodowym. Wskazane organy nie są jedynymi, które w zakresie swojej kompetencji mają ochronę zdrowia i życia zatrudnionych. Istnieją również inne instytucje kontrolne, które, często marginalnie, zajmują się również tą kwestią. Katalog tych jednostek został przedstawiony w rozporządzeniu Prezesa Rady Ministrów, które dotyczy zasad współpracy Państwowej Inspekcji Pracy z innymi organami w zakresie bhp 8. Ten akt prawny wskazuje enumeratywnie instytucje nadzoru i kontroli nad warunkami pracy oraz faktyczne kompetencję rzeczową w tym zakresie, co pozwala na uporządkowanie opisywanej tematyki, jak i zapewnia spójność wywodu i uniknięcie zarzutu o pominięciu jakiegoś istotnego elementu systemu ochrony bezpieczeństwa pracy w Polsce. Rozporządzenie nakazuje współpracę z Państwową Inspekcją Pracy następującym organom: a. Państwowej Inspekcji Sanitarnej w sprawach zapobiegania powstawaniu chorób zawodowych i innych chorób związanych z warunkami pracy 7 Tamże, s Rozporządzenie Prezesa Rady Ministrów z dnia 28 grudnia 2007 r. w sprawie trybu i form współdziałania niektórych organów z Państwową Inspekcją Pracy w zakresie bezpieczeństwa i higieny pracy oraz legalności zatrudnienia (Dz.U ).

72 72 O. Kucharski oraz ich zwalczania, a także w sprawach kontroli warunków pracy i ochrony zdrowia pracowników przed zagrożeniami środowiska pracy; b. nadzorowi górniczemu w sprawach kontroli i nadzoru nad bhp w zakładach górniczych; c. Urzędowi Dozoru Technicznego i specjalistycznych organów dozoru technicznego w sprawach przestrzegania przepisów o dozorze technicznym; d. Państwowej Agencji Atomistyki w sprawach bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej w zakładach pracy stosujących źródła promieniowania jonizującego; e. Inspekcji Ochrony Środowiska w sprawach bhp związanych z ochroną środowiska; f. Inspekcji Transportu Drogowego w sprawach bhp w zakresie przewozu drogowego; g. organom nadzoru budowlanego w sprawach bezpieczeństwa i ochrony zdrowia w procesie budowlanym; h. Państwowej Straży Pożarnej w sprawach ochrony życia i zdrowia ludzkiego przed zagrożeniem pożarowym; i. organom administracji morskiej w sprawach bhp w portach morskich, przystaniach i na jednostkach pływających oraz przy wykonywaniu prac podwodnych; j. organom administracji żeglugi śródlądowej w sprawach bhp w portach żeglugi śródlądowej, przystaniach i na jednostkach pływających 9. Współpraca pomiędzy wskazanymi organami ma polegać na zawiadamianiu się, stosownie do zakresu właściwości, o stwierdzonym w toku nadzoru i kontroli rażącym naruszeniu przepisów i zasad bhp oraz innych przepisów dotyczących ochrony życia i zdrowia, a także o podjętych w tym zakresie decyzjach i działaniach; na zapoznawaniu się w trakcie kontroli z wydanymi wcześniej decyzjami innych organów, dotyczącymi spraw należących do zakresu działania organu kontrolującego, i w razie stwierdzenia, że decyzje te nie zostały wykonane, w uzasadnionych wypadkach informowania o tym oraz o podjętych decyzjach zainteresowanych organów; ponadto na przeprowadzaniu w razie potrzeby wspólnych kontroli, w wyniku których każdy organ, zgodnie ze swoimi uprawnieniami, wydaje decyzje Pierwszoplanowa rola w zakresie kontroli i nadzoru w zakresie bezpieczeństwa pracy w Polsce przypada Państwowej Inspekcji Pracy 11. Jest ona or- 9 1 Rozporządzenie Prezesa Rady Ministrów z dnia 28 grudnia 2007 r. w sprawie trybu i form współdziałania niektórych organów z Państwową Inspekcją Pracy w zakresie bezpieczeństwa i higieny pracy oraz legalności zatrudnienia (Dz.U ) tamże. 11 J. Jagielski, dz. cyt., s. 152, gdzie autor wskazuje, że Państwowa Inspekcja Pracy (zwana dalej PIP) zalicza się do tzw. inspekcji specjalnych.

73 Organy nadzoru i kontroli 73 ganem administracji publicznej funkcjonującym poza ogólnymi strukturami administracji rządowej i samorządowej, wyspecjalizowanym w zakresie kontroli i nadzoru przepisów prawa pracy w szczególności norm i zasad bezpieczeństwa pracy 12. Wyjątkowość Państwowej Inspekcji Pracy na tle innych organów zajmującymi się sprawami bezpieczeństwa pracy wynika z dwóch kwestii. Na plan pierwszy wysuwa się bezpośrednia podległość Sejmowi RP 13. Bieżący nadzór nad działalnością jest sprawowany przez Radę Ochrony Pracy, której członków powołuje Marszałek Sejmu spośród posłów, senatorów, kandydatów zgłaszanych przez Prezesa Rady Ministrów, reprezentatywne organizacje związkowe i przedstawicieli nauki. Drugim wyróżnikiem jest to, że działalność Państwowej Inspekcji Pracy jest również regulowana umową międzynarodową, której Polska jest stroną, tj. Konwencji nr 81 Międzynarodowej Organizacji Pracy, co ułatwia jej niektóre działania, np. poprzez wyłączenie części ograniczeń narzucanych przez ustawę o swobodzie działalności gospodarczej w zakresie kontroli podmiotów 14. Kompetencje rzeczowe dotyczące bezpieczeństwa pracy zostały określone poprzez wskazanie, że czynności o charakterze kontrolno-nadzorczym mogą dotyczyć przestrzegania prawa pracy, a w szczególności przepisów i zasad bezpieczeństwa pracy, podejmowania działań polegających na zapobieganiu i ograniczania zagrożeń w środowisku pracy, a są to w szczególności: a. nadzór i kontrola przestrzegania przepisów prawa pracy, zwłaszcza przepisów i zasad bhp, b. badanie okoliczności i przyczyn wypadków przy pracy oraz kontrola stosowania środków zapobiegających tym wypadkom, c. analizowanie przyczyn chorób zawodowych oraz kontrola stosowania środków zapobiegających tym chorobom, d. podejmowanie działań prewencyjnych i promocyjnych zmierzających do zapewnienia przestrzegania prawa pracy i innych K. Baran, Inspekcja pracy, [w:] Prawo pracy i ubezpieczeń społecznych, red. K. Baran, Warszawa 2013, s Art. 2 ustawy z 13 kwietnia 2007 r. o Państwowej Inspekcji Pracy (Dz.U. z 2015r, poz. 640 ze zm.), zwanej dalej ustawą o PIP. Więcej na ten temat m.in. w pracach: Olgierd Kucharski, Państwowa Inspekcja Pracy a Rzecznik Praw Obywatelskich próba porównania, [w:] Instytucje ombudsmańskie w Polsce (wybrane zagadnienia), red. A. Gronkiewicz, Wydawnictwo AJD, Częstochowa 2013, s ; O. Kucharski, Państwowa Inspekcja Pracy oraz Państwowa Inspekcja Sanitarna jako organy nadzoru i kontroli przestrzegania prawa pracy, [w:] Aktualne zagadnienia prawa pracy i polityki socjalnej (zbiór studiów), t. 3, red. B.M. Ćwiertniaka, Wyd. Humanitas, Sosnowiec 2013, s Konwencja nr 81 MOP w sprawie inspekcji pracy w przemyśle i handlu, ratyfikowana przez Polskę 19 kwietnia 1995 r. (Dz. U. z 1997 r., nr 72, poz. 450 i 451). 15 Art. 10 ustawy o PIP.

74 74 O. Kucharski W celu realizacji nałożonych zadań w trakcie dokonywanych czynności inspektor pracy dysponuje szeregiem uprawnień, w szczególności może: przeprowadzać, bez uprzedzenia i o każdej porze dnia i nocy, kontrole przestrzegania przepisów prawa pracy, zwłaszcza stanu bezpieczeństwa pracy 16, swobodnie wstępować na teren oraz do obiektów i pomieszczeń podmiotu kontrolowanego, przeprowadzać oględziny obiektów, pomieszczeń, stanowisk pracy, maszyn i urządzeń oraz przebieg procesów technologicznych i pracy, żądać od podmiotu kontrolowanego oraz od wszystkich pracowników lub osób, które są lub były zatrudnione, albo które wykonują lub wykonywały pracę na jego rzecz na innej podstawie niż stosunek pracy, w tym osób wykonujących na własny rachunek działalność gospodarczą, a także osób korzystających z usług agencji zatrudnienia, pisemnych i ustnych informacji w sprawach objętych kontrolą oraz wzywać i przesłuchiwać te osoby w związku z przeprowadzaną kontrolą, żądać okazania dokumentów dotyczących budowy, przebudowy lub modernizacji oraz uruchomienia zakładu pracy, planów i rysunków technicznych, dokumentacji technicznej i technologicznej, wyników ekspertyz, badań i pomiarów dotyczących produkcji bądź innej działalności podmiotu kontrolowanego 17. Organami PIP są inspektorzy pracy, okręgowi inspektorzy pracy i Główny Inspektor Pracy 18. Należy podkreślić, że organem pierwszoinstancyjnym co do zasady jest inspektor pracy, który samodzielnie wydaje decyzje. Po dokonanych ustaleniach faktycznych, w razie stwierdzenia uchybień, inspektor pracy wydaje decyzje administracyjne w formie nakazów: usunięcia stwierdzonych uchybień w ustalonym terminie; wstrzymania prac lub działalności, gdy naruszenie powoduje bezpośrednie zagrożenie życia lub zdrowia pracowników bądź innych osób wykonujących te prace lub prowadzących działalność; skierowania do innych prac pracowników lub innych osób dopuszczonych do pracy wbrew obowiązującym przepisom przy pracach wzbronionych, szkodliwych lub niebezpiecznych albo pracowników lub innych osób dopuszczonych do pracy przy pracach niebezpiecznych, jeżeli pracownicy ci lub osoby nie posiadają odpowiednich kwalifikacji; wstrzymania eksploatacji maszyn i urządzeń w sytuacji, gdy ich eksploatacja powoduje bezpośrednie zagrożenie dla życia lub zdrowia ludzi; nakazy w tych sprawach podlegają natychmiastowemu wykonaniu; zakazania wykonywania pracy lub prowadzenia działalności w miejscach, w których stan warunków pracy stanowi bezpośrednie zagrożenie dla życia lub zdrowia ludzi; nakazy w sprawach wstrzymania lub skierowania podlegają natychmiastowemu wykonaniu; 16 Tamże, art Tamże, art Tamże, art. 17.

75 Organy nadzoru i kontroli 75 nakazania, w przypadku stwierdzenia, że stan bezpieczeństwa i higieny pracy zagraża życiu lub zdrowiu pracowników lub osób fizycznych wykonujących pracę na innej podstawie niż stosunek pracy, w tym osób wykonujących na własny rachunek działalność gospodarczą, zaprzestania prowadzenia działalności bądź działalności określonego rodzaju; nakazania ustalenia, w określonym terminie, okoliczności i przyczyn wypadku, nakazania wykonania badań i pomiarów czynników szkodliwych i uciążliwych w środowisku pracy w przypadku naruszenia trybu, metod, rodzaju lub częstotliwości wykonania tych badań i pomiarów lub konieczności stwierdzenia wykonywania pracy w szczególnych warunkach; wystąpienia w razie stwierdzenia innych naruszeń 19. Stwierdzone uchybienia mogą być podstawą wszczęcia postępowania wykroczeniowego. 6. Następnym organem wymienionym w Kodeksie pracy w kontekście uprawnień do kontroli i nadzoru bhp, w szczególności środowiska pracy, jest Państwowa Inspekcja Sanitarna 20. Głównym zadaniem tego organu jest sprawowanie nadzoru nad zdrowiem publicznym w celu ochrony zdrowia ludzkiego przed niekorzystnym wpływem szkodliwości i uciążliwości środowiskowych, zapobieganie powstawaniu chorób, w tym chorób zakaźnych i zawodowych, w szczególności dokonywanie pomiarów czynników szkodliwych w środowisku pracy lub ich weryfikację, oświetlenia itd. 21 Bhp pojawia się w kompetencji rzeczowej w kontekście zapobiegania chorobom zawodowym, co będzie związane również z faktem, że to PIS wydaje decyzję stwierdzającą lub nie wystąpienie choroby zawodowej u danej osoby 22. W celu prawidłowego wykonania powierzonych zadań pracownicy inspekcji sanitarnej w związku z wykonywaną kontrolą mają prawo: wstępu na terenie miast i wsi do zakładów pracy oraz wszystkich pomieszczeń i urządzeń wchodzących w ich skład; żądania pisemnych lub ustnych informacji oraz wzywania i przesłuchiwania osób; żądania okazania dokumentów i udostępniania wszelkich danych; pobierania próbek do badań laboratoryjnych Tamże, art. 11. Różnice pomiędzy nakazami a wystąpieniami opisano m.in. w pracy: O. Kucharski, Charakter prawny wystąpień inspektora pracy w świetle orzecznictwa administracyjnosądowego, [w:] Współczesne problemy w administracji publicznej. Wybrane zagadnienia, red. P. Chmielnicki, E. Książek, K. Winiarski, Wydawnictwo AJD, Częstochowa 2008, s Ustawa z dnia 14 marca 1985 r. o Państwowej Inspekcji Sanitarnej (Dz.U. z 2011, nr 212, poz ze zm.). Organ będzie dalej zwany PIS. 21 Tamże, art. 1 i Tamże, art. 5 pkt 4a; D. Dörre-Nowak, Ubezpieczenie wypadkowe, Prawo pracy i ubezpieczeń społecznych, red. K. Baran, Warszawa 2013, s Tamże, art. 25.

76 76 O. Kucharski PIS podlega ministrowi właściwemu do spraw zdrowia. Kieruje nią Główny Inspektor Sanitarny, jako centralny organ administracji rządowej 24. Zadania PIS wykonują następujące organy: 1. Główny Inspektor Sanitarny; 2. państwowy wojewódzki inspektor sanitarny, jako organ rządowej administracji zespolonej w województwie; 3. państwowy powiatowy inspektor sanitarny, jako organ rządowej administracji zespolonej w powiecie 25. Warto wskazać, że organy te wydają decyzje administracyjne, natomiast faktyczne ustalenia są dokonywane przez pracowników kontrolujących zatrudnionych na innych stanowiskach. W razie stwierdzenia naruszenia wymagań higienicznych i zdrowotnych, państwowy inspektor sanitarny nakazuje, w drodze decyzji administracyjnej, usunięcie w ustalonym terminie stwierdzonych uchybień. Jeżeli stwierdzone naruszenie spowodowało bezpośrednie zagrożenie życia lub zdrowia ludzi, państwowy inspektor sanitarny nakazuje unieruchomienie zakładu pracy lub jego części (stanowiska pracy, maszyny lub innego urządzenia), decyzje w tych sprawach podlegają natychmiastowemu wykonaniu 26. PIS może stosować postępowanie wykroczeniowe. 7. Instytucją, która ma duże znaczenie branżowe, jest niewątpliwie nadzór górniczy. Swoją kompetencją obejmuje wyłącznie zakłady wykonujące prace górnicze. Organami nadzoru górniczego są: Prezes Wyższego Urzędu Górniczego, dyrektorzy okręgowych i specjalistycznych urzędów górniczych 27. Prezes Wyższego Urzędu Górniczego jest centralnym organem administracji rządowej, działającym pod nadzorem ministra właściwego do spraw środowiska, właściwym w sprawach nadzoru górniczego 28. Do kompetencji rzeczowej należy m.in. nadzór i kontrola nad ruchem zakładów górniczych, w szczególności w zakresie bezpieczeństwa i higieny pracy. W przypadku niebezpiecznego zdarzenia, zaistnienia wypadku lub zgonu naturalnego w ruchu zakładu górniczego, właściwy organ nadzoru górniczego może ustalić stan faktyczny i przyczyny zdarzenia, wypadku lub zgonu 29. Wykonując czynności nadzorczo-kontrolne, organy mogą badać prawidłowość rozwiązań stosowanych lub przewidzianych przez przedsiębiorcę do stosowania; mogą dokonywać pomiarów służących ocenie stanu bezpieczeń- 24 Tamże, art. 7 i Tamże, art Tamże, art Art. 164 ustawy z 9 czerwca 2011 r. Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. z 2014 r., poz. 613 ze zm.). 28 Tamże, art Tamże, art. 168 i 174.

77 Organy nadzoru i kontroli 77 stwa w zakładzie górniczym oraz oceniać stan bezpieczeństwa powszechnego lub środowiska w związku z ruchem zakładu górniczego, za pomocą: urządzeń przenośnych, lub w przypadkach uzasadnionych wysokim poziomem zagrożenia naturalnego urządzeń stacjonarnych, zabudowanych w zakładzie górniczym na koszt przedsiębiorcy w sposób określony w decyzji wydanej przez ten organ 30. W razie stwierdzonych uchybień organy mogą: a. nakazać usunięcie nieprawidłowości powstałych wskutek naruszenia przepisów stosowanych w ruchu zakładu górniczego lub warunków określonych w planie ruchu zakładu górniczego, a w przypadku działalności prowadzonej na podstawie koncesji udzielonej przez starostę warunków dotyczących ruchu zakładu górniczego, określonych w tej koncesji. Decyzje podlegają rygorowi natychmiastowej wykonalności; b. w przypadku bezpośredniego zagrożenia dla zakładu górniczego, jego pracowników, bezpieczeństwa powszechnego lub środowiska, mogą w całości lub w części wstrzymać ruch tego zakładu lub jego urządzeń, określając warunki wznowienia ruchu tego zakładu lub urządzeń. Decyzja podlega rygorowi natychmiastowej wykonalności Organem, którego właściwość rzeczowa jest nakierowana na kontrole i nadzór mający zapewnić bezpieczne funkcjonowanie niektórych grup urządzeń, które mogą stwarzać zagrożenie dla życia lub zdrowia ludzkiego oraz mienia i środowiska, wskutek: rozprężenia cieczy lub gazów znajdujących się pod ciśnieniem różnym od atmosferycznego; wyzwolenia energii potencjalnej lub kinetycznej przy przemieszczaniu ludzi lub ładunków w ograniczonym zasięgu; rozprzestrzeniania się materiałów niebezpiecznych podczas ich magazynowania lub transportu jest Urząd Dozoru Technicznego 32. Urząd Dozoru Technicznego jest państwową osobą prawną 33. Jego cechą charakterystyczną jest to, że Skarb Państwa nie odpowiada za zobowiązania urzędu i odwrotnie, co jest związane z faktem, że organ ten za wykonywane czynności pobiera opłaty i z nich się utrzymuje. Urząd Dozoru Technicznego podlega ministrowi właściwemu do spraw gospodarki. W zakresie swojego działania organy właściwej jednostki wydają decyzje administracyjne zezwalające na eksploatację urządzeń objętych dozorem technicznym 34. W wypadku stwierdzenia nieprzestrzegania przepisów o dozorze, 30 Tamże, art Tamże, art Ustawa z 21 grudnia 2000 r. o dozorze technicznym (Dz. U. z 2013 r., poz. 963 ze zm.). 33 Tamże, art Tamże, art. 14.

78 78 O. Kucharski a zwłaszcza stwierdzenia zagrożenia dla życia lub zdrowia, wydaje się decyzje o wstrzymaniu eksploatacji urządzenia. Czynności dozoru technicznego są wykonywane przez inspektorów, którzy w trakcie wykonywania czynności służbowych mają prawo żądać warunków do sprawnego przeprowadzenia czynności oraz koniecznych dokumentów i informacji, nie można ich przeszukiwać, mają prawo wstępu za okazaniem upoważnienia i legitymacji do pomieszczeń i obiektów, w których są urządzenia techniczne, swobodnego poruszania się po tych pomieszczeniach Organami, do których kompetencji należy sprawdzanie warunków bezpieczeństwa pracy w bardzo wąskiej dziedzinie, należy Państwowa Agencja Atomistyki. Prezes Państwowej Agencji Atomistyki jest centralnym organem administracji rządowej w sprawach bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej 36. Przepisy definiują pojęcie bezpieczeństwa jądrowego jako osiągnięcie odpowiednich warunków eksploatacji, zapobiegania awariom i łagodzenia ich skutków, czego wynikiem jest ochrona pracowników i ludności przed zagrożeniami wynikającymi z promieniowania jonizującego z obiektów jądrowych 37. Wymienienie pracowników jako osób, którym należy zapewnić bezpieczeństwo, wskazuje na wyspecjalizowaną rolę opisywanej instytucji w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa pracownikom stykającym się z promieniowaniem jonizującym. Do kompetencji Państwowej Agencji Atomistyki należy przeprowadzanie kontroli w zakresie występowania okoliczności mających istotny wpływ na stan bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej jednostek, w których występują tego rodzaju czynniki 38. Do kompetencji organów dozoru jądrowego w związku z przeprowadzoną kontrolą należy prawo do: swobodnego wstępu z niezbędnym sprzętem o każdej porze na teren i do obiektów kontrolowanej jednostki, wglądu do dokumentów, ksiąg i innych nośników informacji, sporządzania kopii dokumentów, sprawdzania, czy działalność jest zgodna z zgodna z przepisami i wydanym zezwoleniem, przeprowadzanie pomiarów, pobieranie próbek, żądanie udzielenia niezbędnych informacji, przeprowadzenie oględzin, utrwalanie czynności kontrolnych przy pomocy środków technicznych 39. Organami Państwowej Agencji Atomistyki są Prezes Agencji (organ naczelny dozoru) i inspektorzy dozoru jądrowego I i II stopnia 40. W przypadku stwierdzenia nieprawidłowości, organy wydają decyzje administracyjne w formie nakazów lub nakazów usunięcia zagrożeń, a w szczególności nakaz zawieszenia eksploatacji obiektu, wstrzymania instalowania 35 Tamże, art Art. 109 ustawy z 29 listopada 2000 r. Prawo atomowe (Dz. U. z 2012 r., poz. 264 ze zm.). 37 Tamże, art. 3 ust Tamże, art. 65a. 39 Tamże, art Tamże, art. 64.

79 Organy nadzoru i kontroli 79 urządzeń, wstrzymania pracy ze źródłami promieniowania, zakaz wykonywania określonych prac lub czynności. Nakazy podlegają natychmiastowemu wykonaniu 41. W przypadku stwierdzenia innych uchybień mających negatywny wpływ na bezpieczeństwo jądrowe organy nadzoru wydają zalecenia mające na celu poprawę stanu bezpieczeństwa 42. Jeżeli stan faktyczny lub prawny ustalony podczas kontroli jest niezgodny z warunkami określonymi w zezwoleniu lub przepisach, Prezes Agencji wydaje decyzje wstrzymania prowadzenia działalności z określonymi materiałami 43. Dodatkowym środkiem prawnym jest wystąpienie kierowane do podmiotu kontrolowanego w razie w razie stwierdzenia innych uchybień w celu ich usunięcia Inspekcja Ochrony Środowiska jest wyspecjalizowanym organem państwowym, którego zadaniem jest kontrola przestrzegania przepisów o ochronie środowiska, w tym także w środowisku pracy 45. Organami tej inspekcji są Główny Inspektor Ochrony Środowiska, który jest centralnym organem administracji rządowej nadzorowanym przez ministra właściwego do spraw środowiska, oraz wojewódzki inspektor ochrony środowiska, działający jako organ rządowej administracji zespolonej w województwie 46. Kompetencja Inspekcji Ochrony Środowiska w zakresie zapewniania pracownikom bezpiecznych warunków pracy ma naturę subsydiarną, ponieważ przy okazji swoich działań, wydaje decyzje dotyczące również i pracowników. W szczególności na plan pierwszy wysuwają się działania mające na celu kontrole przestrzegania przepisów o ochronie środowiska, eksploatacji instalacji i urządzeń chroniących środowisko przed zanieczyszczeniami, przeciwdziałanie poważnym awariom oraz sprawowanie nadzoru nad usuwaniem ich skutków 47. Uprawnienia kontrolne przysługują Głównemu Inspektorowi Ochrony Środowiska, wojewódzkim inspektorom ochrony środowiska oraz upoważnionym przez nich inspektorom. Przy wykonywaniu kontroli przestrzegania wymagań ochrony środowiska inspektor uprawniony jest do: wstępu z niezbędnym sprzętem przez całą dobę na teren nieruchomości, obiektu lub ich części, w której prowadzona jest działalność gospodarcza; do pobierania próbek, przeprowadzania niezbędnych badań lub wykonywania innych czynności kontrolnych w celu ustalenia na terenie kontrolowanej nieruchomości stanu środowiska 41 Tamże, art Tamże, art. 68a. 43 Tamże, art. 68b. 44 Tamże, art Art. 1 i 2 ustawy z 20 lipca 1991 r. o Inspekcji Ochrony Środowiska (Dz. U. z 2013 r. poz. 686 ze zm.). 46 Tamże, art. 3 i 3a. 47 Tamże, art. 2.

80 80 O. Kucharski oraz oceny tego stanu w świetle przepisów o ochronie środowiska; żądania wstrzymania ruchu instalacji lub urządzeń oraz powstrzymania się od wykonywania innych czynności w zakresie, w jakim jest to niezbędne dla pobrania próbek oraz przeprowadzenia badań i pomiarów; oceny sposobu eksploatacji instalacji lub urządzeń; oceny stosowanych technologii i rozwiązań technicznych; żądania pisemnych lub ustnych informacji oraz wzywania i przesłuchiwania osób w zakresie niezbędnym dla ustalenia stanu faktycznego; żądania okazania dokumentów i udostępnienia wszelkich danych mających związek z problematyką kontroli, w tym niezbędnych do wymierzenia mandatu lub kary grzywny 48. Upoważniony do kontroli inspektor jest uprawniony do poruszania się po terenie nieruchomości, obiektu lub ich części oraz środków transportu, bez potrzeby uzyskiwania przepustki oraz nie podlega rewizji osobistej; podlega on przepisom bezpieczeństwa i higieny pracy obowiązującym w kontrolowanym podmiocie 49. Na wniosek wojewódzkiego inspektora ochrony środowiska właściwy miejscowo komendant Policji jest obowiązany do zapewnienia inspektorowi pomocy Policji w toku wykonywania czynności kontrolnych 50. W razie stwierdzenia uchybień w zakresie ochrony środowiska wojewódzki inspektor ochrony środowiska może wydać zarządzenie pokontrolne do kierownika kontrolowanej jednostki organizacyjnej lub osoby fizycznej; wydać decyzję administracyjną; wszcząć egzekucję; zażądać od kierownika kontrolowanego podmiotu przeprowadzenia postępowania służbowego lub innego przeciwko osobom winnym dopuszczenia do uchybień i poinformowania go, w określonym terminie, o wynikach tego postępowania i o podjętych działaniach. Również organy ochrony środowiska dysponują prawem wstrzymanie, w drodze decyzji, działalności powodującej naruszenie wymagań ochrony środowiska, jeżeli zachodzi bezpośrednie zagrożenie zdrowia lub życia ludzi albo bezpośrednie zagrożenie zniszczenia środowiska w znacznych rozmiarach 51. W wypadku stwierdzenia popełnienia wykroczenia dotyczącego naruszenia przepisów o ochronie środowiska opisanym organom przysługują uprawnienia oskarżyciela publicznego 52. Dodatkowym uprawnieniem jest możliwość zwrócenia się przez te organy do każdej jednostki administracji o udzielenie informacji lub udostępnienie dokumentów i danych związanych z ochroną środowiska. W razie stwierdzenia nieprawidłowości organy Inspekcji Ochrony Środowiska kierują wystąpienie, którego treścią może być w szczególności 48 Tamże, art Tamże, art Tamże, art. 10a. 51 Tamże, art Tamże, art. 14.

81 Organy nadzoru i kontroli 81 wniosek o wszczęcie postępowania administracyjnego albo o dopuszczenie do udziału w toczącym się postępowaniu (gdzie przysługują im prawa strony) Najmłodszym organem, który posiada kompetencje w zakresie kształtowania bezpiecznych warunków pracy, jest bez wątpienia Inspekcja Transportu Drogowego, która została powołana ustawą z dnia 6 września 2001 r. 54, natomiast pierwsi inspektorzy zaczęli kontrole w październiku 2002 r. Główny Inspektor jest centralnym organem administracji rządowej podległym ministrowi właściwemu do spraw transportu 55. Ten organ kontroluje przestrzeganie przepisów w zakresie przewozu drogowego wykonywanego pojazdami samochodowymi 56. W zakresie zapewnienia bhp będzie to głównie dotyczyło zagadnień czasu pracy kierowców, przestrzegania zasad bezpiecznego przewożenia ładunków 57. Organami tej inspekcji są Główny Inspektor Transportu Drogowego oraz wojewoda działający za pośrednictwem wojewódzkiego inspektora transportu drogowego, zwanego dalej wojewódzkim inspektorem, jako kierownika wojewódzkiej inspekcji transportu drogowego wchodzącej w skład wojewódzkiej administracji zespolonej, który wykonuje swoje czynności przy pomocy inspektorów 58. W celu realizacji swoich uprawnień inspektorzy mają prawo m.in. do 59 : wstępu do pojazdu, kontroli jego stanu technicznego; kontroli zainstalowanych lub znajdujących się w pojeździe urządzeń pomiarowo-kontrolnych lub tachografu cyfrowego; kontrolowania masy, nacisków osi i wymiarów pojazdu przy użyciu przyrządu pomiarowego; żądania od podmiotu wykonującego przewóz drogowy i jego pracowników pisemnych lub ustnych wyjaśnień, okazania dokumentów i innych nośników informacji oraz udostępnienia wszelkich danych mających związek z przedmiotem kontroli. Inspektor ma również prawo do używania i wykorzystywania środków przymusu bezpośredniego oraz broni palnej 60. Czynności kontrolne wykonuje zasadniczo w umundurowaniu 61. Kontrolowany jest obowiązany umożliwić inspektorowi dokonanie czynności kontrol- 53 Tamże, art Ustawa z dnia 6 września 2001 r. o transporcie drogowym (Dz. U. z 2013 r. poz t.j. ze zm.) 55 Tamże, art Tamże, art Tamże, art Tamże, art Tamże, art Tamże, art Tamże, art. 57 i Tamże, art. 69.

82 82 O. Kucharski nych, a w szczególności udzielić ustnych lub pisemnych wyjaśnień, okazać dokumenty lub inne nośniki informacji oraz udostępnić dane mające związek z przedmiotem kontroli; umożliwić sporządzenie dokumentacji filmowej lub fotograficznej, jeżeli może ona stanowić dowód lub przyczynić się do utrwalenia dowodu w sprawie będącej przedmiotem kontroli 62. Z przeprowadzonych czynności kontrolnych inspektor sporządza protokół kontroli 63. Zgodnie z przepisami wyniki kontroli wykorzystywane są do formułowania wniosków o wszczęcie postępowania: 1. administracyjnego o cofnięcie uprawnień przewozowych przedsiębiorcy; 2. karnego lub karno-skarbowego; 3. w sprawach o wykroczenia; 4. przez organy Państwowej Inspekcji Pracy Ustawodawca nie uregulował w odrębnej ustawie ustroju i kompetencji organów nadzoru budowlanego. Przepisy dotyczące tej instytucji są częścią ustawy z 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane, która normuje działalność obejmującą sprawy projektowania, budowy, utrzymania i rozbiórki obiektów budowlanych oraz określa zasady działania organów administracji publicznej w tych dziedzinach 65. Zadania w zakresie bezpieczeństwa pracy będą realizowane przez organy nadzoru budowlanego, w skład których wchodzą 66 : powiatowy inspektor nadzoru budowlanego; wojewoda przy pomocy wojewódzkiego inspektora nadzoru budowlanego jako kierownika wojewódzkiego nadzoru budowlanego, wchodzącego w skład zespolonej administracji wojewódzkiej; Główny Inspektor Nadzoru Budowlanego. Do podstawowych obowiązków organów administracji architektonicznobudowlanej i nadzoru budowlanego należą nadzór i kontrola nad przestrzeganiem przepisów prawa budowlanego, a w szczególności: warunków bezpieczeństwa ludzi i mienia w rozwiązaniach przyjętych w projektach budowlanych, przy wykonywaniu robót budowlanych oraz utrzymywaniu obiektów budowlanych, stosowania wyrobów budowlanych 67. Ustrojowo należy wskazać, że Główny Inspektor Nadzoru Budowlanego jest centralnym organem administracji rządowej w sprawach administracji architektoniczno-budowlanej i nadzoru budowlanego 68. Natomiast wojewódzki 62 Tamże, art Tamże, art Tamże, art Art. 1 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (t.j. Dz. U. z 2013r poz z późn. zm.). 66 Tamże, art. 80 ust Tamże, art. 81 ust Tamże, art. 88.

83 Organy nadzoru i kontroli 83 inspektor nadzoru budowlanego należy do organów rządowej administracji zespolonej. W trakcie wykonywania czynności organy nadzoru budowlanego lub osoby działające z ich upoważnienia mają prawo wstępu do każdego obiektu budowlanego, na teren budowy lub zakładu pracy 69. Kontrolujący mają prawo żądać informacji lub dokumentów związanych z prowadzeniem robót, przekazywaniem obiektu budowlanego do użytkowania, utrzymaniem i użytkowaniem obiektu budowlanego 70. W wyniku dokonanych ustaleń organy nadzoru budowlanego mogą wydać postanowienia wstrzymania prowadzenia robót budowlanych wykonywanych bez wymaganego pozwolenia albo zgłoszenia, prowadzonych w sposób mogący spowodować zagrożenie bezpieczeństwa ludzi lub mienia 71. W przypadku stwierdzenia, że obiekt budowlany zagraża życiu lub zdrowiu ludzi, bezpieczeństwu mienia albo jest użytkowany w sposób zagrażający życiu lub zdrowiu ludzi, albo jest w nieodpowiednim stanie technicznych organ nadzoru budowlanego może nakazać w drodze decyzji administracyjnej usunięcie stwierdzonych nieprawidłowości w określonym terminie 72. W wypadku wystąpienia bezpośredniego zagrożenia zawalenia się budynku przeznaczonego na pobyt ludzi organ nadzoru budowlanego może nakazać opróżnienie lub wyłączenie w określonym terminie całości lub części budynku 73. Organy nadzoru budowlanego mogą stosować postępowanie wykroczeniowe w razie stwierdzenia naruszeń prawa. 13. Państwowa Straż Pożarna w aktualnych uwarunkowaniach gospodarczych spełnia istotną rolę nie tylko przy gaszeniu pożarów, ale także w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa przed innymi zagrożeniami. Dotyczy to również eliminowania zagrożeń w środowisku pracy. Ustawodawca określił, że do podstawowych zadań państwowej Straży Pożarnej jako formacji zawodowej i umundurowanej należy m.in. rozpoznawanie zagrożeń pożarowych i innych miejscowych zagrożeń (w tym w zakładach o zwiększonym albo dużym ryzyku wystąpienia awarii przemysłowej), organizowanie i prowadzenie akcji ratowniczych, nadzór nad przestrzeganiem przepisów przeciwpożarowych 74. Jednostkami organizacyjnymi Państwowej Straży Pożarnej są Komenda Główna, komenda wojewódzka, komenda powiatowa (miejska) 75. Centralnym 69 Tamże, art. 81a. 70 Tamże, art. 81c. 71 Tamże, art Tamże, art Tamże, art Art. 1 ustawy z 24 sierpnia 1991 r. o Państwowej Straży Pożarnej (t.j. Dz. U. z 2013 r., poz z późn. zm.). 75 Tamże, art. 8.

84 84 O. Kucharski organem administracji rządowej w sprawach organizacji krajowego systemu ratowniczo-gaśniczego oraz ochrony przeciwpożarowej jest Komendant Główny Państwowej Straży Pożarnej, podległy ministrowi właściwemu do spraw wewnętrznych 76. Na terenie województw zadania i kompetencje Państwowej Straży Pożarnej wykonują: wojewoda, przy pomocy komendanta wojewódzkiego, jako kierownika straży wchodzącej w skład zespolonej administracji rządowej w województwie, oraz komendant powiatowy (miejski) 77. W celu rozpoznawania zagrożeń, realizacji nadzoru nad przestrzeganiem przepisów przeciwpożarowych oraz przygotowania do działań ratowniczych Państwowa Straż Pożarna przeprowadza czynności kontrolno-rozpoznawcze oraz ćwiczenia. Czynności kontrolno-rozpoznawcze są przeprowadzane w zakresie kontroli przestrzegania przepisów przeciwpożarowych; oceny zgodności z wymaganiami ochrony przeciwpożarowej rozwiązań technicznych zastosowanych w obiekcie budowlanym; ustalania spełnienia wymogów bezpieczeństwa w zakładzie stwarzającym zagrożenie wystąpienia poważnej awarii przemysłowej; zbierania informacji niezbędnych do wykonania analizy poważnej awarii przemysłowej i formułowania zaleceń dla prowadzącego zakład. Prawo do przeprowadzania czynności kontrolno-rozpoznawczych mają upoważnieni strażacy 78. Kontrolowany jest obowiązany: umożliwić przeprowadzenie czynności kontrolno-rozpoznawczych, w tym udzielić niezbędnych informacji i wyjaśnień w sprawach objętych zakresem tych czynności; umożliwić dostęp do obiektów, urządzeń i innych składników majątkowych, w stosunku do których mają być przeprowadzone czynności; zapewnić wgląd w dokumentację i prowadzone ewidencje objęte zakresem czynności; zapewnić warunki do kontroli. Kontrolujący ma prawo wstępu do wszystkich obiektów i pomieszczeń 79. Z ustaleń dokonanych w toku czynności kontrolno-rozpoznawczych kontrolujący sporządza protokół. W razie stwierdzenia naruszenia przepisów przeciwpożarowych, Komendant Powiatowy (Miejski) uprawniony jest, w drodze decyzji administracyjnej, do: 1. nakazania usunięcia stwierdzonych uchybień w ustalonym terminie; 2. wstrzymania robót (prac), zakazania używania maszyn, urządzeń lub środków transportowych oraz eksploatacji pomieszczeń, obiektów lub ich części, jeżeli stwierdzone uchybienia mogą powodować zagrożenie życia ludzi lub bezpośrednie niebezpieczeństwo powstania pożaru. Tego rodzaju decyzje w podlegają natychmiastowemu wykonaniu Tamże, art Tamże, art Tamże, art Tamże, art. 23 ust Tamże, art. 26.

85 Organy nadzoru i kontroli 85 W przypadku stwierdzenia naruszenia przepisów przeciwpożarowych wyznaczeni strażacy mają prawo do nakładania grzywny w drodze mandatu karnego Zadania w zakresie bezpieczeństwa pracy na statkach żeglugi morskiej oraz śródlądowej, a także w portach i innych miejscach związanych z tą działalnością, są wykonywane odpowiednio przez organy administracji żeglugi morskiej oraz żeglugi śródlądowej. Organami administracji morskiej są minister właściwy do spraw gospodarki morskiej, jako naczelny organ administracji morskiej, oraz dyrektorzy urzędów morskich, jako terenowe organy administracji morskiej, nad którymi sprawuje nadzór minister wskazany wyżej 82. W szczególności organy administracji morskiej zajmują się zapewnieniem bezpieczeństwa morskiego w zakresie budowy statku, jego stałych urządzeń i wyposażenia, inspekcji statku, kwalifikacji i składu załogi statku, bezpiecznego uprawiania żeglugi morskiej oraz ratowania życia na morzu 83. Dyrektorzy urzędów wykonują swoje zadania przy pomocy inspektorów inspekcji morskiej, którzy mają m.in. prawo do: kontroli budowy statków, stałych urządzeń i ich wyposażenia; składu i kwalifikacji załóg; bhp oraz warunków sanitarno-bytowych 84. W trakcie przeprowadzania kontroli inspektorzy mogą żądać wyjaśnień i wykonywać czynności niezbędne do przeprowadzenia kontroli, w tym: sprawdzać pomieszczenia statku, dokumenty, ogólny stan techniczny statku, łącznie z warunkami sanitarno-bytowymi 85. Inspektor inspekcji morskiej ma prawo przebywania na każdym statku znajdującym się w polskim obszarze morskim, a kierownik tego statku musi umożliwić mu dokonanie kontroli przestrzegania obowiązujących przepisów i obserwacji prowadzonej działalności 86. W czasie wykonywania czynności służbowych inspektor jest obowiązany do noszenia munduru 87. Inspektorzy inspekcji morskiej w przypadku stwierdzenia, że stan statku lub sposób jego załadowania stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa na morzu, życia lub środowiska morskiego, mogą w drodze decyzji: zatrzymać statek, zabronić użycia statku lub wstrzymać operacje, podczas których zostały stwier- 81 Tamże, art. 23 ust Art. 38 ustawy z dnia 21 marca 1991 r. o obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej i administracji morskiej (t.j. Dz. U. z 2013 r., poz. 934 ze zm.). 83 Art. 1 ustawy z dnia 18 sierpnia 2011 r. o bezpieczeństwie morskim (Dz. U. nr 228 z 2011 r., poz ze zm.). 84 Art. 50 ustawy z dnia 21 marca 1991 r. o obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej i administracji morskiej (tekst jednolity Dz. U. z 2013 r., poz. 934 ze zm.). 85 Art. 51 ustawy z dnia 21 marca 1991 r. o obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej i administracji morskiej (tekst jednolity Dz. U. z 2013 r., poz. 934 ze zm.). 86 Tamże, art Tamże, art. 54.

86 86 O. Kucharski dzone nieprawidłowości, wskazując jednocześnie uchybienia, które należy usunąć, mając na uwadze stopień stwarzanego zagrożenia. W przypadku stwierdzenia, że stan statku nie czyni go niezdatnym do żeglugi, lecz nie pozwala na użycie go do żeglugi w sposób zamierzony przez armatora, organ inspekcyjny, w drodze decyzji, zabrania użycia statku w sposób zamierzony, wskazując jednocześnie uchybienia, które należy usunąć, aby statek mógł być w ten sposób użyty. Decyzjom nadaje się rygor natychmiastowej wykonalności 88. Na wodach śródlądowych zadania w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa żeglugi, w tym spełniania zasad bhp, zapewniają organy administracji żeglugi śródlądowej, którymi są: minister właściwy do spraw transportu, jako naczelny organ administracji żeglugi śródlądowej; oraz dyrektorzy urzędów żeglugi śródlądowej, jako terenowe organy administracji żeglugi śródlądowej, nad którymi sprawuje nadzór ww. minister 89. Do właściwości dyrektorów urzędów żeglugi śródlądowej należą m.in. nadzór nad bezpieczeństwem żeglugi, przeprowadzanie inspekcji statków 90. Zadania w imieniu dyrektorów wykonują uprawnieni inspektorzy 91. Mają oni prawo do wejścia i przebywania: na statku, na budowli wodnej służącej żegludze, w porcie, przystani i zimowisku. Inspektor ma prawo do kontroli: czy statek jest uprawniony do działalności, jaką wykonuje; dokumentów dotyczących statku i załogi oraz przewozowych, a także do żądania wyjaśnień i podejmowania wszelkich czynności niezbędnych do przeprowadzenia kontroli na pokładzie, w ładowniach i innych pomieszczeniach statku. Ponadto inspektor może dokonywać wpisów dotyczących przeprowadzonej kontroli w dzienniku pokładowym statku oraz nakładać grzywny w drodze mandatu karnego za wykroczenia w żegludze śródlądowej 92. Swoje zadania inspektorzy wykonują w mundurach 93. Inspektor żeglugi śródlądowej w przypadku stwierdzenia w trakcie kontroli braku dokumentu dopuszczającego statek do żeglugi, zaniedbania zagrażającego bezpieczeństwu żeglugi, statku lub przebywających na nim osób albo zagrażającego zanieczyszczeniem środowiska, a także stwierdzenia uchybienia sanitarnego albo że statek stanowi zagrożenie bezpieczeństwa żeglugi może na podstawie udzielonego upoważnienia, w drodze decyzji administracyjnej, zatrzymać lub skierować statek do najbliższego postoju oraz zatrzymać dokument 88 Art. 27, art. 43, art. 46 ustawy z dnia 18 sierpnia 2011 r. o bezpieczeństwie morskim (Dz. U. nr 228 z 2011 r., poz ze zm.). 89 Art. 1 i 6 ustawy z dnia 21 grudnia 2000 r. o żegludze śródlądowej (tekst jednolity Dz. U. z 2013 r., poz. 1458). 90 Tamże, art Tamże, art Tamże. 93 Tamże, art. 12.

87 Organy nadzoru i kontroli 87 dopuszczający statek do żeglugi i dokument kwalifikacyjny kierownika statku do czasu usunięcia stwierdzonych naruszeń. 15. Podsumowując dokonany przegląd, należy wskazać, że ustawodawca stworzył system organów nadzoru i kontroli nad warunkami pracy oparty na współpracy pomiędzy sobą wyspecjalizowanych instytucji państwowych z wiodącą rolą Państwowej Inspekcji Pracy. Jest to działanie zasługujące na aprobatę, ponieważ alternatywne rozwiązanie musiałoby być oparte albo na stworzeniu jednego wyspecjalizowanego podmiotu, który zajmowałby się całokształtem zagadnienień bhp, albo na rozdzieleniu kompetencji bhp pomiędzy wiele różnych organów, bez żadnego wiodącego w tej dziedzinie. W moim przekonaniu takie rozwiązania nie byłyby ani racjonalne, ani skuteczne, ze względu na duże koszty funkcjonowania (pojedynczej instytucji) albo słabą skuteczność rozdrobnionych, niekoordynowanych w tym zakresie urzędów. Wydaje się, że nie jest możliwe, aby każdy podmiot kontrolujący posiadał kompetencję merytoryczną względem sprawdzania wszystkich czynników narażenia pracownika na zagrożenia (od czynników rakotwórczych po wiedzę na temat budowy statków morskich). Powodowałoby to znaczny rozrost takiej instytucji, która przez to nie byłaby efektywna; zespoły osób kontrolujących musiałyby być wieloosobowe, co i tak nie gwarantowałoby odpowiedniej jakości każdej kontroli; wreszcie kontrole byłyby czasochłonne i długotrwałe, co powodowałoby ich znaczne koszty i ograniczyłoby liczbę skontrolowanych podmiotów, a przez to zmniejszyłoby liczbę wyeliminowanych potencjalnie zagrożeń. Aktualny podział na wyspecjalizowane organy powoduje, że instytucje wzajemnie między sobą występują o dokonanie specjalistycznego sprawdzenia, czy w konkretnych warunkach nie dochodzi do naruszenia przepisów. O ile sama koncepcja tworzenia wyspecjalizowanych organów w moim przekonaniu nie jest kontrowersyjna, o tyle pojawiają się rozbieżności w ocenie przyjętych modeli funkcjonowania opisywanych instytucji. Czy powinny mieć taką samą strukturę organizacyjną, podporządkowanie, kompetencje, czy też nie. Dokonany przegląd wskazuje, że każda instytucja posiada swoje odmienności. Jest to na pewno konsekwencją genezy poszczególnych podmiotów, a także specyfiki działania i usytuowania organizacyjnego. Częściowo jest to związane z brakiem konsekwencji u prawodawcy, powodującym np. różne określenia prawa do kontroli podmiotów (np. użycie archaicznego już określenia na terenie miast i wsi w ustawie z 14 marca 1985 r. o Państwowej Inspekcji Sanitarnej, a używanego obecnie równorzędnego terminu prawa wstępu na teren i do obiektów podmiotu kontrolowanego, np. w ustawie z 13 kwietnia 2007 r. o Państwowej Inspekcji Pracy, czy ustawy z 20 lipca 1991 r. o Inspekcji Ochrony Środowiska, albo ustawy z dnia 24 sierpnia 1991 r. o Państwowej Straży Pożarnej), a także braku konsekwentnej wizji organizacji i usytuowania organów nadzoru nad warunkami pracy.

88 88 O. Kucharski Syntetycznie można stwierdzić, że opisywane instytucje różni nie tylko kompetencja rzeczowa (co jest oczywiste), ale przede wszystkim struktura organizacyjna, co rzutuje na odmienności kompetencji instancyjnej, miejscowej. Odmienności struktury organizacyjnej powodują, że mamy doczynienia zarówno z organami administracji rządowej zespolonej (Komendant Wojewódzki Państwowej Straży Pożarnej, Państwowy Wojewódzki Inspektor Sanitarny, Wojewódzki Inspektor Transportu Drogowego, Wojewódzki Inspektor Ochrony Środowiska), działającej pod kierownictwem organu o kompetencji ogólnej tj. wojewody, jak i administracji niezespolonej (Urzędy Morskie, Urzędy Żeglugi Śródlądowej), podporządkowanej przeważnie właściwemu ministrowi, albo centralnemu organowi administracji rządowej 94. Wreszcie niektóre z opisywanych instytucji należą do organów centralnych (Państwowa Inspekcja Pracy, Państwowa Agencja Atomistyki, Urząd Dozoru Technicznego) niebędących elementem administracji rządowej terenowej. Brak jednolitości w zakresie istnienia tych organów bierze się z uwarunkowań historycznych i merytorycznych (bo np. trudno sobie wyobrazić podporządkowanie Agencji Atomistyki wojewodzie), a także różnych podstaw prawnych funkcjonowania (np. Państwowa Inspekcja Pracy działa m.in. w oparciu o konwencje Międzynarodowej Organizacji Pracy). Analizując kompetencję rzeczową opisanych wyżej organów w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa pracy, należy wskazać, że dla niektórych instytucji będą to zadania o charakterze podstawowym (Państwowa Inspekcja Pracy, czy Urząd Górniczy), a dla pozostałych raczej o dodatkowym, wykonywanym przy okazji realizacji kompetencji ustawowych, w których nie ma znaczenia, czy dotyczą pracownika, zatrudnionego, czy innych osób. W szczególności kontrole prewencyjne Państwowej Straży Pożarnej będą dotyczyły obiektów, niezależnie od tego, czy przebywają tam pracownicy, czy nie, podobnie jak kontrole organów ochrony środowiska, nadzoru budowlanego czy agencji atomistyki. Jest to jednak niezbędne, ponieważ każdy z organów posiada wyspecjalizowanych funkcjonariuszy lub urządzenia pomiarowe, co pozwala na dokonanie profesjonalnej oceny, czy działalność podmiotu kontrolowanego nie powoduje zagrożeń również dla pracowników. Opisywane organy funkcjonują wg różnych zasad, co szczególnie uwidacznia się na tle stricte organów kontrolnych, takich jak inspekcja sanitarna, pracy czy ochrony środowiska, a Urząd Dozoru Technicznego podejmuje działania tylko na wniosek podmiotu eksploatującego niektóre typy urządzeń i to po dokonaniu stosownej opłaty. 94 Pojęcie administracji zespolonej i niezespolonej wynika z art ustawy z 23 stycznia 2009 r. o wojewodzie i administracji rządowej w województwie (Dz. U. z 2015 r., poz. 525 ze zm.), a wyjaśnienie tych pojęć znajduje się m.in. w pracy: Prawo administracyjne. Pojęcia, instytucje, zasady w teorii i orzecznictwie pod red. M Stahl, Lex a Wolters Kluwer business, Warszawa 2013 r., s. 352, 354, 266, 268.

89 Organy nadzoru i kontroli 89 Odmienności organizacyjne uwidaczniają się w sposób najbardziej wyraźny w określeniu organów uprawnionych do wydawania decyzji administracyjnych. Spośród opisywanych organów tylko w Państwowej Inspekcji Pracy każdy z inspektorów pracy jest organem administracyjnym. W pozostałych instytucjach kim innym są inspektorzy, czy osoby kontrolujące, a kto inny wydaje decyzje na podstawie ustaleń dokonanych przez tych pierwszych (np. inspekcja sanitarna, straż pożarna). Konsekwencją jest również to, że w każdej z tych instytucji, innym podmiotem będzie organ II instancji rozpatrujący odwołania od wydawanych decyzji. Dodatkowo ustawodawca wprowadził na określenie pewnych decyzji administracyjnych wydawanych przez niektóre organy specyficzne nazwy, np. nakazy w odniesieniu do władczych rozstrzygnięć Państwowej Inspekcji Pracy, co nie zmienia jednak ich kwalifikacji prawnej. W celu wydawania władczych rozstrzygnięć administracyjnych dano opisanym organom pewne uprawnienia kontrolne, które nie u wszystkich są takie same i nie chodzi tylko o specyfikę wynikającą z właściwości rzeczowej. W szczególności organy Państwowej Inspekcji Pracy mają prawo kontrolować każdego pracodawcę o każdej porze dnia i nocy, bez uprzedzenia, pozostałe organy taką możliwość mają jedynie w wyjątkowych przypadkach, np. podejrzenia popełnienia przestępstwa lub wykroczenia. Podobnie jeśli chodzi o możliwość utajenia danych świadków dostarczających informacji o rażących nieprawidłowościach takie uprawnienia posiadają Państwowa Inspekcja Pracy oraz Agencja Atomistyki, pozostałe instytucje nie zostały wyposażone w taki przywilej. Omawiane organy poza wskazanymi odmiennościami posiadają również pewne cechy wspólne. Niewątpliwie tym, co je łączy, jest fakt, że kontrolują i nadzorują, a więc po pierwsze celem ich działania jest ustalanie stanu faktycznego, po to by ewentualnie wydawać decyzje administracyjne mające na celu wyeliminowanie ewentualnych nieprawidłowości. By prawidłowo realizować swoje zadania, każdy z organów uzyskał uprawnienia sprawdzania działalności kontrolowanego podmiotu, niezależnie od jego formy organizacyjnej. W tym zakresie nałożono na podmioty kontrolujące pewne ograniczenia wynikające z ustawy o swobodzie działalności gospodarczej 95. Utrwalenie dokonywanych czynności następuje w formie pisemnego protokołu, na podstawie którego wydaje się decyzje administracyjne. Oczywiście elementem łączącym te wszystkie organy jest forma ich działania, tj. poprzez wydawanie decyzji administracyjnych, ze wszystkimi konsekwencjami z tym związanymi. Organy oprócz władczych sposobów oddziały- 95 Ustawa z 2 lipca 2004 r. o swobodzie działalności gospodarczej (Dz. U. z 2015 r., poz. 584 ze zm.). Warto wskazać jednak, że w wyroku z 11 marca.2010r. o sygn. III SA/Kr 1002/09 WSA z Krakowa, zaznaczył, że do Państwowej Inspekcji Pracy nie stosuje się ograniczeń wynikających ze wskazanej ustawy, ponieważ kontroluje ona przestrzeganie przepisów prawa pracy i bhp, a nie prowadzenie działalności gospodarczej.

90 90 O. Kucharski wania mogą kierować do podmiotów kontrolowanych pewne niewładcze środki oddziaływania, które mają za zadanie oddziaływanie profilaktyczne (np. wystąpienia inspektora pracy). Ustawodawca dopuścił, aby wskazane organy mogły prowadzić postępowanie wykroczeniowe w razie stwierdzenia niektórych naruszeń prawa. Z drugiej strony należy zauważyć, że zobowiązano wskazane organy do prowadzenia działalności profilaktycznej, a więc informacyjnej i poradniczej. Porównując kompetencję rzeczową dotyczącą zapewnienia bezpiecznych i higienicznych warunków pracy, nie budzi kontrowersji stwierdzenie, że wiodąca rola w tym zakresie została powierzona Państwowej Inspekcji Pracy, jako organowi wyspecjalizowanemu w tej tematyce. Pozostałe organy pełnią rolę subsydiarną, ponieważ główne cele ich powołania i funkcjonowania są inne. W praktyce może to jednak powodować pewne niespójności w postaci występowania sytuacji, gdy różne organy regulują odrębnymi decyzjami te same zagadnienia. Istotna jest współpraca pomiędzy nimi, aby nie dochodziło do takich uchybień, które skutkują nieważnością decyzji. Z drugiej strony wydaje się, że większym zagrożeniem dla zdrowia i życia zatrudnionych może być sytuacja, gdy organy nie podejmują działań mających na celu usunięcie nieprawidłowości, przerzucając się argumentami o właściwości, co w konsekwencji może prowadzić do zbagatelizowania zagrożenia. Kolejną cechą wspólną jest rozszerzanie ochrony (możliwości kontroli i nadzoru) na wszystkie formy zatrudnienia, co wiąże się z aktualną sytuacją na rynku pracy i coraz większą rolą umów cywilnoprawnych i samozatrudnienia. Z drugiej strony zauważalną cechą jest ciągłe przybywanie coraz to nowych zadań nakładanych na wskazane organy, a dotyczących szeroko rozumianego bhp, co jest związane z rozszerzaniem kognicji państwa na kolejne obszary aktywności społecznej, oraz postęp wiedzy technicznej, np. dotyczącej organizmów genetycznie zmodyfikowanych. Te tendencje powodują, że regulacje są ciągle nowelizowane i przez to coraz mniej spójne. To też jednak sprawia, że niemożliwe jest ujednolicenie organizacyjne wszystkich organów, bo każdy z nich wykonuje odmienne zadania w systemie ochrony bhp.

91 Organy nadzoru i kontroli 91 Literatura [1] K. Baran, Inspekcja pracy, [w:] Prawo pracy i ubezpieczeń społecznych, red. K. Baran, Warszawa 2013, s [2] D. Dörre-Nowak, Powszechna ochrona pracy, [w:] Prawo pracy i ubezpieczeń społecznych, red. K.W. Baran, Wolters Kluwer business, Warszawa 2013, s [3] D. Dörre-Nowak, Ubezpieczenie wypadkowe, [w:] Prawo pracy i ubezpieczeń społecznych, red. K. Baran, Warszawa 2013, s [4] J. Jagielski, Kontrola administracji publicznej, LexisNexis, Warszawa 2012, s [5] O. Kucharski, Charakter prawny wystąpień inspektora pracy w świetle orzecznictwa administracyjno-sądowego, [w:] Współczesne problemy w administracji publicznej. Wybrane zagadnienia, red. P. Chmielnicki, E. Książek, K. Winiarski, Wydawnictwo AJD, Częstochowa 2008, s [6] O. Kucharski, Państwowa Inspekcja Pracy a Rzecznik Praw Obywatelskich próba porównania, [w:] Instytucje ombudsmańskie w Polsce (wybrane zagadnienia), red. A. Gronkiewicz, Wydawnictwo AJD, Częstochowa 2013, s [7] O. Kucharski, Państwowa Inspekcja Pracy oraz Państwowa Inspekcja Sanitarna jako organy nadzoru i kontroli przestrzegania prawa pracy, [w:] Aktualne zagadnienia prawa pracy i polityki socjalnej (zbiór studiów), t. 3, red. B.M. Ćwiertniaka, Wyd. Humanitas, Sosnowiec 2013, s [8] T. Wyka, Bezpieczeństwo i higiena pracy, [w:] Wielka encyklopedia prawa, red. E. Smoktunowicz i C. Kosikowski, Białystok, Warszawa 2000, s. 79. [9] Art. 38, art. 50, art. 51 ustawy z dnia 21 marca 1991 r. o obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej i administracji morskiej (t.j. Dz. U. z 2013 r., poz. 934 ze zm.). [10] Art. 1 i 2 ustawy z 20 lipca 1991 r. o Inspekcji Ochrony Środowiska (Dz. U. z 2013 r. poz. 686 ze zm.). [11] Art. 1 ustawy z 24 sierpnia 1991 r. o Państwowej Straży Pożarnej (t.j. Dz. U. z 2013 r., poz z późn. zm.). [12] Art. 1 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (t.j. Dz. U. z 2013r poz z późn. zm.). [13] Art. 2 ustawy z 13 kwietnia 2007 r. o Państwowej Inspekcji Pracy (Dz.U. z 2015r, poz. 640 ze zm.), zwanej dalej ustawą o PIP. [14] Art. 109 ustawy z 29 listopada 2000 r. Prawo atomowe (Dz. U. z 2012 r., poz. 264 ze zm.).

92 92 O. Kucharski [15] Art. 1 i 6 ustawy z dnia 21 grudnia 2000 r. o żegludze śródlądowej (tekst jednolity Dz. U. z 2013 r., poz. 1458). [16] Art ustawy z 23 stycznia 2009 r. o wojewodzie i administracji rządowej w województwie (Dz. U. z 2015 r., poz. 525 ze zm.). [17] Art. 164 ustawy z 9 czerwca 2011 r. Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. z 2014 r., poz. 613 ze zm.). [18] Art. 1, art. 27, art. 43, art. 46 ustawy z dnia 18 sierpnia 2011 r. o bezpieczeństwie morskim (Dz. U. nr 228 z 2011 r., poz ze zm.). [19] Konstytucja RP z 2 kwietnia 1997 r. opubl. w Dz.U. nr 78 z 1997r., poz [20] Konwencja nr 81 MOP w sprawie inspekcji pracy w przemyśle i handlu, ratyfikowana przez Polskę 19 kwietnia 1995 r. (Dz. U. z 1997 r., nr 72, poz. 450 i 451). [21] Prawo administracyjne. Pojęcia, instytucje, zasady w teorii i orzecznictwie pod red. M Stahl, Lex a Wolters Kluwer business, Warszawa 2013 r., s. 352, 354, 266, 268. [22] Prawo Konstytucyjne red. Z. Witkowski, Toruń 2013, s [23] Rozporządzenie Prezesa Rady Ministrów z dnia 28 grudnia 2007 r. w sprawie trybu i form współdziałania niektórych organów z Państwową Inspekcją Pracy w zakresie bezpieczeństwa i higieny pracy oraz legalności zatrudnienia (Dz.U ). [24] Ustawa z 26 czerwca 1974 r. Kodeks pracy (Dz. U. z 2014 r., poz ze zm.). [25] Ustawa z dnia 14 marca 1985 r. o Państwowej Inspekcji Sanitarnej (Dz.U. z 2011, nr 212, poz ze zm.). [26] Ustawa z 21 grudnia 2000 r. o dozorze technicznym (Dz. U. z 2013 r., poz. 963 ze zm.). [27] Ustawa z dnia 6 września 2001 r. o transporcie drogowym (Dz. U. z 2013 r. poz t.j. ze zm.). [28] Ustawa z 2 lipca 2004 r. o swobodzie działalności gospodarczej (Dz. U. z 2015 r., poz. 584 ze zm.).

93 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, I, s Renata Musielińska, Barbara Bus Akademia im. Jana Długosza al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa PRZEGLĄD WYBRANYCH ANTYOKSYDANTÓW W ASPEKCIEE BEZPIECZEŃSTWA ICH STOSOWANIA Streszczenie. Coraz częściej popularne staje się przyjmowanie antyoksydantów w du- żych ilościach bez określenia nań zapotrzebowania dla danej osoby. Celem artykułu było zebranie dotychczasowej wiedzy na temat wybranych antyoksydantów, ich wpły- obejmo- wu na organizm ludzki oraz bezpieczeństwa ich przyjmowania. Zakres pracy wał szczegółowy przegląd literatury, analizę wyników różnych badań (zarówno in vivo, jak i in vitro) dotyczących bezpieczeństwa stosowania substancji o działaniu antyoksy- rodniki, dacyjnym oraz próbę wyciągnięcia wniosków z prezentowanych informacji. Słowa kluczowe: antyoksydanty, ryzyko, bezpieczeństwo stosowania, wolne żywność. AN OVERVIEW OF SELECTED ANTIOXIDANTS IN THE ASPECT OF SAFETY THEIR APPLICATION Abstract. It is becoming popular to taking antioxidants in large quantities without deterknowledge mining the dose need for a person. The aim of the article was to gather existing on the topic of selected antioxidants, their impact on the human body and the safety of their reception. The scope of work included a detailed review of the literature, analysis of the results of various studies (both in vivo, and in vitro) on the safety of substances with antioxidant activity and try to draw conclusions from presented information. Keywords: antioxidants, risk, safety, free radicals, food.

94 94 R. Musielińska, B. Bus Wprowadzenie Powszechnie wiadomo, że organizm ludzki do prawidłowego funkcjonowania potrzebuje określonej dawki składników pokarmowych. Poza głównymi składnikami diety (węglowodanami, tłuszczami, białkami), aby móc funkcjonować w sposób prawidłowy, musi być on zaopatrywany również w inne substancje. Zaliczamy do nich makro- i mikroelementy, witaminy i inne antyoksydanty, które zapewniają specyficzną równowagę w organizmie, ograniczając liczbę pojawiających się cząsteczek z niesparowanym elektronem, czyli wolnych rodników. Słabe systemy antyoksydacyjne naszego organizmu przyczyniają się do wytwarzania zbyt dużych ilości reaktywnych form tlenu i dochodzi do stresu oksydacyjnego (tlenowego). Może on być przyczyną chorób nowotworowych czy wirusowych. Warto pamiętać, że przeciwutleniacze rzadko działają samodzielnie. Przeważnie współdziałają one ze sobą (przykład odtwarzania tokoferolu przez witaminę C) oraz z innymi przeciwutleniaczami, zarówno egzogennymi, jak i endogennymi. Są częścią złożonego systemu, nazywanego barierą antyoksydacyjną. Związki o charakterze antyoksydacyjnym odgrywają zatem istotną rolę w wielu procesach zachodzących w organizmie, a ich niedobór czy też nadmiar może wyrządzić różnego rodzaju szkody, począwszy od lekkich objawów chorobowych, a skończywszy, w skrajnych przypadkach, nawet na śmierci. Charakterystyka poszczególnych antyoksydantów Antyoksydanty (przeciwutleniacze) to substancje, które stanowią ochronę przed wolnymi rodnikami, wstrzymując lub opóźniając proces utleniania. Hamują oksydację i przekształcają rodniki w ich nieaktywne pochodne. ADS (antioxidant defence system) to antyoksydacyjny układ ochronny, obejmujący czynniki ochronne i mechanizmy naprawcze organizmu. Główna funkcja systemu naprawczego ADS polega na zablokowaniu początkowej fazy reakcji utleniania, a także na naprawie uszkodzeń, które powstały wcześniej. Przeciwutleniacze mogą być zarówno egzogenne, jak i endogenne. Antyoksydanty to nie tylko naturalne substancje roślinne, ale także jony metali przejściowych (cynku, selenu i manganu) [10, 15]. Witaminy (A, E, C) Witaminy spełniają różnorodne funkcje w organizmie ludzkim. Niektóre syntetyzowane są przez organizm, jednak większość z nich musi zostać dostarczona z pożywieniem. Określenie zapotrzebowania człowieka jest trudne, zależy bowiem od wielu czynników, takich jak: wiek, stan zdrowia czy tryb życia.

95 Przegląd wybranych antyoksydantów 95 Objawy wywołane przez niedobór witamin są to awitaminozy, a te spowodowane przez ich nadmiar nazywane są hiperwitaminozami [24, 42]. Badania wykazują, że witaminy C, E, A oraz karotenoidy, oprócz funkcji zapobiegania niedoborom, pełnią jeszcze jedną ważną funkcję, a mianowicie uczestniczą w walce organizmu z wolnymi rodnikami i reaktywnymi formami tlenu (RFT). Badania kliniczne i epidemiologiczne wykazały, że przewlekłe (nawet pozornie niewielkie) niedobory witamin antyoksydacyjnych mogą powodować zmiany w organizmie, prowadzące do powstawania miażdżycy oraz chorób nowotworowych. W czasie intensywnego wysiłku fizycznego, w szkodliwych warunkach środowiska czy w sytuacjach stresowych, zapotrzebowanie na witaminy antyoksydacyjne rośnie. Więcej takich witamin powinny organizmowi dostarczać również osoby palące, w przypadku których dochodzi do wytwarzania większej ilości wolnych rodników. Należy tu zaznaczyć, że wolne rodniki obecne są również w dymie papierosowym, wydychanym przez palacza oraz w dymie wydostającym się z tlącego papierosa, co stanowi zagrożenie dla biernych palaczy [31, 39]. Antyoksydacyjne działanie retinolu zostało wielokrotnie potwierdzane zarówno w badaniach in vitro, jak i in vivo. W pełni jego zdolności do wymiatania RFT mogą się ujawnić przy niezbyt wysokich ciśnieniach tlenu. Witamina A może wchodzić w reakcje z wolnymi rodnikami nadtlenkowymi, przerywając reakcje peroksydacji lipidów, przy czym powstają wodorotlenki. Może również reagować bezpośrednio z reaktywnymi formami tlenu, przekształcając się przy tym w epoksyd retinoidowy. Może więc uczestniczyć w obydwu liniach obrony przed reaktywnymi formami tlenu (1 wygaszanie tlenu singletowego, 2 wymiatanie wolnych rodników) [5, 27]. Retinol wykazuje działanie ochronne w stosunku do niektórych organelli, np. mitochondriów i mikrosomów, zapobiegając peroksydacji lipidów [54]. Jak wskazują wyniki badań, przyjmowanie pożywienia bogatego w witaminę A może zmniejszać zachorowalność na raka okrężnicy, płuc, piersi i innych. Witamina A może wykazywać także działanie prooksydacyjne, ujawniające się w warunkach wysokiego ciśnienia tlenu (porównywalnego z atmosferycznym). Takie ciśnienie w organizmie może być osiągnięte jedynie w nabłonku wyścielającym drogi oddechowe. W tych warunkach retinol może ulec autooksydacji, co prowadzi do reakcji łańcuchowej peroksydacji [27]. Wiele wyników badań wskazuje, iż witamina ta wykazuje działanie przeciwnowotworowe, jednak jest ono mocniejsze kiedy witamina ta występuje w połączeniu z innymi witaminami antyoksydacyjnymi. Większość funkcji kwasu askorbinowego w organizmie bazuje na oddawaniu elektronów. Witamina ta neutralizuje działanie reaktywnych form tlenu. W ten sposób pomaga chronić kwasy nukleinowe, lipidy i białka przed uszkodzeniami oksydacyjnymi. Leczenie chorób nowotworowych z użyciem kwasu askorbinowego spopularyzował Linus Pauling (amerykański fizyk i chemik). Badania dowiodły [70], iż witamina C podana w wysokich stężeniach wywiera

96 96 R. Musielińska, B. Bus toksyczne działanie na komórki nowotworowe oraz, że kwas askorbinowy podany dożylnie korzystnie wpływa na leczenie chorób nowotworowych. Podanie dożylne działa lepiej niż doustne, ponieważ umożliwia znaczne zwiększenie stężenia podanej witaminy (do 70 razy więcej niż w dawce doustnej). Tylko tak duże stężenie uaktywnia przeciwnowotworowe działanie witaminy [33]. Witamina C, jako kofaktor, bierze udział w biosyntezie kolagenu (poprzez uczestnictwo w reakcjach hydroksylacji). Wyniki badań in vitro wskazują, iż kwas askorbinowy może działać również prooksydacyjnie, ponieważ w wyniku jego oksydacji powstają produkty typu reduktonów i nadtlenek wodoru. Askorbinian jest zdolny do redukowania jonów metali, które z kolei mogą prowadzić do redukcji tlenu. Istnieje duże prawdopodobieństwo uczestniczenia kwasu askorbinowego w reakcji Fentona oraz cyklu Habera-Weissa, ze względu na wyższe właściwości prooksydacyjne w obecności jonów Cu 2+, Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+, a także ich inhibicję w obecności katalazy (enzymu katalizującego rozkład nadtlenku wodoru do wody i tlenu). Jednak uważa się, że zdolności prooksydacyjne askorbinianu mogą ujawnić się jedynie w towarzystwie jonów metali przejściowych, dlatego też pojawiają się wątpliwości co do istnienia in vivo prooksydacyjnych skłonności tej witaminy [5]. Witamina C, która jest witaminą szczególną wśród antyoksydantów, ze względu na brak toksyczności w dużych dawkach, mogła być przebadana nie tylko pod kątem działania prewencyjnego, ale również leczenia (bez narażania zdrowia pacjenta). O ile badacze w zasadzie są zgodni co do prewencyjnego oddziaływania witaminy C w przypadku chorób, których przyczyną są wolne rodniki, to konflikt pojawia się w kwestii suplementowania tą witaminą w trakcie leczenia. Według jednych badaczy małe dawki działają lepiej niż duże, według innych natomiast jest zupełnie odwrotnie. Jeszcze inne badania wskazują, że stosowanie witamin antyoksydacyjnych może chronić również komórki nowotworowe, dlatego obecnie nie jest wskazane podawanie tych witamin podczas terapii przeciwnowotworowych. Witamina E (alfa-tokoferol) ma działanie ochronne dla fosfolipidów znajdujących się w błonach komórkowych, lipoproteinach i lipidach. Utrzymuje prawidłowy potencjał oksydoredukcyjny, usuwa wolne rodniki organiczne oraz hamuje działanie tlenu singletowego [26, 56, 68]. O możliwości reakcji witaminy E z tlenem singletowym decyduje wolna grupa hydroksylowa w szóstej pozycji chromanowego pierścienia. Jeżeli ta grupa uległa estryfikacji, tokoferole stają się niereaktywne w stosunku do tlenu singletowego [5]. Badania wskazują, że witamina ta obecna w diecie pozwala redukować szkodliwe skutki działania dymu papierosowego, polegające na wywoływaniu stresu oksydacyjnego. Tokoferole oddziałują również na układ immunologiczny, zapobiegając i przerywając postępujące reakcje oksydacji oraz niwelując reaktywne formy tlenu [18]. Randomizowane badania przeprowadzone przez M. Jarosza i współprac. [35] wykazują skuteczność stosowania witamin antyoksydacyjnych w leczeniu przewlekłego zapalenia trzustki (PZT). Wyniki badań wskazują, że podawanie

97 Przegląd wybranych antyoksydantów 97 chorym witamy C w dawce 400 mg na dobę oraz witaminy E w dawce 300 mg skutecznie leczy objawy PZT, do których należą miedzy innymi upośledzenie wewnątrz- i zewnątrzwydzielniczej czynności trzustki oraz ból [35]. Z innych badań wynika, że suplementacja witaminą E w dawce 280 mg dziennie przez co najmniej 20 tygodni powoduje zmniejszenie ilości zmodyfikowanych oksydacyjnie pirymidyn, znajdujących się w DNA limfocytów. Również w badaniu in vitro podanie 30 mikromoli witaminy E do hodowli limfoblastów człowieka, przyczyniło się do obniżenia poziomu uszkodzeń DNA. Według innych badaczy nie występuje korelacja między suplementacją witaminą E a naprawą uszkodzeń DNA komórkowego [27]. Witamina ta, jako drugi bardzo ważny witaminowy antyoksydant, chroni organizm przed wolnymi rodnikami, poprzez zapobieganie peroksydacji lipidów. Uczestniczy również w regulacji ekspresji określonych genów. Jednak i w wypadku tej witaminy (podobnie jak w przypadku witaminy C) pojawiają się sprzeczności co do podawania jej podczas terapii przeciwnowotworowej. Obecnie jest to niewskazane. Ze względu na sprzeczność wyników badań dotyczących wykorzystania antyoksydantów w leczeniu osób chorych na nowotwory, podawanie ich w trakcie trwania terapii może być niewskazane. Przyjmowanie przez chorych żywności z dużą zawartością witamin antyoksydacyjnych może przyczynić się do zmniejszenia skuteczności leczenia [48]. Reaktywne formy tlenu często początkują proces apoptozy komórek. Im większa jest ich zawartość, tym większa możliwość zaprogramowanej śmierci komórek. Podobny proces zachodzi w przypadku komórek nowotworowych (wzmocniony proces usuwania uszkodzonych komórek poprzez apoptozę). Można więc wnioskować, iż wzmożona ilość reaktywnych form tlenu może hamować wzrost guza. Często również sposób leczenia (radioterapia oraz niektóre chemioterapeutyki) polega na wywołaniu rozpadu komórek nowotworu poprzez generowanie wolnych rodników. Z danych literaturowych wynika, że antyoksydanty nieenzymatyczne, których przedstawicielami są również antyoksydacyjne witaminy, poprzez inaktywację reaktywnych form tlenu mogą powodować zahamowanie apoptozy oraz zmniejszać przeciwnowotworowe działanie leku. Nasuwa się tu zatem wniosek, że żywność bogata w witaminy antyoksydacyjne może w pewnej mierze obniżać skuteczność leczenia przeciwnowotworowego [48]. Polifenole Polifenole są metabolitami wtórnymi roślin. Wśród polifenoli można rozróżnić między innymi flawonoidy (w tym: flawonole, flawanole, flawanony, flawony, antocyjany, izoflawony), czy też stilbeny (resweratrol). Wykazują one działanie antyoksydacyjne oraz immunomodulujące [55]. Flawonoidy obecne są głównie w zewnętrznych częściach roślin (w skórze owoców, liściach itp.). Istnieje przekonanie, że związki te dzięki swoim właściwościom przeciwutleniają-

98 98 R. Musielińska, B. Bus cym mają zapobiegać chorobom serca (obniżenie poziomu tromboksanu) oraz chronić DNA. Okazuje się jednak, że zmniejszenie poziomu tromboksanu do istotnego poziomu w warunkach in vitro, nie ma przełożenia na in vivo. Dzieje się tak, ponieważ nawet bardzo wysoka dawka kwercetyny nie doprowadzi do efektu analogicznego do in vitro. Dlatego działanie zdrowotne tych związków nie jest w tym momencie możliwe do wyjaśnienia jedynie ich przeciwutleniającym działaniem. Bardzo ważną cechą polifenoli jest także to, że są one zdolne do stabilizowania witaminy C, a więc do ochrony przed jej utlenianiem. Duże ilości tych związków znajdziemy w: cebuli, jabłkach, jagodach, brokułach, czerwonym winie (flawonole), czarnej i zielonej herbacie, nasionach kakao. Jednak pomimo wielu dowodów na korzystne działanie polifenoli w piśmiennictwie [43, 60] możemy znaleźć też informacje, iż mogą one również w określonych warunkach przejawiać aktywność prooksydacyjną. Galati i współpracownicy [22] udowodnili, że peroksydaza może metabolizować obecne w diecie związki polifenolowe z pierścieniami fenolowymi. W wyniku czego powstają rodniki fenolowe o charakterze prooksydacyjnym. Badacze zaobserwowali także szybsze utlenianie ludzkiej oksyhemoglobiny oraz udział w hemolizie erytrocytów przez polifenole zawierające pierścienie fenolowe [26]. Stilbeny to produkty wtórnego metabolizmu roślin, powstające w odpowiedzi na sytuacje stresowe. Chronią one roślinę przed radiacją UV czy zainfekowaniem np. grzybami. Jednym z ciekawszych przedstawicieli tej grupy jest resweratrol (3,4,5-trihydroksystilben). Występuje on między innymi w czerwonych winogronach (skórka), orzeszkach ziemnych czy owocach morwy. Forma cis tego związku ma silny potencjał antyoksydacyjny. Resweratrol, podobnie jak kwercetyna, ma obniżać poziom tromboksanu, a co za tym idzie zapobiegać powstawaniu zakrzepów oraz obniżać napięcie ścian naczyń krwionośnych (spadek ciśnienia tętniczego). Jest on również czynnikiem przeciwmutagennym, hamującym powstawanie i rozwój nowotworów oraz zapobiega tworzeniu się zakrzepów krwi [43, 60]. Jony metali przejściowych cynku, selenu i manganu Cynk jest mikroelementem pełniącym wiele istotnych ról w organizmie człowieka: reguluje działanie układu odpornościowego, wpływa na procesy zapamiętywania, warunkuje prawidłowy rozwój. Wchodzi w skład ponad trzystu enzymów, między innymi polimeraz DNA i RNA (niezbędnych enzymów do zajścia replikacji i transkrypcji), dysmutazy ponadtlenkowej czy anhydrazy węglanowej. Uczestniczy w produkcji różnych hormonów, między innymi testosteronu czy insuliny, bierze udział w stabilizacji błon komórkowych oraz wpływa na prawidłowe funkcjonowanie układu nerwowego. Ponadto cynk jest kofaktorem tymuliny, hormonu grasicy, indukującego różnicowanie limfocytów T.

99 Przegląd wybranych antyoksydantów 99 Z badań [59, 71] wynika, że podawanie związków cynku podczas choroby (przeziębienia) znacząco skraca czas trwania choroby, w porównaniu z placebo. Związek ten pełni także istotną rolę antyoksydacyjną. Dzięki obecności w dysmutazie ponadtlenkowej, stanowiącej pierwszą linię obrony przed wolnymi rodnikami, pomaga w ochronie organizmu przed uszkodzeniami oksydacyjnymi [41]. Niedobór tego pierwiastka często jest spowodowany niedożywieniem, spożywaniem mało urozmaiconych pokarmów, czy niektórymi chorobami. W organizmie ludzkim powinny znajdować się 2 3g cynku, a 90% z tego w mięśniach i kościach. Istnieją trzy różne drogi przyswajania cynku przez organizm. Pierwsza z nich to przyswajanie przez drogi oddechowe (inhalacja), druga to wchłanianie poprzez skórę, ostatnia przez układ pokarmowy. Zalecane dzienne spożycie cynku dla osoby dorosłej powinno mieścić się w granicach 8 11mg, w zależności od płci [23, 57]. Działanie antyoksydacyjne cynku obejmuje dwa mechanizmy: ochronę grup sulfhydrylowych białek oraz zmniejszenie powstawania rodnika OH z nadtlenku wodoru, w wyniku działania antagonistycznego w stosunku do metali przejściowych o aktywności redoks, takich jak miedź czy żelazo. Niedobór cynku powoduje większą podatność organizmu na działanie stresu oksydacyjnego. Jak wynika z badań przeprowadzonych na zwierzętach doświadczalnych, niedobór cynku, może być przyczyną zaniku tkanki limfatycznej oraz hamowania produkcji limfocytów T, co wpływa na osłabienie układu immunologicznego [58, 78]. Korzystne działanie długotrwałego podawania cynku w odpowiedniej ilości może być powiązane z indukcją innej substancji, służącej jako ostateczny przeciwutleniacz. W tym przypadku mogą być to metalotioneiny (drobnocząsteczkowe białka bogate w cysteinę). Cynk może indukować działanie metalotionein w różnych narządach, a tym samym wykazywać działanie przeciwutleniające [58]. Selen również jest pierwiastkiem, którego śladowe ilości są niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania organizmu człowieka. Jest on dostarczany z pożywieniem i najlepiej przyswajany z produktów pochodzenia zwierzęcego, a jego średnia zawartość w organizmie powinna wynosić µg/l. Biologicznie aktywny selen występuje w organizmie przeważnie w postaci selenoaminokwasów, składających się na białka enzymatyczne (np. peroksydaza glutationowa). W organizmie zarówno organiczne (selenocysteina, selenometionina), jak i nieorganiczne (selenin, selenian) związki selenu są łatwo metabolizowane do różnych form metabolitów. Szacuje się, że ludzie mają około 25 selenoprotein. Całkowite znaczenie selenoprotein nie zostało do końca poznane. Ze względu na swoje działanie przeciwutleniające, zostały przebadane pod kątem chemoprewencji nowotworów, chorób serca oraz odporności [8, 41]. Antyoksydacyjne działanie tego związku polega na ochronie przed uszkodzeniem komórek na skutek działania reaktywnych form tlenu i reaktywnego azotu. Selenoenzymy, które wykazują najsilniejsze działanie antyoksydacyjne, obejmują

100 100 R. Musielińska, B. Bus 6 grup: GPx1, GPx3, GPx4, GPx5 i GPx6. Innymi niezbędnymi selenoenzymami są: TrxR, które używają trioredoksyn jako substratu do utrzymania systemu Trx/TrxR w stanie zredukowanym w celu usuwania szkodliwego nadtlenku wodoru [4, 37]. W badaniach na zwierzętach [17] potwierdzono, iż niedobór selenu powoduje spadek aktywności LDL-receptora, odgrywającego ważną rolę w regulowaniu poziomu cholesterolu w osoczu. Obecność odpowiedniej ilości selenu przyczynia się do zmniejszania wytwarzania utlenionego LDL, a więc wiąże się z rzadszym występowaniem chorób serca [77]. Obiecujące wydają się również badania Clarka i współpracowników, którzy donieśli, że u ludzi uzupełniających swoją dietę związkami selenu (głównie w formie selenometioniny) występuje o wiele niższa zachorowalność na raka [13]. Niedobór selenu może prowadzić do powstania choroby Keshan (kardiomiopatii rozstrzeniowej) [6]. Prowadzi także do upośledzenia funkcji układu odpornościowego [10]. Mangan jest pierwiastkiem fizjologicznie występującym w organizmie i niezbędnym do zachowania jego prawidłowych funkcji. Niedobory tego pierwiastka występują stosunkowo rzadko. Mangan wchodzi w skład wielu ważnych enzymów, między innymi dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), dehydrogenazy kwasu cytrynowego czy też syntetazy fernezylopirofosforanowej, i jest związkiem o wysokim potencjale redukcyjnym. Mn jest także kofaktorem arginazy, która jest odpowiedzialna za wytwarzanie mocznika w wątrobie. W mózgu natomiast 80% manganu wiąże się ze specyficznym dla astrocytów enzymem syntetazy glutaminowej, gdzie Mn pełni funkcję regulacyjną. Mangan, jako antyoksydant, uczestniczy w usuwaniu szkodliwych produktów ubocznych metabolizmu tlenu, na przykład anionorodnika ponadtlenkowego czy też nadtlenku wodoru [2, 15]. Zanotowano przypadki niedoborów manganu w populacjach ludzi stosujących dietę o zawartości manganu: 2 4 mg dziennie, obserwowano u nich deformacje kości oraz zmiany skórne [20]. Konsekwencjami niedoboru manganu mogą być ponadto: zmieniony metabolizm węglowodanów, zmniejszenie metabolizmu glukozy, zaburzenia metabolizmu lipidów, zaburzenia działania i syntezy insuliny (większa zachorowalność na cukrzycę typu drugiego). Zaobserwowano niższy poziom tego związku u osób z chorobami: padaczką, osteoporozą, fenyloketonurią i kilkoma innymi [36]. Wykazano także korzystny wpływ związków manganu na pracę mięśnia sercowego, między innymi poprawę kurczliwości [11]. Jednak jak powszechnie wiadomo, mangan jest substancją neurotoksyczną i nie należy przekraczać dawki zalecanego spożycia [69]. Mangan może dostać się do mózgu trzema różnymi sposobami: (1) za pośrednictwem naczyń włosowatych komórek śródbłonka bariery krew mózg, (2) poprzez naczyniówkę splotu bariery krew płyn mózgowo-rdzeniowy oraz poprzez nerw węchowy w jamie nosowej bezpośrednio do mózgu [15]. Większość zgłaszanych przypadków poważnych zatruć wiąże się z wdychaniem manganu z powietrza i dotyczy głównie narażenia zawodowego. Takie zatrucia

101 Przegląd wybranych antyoksydantów 101 odnotowano między innymi u górników pracujących w kopalniach [14] i spawaczy [12]. Bezpieczeństwo stosowania związków antyoksydacyjnych Izoflawony należą do rodziny polifenoli, które są podobne ze względu na ich aktywność estrogenową. Z powodu tej działalności mogą one mieć zarówno pozytywny jak i negatywny wpływ na organizm ludzki. Całkowity poziom izoflawonów w osoczu wynosi na ogół od 0,05 do 5 mmol/l. Nawet w populacjach azjatyckich, które reprezentują konsumentów spożywających duże ilości produktów bogatych w izoflawony (np. soi), poziom jest podobny. Spożycie izoflawonów w zachodniej diecie jest szacowane na 0,2 5 mg dziennie, podczas gdy tradycyjna azjatycka dieta dostarcza mg izoflawonów na dzień. Okazuje się, że wysokie spożycie tych związków koreluje ze zmniejszoną płodnością u zwierząt i antyluteinizującym wpływem hormonów wśród kobiet przed menopauzą. Pojawiają się również obawy dotyczące dojrzewania płciowego niemowląt otrzymujących bardzo wysoki poziom izoflawonów w mieszankach dla niemowląt na bazie soi. Ma to szczególne znaczenie dla chłopców, którzy normalnie wykazują wydzielanie hormonu luteinizującego od urodzenia do wieku 6 miesięcy. Podkreślić należy korzystny wpływ izoflawonów w rozwoju raka poprzez hamowanie pewnych enzymów, co było obserwowane na poziomach, które są znacznie wyższe (w niektórych> 20 razy) niż te zauważalne w osoczu ludzkim w warunkach normalnych. Na tych poziomach izoflawony mogą mieć skutki antyandrogeniczne, wywierając wpływ na płodność kobiet i mężczyzn i rozwój seksualny w okresie życia płodowego i po urodzeniu oraz wywołując zanik jąder. Spożywanie polifenoli może mieć również skutki anty-odżywcze. Hamowanie niehemowego wchłaniania żelaza w okresie wysokiego spożycia herbaty jest równie dobrze znane; wysokie spożycie polifenoli może zwiększać ryzyko uszczuplenia żelaza w populacji osób z niskim z poziomem żelaza, co jest niebezpieczne z uwagi na wywoływanie niedokrwistości. Ważny w tym kontekście jest fakt, że główne źródło polifenoli, takie jak herbata, kawa czy wino, które są regularnie spożywane z posiłkami, nie zawierają witaminy C, która to wzmacnia absorbcję niehemowego żelaza. Ponadto proantocyjanidyny (skondensowane taniny) zostały uznane za związki antyodżywcze (przy wysokich dawkach), w szczególności w żywieniu zwierząt, ponieważ są one zdolne do oddziaływania z białkami i hamują działanie niektórych enzymów. Polifenole mogą wpływać także na biodostępność niektórych leków [50]. Podczas badań wykonywanych z udziałem utlenionego askorbinianu (dehydroaskorbinianu) zaobserwowano, iż może on być źródłem lizy erytrocytów oraz przyczyniać się do hamowania różnego rodzaju reakcji metabolicznych

102 102 R. Musielińska, B. Bus i transportu. Posądzano go również o uszkadzanie komórek beta trzustki oraz zdolność inaktywacji białek (np. heksokinazy), na skutek oddziaływania z ich grupami tiolowymi. Jednak poza tymi szkodliwymi działaniami utlenionego askorbinianu dowiedziono również jego korzystnych właściwości. Dehydroaskorbinian może, poprzez działanie na limfocyty oraz komórki limfoidalne, pobudzać czynność transaldolazy, dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej i dehydrogenazy 6-fosfoglukonianowej (enzymów obecnych w cyklu pentozowym), a także podwyższać poziom glutationu [5]. Według badań poziom witaminy C we krwi osób chorych na nowotwory jest istotnie niższy niż u osób nieobarczonych tymi chorobami. Na tej podstawie przypuszcza się, że dieta dostarczająca odpowiednich ilości witaminy C może mieć wpływ na obniżenie ryzyka powstania nowotworów. Jednakże jeśli weźmiemy pod uwagę wszystkie wyniki badań interwencyjnych i epidemiologicznych nad wpływem kwasu askorbinowego na proces karcynogenezy, okazuje się, że nie są one jednoznaczne. Część autorów [25, 28, 53] wykazuje działanie prewencyjne kwasu askorbinowego, z kolei wyniki innych badań [44, 46] wskazują na brak wpływu tej witaminy na karcynogenezę. W jednej z prac przeglądowych (analiza czterdziestu sześciu badań) autorka wykazuje, iż znaczenie ma dawka przyjmowanej witaminy. Spożycie kwasu askorbinowego w niskim stężeniu powoduje około dwukrotny wzrost ryzyka zachorowalności na raka w stosunku do przyjmowania tej witaminy w wysokich stężeniach [68]. Z danych literaturowych wynika, że podawanie witaminy C w celach terapeutycznych (duże dawki) podnosi stężenie sodu we krwi, natomiast obniża poziom potasu (co w dłuższym okresie czasu może prowadzić do jego niedoborów) [29, 62]. Ponadto nie powinno się jej podawać w zestawieniu z niektórymi lekami, ponieważ mogą powodować niszczenie witaminy B 12 (również nie zaleca się podawania obu witamin jednocześnie). Z uwagi na niekompatybilność chemiczną, witamina C nie może być stosowana z lekami o właściwościach oksydacyjnych, ponieważ będzie zaburzać ich działanie. Powinna natomiast być podawana przy zapewnieniu odpowiedniej dawki witaminy E dla organizmu, w celu niedopuszczenia do powstania mutagennych związków eteno-2- deoksyadenozyny, do czego może dojść w przypadku selektywnego stosowania witaminy C przy zapobieganiu peroksydacji lipidów [62, 63]. Karotenoidy, należące do najczęściej występujących polienowych barwników roślinnych, o charakterze antyoksydacyjnym, wykazują, według badań [40], działanie ochronne w stosunku do komórek oraz działanie antynowotworowe. Zwraca uwagę fakt, iż do tej pory nie ustalono dziennego zapotrzebowania na wszystkie związki należące do tej grupy. Jednak, jak się okazuje, ich przyjmowanie nie zawsze jest bezpieczne. Osoby, które przyjmują karotenoidy (szczególnie w postaci suplementów) w dużych ilościach, mogą być narażone na zwiększone ryzyko zachorowania na nowotwór płuc. Jeszcze bardziej narażone są osoby palące, u których ryzyko to jest podwojone [40, 46].

103 Przegląd wybranych antyoksydantów 103 Selen również jest uznawany za związek o właściwościach antyoksydacyjnych, mających szczególne znaczenie w działaniach prewencyjnych wobec nowotworów u mężczyzn badania wykazały, iż zmniejszony poziom selenu koreluje ze zwiększoną zapadalnością na raka prostaty [73]. Mówi się również o korzystnym wpływie tego pierwiastka przy chorobach serca [21, 75, 77]. Dane te nie są do końca jednoznaczne, ponieważ niektóre badania epidemiologiczne nie wykazują związku między chorobami serca a stężeniem selenu w organizmie [32]. Jednak i tutaj bardzo istotna jest dawka, nie powinna bowiem przekraczać poziomu 106 mikrogramów na litr surowicy, gdyż zbyt wysokie dawki tego związku wiążą się z aż 25% wzrostem ryzyka zachorowania na nowotwór płuc [73]. Ponadto jest to związek toksyczny. Zbyt duże dawki tego związku prowadzą do zatrucia, co wiąże się z wystąpieniem takich objawów, jak: biegunka, zmęczenie, wypadanie włosów, ból stawów, przewlekłe zmęczenie [47]. Również badania związków selenu z chorobami serca nie są jednoznaczne; badania przeprowadzone przez Stranges i współprac. dowodzą, iż suplementacja związkami selenu przy chorobach serca nie wykazuje korzystnego działania [67]. Inne natomiast sugerują ich korzystny wpływ poprzez zmniejszenie stresu oksydacyjnego [67, 75]. Suplementacja selenem u osób ze zwiększonym stężeniem tego pierwiastka w organizmie, jak wskazują badania, wiąże się nawet z 25% zwiększeniem ryzyka zachorowania na nowotwór płuc [7]. W skrajnych przypadkach nadmierna suplementacja związkami selenu może nawet doprowadzić do śmierci. Za przykład służyć może przypadek 75-latka, który zmarł na skutek przyjmowania zbyt dużych dawek tego suplementu, po przeczytaniu w Internecie informacji jakoby ten związek miał leczyć raka prostaty [65]. Cynk, w porównaniu do innych metali o podobnych właściwościach, nie jest szczególnie szkodliwy. Wydaje się, że jest substancją korzystnie wpływającą na zdrowie, wzmacniającą naturalną odporność człowieka. Badano jego działanie pod różnymi kątami; w ekspozycji na powierzchnię skóry nie wykazał negatywnego działania (brak oznak podrażnienia skóry) [1, 78]. Na skutek wdychania związków cynku znajdujących się w dymie pochodzącym z procesów przemysłowych może dojść to powstania tzw. gorączki metalicznej; jest to choroba przemysłowa spowodowana głównie przez wdychanie tlenku cynku i dotyczy przeważnie pracowników mających bezpośredni kontakt z oparami związków cynku podczas procesu technologicznego. Daje objawy takie jak: ból w klatce piersiowej, duszności czy kaszel. Nie jest ona jednak zagrożeniem dla życia, a objawy oddechowe ustępują po kilku dniach. Jeżeli chodzi o przyjmowanie związków cynku drogą pokarmową, dostarczany w odpowiednich ilościach, ze względu na swoje właściwości przeciwutleniające, korzystnie wpływa na stan zdrowia człowieka, a jego niedobór może przyczyniać się do zmniejszenia odporności, osłabienia układu immunologicznego oraz powstawania chorób, między innymi nowotworowych. Jednak zbyt duże dawki tej substancji mogą prowadzić do niebezpiecznych zmian w organizmie człowieka. Do na-

104 104 R. Musielińska, B. Bus tychmiastowych działań wynikających z zatrucia cynkiem możemy zaliczyć objawy takie jak: wymioty, utrata apetytu, bóle głowy [64]. Długotrwałe przyjmowanie wysokich dawek tego związku może także prowadzić do powstawania zmian nowotworowych [51, 57, 61]. Dla przykładu, z badań wynika, iż u mężczyzn przyjmujących ekstremalnie wysokie dawki cynku przez długi czas występuje zwiększone ryzyko zachorowania na raka prostaty [45]. Ponadto wykazano, iż wysoki poziom wewnątrzkomórkowego cynku indukuje śmierć komórek w różnych typach tkanek [19, 74]. Długotrwałe przyjmowanie wysokich dawek cynku może doprowadzić również do zmian w metabolizmie niektórych pierwiastków i powoduje np. hamowanie wchłaniania miedzi i żelaza, co może być równie niebezpieczne dla zdrowia człowieka (niedobór żelaza może prowadzić na przykład do anemii) [78]. Pomimo iż niektóre badania wskazują na korzystne działanie preparatów cynku przyjmowanych podczas przeziębienia [66], niektóre z nich (szczególnie preparaty donosowe) mogą mieć niekorzystne skutki uboczne, np. całkowita utrata węchu [3]. Mangan, pomimo doniesień o korzystnym działaniu na ustrój człowieka, a nawet właściwościach terapeutycznych (np. nabywanie tolerancji na niedokrwienie mięśnia sercowego za pośrednictwem MnSOD), może w nieodpowiednich dawkach wykazać właściwości toksyczne [11, 76]. Toksyczność manganu objawia się głównie w środkowym układzie nerwowym i w tkance płucnej (ekspozycja poprzez wdychanie), ale dotyczy także wątroby, układu krążenia i rozrodczego [15]. Przewlekłe dostarczanie w nadmiarze związków manganu prowadzi do powstania zaburzeń neurologicznych, powstałych na skutek uszkodzenia układu piramidowego i pozapiramidowego przez wolne rodniki, ponadto do zespołu parkinsonoidalnego (manganizmu) [52, 69]. Zespół ten wykazuje podobieństwo do idiopatycznej choroby Parkinsona (IPD) na poziomie objawów ze strony układu pozapirymidynowego. Jednak indukowane przez związki manganu uszkodzenia neurologiczne, a co za tym idzie objawy kliniczne różnią się od objawów opisanych u chorych na IPD. W przypadku działania toksycznego Mn w mózgu uszkodzenie zapoczątkowane zostaje przeważnie w gałce bladej oraz ciele prążkowanym kresomózgowia. Inaczej jest w przypadku idiopatycznej choroby Parkinsona (gdzie neurodegradacja obejmuje głownie istotę szarą). Neurotoksyczność manganu objawia się poprzez fizyczne i psychiczne objawy, a także neurochemiczne zmiany w mózgu człowieka [34, 72]. Objawy, jakie mogą wystąpić na skutek zatrucia manganem, to między innymi: bóle głowy, utrata pamięci, niestabilność emocjonalna czy chwiejny chód. Mangan jest również posądzany o toksyczne właściwości w stosunku do tkanek, komórek mięśniowych i serca, pochodzących od zwierząt, ale niekoniecznie toksyczne dla całego organizmu zwierzęcia czy człowieka. Wysokie stężenia manganu mogą zaburzać pracę serca poprzez blokowanie kanałów wapniowych [15]. Badania doświadczalne na szczurach laboratoryjnych wykazały także, iż pod

105 Przegląd wybranych antyoksydantów 105 wpływem manganu w dużych stężeniach (80 mg/kg) dochodzi do modyfikacji metabolizmu kwasów tłuszczowych oraz zwiększenia ilości lipoprotein LDL i stężenia cholesterolu całkowitego, natomiast zmniejszenia lipoprotein HDL, co może wywierać niekorzystny wpływ na zdrowie (działanie promiażdżycowe) [30, 38]. Podsumowanie Z przywołanych badań prowadzonych zarówno in vivo, jak i in vitro możemy wnioskować, że niektóre witaminy, polifenole oraz jony metali wykazują działanie prewencyjne w zapobieganiu chorobom nowotworowym oraz innym chorobom, których podłoże stanowi nadmierna ilość wolnych rodników. Przy czym należy zaznaczyć, że związki te rzadko działają jako niezależne czynniki. Przeważnie współdziałają one ze sobą (przykład odtwarzania tokoferolu przez witaminę C) oraz z innymi przeciwutleniaczami, zarówno egzogennymi, jak i endogennymi. Można więc uznać, że są one częścią złożonego systemu, nazywanego antyoksydacyjną barierą. Z suplementacji takimi związkami powinni skorzystać sportowcy, osoby uprawiające wzmożony wysiłek fizyczny oraz osoby palące, ponieważ dzięki temu możliwe jest uniknięcie pojawienia się stresu oksydacyjnego. Powinno się jednak najpierw przeprowadzić dokładne badania i określić, jaki związek powinien być w danym przypadku stosowany i w jakiej dawce, gdyż suplementacja związkami o właściwościach antyoksydacyjnych nie zawsze wykazuje korzystne działanie. Na przykład u palaczy nie powinno się stosować karotenoidów, ze względu na działanie wzmacniające efekt prooksydacyjny. Należy również pamiętać, iż niektóre związki, pomimo antyoksydacyjnego działania w niskich dawkach, w stężeniach zbyt wysokich prowadzą do powstania poważnych zmian chorobowych. Tak jest w przypadku w przypadku cynku czy selenu, które dostarczane w odpowiednich ilościach, ze względu na swoje właściwości przeciwutleniające, korzystnie wpływają na stan zdrowia człowieka. Natomiast zbyt duże dawki tych pierwiastków mogą prowadzić do zachorowania na choroby nowotworowe. Zwraca uwagę fakt, iż nie wszystkie wyniki badań dotyczących oddziaływania substancji antyoksydacyjnych w określonym zakresie są jednoznaczne. Przyczyną niektórych niejednoznaczności w wynikach badań mogą być różnice w wieku i stanie zdrowia badanych, konstytucja biochemiczna danej osoby oraz różnice w stosowanych w tych badaniach biomarkerach określonych chorób. Należy również wziąć pod uwagę, iż nie zawsze dawka związku antyoksydacyjnego, która wykazuje in vitro korzystne działanie, będzie działać w identyczny sposób w warunkach in vivo. Wysokie dawki syntetycznych przeciwutleniaczy: witamin A, E, C i β-karotenu oraz polifenoli, są często wykorzystywane w długim przedziale czasowym w wielu profilaktycznych i terapeutycznych zastosowaniach medycznych. Ko-

106 106 R. Musielińska, B. Bus rzystanie z tych suplementów w sposób niewłaściwy może, zamiast oczekiwanych efektów korzystnych dla zdrowia, prowadzić do przypadków hiperwitaminozy, zatrucia czy też innych niekorzystnych dla zdrowia człowieka skutków. Dlatego dawki przyjmowanych substancji antyoksydacyjnych powinny być spersonalizowane, a przed przystąpieniem do ich przyjmowania powinno się przeprowadzać analizę zapotrzebowania na daną witaminę czy inną substancję i określić, czy nie wykazuje ona szkodliwego działania w połączeniu z innymi przyjmowanymi lekami. Literatura [1] Agren M.S., Percutaneous absorption of zinc from zinc oxide applied topically to intact skin in man, Dermatologica, Vol. 180, 1990, p [2] Aguirre J.D., Culotta V.C., Battles with iron: manganese in oxidative stress protection, J Biol Chem, Vol. 287, 17, 2012, p , DOI: [3] Alexander T.H., Davidson T.M., Intranasal zinc and anosmia: the zinc induced anosmia syndrome, Laryngoscope, Vol. 116, 2006, p , DOI: [4] Arner E.S., Holmgren A., Physiological functions of thioredoxin and thioredoxin reductase, Eur J Biochem, Vol. 267, 2000, p [5] Bartosz G., Druga twarz tlenu, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 2013, str , [6] Beck M.A., Antioxidants and viral infections: host immune response and viral pathogenicity, J Am Coll Nutr, Vol. 20, 2001, p , DOI: [7] Borawska M.H. and other, The effects of diet on selenium concentration in serum in patients with cancer, Nutrion and Cancer, Vol. 61, 5, 2009, p , DOI: [8] Brenneisen P., Steinbrenner H., Sies H., Selenium, oxidative stress, health aspects, Mol Aspects Med, Vol. 26, 2005, p , DOI: [9] Brewer M.S., Natural antioxidants: sources, compounds, mechanisms of action and potential applications, Comprehensive Reviews In Food Science and Food Safety, Vol. 10, 2011, p , DOI: [10] Broome C.S. and other, An increase in selenium intake improves immune function and poliovirus handling in adults with marginal selenium status, Am J Clin Nutr, Vol. 80, 2004, p

107 Przegląd wybranych antyoksydantów 107 [11] Brurok H. and other, Manganese dipyridoxyl diphosphate: MRI contrast agent with antioxidative and cardioprotective properties?, Biochem Biophys Res Commun., Vol. 254, 1999, p , DOI: [12] Chandra S.V. and other, An exploratory study of manganese exposure to welders, Clin Toxicol, Vol. 18, 4, 1981, p , DOI: [13] Clark L.C. and other, Effects of selenium supplementation for cancer prevention in patients with carcinoma of the skin. A randomized controlled trial. Nutritional prevention of cancer study group, JAMA, Vol. 276, 1996, p , DOI: [14] Couper J., On the effects of black oxide of manganese when inhaled into the lungs, Br Ann Med Pharm Vital Stat Gen Sci, Vol. 1, 1837, p [15] Crossgrove J., Zheng W., Manganese toxicity upon overexposure, NMR Biomed., Vol. 17, 2004, p , DOI: [16] Czajka A., Wolne rodniki tlenowe a mechanizmy obronne organizmu, Nowiny Lekarskie, t. 75, 6, 2006, p [17] Dhingra S., Bansal M.P., Attenuation of LDL receptor gene expression by selenium deficiency during hypercholesterolemia, Mol Cell Biochem, Vol. 282, 2006, p , DOI: [18] Dymarska E., Grochowalska A., Krauss H., Wpływ sposobu odżywiania na układ odpornościowy. Immunomodulacyjne działanie kwasów tłuszczowych, witamin i składników mineralnych oraz przeciwutleniaczy, Nowiny Lekarskie, t. 82, 3, 2013, s [19] Fraker P.J., Telford W.G., A reappraisal of the role of zinc in life and death decisions of cells, Proc Soc Exp Biol Med, Vol. 215, 1997, p , DOI: [20] Friedman B.J., and other, Manganese balance and clinical observations in young men fed a manganese-deficient diet, J Nutr, Vol. 117, 1, 1987, p [21] Furman C, and other, Thioredoxin reductase 1 is upregulated in atherosclerotic plaques: specific induction of the promoter in human macrophages by oxidized low-density lipoproteins, Free Radic Biol Med, Vol. 37, 2004, p , DOI:

108 108 R. Musielińska, B. Bus [22] Galati G., Sabzevari O., Wilson J.X., Prooxidant activity and cellular effects of the phenoxyl radicals of dietary flavonoids and other polyphenolics, Toxicology, Vol. 177, 2002, p , DOI: [23] Gapys B., Raszeja-Specht A., Bielarczyk H., Rola cynku w procesach fizjologicznych i patologicznych organizmu, [w:] Diagnostyka Laboratoryjna, Vol. 50, 1, 2014, p [24] Gawęcki J. (red.), Witaminy, Wyd. AR im. Augusta Cieszkowskiego, Poznań, 2002, p. 7 12, p [25] Golde D.W., Vitamin C in cancer, Integr Cancer Ther, Vol. 2, 2003, p , DOI: [26] Gryszczyńska B., Iskra M., Współdziałanie antyoksydantów egzogennych i endogennych w organizmie człowieka, Nowiny lekarskie, 2008, t. 77, 1, s [27] Guz J., Dziaman T., Szpila A., Czy witaminy antyoksydacyjne mają wpływ na proces karcynogenezy?, Postępy Higieny Medycyny Doświadczalnej, Vol. 61, 2007, s [28] Halliwell B., Establishing the significance and optimal intake of dietary antioxidants, Nutr Rev, Vol. 57, 1999, p [29] Halliwell B., Vitamin C and genomic stability, Mutat. Res, Vol. 475, 2001, p , DOI: [30] Hernandez M.L. and other, Divalent metal ions as modulators of rat liver microsomal cholesterol esterase, Rev Esp Fisiol, Vol. 49, 2, 1993, p [31] Hoffman M., Charakterystyka przeciwutleniaczy i synergentów, [w:] F. Świderski, Żywność wygodna i żywność funkcjonalna, WNT, Warszawa [32] Huttunen J.K., Selenium and cardiovascular diseases an update, Biomed Environ Sci, Vol. 10, 1997, p [33] Igbal K. and other, Biological Significance of Ascorbic Acid (Vitamin C) in Human Health A Reviev, Pakistan Journal of Nutrion, Vol. 1, 3, 2004, p [34] Inoue N., Makita Y., Neurological aspects in human exposures to manganese, [in:] Chang L.W., Toxicology of Metals, 1996, p [35] Jarosz M. i inni, Antyoksydanty w leczeniu przewlekłego zapalenia trzustki, Gastroenterologia Polska, t. 17, 1, 2010, s [36] Keen C., Nutritional and toxicological aspects of manganese intakes: An overview, [in:] W. Mertz, C.O. Abernathy, S.S Olin, Risk assessment of essential elements, ILSI Press, 1994, p

109 Przegląd wybranych antyoksydantów 109 [37] Klotz L.O. and other, Role of copper, zinc, selenium, tellurium in the cellular defense against oxidative and nitrosative stress, J Nutr, Vol. 133, 2003, p [38] Knight J.A., Searles D.A., The effects of various antioxidants on lipid peroxidation in stored whole blood, Ann Clin Lab Sci, Vol. 24, 1994, p [39] Kośmider L. i inni, Wolne rodniki w dymie papierosowym metody analizy i znaczenie biomedyczne, Medycyna Środowiskowa, t. 16, 3, 2013, s [40] Krinsky N.I., Johnson E.J., Carotenoid actions and their relation to health and disease, Mol. Aspects Med, Vol. 26, 2005, p , DOI: [41] Krzysik M., Biernat J., Grajeta H., Wpływ wybranych składników odżywczych pożywienia na funkcjonowanie układu odpornościowego, cz. II. Immunomodulacyjne działanie witamin i pierwiastków śladowych na organizm człowieka, Adv Clin Exp Med., t. 16, 1, 2007, s [42] Kumirska L. i inni, Skrypt z Ochrony środowiska. Analiza żywności, Wyd. UG, Gdańsk, 2010, s [43] Laskowski W., Fitoestrogeny sojowe w profilaktyce chorób cywilizacyjnych, Post Fitoter, t. 4, 2007, s [44] Lee I.M., Cook N.R., Gaziano J.M., Vitamin E in the primary prevention of cardiovascular disease and cancer: the Women's Health Study: a randomized controlled trial, JAMA, Vol. 294, 2005, p [45] Leitzmann M.F. and other, Zinc supplement use and risk of prostate cancer, J Natl Cancer Inst, Vol. 95, 2003, p , DOI: [46] Lin J., Cook N.R., Albert C. and other, Vitamins C and E and beta carotene supplementation and cancer risk: a randomized controlled trial, J Natl Cancer Inst, Vol. 101, 2009, p , DOI: [47] MacFarquhar J.K. and other, Acute selenium toxicity associated with a dietary supplement, Arch Intern Med, Vol. 170, 3, 2010, p , DOI: [48] Maksymowicz T.M. i in., Oksydanty/antyoksydanty w żywieniu chorych na nowotwory, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, t. 44, 3, 2011, s [49] Maćkowiak H., Torliński L., Współczesne poglądy na rolę witaminy C w fizjologii i patologii człowieka, Nowiny Lekarskie, t. 76, 4, 2007, s [50] Mennen L. and other, Risks and safety of polyphenol consumption, The American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 81, 2005, p

110 110 R. Musielińska, B. Bus [51] Nriagu J., Zinc toxicity in humans, [in:] Elsavier B.V., 2007, p. 5 7 (data dostępu: ). [52] Olanow C.W., Manganese-induced parkinsonism and Parkinson s disease Ann NY Acad Sci, Vol. 1012, 2004, p [53] Padayatty S.J. and other, Intravenously administered vitamin C as cancer therapy: three cases, CMAJ, Vol. 174, 7, 2006, p , DOI: [54] Palacios A., Piergiacomi V.A., Catala A., Inhibition of lipid peroxidation of microsomes and mitochondria by cytosolic proteins from rat liver: effect of vitamin A, Int. J. Vitam. Nutr. Res., vol. 69, 1999, p , DOI: [55] Paszkiewicz M. i inni, Immunomodulacyjna rola polifenoli roślinnych, Postepy Hig Med Dosw, t. 66, 2012, s (data dostępu: ). [56] Percival M., Antioxidants, Clinical Nutrition Insights, Vol. 96, 1, 1996, p [57] Plum L.M., Rink L., Haase H., The essential toxin: impact of zinc on human health, [in:] Int J Environ Res Public Health, Vol. 7, 4, 2010, p , (data dostępu: ), DOI: [58] Powell S.R., The antioxidant properties of zinc, The Journal of Nutrition, Vol. 130, 5, p (data dostępu: ). [59] Prasad A.S., Duration and severity of symptoms and levels of plasma interleukin-1 receptor antagonist, soluble tumor necrosis factor receptor, and adhesion molecules in patients with common cold treated with zinc acetate, J Infect Dis, 197, 2008, p , DOI: [60] Prescha A., Biernat J., Wpływ fitoestrogenów pokarmowych na organizm człowieka, Bromatol. Chem. Toksykol., t. 41, 4, 2008, s [61] Puzanowska-Tarasiewicz H., Kuźmicka L., Tarasiewicz M., Funkcje biologiczne wybranych pierwiastków. III. Cynk składnik i aktywator enzymów, Pol Merk Lek, t. 27, 2009, p [62] Rutkowski M., Grzegorczyk K., Vitamins with antioxidant action: a general characterization. Part III: Vitamin C, Farm Pol, Vol. 55, 1999, p [63] Rutkowski M., Grzegorczyk K., Adverse effects of antioxidative vitamins, Versita. International Journal of Occupational Medicine and Environmental Health, Vol. 25, 2, 2012, p , DOI: [64] Sandstead H.H., Understanding zinc: recent observations and interpretations, J Lab Clin Med, Vol. 124, 1994, p [65] See K.A. and other, Accidental death from acute selenium poisoning, Med J Aust, Vol. 185, 2006, p

111 Przegląd wybranych antyoksydantów 111 [66] Singh M., Das R.R., Zinc for the common cold, Cochrane Database Syst Rev, Vol. 2, 2011, p. 1364, DOI: [67] Stranges S. and other, Effects of selenium supplementation on cardiovascular disease incidence and mortality: secondary analyses in a randomized clinical trial, Am J Epidemiol, Vol. 163, 2006, p , DOI: [68] Szymańska-Pasternak J., Janicka A., Bober J., Witamina C jako oręż w walce z rakiem, Onkologia w Praktyce Klinicznej, t. 7, 1, 2011, s [69] Takeda A., Manganese action in brain function, Brain Res Rev, Vol. 41, 2003, p , DOI: [70] Tarng D.C., Liu T.Y., Huang T.P., Protective effect of vitamin C on 8- hydroxy-2 -deoxyguanosine level in peripheral blood lymphocytes of chronic hemodialysis patients, Kidney Int, Vol. 66, 2004, p , DOI: [71] Turner R.B., Cetnarowski W.E., Effect of treatment with zinc gluconate or zinc acetate on experimental and natural colds, Clin Infect Dis, Vol. 31, 2000, p , DOI: [72] Walter U. and other, Brain parenchyma sonography discriminates Parkinson s disease and atypical parkinsonian syndromes Neurology, Vol. 60, 1, 2003, p , DOI: [73] Waters D.J. and other, Making sense of sex ans supplements: differences in the anticarcinogenic effects of selenium in men and women, Mutation Res, Vol. 551, 2004, p [74] Watjen W. and other, Induction of apoptosis in mammalian cells by cadmium and zinc, Environ Health Perspect, Vol. 110, 2002, p , DOI: [75] World C.J., Yamawaki H., Berk B.C., Thioredoxin in the cardiovascular system, J Mol Med, Vol. 84, 2006, p , DOI: [76] Yamashita N. and other, Heat shock-induced manganese superoxide dismutase enhances the tolerance of cardiac myocytes to hypoxiareoxygenation injury, J Mol Cell Cardiol, Vol. 29, 1997, p , DOI: [77] Zhang H. and other, Endothelial-specific expression of mitochondrial thioredoxin improves endothelial cell function and reduces atherosclerotic lesions, Am J Pathol, Vol. 170, 2007, p (data dostępu: ), DOI:

112 112 R. Musielińska, B. Bus [78] Zielińska-Pisklak M., Szeleszczuk Ł., Kuras M., Rola witaminy C i cynku we wspomaganiu układu odpornościowego, Farmakoterapia, t. 23, 11, 2013, s. 1 4, (data dostępu: ).

113 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Katarzyna Pach, Małgorzata Hyla, Jacek Filipecki Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa j.filipecki@ajd.czest.pl WYKORZYSTANIE RADIOMETRU RUM-2 DO ANALIZY PROMIENIOWANIA GAMMA W WYBRANYCH MATERIAŁACH BUDOWLANYCH Streszczenie. Promieniowanie jonizujące to czynnik, który w ważnym stopniu pozwala scharakteryzować środowisko człowieka, a także warunki higieniczno-sanitarne, jakie panują w budynkach przeznaczonych na stały pobyt ludzi. Dla organizmów żywych istotne znaczenie odgrywają dwa czynniki: tło promieniowania oddziałujące na organizmy żywe, promieniowanie alfa produktów rozpadu radonu oddziałujące na układ oddechowy. Występowanie radonu i jego pochodnych w pomieszczeniach budynków mieszkalnych może pochodzić przedee wszystkim z gruntu, z surowców i materiałów budowlanych. Jeżeli normy promieniowania nie zostały przekroczone, nie ma obawy przed szkodli- całkowity wym działaniem pierwiastków promieniotwórczych. Ponadto, uważa się iżż brak promieniowania jest niekorzystny, gdyż może spowodować lawinowy rozwój drobnoustrojów. Słowa kluczowe: promieniowanie jonizujące, spektrometria, materiały budowlane. USE OF RADIOMETER RUM-2 FOR ANALYSIS OF GAMMA RADIATION IN SOME BUILDING MATERIALS Abstract. Ionizing radiation is a factor which severely allows to characterize the human environment and hygienic conditions health, prevailing in buildings intended for human residence. For organisms play two important factors: background radiation affecting living organisms alpha radiation decay products of radon affecting the respiratory system. The presence of radon and its derivatives in the areas of residential buildings may have come primarily from the soil of raw materials and construction materials. If the radia-

114 114 K. Pach, M. Hyla, J. Filipecki tion standards are not exceeded, there is no fear of the harmful effects of radioactive elements. More than that, it is believed that the total absence of radiation is disadvantageous because it can cause an avalanche microbial growth. Keywords: ionizing radiation, mass spectrometry, building materials.

115 Wykorzystanie radiometru 115 Wprowadzenie Pierwiastki promieniotwórcze występujące w przyrodzie grupuje się w trzy rodziny promieniotwórcze. Każda z nich rodzin rozpoczyna się od jednego z występujących w skorupie ziemskiej pierwiastka o bardzo długim czasie połowicznego rozpadu. Rozpad promieniotwórczy takiego pierwiastka stanowi początek łańcucha promieniotwórczego [1]. Przykładowy schemat rodziny promieniotwórczej uranu został przedstawiony na rysunku 1, na osi odciętych znajdują się numery porządkowe jąder, na osi rzędnych ich liczby masowe. Rodzina promieniotwórcza rozpoczyna się od ciężkiego izotopu uranu 238 U, który podlega przemianie alfa, przechodząc w izotop toru 234 Th, który podlega przemianie beta, przechodząc w izotop protaktynu 234 Pa. Izotop 234 Th ulega dwóm rodzajom przemian beta, gdzie część jego jąder przechodzi w jądra tzw. Uranu Z, a także izotopu protaktynu, o tej samej liczbie masowej. 234 U i 234 Pa stanowią pierwszy znany przykład tzw. jąder izomerycznych, które posiadają te same liczby masowe i numery porządkowe, lecz różnią się właściwościami promieniotwórczymi [2]. W przyrodzie występuje szereg izotopów promieniotwórczych, które nie zapoczątkowują kolejnych rodzin promieniotwórczych, natomiast przechodzą w izotopy trwałe. Należy w tym miejscu wymienić izotop potasu 40 K, którego czas połowicznego rozpadu wynosi 1, lat, oraz promieniotwórczy izotop rubidu 37 Rb [3]. Jądra atomowe niektórych pierwiastków, głównie pierwiastków ciężkich (Z>82), mogą ulegać spontanicznym przemianom promieniotwórczym, podczas których zachodzą m. in. następujące zjawiska: rozpady alfa i beta, emisja promieniowania gamma. Rozpad alfa to wyrzucenie z danego jądra ciężkiego jądra helu złożonego z dwóch protonów i dwóch neutronów. Wskutek takiego rozpadu z jądra pierwotnego X powstają jądro i cząstka α ( He) o wzajemnie bilansujących się liczbach masowych i atomowych, zgodnie z regułą Soody ego-fajansa [4]: + (1)

116 116 K. Pach, M. Hyla, J. Filipecki Rys. 1. Schemat rodziny promieniotwórczej uranu [1]

117 Wykorzystanie radiometru 117 Reguła Soody ego-fajansa określa przesunięcie jądra wtórnego Y, w stosunku do jądra pierwotnego X, w układzie okresowym pierwiastków. Ją- ener- dra wtórne poruszają się w przeciwnych kierunkach, posiadając określone gie kinetyczne oraz właściwe pędy. Energia cząstek alfa emitowanych przez różne izotopy promieniotwórcze zawarta jest w granicach od 4 do 9 MeV, a ich zasięg w powietrzu jest rzędu kilku centymetrów [5]. Drugim rodzajem przemian jądrowych promieniotwórczych jest rozpad beta, w którym wyróżnia się rozpad beta minus i rozpad beta plus. Rozpad beta minus zachodzi wewnątrz jądra i polega na przemianie neutronów (n) w proton (p), elektron (e - ) i antyneutrino elektronowe (ν e ) i można przedstawić go za pomocą schematu: + + ὑ (2) Elektrony (e - ), które powstały w ten sposób, określić można jako cząstki beta minus (β - ), natomiast wraz z tworzeniem się elektronu (leptonu) musi po- wyrazić jawić się antyneutrino (ν e ). Rozpad beta minus danego jądra można wzorem: + + ύ (3) W wyniku przemiany beta minus jądro pierwotne X przekształca się w izobaryczne jądro wtórne Y przesunięte w układzie okresowym pierwiastków o jedno miejsce w kierunku wzrastających liczb atomowych [4]. Rozpad beta plus, zgodnie z definicjami podanymi w literaturze, to za- (e + ) chodzące wewnątrz jądra przemiany protonu (p) w neutron (n), pozyton i neutrino elektronowe, co można przedstawić wg schematu: + + (4) Rozpad beta plus (β + ) danego jądra można wyrazić wzorem: + + (5) Podczas przemiany beta plus (β + ) jądro pierwotne X przekształca się w jądro izobaryczne Y przesunięte w układzie okresowym o jedno miejsce w kierunku malejących liczb atomowych. Zasięg promieniowania β w powie- ją- trzu jest rzędu kilku metrów i zależy od energii elektronów. W przypadku rozpadów alfa oraz beta, a także określonych zjawisk drowych, np. niesprężystych zderzeń jąder z neutronami prędkimi, reakcjom towarzyszy promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości v >10 9 Hz. Jeśli w wyniku którejkolwiek z przemian, jadro nie przechodzi do stanu pod-

118 118 K. Pach, M. Hyla, J. Filipecki stawowego, to powstały w nim nadmiar energii może przekształcić się w energię fotonów promieniowania gamma [5]. Wszystkie organizmy żyjące na Ziemi każdego dnia mają do czynienia z promieniowaniem jonizującym. Promieniowanie jonizujące to rodzaj promieniowania, które w czasie przenikania przez materię wywołuje powstawanie jonów-atomów mających ładunek elektryczny. Promieniowanie jonizujące w małych dawkach jest niegroźne dla organizmu; występując w większych dawkach, może mieć kluczowe zastosowanie w medycynie. Jednak w dużych dawkach może być śmiertelnym zagrożeniem dla żywych organizmów. To, jakie będą skutki oddziaływania promieniowania jonizującego, uzależnione jest od jego rodzaju oraz pochłoniętej dawki. Ważnym czynnikiem jest również rodzaj tkanki, a także faza życia, w której znajdują się komórki. Warto wspomnieć, że najbardziej czułe na promieniowanie jonizujące są komórki rozrodcze, tkanka limfatyczna oraz krwiotwórcza. Swoją promienioczułość posiadają także najgłębiej położone warstwy skóry, komórki chrzęstne i kościotwórcze, soczewka oka oraz błona śluzowa jelit [5]. Z tym rodzajem promieniowania można się spotkać w obecności źródła promieniowania, jakim może być izotop promieniotwórczy. Promieniowanie jonizujące można zdefiniować także jako skutek przemian jądrowych, gdzie układ energii ulega zmianie. Takim przemianom ulegają izotopy, które charakteryzują się nieodpowiednią liczbą neutronów w jądrze [6]. Promieniowanie jądrowe, które wnika w materię, może powodować różnego rodzaju efekty, te z kolei mogą powodować określone skutki chemiczne, a w momencie oddziaływania z komórkami żywych organizmów są w stanie wywoływać procesy biologiczne i biochemiczne. Głównym fizycznym efektem oddziaływania promieniowania jądrowego z materią jest jonizacja atomów oraz molekuł. Należy jednak zwrócić uwagę, iż promieniowanie jądrowe może jonizować pośrednio oraz bezpośrednio [6]. Jonizacja bezpośrednia materii zachodzi poprzez wszystkie naładowane cząstki, np. elektrony, protony, cząstki α, natomiast jonizacja pośrednia wywoływana zostaje poprzez fotony oraz neutrony z udziałem elektronów wtórnych. Pierwszym ogniwem w łańcuchu przemian, które prowadzą do reakcji biologicznych, jest jonizacja a także wzbudzenie atomów [6]. Intensywność jonizacji materii można określić poprzez wskazanie liczby jonów, które zostały wytworzone w materii, jest to jonizacja właściwa. Na rysunku 2 przedstawione zostały skutki biologiczne wywołane promieniowaniem jonizującym.

119 Wykorzystanie radiometru 119 Rys. 2. Rodzaje skutków biologicznych promieniowania jonizującego Metody ochrony mieszkańców przed zagrożeniem promieniotwórczym Problem, jaki stanowi oddziaływanie źródeł promieniotwórczych, będzie istniał jeszcze długo w badaniach naukowców, projektantów, wykonawców, a także zwykłych ludzi. Głównym zadaniem projektantów oraz wykonawców budynków jest to, aby stężenie pierwiastków promieniotwórczych, zwłaszcza radonu, było jak najmniejsze. Radon przedostaje się do wnętrza budynków różnymi drogami, w po- niż na mieszczeniach gromadzi się do bardzo wysokiego poziomu większego zewnątrz. Mimo tego, iż grunt nie charakteryzuje się wysokim jego stężeniem, poprzez kumulację pierwiastka w budynku stężenie może przekroczyć dopusz- pod- czalne normy. Dlatego też, projektując budynek, warto najpierw sprawdzić łoże, aby w razie ryzyka promieniotwórczego móc wybrać materiały i surowce budowlane, które pozwolą ograniczyć zagrożenie [6]. Rysunek 3 przedstawia schemat przenikania radonu z gruntu.

120 120 K. Pach, M. Hyla, J. Filipecki Rys. 3. Przykład przenikania radonu z gruntu [6] Ograniczenie ekspozycji mieszkańców na radon oraz jego pochodne we wnętrzu pomieszczeń umożliwiają następujące działania działania: odpowiedni system wentylacji pomieszczeń, pozwalający na usuwanie skażonego powietrza i zamianę go powietrzem z zewnątrz, gazoszczelna izolacja podziemna budynku, pozwalająca na redukcję napływu z zewnątrz radonu do budynków, wentylatory wyciągowe zlokalizowane na dachu budynków, mające na celu obniżenie ciśnienia powietrza, podwyższenie ciśnienia powietrza, które ma bezpośredni kontakt z gruntem. Budynki zlokalizowane na podłożu o małym stężeniu radonu nie wymagają zastosowania urządzeń czy też dodatkowych skomplikowanych zabezpieczeń. Najczęstszym, a także najprostszym sposobem na obniżenie poziomu stężenia radonu w pomieszczeniach jest częste wietrzenie, dbanie o system naturalnej wentylacji oraz usunięcie uszczelek znajdujących się wokół okien. Zbyt szczelne okna utrudniają naturalną wymianę powietrza, co skutkuje podwyższonym poziomem radonu. Powyższe metody mogą zmniejszyć poziom radioaktywnego gazu nawet o 60%. Jeżeli jednak, mimo stosowanych metod, poziom radonu utrzymuje się, stosowane są dodatkowe działania polegające na uszczelnianiu fundamentów budynków substancjami wodo- i gazoszczelnymi, do których zalicza się [11]:

121 Wykorzystanie radiometru 121 folie polimerowe, farby epoksydowe wypełniające, farby epoksydowe, farby lateksowe, masy asfaltowo-cementowe, silikon. Do tej pory Polska nie wprowadziła żadnych działań mających na celu redukcję radonu, wyjątkiem są ogólne programy badawcze. Przystąpienie Polski do Unii Europejskiej spowodowało wzrost świadomości społeczeństwa nt. promieniotwórczości w pomieszczeniach budowlanych. Dlatego też narodziła się potrzeba obniżenia ryzyka wynikającego ze stężenia radonu w budynkach użyteczności publicznej oraz w mieszkaniach. Kryteria oceny dotyczące oddziaływania promieniowania naturalnego w pomieszczeniach budowlanych zawarte zostały m.in. w rozporządzeniu Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej [7]. Zgodnie z wytycznymi zawartymi w tym rozporządzeniu budynki mieszkalne powinny spełniać następujące warunki: budynek z pomieszczeniami przeznaczonymi na pobyt ludzi i inwentarza żywego nie może być wykonany z materiałów budowlanych niespełniających wymagań w zakresie dopuszczalnych stężeń naturalnych pierwiastków promieniotwórczych, średnie wartości roczne stężenia radonu 222 Rn w pomieszczeniach budynku przeznaczonego na stały pobyt ludzi nie mogą przekraczać: 200 Bq/m 3 w budynku oddanym do użytku po 1 stycznia 1998 roku oraz 400 Bq/m 3 w pozostałych budynkach. W obowiązujących kryteriach ocen oraz metodach badań uwzględniono dwa rodzaje narażenia organizmów żywych na promieniowanie jonizujące: oddziaływanie promieniowania gamma na cały organizm, oddziaływanie promieniowania alfa na układ oddechowy. Eksperyment Celem eksperymentu była analiza promieniowania gamma dla wybranych materiałów ceramiki budowlanej (tabela 1). Przy wyborze rodzaju próbek wzięto pod uwagę te materiały, które wykorzystywane są zarówno do budowy budynków, w tym przypadku próbki cegły oraz pustaka ceramicznego, jak i renowacji pomieszczeń, tj. próbki płytki ceramicznej.

122 122 K. Pach, M. Hyla, J. Filipecki Tabela 1. Masa przygotowanych próbek wybranych surowców i materiałów budowlanych Materiał/surowiec budowlany Masa [kg] Cegła 0,066 Płytka ceramiczna 0,138 Pustak ceramiczny 0,079 Materiał badawczy należało odpowiednio przygotować do pomiarów. Pierwszym etapem było rozdrobnienie, w celu osiągnięcia odpowiedniej struktury próbek. W dalszej koloejności, zgodnie z Instrukcją Techniki Budowlanej [14], skruszone materiały oraz surowce należało wysuszyć. Próbki, ze względu na to, iż przed zakupem znajdowały się na hali, gdzie panowała niska temperatura oraz duża wilgotność powietrza, były suszone w temperaturze pokojowej przez 5 dni. Następnie w pracowni dozymetrii promieniowania jonizującego Zakładu Badań Strukturalnych i Fizyki Medycznej Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie próbki zostały zmielone w moździerzu oraz przesiane przez sito o grubości ziarna 2 mm. Po etapie obróbki, który miał na celu uzyskanie sypkiej formy badanych materiałów budowlanych, próbki umieszczono w plastikowych, szczelnie zamykanych pojemnikach. Pojemniki te zostały umieszczone w domku ołowianym spektrometru. Należy pamiętać, iż masa badanych próbek ma istotny wpływ na niepewność określanych stężeń promieniotwórczych. Dlatego też każda z przygotowanych próbek po umieszczeniu w pojemniku została zważona. Dane masowe próbek przedstawione zostały w tabeli 1. Aparatura badawcza W celu oceny, czy pierwiastki promieniotwórcze występują w materiałach i surowcach budowlanych, badania mogą zostać wykonane za pomocą różnych metod stosowanych w technice jądrowej. Najczęściej do oceny pierwiastków promieniotwórczych w surowcach i materiałach budowlanych stosowana jest typowa aparatura spektrometryczna z detektorami scyntylacyjnymi [8]. W przypadku prowadzonej analizy promieniowania gamma dla próbek wybranych materiałów budowlanych oraz do oceny pierwiastków promieniotwórczych wykorzystany został spektrometr promieniowania gamma zbudowany na bazie radiometru RUM-2. Radiometr RUM-2 (rys. 4) jest urządzeniem uniwersalnym, który współpracując z komputerem, pozwala na zbieranie danych pomiarowych z sond radiometrycznych produkcji Polon Alfa SSU-70. Do zakresu zastosowań radiometru należy: analiza ilościowa częstości impulsów, analiza spektrometryczna rozkładu statystycznego energii impulsów,

123 Wykorzystanie radiometru 123 analiza czasowa zdarzeń, sterowanie urządzeniami zewnętrznymi. Stanowisko pomiarowe spektrometrii gamma (komputer PC, sonda rarysunku 5. diometryczna SSU-70, radiometr RUM-2) zostało przedstawione na Schemat blokowy stanowiska przedstawia rysunek 6. Rys. 4. Radiometr RUM-2 [9] Rys. 5. Spektrometr gamma (1 komputer PC, 2 Sonda SSU-70, 3 domek Pb, 4 RUM-2, 5 pojemnik z próbką)

124 124 K. Pach, M. Hyla, J. Filipecki Rys. 6. Schemat blokowy stanowiska pomiarowego Pomiary promieniowania emitowanego przez badane materiały były ste- [9]. rowane za pomocą komputera typu PC oraz odpowiedniego oprogramowania Przed przystąpieniem do badania należało wyznaczyć w pierwszej kolej- punkt ności charakterystykęę licznika scyntylacyjnego, która pozwoliła poznać pracy licznika. Wyznaczona charakterystyka licznika pozwoliła na podanie punktu jego pracy przy napięciu równym U = 990 [V]. Wyniki badań Po przygotowaniu próbek, wyznaczeniu charakterystyki licznika, podłą- czeniu urządzenia kolejnym etapem było przeprowadzenie badań promienio- 1) od- twórczości gamma wybranych materiałów budowlanych. Próbki (tabela powiednio były umieszczane w domku ołowianym z licznikiem scyntylacyjnym SSU-70. Pomiary wykonywano w odpowiednich przedziałach energii promienio- wystę- wania γ, wybranych w taki sposób, aby w każdym z tych przedziałów powała linia charakterystyczna dla promieniowania gamma. Intensywność prodetektora mieniowania gamma określa się na podstawie zliczeń impulsów z promieniowania gamma oraz obliczeniu średniej wartości liczb zliczeń w po- im- szczególnych przedziałach. Kalibracja spektrometru polegała na zliczeniu pulsów pochodzącychh od źródławzorcowego 22 Na. Rysunek 7 przedstawia wid- mo promieniowania γ 22 Na.

125 Wykorzystanie radiometru 125 Rys. 7. Widmo energetyczne liczby zliczeń wzorca promieniotwórczego promieniowania izotopu 22 Na Izotop 22 Na posiada dwa charakterystyczne piki (maksima energetyczne) [10]: pierwsze maksimum zlokalizowane w kanale 400, któremu przypisuje się energię kwantu gamma równą 0, 511 MeV; drugie maksimum odpowiada kanałowi 2450 i energii mu odpowiadającej 1,275 MeV. Na podstawie widma dla izotopu 22 Na (rys. 7), a także energii i odpowiada dającym im kanałom, została obliczona różnica energetyczna pomiędzy kanałem 400 a Kanał E 2 = 1,28 MeV Kanał E 1 = 0,511 MeV = (6) =1,28 0,511 =0,76 [ ] Na podstawie otrzymanego wyniku obliczono energię odpowiadającą jednemu kanałowi: =0,76 [ ] Liczba kanałów pomiędzy K 2 a K 1 = 2050 x MeV energia odpowiadająca jednemu kanałowi

126 126 K. Pach, M. Hyla, J. Filipecki ,76 (7) 1 = 1 0, =0,04 Z powyższego równania wynika, iż jednemu kanałowi odpowiada energia równa 0,04 MeV. Zgodnie z zaleceniami Instrukcji ITB [14], metoda kalibracji spektrometru polega na określeniu tzw. liczby zliczeń fotonów gamma, które emitowane są przez badaną próbkę w kanałach pomiarowych, a także ze wzorca, którym był izotop sodu 22 Na. Do oznaczania pierwiastków promieniotwórczych występujących w przygotowanych próbkach materiałów budowlanych służą właściwe wzorce promieniotwórcze, charakteryzujące się właściwą dla siebie energią promieniowania gamma, co zostało przedstawione w tabeli 2. Stwierdzenie w badanych próbkach obecności pierwiastków promieniotwórczych możliwe jest w chwili, gdy pierwiastki te emitują promieniowanie gamma, a ich energia odpowiada właściwemu izotopowi. Wynikiem przeprowadzonych badań są widma promieniowania γ, które odpowiadają odpowiednim energiom. Powierzchnia pod pikami odpowiada aktywności badanych pierwiastków. W pracy oznaczone pierwiastki promieniotwórcze to: potas 40 K, rad 226 Rad, tor 228 Th, cez 137 Cs. Tabela 2. Energia promieniowania gamma dla poszczególnych pierwiastków promieniotwórczych [10] Izotop Potas 40 K Całkowita energia promieniowania gamma [MeV] 1,46 Rad 226 Ra 0,186 0,26 0,42 0,61 Cez 137 Cs 0,662 Tor 228 Th 0,084 0,132 0,167 0,214 Analizując otrzymane widma promieniowania gamma dla badanych próbek, a także krzywą kalibracji energii (rys. 7), określono energię pików o największych maksimach. Energia ta pozwoliła odnieść się do wartości podanych

127 Wykorzystanie radiometru 127 w tabeli 2 i ocenić, czy wymienione pierwiastki promieniotwórcze występują w badanych materiałach budowlanych. Rysunki 8 10 przedstawiają odpowiedcera- nio widma dla badanych próbek materiałów budowlanych: cegły, pustaka micznego, płytki ceramicznej. Rys. 8. Widmo promieniowania uzyskane w próbce cegły Rys. 9. Widmo promieniowania uzyskane w próbce płytki ceramicznej

128 128 K. Pach, M. Hyla, J. Filipecki Rys. 10. Widmo promieniowania uzyskane w próbce pustaka ceramicznego W wyniku analizy otrzymanych widm oraz danych przedstawionych w tabeli 2 w badanych próbkach stwierdzono występowanie następujących pierwiastków promieniotwórczych: 1. W próbce cegły została wykryta obecność: sztucznego pierwiastka cezu 137 Cs, któremu odpowiada energia E γ = 0,66 MeV, naturalnego pierwiastka, jakim jest potas 40 Ko energii Eγ = 1,27 Mev. 2. W próbce płytki ceramicznej został wykryty: naturalny pierwiastek radu 226 Ra, któremu odpowiada energia fotonów gamma Eγ = 0,42 MeV, naturalny pierwiastek potasu 40 K, o energii E γ = 1, 27 MeV, sztuczny pierwiastek cezu 137 Cso energii E γ = 0,66 MeV. 3. W próbce płytki ceramicznej został wykryty: naturalny pierwiastek radu 226 Ra, któremu odpowiada energia fotonów gamma Eγ = 0,42 MeV, naturalny pierwiastek potasu 40 K, o energii E γ = 1, 27 MeV, sztuczny pierwiastek cezu 137 Cso energii E γ = 0,66 MeV. Analiza otrzymanych wyników podczas przeprowadzonego eksperymen- tu, a także badań przeprowadzonych w Instytucie Fizyki Jądrowej [12] potwier- prób- dza, że ilość wykrytych pierwiastków promieniotwórczych w badanych kach nie przekroczyła dopuszczalnych norm zawartych w Rozporządzeniu Rady Ministrów [13].

129 Wykorzystanie radiometru 129 Wnioski Tematem pracy była analiza promieniowania gamma dla pięciu próbek materiałów budowlanych. Opracowanie otrzymanych wyników pozwoliło stwierdzić obecność pierwiastków promieniotwórczych. W badanych próbkach wykryto obecność cezu 137 Cs, potasu 40 K oraz radu 226 Ra. Nie udało się zidentyfikować obecności pierwiastka toru 228 Th w badanych materiałach. Wyniki te (znikome ilości wspomnianych pierwiastków) pozwalają z powodzeniem stwierdzić, iż materiały budowlane mogą być bezpiecznie stosowane w budownictwie. Obecność pierwiastków w próbkach materiałów budowlanych może być wynikiem środków stosowanych podczas ich produkcji, a także wpływem promieniotwórczości wynikającej z otoczenia miejsca, w którym materiały i surowce budowlane były składowane. Procedura badawcza oraz ocena surowców i materiałów budowlanych odnosi się do Instrukcji Techniki Budowlanej. Według jej wytycznych materiały te, nie mogą przekroczyć pewnych wartości promieniowania, aby były bezpieczne do stosowania w budownictwie, a tym samym bezpieczne dla człowieka. Badania przeprowadzone w niniejszej pracy potwierdzają to założenie, a zatem pozwalają stwierdzić, że obawy przed promieniowaniem gamma w pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi nie są umotywowane wynikami badań lecz niewiedzą ludzi na temat promieniotwórczości. W praktyce budowlanej należy jednak ściśle przestrzegać zasad i zaleceń zawartych w rozporządzeniach Rady Ministrów w sprawie wymagań dotyczących zawartości izotopów promieniotwórczych w surowcach i materiałach w budynkach przeznaczonych na pobyt ludzi i inwentarza żywego. Literatura [1] Niewiadomski T., O promieniowaniu jonizującym popularnie, PZWL, Warszawa [2] Dziunikowski B., O fizyce i energii jądrowej, AGH Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne, Kraków [3] Szczeniowski S., Fizyka doświadczalna, PWN,Warszawa [4] Gostkowska B., Skłodowska A., Promieniowanie jonizujące a człowiek, PWN, Warszawa [5] Jaracz P., Promieniowanie jonizujące w środowisku człowieka, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa [6] Hrynkiewicz A., Człowiek i promieniowanie jonizujące, PWN Warszawa 2001.

130 130 K. Pach, M. Hyla, J. Filipecki [7] Rozporządzeniu Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dn r. (MP nr 19/96 POZ. 231). [8] Strzałkowski A., Wstęp do fizyki jądra atomowego, PWN, Warszawa [9] Polon-Alfa, Radiometr RUM-2. Instrukcja obsługi, Bydgoszcz [10] Gostkowska B., Fizyczne podstawy ochrony radiologicznej, Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej, Warszawa [11] Zakrzewski T., Promieniotwórczość naturalna w budownictwie, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice [12] Bogacz J., Cywicka-Jakiel T., Mazur J., Łoskiewicz J., Swakoń J., Tracz G., Analiza promieniotwórcza niektórych materiałów budowlanych z obszaru Małopolski, Sekcja Wydawnictw Działu Informacji naukowej IFJ, Kraków [13] Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 2 stycznia 2007 r. (Dz.U. 2007, nr 4, poz. 29). [14] Instrukcja nr 234:1995 Wytyczne badania promieniotwórczości naturalnej surowców i materiałów budowlanych, ITB, Warszawa 1998.

131 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Michał Pajęcki Politechnika Świętokrzyska al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, Kielce m.pajecki@tu.kielce.pl INFORMATYCZNE WSPOMAGANIE ZARZĄDZANIA ZLECENIAMI W MIKROPRZEDSIĘBIORSTWIEE NA PRZYKŁADZIE SERWISU KOMPUTEROWEGO Streszczenie. Mikroprzedsiębiorstwa stanowią zdecydowaną większość polskich firm w 2013 roku 95,6% ogółu wszystkich podmiotów gospodarczych. Często są to niewiel- na kie przedsiębiorstwa rodzinne lub osoby, które prowadzą działalność gospodarczą własny rachunek i zatrudniają mniej niż 10 osób. Podmioty te, w celu podniesienia konkurencyjności, powinny wykorzystywać informatyczne systemy wspomagające zarządzanie. Celem niniejszego artykułu jest zwrócenie uwagi Czytelnika na fakt, że wdrożenie odpowiedniego, zgodnego z profilem działalności danego mikroprzedsię- wymiernych biorstwa, informatycznego systemu wspomagania zarządzania dostarcza korzyści dla tej firmy. Jako praktyczny przykład narzędzia informatycznegoo zaprezeni rozliczeń towano bazodanową aplikację, która istotnie wspomaga proces ewidencji w serwisie komputerowym, w tym szczególnie kompleksową obsługę zleceń serwiso- zgro- wych. Dzięki temu firma oszczędza czas i zdobywa szybki dostęp do wszystkich madzonych danych, a także możliwość łatwej ich edycji. Przedstawiono projekt rela- cyjnej bazy danych, która stanowi fundament systemu. Zaprojektowane oprogramowa- za- nie umożliwia ponadto rejestrowanie zakupów części zamiennych od dostawców, rządzanie rekordami dotyczącymi kontrahentów, pracowników, usług świadczonych przez serwis oraz stanami magazynowymi. Wdrożono możliwość generowania różnych raportów. Zaproponowany system informatyczny wspomagania zarządzania można rozwinąć poprzez zaadoptowanie go do potrzeb rzeczywistej firmy i dodanie nowych, istotnych z punktu widzenia tego podmiotu, funkcjonalności. Dzięki temu można finaldo obsługi nie uzyskać kompleksowy system informatyczny wspomagania zarządzania danego mikroprzedsiębiorstwa. Słowa kluczowe: mikroprzedsiębiorstwo, zarządzanie zleceniami, informatyczne wspo- maganie zarządzania, relacyjna baza danych, aplikacja bazodanowa.

132 132 M. Pajęcki COMPUTER-AIDED MANAGEMENT OF ORDERS IN A MICRO-ENTERPRISE THROUGH THE EXAMPLE OF A COMPUTER SERVICE Abstract. Micro-enterprises constitute the straight majority of Polish companies - in 2013 they are 95,6% of all such entities. They are often small family or person companies which conducts business activity on its own account and employ less than 10 persons. These subjects should use computer management support systems in order to raise their competitiveness. The aim of this article is to show a Reader that implementation of proper, in compliance with microenterprise activity profile, IT management support system gives notable effects for a given company. Database application which supports the process of record and settlements in a computer service, including complex service of service orders has been presented as a practical example of IT tool. As a result, company can save time and gets quick access to all collected data, and ability of editing data. Project of relational database which is the basis of the system has been presented. Moreover, software enables to register purchases of spare parts from suppliers, management of records concerning contracting parties, employees, services provided by service centre and inventory balance. Option of generating different reports has been implemented. Proposed IT management support system can be adjusted to the needs of a given company and developed by adding new functionalities, significant from the point of view of this subject. As a consequence, microenterprise can get complex IT management support system. Keywords: micro-enterprise, management of orders, computer-aided management system, relational database, database application. Wprowadzenie Nieodłącznym elementem efektywnego zarządzania współczesnym i konkurencyjnym przedsiębiorstwem jest wykorzystywanie informatycznych systemów wspomagania zarządzania. Równie istotna jest elektroniczna wymiana danych, zarówno w obrębie samej firmy, jak też we współpracy z kontrahentami. Aby przedsiębiorstwo mogło przetrwać w ciągle zmieniającym się otoczeniu i nieustannie się rozwijać, powinno wykazywać cechy takie jak: elastyczność, innowacyjność oraz otwartość na zmiany. Ważne są kreatywność i umiejętności pracowników. Konkurencyjność można zdefiniować tutaj jako świadczenie usług na bardzo wysokim poziomie, redukcję kosztów oraz terminowość w realizacji zamówień [2]. Istnieje bardzo dużo systemów informatycznych służących do wspomagania zarządzania przedsiębiorstwem, np. ERP, ERP II, MRP, MRP II, EDI, SCM. Na przestrzeni ostatnich 50 lat przeszły one bardzo dużą ewolucję. Już w latach 60. opracowano standard MRP (ang. Material Requirements Planning) Plano-

133 Informatyczne wspomaganie zarządzania 133 wanie Potrzeb Materiałowych, dzięki któremu można było np. obliczać ilości zużywanych materiałów i określać terminy dostaw surowców, co umożliwiało redukcję nadmiaru zapasów i wyższą efektywność produkcji. W roku 1989 został opracowany standard MRP II (ang. Manufacturing Resource Planning) Planowanie Zasobów Produkcyjnych. Wdrożono w nim m.in. mechanizmy służące do wspomagania procesów podejmowania decyzji. W latach 90. zaczęły powstawać systemy ERP (ang. Enterprise Resource Planning) Planowanie Zasobów Przedsiębiorstwa, choć nazwa ta nie ma określonego formalnego standardu. Wspierają one ogół procesów produkcyjnych i dystrybucyjnych przedsiębiorstwa oraz zawierają zaawansowane mechanizmy wspomagające podejmowanie decyzji. Współcześnie wyróżnia się także systemy określane jako ERP II, które zbudowane są z wielu modułów i komponentów (składowych modułów). Przykładem jest system IFS Applications, w którym wdrożono ponad 70 różnych komponentów. Każdy z nich odpowiada za wspomaganie ściśle określonego obszaru działalności przedsiębiorstwa, a poprzez ich umiejętny dobór można zbudować system adresowany do przedsiębiorstwa działającego w każdej branży i uwzględniający jego charakterystyczne potrzeby [5]. Wspomniane powyżej złożone systemy informatyczne są zazwyczaj eksploatowane w dużych lub średnich przedsiębiorstwach. Rzadko korzystają z nich natomiast mikroprzedsiębiorstwa. Zgodnie z art. 104 Ustawy o swobodzie działalności gospodarczej z dnia 2 lipca 2004 r., mikroprzędsiębiorca jest zdefiniowany jako przedsiębiorca, który w co najmniej jednym z dwóch ostatnich lat obrotowych: 1. zatrudniał średniorocznie mniej niż 10 pracowników oraz 2. osiągnął roczny obrót netto ze sprzedaży towarów, wyrobów i usług oraz operacji finansowych nieprzekraczający równowartości w złotych 2 milionów euro, lub sumy aktywów jego bilansu sporządzonego na koniec jednego z tych lat nie przekroczyły równowartości w złotych 2 milionów euro [6]. Dodatkowo art. 108 Ustawy o swobodzie działalności gospodarczej z dnia 2 lipca 2004 r. mówi, że nie uważa się odpowiednio za mikroprzedsiębiorcę, małego lub średniego, przedsiębiorcy, w którym inni przedsiębiorcy, Skarb Państwa oraz jednostki samorządu terytorialnego posiadają: 1. 25% i więcej wkładów, udziałów lub akcji; 2. prawa do 25% i więcej udziału w zysku; 3. 25% i więcej głosów w zgromadzeniu wspólników, walnym zgromadzeniu akcjonariuszy albo walnym zgromadzeniu spółdzielni [6]. W 2013 roku działało w Polsce aktywnych przedsiębiorstw niefinansowych. Dane te nie obejmują jednostek zaklasyfikowanych według PKD 2007 do sekcji A (Rolnictwo, leśnictwo, łowiectwo i rybactwo), K (Działalność finansowa i ubezpieczeniowa), O (Administracja publiczna i obrona narodowa, obowiązkowe zabezpieczenie społeczne) [4]. Uzyskane zostały one w wyniku pełnego badania przedsiębiorstw zatrudniających co najmniej 10 osób i reprezentacyjnego badania mikroprzedsiębiorstw. Otrzymane wyniki

134 134 M. Pajęcki pokazują, że aż podmiotów to mikroprzedsiębiorstwa. Stanowią więc one 95,6% ogółu wszystkich przedsiębiorstw w Polsce. Najwięcej małych przedsiębiorstw prowadziło działalność handlową, a następnie działalność budowlaną [4]. Przytoczone liczby dowodzą, że temat podejmowany w niniejszej publikacji jest bez wątpienia istotny. Odpowiednio zaawansowany system informatyczny nie tylko usprawnia całościowe zarządzanie firmą, ale również wpływa korzystnie na skrócenie czasu wykonywania wybranych zadań i optymalizację wykorzystywanych zasobów. Z reguły implikuje to także wyższy poziom zadowolenia klientów firmy ze świadczonych przez nią usług. Z doświadczeń autora wiadomo, że istnieją mikroprzedsiębiorstwa, w których nie zostało wdrożone odpowiednie oprogramowanie informatyczne. Przykładem są niewielkie serwisy komputerowe w małych miejscowościach, gdzie wszystkie zlecenia zapisywane są w zeszycie za pomocą długopisu. Można podejrzewać, że główny problem stanowi tutaj konieczność poniesienia dość wysokich kosztów, na które w tak małych firmach brakuje środków. Właściciele takich niewielkich podmiotów, szczególnie firm rodzinnych lub osoby pracujące na własny rachunek, mogą także najczęściej nie zdawać sobie sprawy, że nowoczesne technologie informatyczne mogą znacząco ułatwić im pracę, a także przynieść inne korzyści (w tym finansowe). Warto jednak włożyć wysiłek (organizacyjny, finansowy w tym przypadku z braku własnych środków poszukać zewnętrznych źródeł finansowania, np. dotacji unijnych, kredytów preferencyjnych) i unowocześnić przedsiębiorstwo poprzez wprowadzenie stosownego informatycznego systemu zarządzania. Aplikacja bazodanowa do wspomagania procesu ewidencji i rozliczeń w serwisie komputerowym Główny profil działalności serwisu komputerowego stanowi szeroko rozumiana naprawa sprzętu komputerowego oraz świadczenie usług pomocy technicznej. Zlecenia dotyczą w szczególności instalacji i konfiguracji oprogramowania, sprzętu sieciowego, przeprowadzania modernizacji, a także wykonywania mniejszych lub większych napraw w przypadku wystąpienia awarii. Pracownicy powinni posiadać rozległą wiedzę informatyczną i elektroniczną. Zaprojektowano aplikację bazodanową wspierającą pracę serwisu komputerowego. Pozwala ona na bezproblemową i kompleksową administrację wszystkimi zleceniami oraz edycję już wprowadzonych danych. Maksymalnie zminimalizowano ryzyko wystąpienia pomyłki i umożliwiono szybki dostęp do zgromadzonych informacji. Duży nacisk położono na bezpieczeństwo i wysoką wydajność aplikacji [1]. W przedstawionym oprogramowaniu każde zlecenie dotyczy konkretnego sprzętu i klienta. Klientem może być osoba fizyczna lub firma. Utworzona

135 Informatyczne wspomaganie zarządzania 135 aplikacja pozwala ponadto na wprowadzanie informacji o zakupach części od dostawców (łącznie z automatyczną aktualizacją stanów magazynowych), bieżący podgląd stanów magazynowych i administrowanie wszystkimi tabelami bazy danych można więc np. dodawać, usuwać lub edytować dane dotyczące klientów, dostawców, usług świadczonych przez serwis itd. [1] Baza danych projektu Po zaplanowaniu funkcjonalności i zawartości tworzonego systemu, w pierwszym kroku została opracowana relacyjna baza danych SERWKOM (rysunek 1). Przechowywane są w niej nie tylko informacje o wykonanych usługach i użytych częściach zamiennych, łącznie z ich cenami, ale także o tym, który z pracowników przyjmował dane zlecenie i wykonywał konkretną naprawę. Wszystkie dane zostały pogrupowane w tabelach utworzonych zgodnie z zasadami normalizacji. Dzięki temu uniknięto niepotrzebnej nadmiarowości danych (redundancji) oraz możliwości występowania anomalii (czyli pewnych cech niepożądanych) podczas wykonywania operacji dołączania, aktualizacji i usuwania. Wybrano odpowiednie klucze główne, a więc pole lub pola w tabeli, które jednoznacznie identyfikują każdy rekord. Tabele połączono ze sobą należytymi relacjami. Zaprojektowana baza danych została zaimplementowana w systemie relacyjnych baz danych InterBase. Opracowano także procedury zapamiętane i widoki [3]. Baza danych składa się z 12 tabel. Przykładowo, tabela PODZESPOŁY zawiera wykaz wszystkich podzespołów (części zamiennych) używanych w naprawach wraz z ich opisem, a tabela ROBOCIZNA informacje na temat usług (prac serwisowych) świadczonych przez zakład wraz, z ich cenami i opisem. Główna tabela, czyli REJESTR_ZLECEN, zawiera dane dotyczące zleceń wykonywanych przez serwis komputerowy [1]. Z bazy danych korzysta najczęściej wiele różnych osób w tym przypadku właściciel firmy (administrator) oraz pracownicy. Istota bezpieczeństwa zgromadzonych zasobów polega na tym, aby nikt nieupoważniony nie miał dostępu do przechowywanych danych lub, co gorsza, nie zmodyfikował ich albo nie usunął. Uwzględniając profil użytkowania systemu, opracowano strukturę praw dostępu do tabel, stworzono pożądanych użytkowników bazy danych, a następnie nadano uprawnienia dostępu do bazy danych tym użytkownikom większe uprawnienia uzyskał właściciel, mniejsze pracownicy. W tym celu utworzono odpowiednie role (np. Pracownik), a następnie dodano uprawnienia dostępu do tabel dla poszczególnych ról (przeglądanie, usuwanie, modyfikowanie, dodawanie rekordów, wykonywanie procedur zapamiętanych). W kolejnym kroku przypisano wykreowane role do poszczególnych użytkowników [1].

136 136 M. Pajęcki Rys. 1. Projekt relacyjnej bazy danych SERWKOM (opracowanie własne [1]) Działanie aplikacji Aplikacja, z której mogą korzystać pracownicy firmy zarządzający bazą danych, jest prosta i zawiera niezbędne zabezpieczenia (np. przed przypadkowym usunięciem potrzebnych danych, co mogłoby przynieść katastrofalne skutki). Administracja zleceniami na każdym kroku (podczas ich przyjmowania, dodawania wpisów przez serwisantów, przeglądu, edycji) jest intuicyjna. Do stworzenia programu wykorzystano środowisko Borland Developer Studio 2006 i jeden z języków programowania wysokiego poziomu. Po uruchomieniu ukazuje się główne okno aplikacji, którego fragment przedstawiono na rysunku 2. Za pomocą menu górnego można dostać się do wszystkich pozostałych okien [1].

137 Informatyczne wspomaganie zarządzania 137 Rys. 2. Fragment głównego okna aplikacji (opracowanie własne [1]) Zgodnie z przyjętymi założeniami, aplikacja umożliwia przeglądanie i edycję każdej z tabel zaprojektowanej bazy danych oraz dodawanie i usuwanie z niej rekordów. Najważniejsze okno programu Zlecenia (rysunek 3) służy do administracji trzema tabelami: REJESTR_ZLECEN oraz powiązanymi z nią WYKONANE_NAPRAWY i UZYTE_CZESCI. Ta część jest najbardziej złożonym elementem całej aplikacji. Wybór przedstawionego sposobu rozwiązania spowodowany jest faktem, iż wszystkie dostępne dane dotyczące konkretnego zlecenia znajdują się w jednym miejscu dla wielu jest to wygodna forma. W razie konieczności problem ten można rozwiązać za pomocą jednego lub dwóch dodatkowych okien [1]. Na samej górze znajduje się menu, a nieco poniżej komponent, który wyświetla rekordy z tabeli REJESTR_ZLECEN. Uaktywnienie wybranej pozycji (kliknięcie na wiersz) powoduje przepisanie danych do odpowiednich informacji o tym zleceniu w obszarze Zlecenia. Aktywowane zostają także komponenty znajdujące się na dole okna, które odpowiadają za wyświetlanie danych z tabel WYKONANE_NAPRAWY i UZYTE_CZESCI dla wybranego numeru zlecenia. W aplikacji wdrożono mechanizm wyszukiwania potrzebnych informacji [1]. W tym momencie należy wspomnieć o bardzo istotnej kwestii kontroli błędów. Wiadomo, że użytkownik aplikacji może wpisywać zasadniczo dowolne wartości do pól edycyjnych i wykonywać różne nieprawidłowe operacje na danych. Należy wziąć to pod uwagę. W związku z tym niemalże dla każdej z wprowadzonych danych należy sprawdzić, czy jej wartości są poprawne w programie zostało to uwzględnione, jak również przewidziano wszystkie nieprawidłowe działania za strony użytkownika. O każdej niepoprawnie wykonanej operacji informuje odpowiedni komunikat [1].

138 138 M. Pajęcki Rys. 3. Okno Zlecenia, po wybraniu zlecenia o numerze = 2 i naprawy o identyfikatorze = 3 (opracowanie własne [1]) Podsumowanie Biorąc pod uwagę liczbę mikroprzedsiębiorstw w Polsce, podejmowany w artykule temat informatycznego wspomagania zarządzania takim podmiotem wydaje się aktualny i ważny. Wdrożenie wspomnianego systemu wspomagającego zarządzanie może pozytywnie wpłynąć na funkcjonowanie firmy i wzrost jej konkurencyjności. W artykule przedstawiono krótko przykład praktycznego informatycznego systemu do wspomagania zarządzania mikroprzedsiębiorstwem serwisem komputerowym, w którym główny nacisk położono na proces administrowania zleceniami. Opracowana aplikacja, współpracująca z zaprojektowaną dla jej potrzeb relacyjną bazą danych, posiada wszystkie niezbędne funkcjonalności (w tym zabezpieczenia), dzięki czemu bardzo dobrze nadaje się do codziennego użytkowania w usługowym zakładzie serwisowania sprzętu komputerowego. Aplikacja może być dalej rozwijana poprzez udoskonalenie wszystkich istniejących już funkcjonalności oraz dodanie nowych, np. mechanizmu pozwalającego na wystawianie faktur VAT. Program może zostać rozbudowany o zaawansowane funkcje księgowe. Kolejnym punktem mogłoby być opracowanie

139 Informatyczne wspomaganie zarządzania 139 nowoczesnego serwisu internetowego, w całości kompatybilnego ze wspomnianą aplikacją (z poziomu której można by zarządzać treściami umieszczonymi na stronie internetowej). Finalnym produktem byłby wtedy kompleksowy system informatyczny zaprojektowany na potrzeby konkretnego mikroprzedsiębiorstwa i uwzględniający wszystkie jego specyficzne potrzeby. Uogólniając, zaproponowane w artykule narzędzie informatyczne w postaci relacyjnej bazy danych i aplikacji do jej obsługi może zostać wykorzystane w praktycznie dowolnym obszarze zastosowań. Literatura [1] Pajęcki M., Projekt bazy danych oraz budowa interfejsu użytkownika dla wspomagania ewidencji i rozliczeń w usługowym zakładzie serwisowania komputerów, niepublikowany projekt inżynierski, promotor dr inż. K. Strzałkowski, Politechnika Świętokrzyska, Kielce [2] Stryjski R., Saniuk S., Narzędzia informatyczne wspomagające wzrost konkurencyjności przedsiębiorstw, Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra [3] Strzałkowski K., Projektowanie relacyjnych baz danych materiały dydaktyczne, Politechnika Świętokrzyska, Kielce [4] Główny Urząd Statystyczny, Działalność przedsiębiorstw niefinansowych w 2013 r., (data dostępu: ). [5] Krajewski P., Systemy informatyczne wspomagające zarządzanie przedsiębiorstwem, (data dostępu: ). [6] Ustawa z dnia 2 lipca 2004 r. o swobodzie działalności gospodarczej (Dz.U. z 2004 r., nr 173, poz. 1807).

140

141 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Jerzy Pisarek 1, Radomir Ščurek 2 1 Akademia im. Jana Długosza, al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa 2 VŠB TU Ostrava, ul. Lumírova 13, Ostrava Výškovice RULES OF EDUCATIONS AND TRAININGS IN THE AREA OF SAFETY OF AIR TRANSPORT AND GENERAL AVIATION Abstract. The system of air education and trainings functioning currently in countries organized in ICAO association was presented in this work Authors payed attention to the fact, that specialistic air-trainings are entered into existing national educational systems. The security of passengers and crews of aerodynes is a most important matter in the air transport. Not only practical trainings, but also theoretical trainings and the background knowledge of the candidate on the flying staffer there have the essential influence on the security level. This fact was illustrated in the article with several examples, which illus- sys- trate typical, though often underestimated, aspects of the organization of educational tems and trainings, especially theoretical trainings. In spite of intensive searching authors of the article did not manage to reach a case study from the range of the methodology of air-trainings, understoodd as a multistage process, which lasts practically through the entire life of the airman. Maybe this results from the fact that that an aviation is created by techunderstand nicians, and the theory of the education is a domain of humanists who do not the world of the technique. Presented work can be therefore treated as the invitation to the assumption of common interdisciplinary research. Keywords: education for aviation, safety in general aviation, safety in line aviation, human factor, education systems, education for safety ZASADY PROWADZENIA EDUKACJI I SZKOLEŃ W OBSZARZE BEZPIECZEŃSTWA LOTNICTWA OGÓLNEGO I TRANSPORTU LOTNICZEGO Streszczenie. Od zaraniaa dziejów człowiek próbuje przeciwdziałać zagrażającym mu nie- bezpieczeństwom i opanować wrogie sobie żywioły. Źródłem sukcesów w tej walce jest

142 142 J. Pisarek, R. Ščurek wiedza zbierana przez pokolenia. Jest ona przekazywana działającym w warunkach zagrożenia osobom przez systemy edukacji i szkoleń, które są jednak niedoskonałe. Dlatego, zdaniem autorów, ludzie wykonujący konkretne zadania i podejmujący związane z tym decyzje popełniają błędy, prowadzące do zdarzeń niebezpiecznych, wypadków i katastrof, których teoretycznie można byłoby uniknąć. Od wielu lat, a nawet od wielu wieków prowadzone są poszukiwania najlepszego systemu instrukcji edukacji i szkoleń osób odpowiedzialnych za bezpieczeństwo. Stworzono wiele systemów dedykowanych do każdego obszaru działania. Pracują one dobrze, ale mogłyby pracować lepiej. Jednym z powodów tego stanu rzeczy jest brak współpracy specjalistów z zakresu bezpieczeństwa różnych obszarów, brak transferu wiedzy oraz niedocenianie szczególnej roli ogólnego wykształcenia technicznego. Autorzy niniejszej pracy przedstawiają różne systemy edukacji wykorzystywane w inżynierii bezpieczeństwa, opisują ich wady i zalety i proponują zmiany wiodące do poprawy efektywności. Przedstawiona opinia jest wynikiem analizy wielu zdarzeń i incydentów wypadkowych oraz zawodowych doświadczeń autorów pracujących jako nauczyciele akademiccy i inżynierowie bezpieczeństwa. Słowa kluczowe: szkolenia lotnicze, lotnictwo ogólne, bezpieczeństwo lotów, czynnik ludzki, systemy edukacji, edukacja dla bezpieczeństwa. Introduction From the daybreak of history the man tries to master strange foreign and unfriendly elements. Basic source of successes in this fight is delivered the knowledge gathered by generations. This knowledge is delivered to following daredevils by use systems of the education and the instruction. These systems are however very imperfect. As result of this people undertaking concrete decisions making mistakes, leading to events and disasters whose theoretically one could avoid. For many years now, and even from many ages lasts research of the best system of the instruction of persons responsible for the safety. One created many educational systems dedicated to each effective range. These systems work well, but would be able to work better. The author of this work presents different educational systems used in the engineering of the safety, evidences their advantages and disadvantages and proposes changes leading to the improvement of the their efficiency. Presented opinion are the result of the analysis of many events connected with the resultant risk of disaster or accidents. They are also greatly determined by personal experiences of the author who is an academic and the engineer working the area of the technical safety.

143 Rules of educations 143 Risk Factors The risk is relative to many factors. Their analysis is a key to the understanding of the part of errors committed by the man. The set of the risk factors (danger factors) we divide usually on four subsets called: human factor, technical factor, law factor, random factor. Almost all events and disasters are result of errors. Errors can be divided on: final errors, accumulated errors, hidden errors. In the law literature and literature the connected with sciences of safety the human factor is associated usually with the final error. Simultaneously circumstances having the influence on the coming this error into being are ignored or analysed very superficial. As a result of this elimination of many kinds of the final error is not possible. It would be better to treat the final error as the result of well-known or unknown circumstances and conditionings, which could be independent on the person who is accused of causing of the disaster or the event. The manner of education and instruction is an example of such just circumstances. The after-mentioned example is illustrating such just the situation The example 1 One businessman, having the opinion of the superb pilot, bought the new plane and with the group of friends flew on the mountainous airfield. Approaching to the landing suddenly he changed the decision trying to leave on the second circle. The plane crashed on the mountains slope. At first the personal the pilot error you given the ace the reason of the disaster. Why the experienced pilot committed so fatal error? The first answer he this question was: the bravado and the slight of the danger. This is however not the correct answer. I knew the pilot and I know that without the need never he would expose its own life. All the more he would not expose lives of passengers. In the fatal day reigned the very non-typical weather. It was very warmly and appeared fohn occurrences. Calibrated he other thickness of the atmosphere the altimeter showed the false altitude QNH. The instrument error could reach even to 50 m. Because air density was low and the plane was the strongly laden flight was performed on large angles of attack. This caused the optical illusion leading to wrong marking of the height. Wrong indications of the instrument (altimeter) were confirmed by wrong optical estimation of the height. Entering in ATZ the pilot asked of circumstances conditions for the landing. Unfortunately, the person being found on the tower of the airfield feared to give information, because

144 144 J. Pisarek, R. Ščurek did not have the formal permission on the job as flight controller on this aerodrom. He didn t know that acting in the interest of the safety of flights in not typical situation (weather conditions) was not subjected to the legal responsibility for the break of regulations about the employment. One can so ascertain that a original reason committed by the pilot of errors was the lack of the proper education and the proper instruction. Particularly: the insufficient acquaintance of rules of the corection of indications of pilotage instruments, the lack acquaintances of the mechanism of the occurrence of optical illusions, the lack of the proper instruction in mountainous flights, the lack skills of the quick estimation of limitations due by high temperature of the air, the low of the education in the legal area of person fulfilled the turn of duty on the tower of the airfield. The elimination of only one of mentioned higher education errors probably would suffice avoidably of the disaster. There it is proper to remind the old Roman rule Minus saepe pecces si scias quidnescias. Both the pilot, how and the collector surely would supplement their own qualifications, if they would know, what should learn. People for the safety of flights responsible must possess the very spacious knowledge and will turn over many examinations {tests}. One cannot extend the area of the instruction indefinitely. The problem consists in these that one teach often unnecessary things and the teacher has not time for delivering the information which can decide about somebody s life. Errors reckoned to groups technical factor are connected usually with the excessive specialization or with the excessive attention concentration on one unit. The basic educational error is providing of technicians into the very wide and detailed knowledge, which is however only a formal knowledge. The part of the intuition is underestimated. In the effect are committed primitive errors, called also the rough errors. The typical situation is desribed belov. The example 2 Small, but having the large experience in the production of composite constructions the air-firm starts the production of ultralight planes. One applied the shell construction of the wing. The shell was designed with the use of latest programs FEM. She possessed the optimum- aerodynamic section and the very high static durability. Constructors forgot however to check the construction on the shell-buckling. During the tentative flight the wing lost the sedateness and has broken. The group of high educated specialists aided by the very good, professional ADP system made mistake which should not commit the sophomore of the engineering college.

145 Rules of educations 145 In given example the education and training programme guilt for the disaster carries. Constructors of ultralight were splendidly educated to making very complicated calculations, but did not possess elementary engineer intuitions. The low factor must be considered in two aspects: the not practice of the law, defective determining of the law. The first aspect is usually exhibited in postresultant reports because the offence of the definite rule is easily to notice and to prove. Errors committed in this area belong to proximate causes of the event. Errors classified as not practice of the law determine approx. 30% statistically registered reasons of events. However statistics not always speak truths. In many cases the law is not performed, because is unrealisable. Many times a true culprit is not this, who breaks the legal provision, but this who created the defective rule. The example 3 The greatest disaster in history of the aviation happened in the year 56 on Tenerife. At least three from among major causes of the accident were tied with defective determining of the law. The incorrect air-phraseology allowed on usage the word START in different meaning. This led to the wrong understanding the permissions given by the flight control. The lack of operating procedures available to crews in the trafic situation, which reigned on this airport in the fatal day was the second from major causes of the disaster. Newly introduced provisions regulating in the very rigid way a working period of the flight crew were third from legal-organizational factors causing the threat resultants. The Dutch crew decided on taking off of their plane conditioned the incertitude regarding the security of this operation, because the further stayover on earth threatened with the break of mentioned provisions and with official serious consequences. Defective determining of the law is in opinion of author of this paper one of major causes of events. She appears more often than personal errors reckoned to the group called human factor. Unfortunately, this is the reason visible only during the analysis of many similar events and incidents. Her detection demands simultaneously acquaintances of bases of the law and of the area, which this law has to regulate. This is difficult to the realization because is lacking experts who possess the knowledge and the experience in both mentioned higher areas. In countries of the western democracy rules of law are created by politicians, lawyer s economists and financiers. None of these professional groups is instructed in the area of the safety engineering. Es a result of this created legislative solutions are often a hidden source of the safety and security threat. Rules of the democracy we will not change. However it is possible and advisable creation of the instruction and education systems for mentioned persons. We need not deliver the full knowledge from the area of the safety engi-

146 146 J. Pisarek, R. Ščurek neering. It will be enough if creators of the law will have a consciousness of their own ignorance. Random factor is sometimes called as a coefficient of our ignorance. This is not the coefficient of the ignorance, but the coefficient of our ignorance. This means that area of activity of this factor one can be evidently diminish by the education. One cannot however teach all of all. It is necessary to decide, which knowledge is really indispensable for definite people. The example 4 The schoolboy X was a top boy of the instruction on a glider pilot. In the fatal day he came on the airfield after the car travel lasting the all night. The ambition did not permit him to admit to the fatigue. Probably as the result of the pre-flight excitement it seemed to him that was sufficiently efficient for making of following exercises in air. Air seemed to be clean and quiet. Single cumulus wandered on the blue sky. This was however the apparent calm. Weather forecasts informed about the threat of the very rare phenomenon called a turbulence of the clean sky. In the moment of the flight on the large (to large) angle of attack the glider unexpectedly fell in the area of the turbulence. The tired schoolboy did not react sufficiently quickly, to prevent to the entry into the autorotation. Autorotation on low high marks the death. The glider became broken, the schoolboy was killed. Reasons of the event one reckoned in to two groups: human factor and random factor. In the given example the insufficient level of the training in the area of subject Human Factors & Pilot Performance and Meteorology was an original reason of the accident. In educational programmes of the subject Human Factors & Pilot Performance the encyclopaedic information are given instead of the knowledge from the range of the physiology and the air-hygiene. The meteorology is presented in the so hermetic way that the greater great deal of students, and even many instructors calls her a cabala. This makes difficult the proper interpretation of the information meteo from Internet and interpretation of observed symptoms of threats. The way of publishing of official meteorological forecasts is archaic and unfriendly for the recipient. They are coded with special code, coming from times of the Mors telegraphy. This makes difficult, and sometimes even makes impossible the precise description of atypical phenomena and causes also essential difficulties in reading of the non-standard communication. In given example the official (coded) forecast did not contain the warning before the the clean sky turbulence. Instructors leading the activities on this day did not have the duty of making acquaintance with all potentially available forecasts and comments of meteorologists person. Given example illustrates the phenomenon of the simultaneous occurrence of the accumulated error and the hidden error. The sum of seemingly small errors, committed by many people led to the disaster. These errors are

147 Rules of educations 147 simultaneously errors hidden, because their relationship with the final result is not obvious. However one would be able to avoid disasters, if all actors of the theatre of events had the knowledge enabling the detection of symptoms of threats. Systems for instruction and education The restriction of the negative impact of risk factors on the safety takes place across: the creation of legal systems and the legal education, the general education, trainings and the education oriented on matters related to the aviation. In general educational systems it is necessary to discriminate following stages: the initial stage, the preliminary education, the basic education, the professional training. the advanced professional training The oriented educational systems can divide on: the academic model, the teaching model, systems of the self-education. Every from European countries has his own specific education and instruction system. These systems are tied however with themselves across conventions and international treaties and agreements concerning of the mutual recognition of certificates. In the area of air-trainings of the decision of the Chicago convention and detailed provisions given by ICAO are in force all over the world. Additionally in Europe provisions Eurocontrol are in force. The academic profile of the education for the safety There is no one academic model. Existing solutions can be divided due to effective ranges and manners of the action. Different area paths leading to the same purpose improvements of the securities of air operations one showed in fig. 1.

148 148 J. Pisarek, R. Ščurek Effective ranges in the academic education Natural sciences and mathematics Engineer education Legal education & humanities Medical education Military sciences The aerospace The rescue and crisis management Air-staff training (Theory & praxis) Safety engineering Fig. 1. The position of the safety engineering and air-trainings in the academic training programme Depending on the point of departure achieved effects can be different. However the discussion on of this which from ways leading to the improvement of the safety is by definition better does not make meaning. Tasks performed by crews of air ships are strongly differentiated. Conditions of the realization of these tasks are different. It is not allowed also to forget about the differentiation of personal features of air-crews members and of candidates to trainings. Therefore necessary is the assertion of the large diversity both contents and forms of the education is necessary. The division of training programmes realized within the framework of the academic model one showed on fig. 2. Fig. 2. Manners of the realization of the academic model for the education and air-trainings

149 Rules of educations 149 The academic model has its roots in university-traditions of Europe. The Mediterranean tradition and the Eastern European tradition prefer the educational variant, relying on the transfer of the knowledge instead of the information. To teach thinkings (in this the mathematical thinking) is a basic task of European educational systems. They appear in three basic variants: pipelined, strangulated and of task. In the pipeline system the information forming the logical corpus are transferred only once. The expanded tests systems and examinations serves for cohesion of this system. Through to tests the listener is forced to the selfcontained repetition of gained information. The educational loop relies on the repetition of the same basic information sets and to the discussion them in different contexts. This enables the better understanding and the memorization of displayed material and eliminates the necessity of incessant examining. The system of repetitions realized in the educational loop is an educational model which acts much more effectively from the pipelined model. The correct working of this system is possible however only in case of a very good coordination of turn-down contents and led exercises. He requires employments of teachers about highest qualifications and the careful selection of candidates taught or trained according to the determined profile. The task system relies on the knowledge acquisition at by students and pupils in the way almost independent. This is the typical study, requiring of the free access to instructional material and the large number of individual consultations. He teaches independences, but creates simultaneously the danger of the uprising of unacceptable gaps in the area of the basic knowledge. Large controversies wakes the initiation in Europe an American model which is based on the teaching of procedures without the understanding of sense of them by the pupil. Such system takes an exam in case of, when the number of procedures is small and they are memorable. At the greater number of the information not constituting the logically well ordered theory follows the process of random lapses of memory. Can then appear informational gaps directly leading to committing to critical errors. There can appear also other dangerous phenomenon - the lack of the skill of the use of the possessed knowledge, caused with the habit to the use a ready solutions given in instructions. This illustrates the after-mentioned example. The example 5 In the year 2013 happened on the airport EPRU the accident in which died many young people. The plane carrying out of parachutists started at the temperature of air above 400C. From elementary thermodynamic calculations results, that the relation of the thermodynamic efficiency of engines to the rated efficiency was equal

150 150 J. Pisarek, R. Ščurek T2 T0 η1 = 0.97 (1) T2 T s where T 2 the permissible highest temperature in the cylinder of the engine, T C T 0 the ambient temperature T 0 =40 T s the temperature for which one means the rated engine power T s =15 0 C The proportional fall of the capacity of wings caused with the change of the air density was equal T η 2 = s 0.92 (2) T 0 The therefore maximum starting mass should to be reduced about at least 1 (1 η 1 η 2 ) 11%. The plane took off with the rated load given in the instruction for standard atmosphere. Engines became in the perceptible way overloaded. This became one of reasons of the failure of one of them in the critical flight phase and the disaster tragic in results. The pilot undoubtedly had the knowledge nessesary for the supplement of the informational gap in the manual of the plane. He could not however correctly use this knowledge. The practical profile The practical profile in education, called is also as the teaching model is typical for countries of the culture Germanic and Anglo-Saxon. He prepares quickly and effectively for the undertaking of the regular professional work or performing of the determined function in the crew realizing typical tasks, but it makes difficult, and sometimes even makes impossible the creative work and the correct action in atypical conditions. It is not fitted for the training of commanders of the higher grade. The practical training preceded with the theoretical training This system is applied both in the academic model, and in the teaching model. In this system are led air-trainings PPL in Poland. Basic and practically only his advantages are: the low cost and the comfort of the organization. Every stage of the theoretical training ends with the written examination or with the 1 In the calculation one did not take into account the fall of the efficiency of the propeller. One did not take either under the attention so called density height of the airport, which caused the additional fall of the capacity several percent.

151 Rules of educations 151 computer test. The test-examination the overall of displayed material is led on the final. The practical training is led exclusively in the teaching mode. It is divided into several dozen practical tasks which the pupil performs under supervision of the instructor. The nadir of the practical training foresees three internal practical examinations in the training centre and The state examination. The winning of following air-authorizations is tied with the holding of the similar cycle. z tym, For the obtainment of some authorizations wymagany jest it is required additionally the execution of the specific amount of independent flights or other kind the air-practice. The parallel leading of the theoretical and practical training In this system basic air-trainings in Czech Republic are led. A basic advantage of the system is the large motivation resulting from the direct relationship of turn-down material with practical tasks. Formal partial examinations are not there, but every instructor of the hands-on training before the accession to the following task checks the level of the capture of theoretical messages related to this task. A defect of the system is the omission in the process the training of the information not directly related to situations appearing during the practical training. There is in him also no place for the general knowledge. Podstawową zaletą systemu jest bardzo The good contact of trained person with the instructor who bears the full responsibility for results of the training is a basic advantage of this system. The simulation and simulators Basic trainings on simulators one initially led exclusively in the air force. Currently more and more civil schools of flying introduces simulators as the supplement of the theoretical and practical training. Simulatory Education Systems Training symulators Computer simulations Verbal simulations Personal autosimulation Rigidly programmed : Adaptive Multifactorial Monofactorial Computer games Fig. 3. The classification of systems of the simulation of flights

152 152 J. Pisarek, R. Ščurek Simulation models can be divided on three groups: models attends to the transfer of the knowledge, models attends to the transfer of the knowledge, models agrees to the coaching so called habits (conditioned reflexes). Computer models dominate in the first from mentione groups. Models with arigid software and computer games are here most popular [7]. However adaptive models, used tools of the artificial intelligence are more effective. Adaptive computer programmes adapt themselves to the pupil and provide reaching the optimum-tempo of the education. Unfortunately the most of they gives only the possibility of the thoughtless coaching of the memory. Additionally, the long time of the creation of the software causes that in the moment of his practical use offered knowledge is already out-of-date. The high cost of the intelligent software causes that it is not dedicated to specific instruction needs, but realizes the nearer undefined general education, overloaded with the unnecessary information [8]. Educational one-factor models deliver the easily assimilable information whose using depends on the intelligence and the ingenuity of the pupil and his teacher. Related computer programmes can be cheap and very effective. The active map on which one can coach the navigation is a typical example of the one-factor model. Training simulators serve to the education of suitable reflexes. The chamber filled burning materials is an example of a very effective training simulator applied through the fire brigade. Entering to her the pupil has such themselves conditions, as in the real fire: the smokiness, the high temperature, flames, obstacles making difficult the movement, shouting of burning people. The verbal simulation is simplest, and an at the same time most effective way of teaching of procedures. Polega ona na tym, że She relies on this that the instructor leading of the exercise discusses the situation helping himself with simple tools, such as large-scale illustrations and models, slides, audio-recordings and films. Sitting opposite the pupil answers what in a given situation does or should do. Nothing disperses his attention. Important are only procedures and the time. Exercises can also be led with the participation of the group of pupils or groups of instructors. In the aviation described method is called on foot flying. She is very effective, She is very effective, first of all due to the ease of arranging of instruction situations and the precise adjustment of them to needs. Personal autosimulation attend to holding of the skill and habits. It cannot be applied in the basic training. The application of this method relies on this that the coaching person already remembers the experienced earlier situation repeats binding procedures or describes necessary to the execution of the activity or imagines their exercise. At some level of the imagination one can arrange new situations. The autosimulation is often applied by acrobatic pilots. On receipt of

153 Rules of educations 153 tasks they imagine every activity which they will have to perform. Thanks to this, later acting in the deficit of the time they can perform the same activities more quickly and more sensitively. Autosimulation is a kind of the meditation. Therefore applied too often or in the wrong way can lead not only to producing of incorrect habits, but can even lead to abalienations. Therefore the correct exercise of the autosimulation one ought to teach. Is not allowed to admit to producing the situation called the improvement in error which relies on the repetition of incorrect activities. Systems of the continual training System of the continual training is a form of the realization of the old Roman maxim Repetitio mater studiorum est and of the educational loop. Seemingly he seems most effective. Unfortunately, for the effectiveness of his action they are required: the continuous update of programmes and the personal touch to every pupil. From financial reasons, and often either organizational these requirements cannot be fulfilled in general aviation (GA). This leads to badly organized actions, bringing more damage than the advantage. However some forms of the continuing education prove correct also in GA. They belong to them: handbooks dedicated to individual bands sentient the need for the improvement of its qualifications, so called conferences of the security, some forms of the online education. Quite differently looks the situation in airlines which or organize periodic trainings for their workers, or require from them certificates of the completion following of certifield courses. In the combat aviation it takes no place or time on the self-education. Conferences of the safety In every from European countries the responsible office for the safety of the air traffic organizes trainings on the central level. All heads of the airtraining train of air, flying clubs and commercial companies are supposed the duty in them to participate. Privat airmen can also participate in these trainings. Of course the participation of private persons is limited. Persons trained centrally organize conferences of the safety on airports or in instruction centres directed through him. Events, which happened in the last year are discussed on this conferences. Preventive recommendations are transferred also. The online education The online education is realized in two variants: commercial education, free education.

154 154 J. Pisarek, R. Ščurek The commercial education, is available only to persons who paid behind her and limits itself usually to the coaching to the state examination on the following degree of air-authorizations. She does not have the greater influence on the safety. The free education is led by State-institutions, air-associations and private persons. Usually this are trainings led on the very essential high level. The participation in them has an essential influence on the security of flights. It is necessary that to underlinethe important part of instructional material is elaborated by persons who receive from this title of no salary and no achieve other profits. This is the typical activity no the profit testifying about the solidarity and the ethical high level of airman-environments. Trainings led in airlines Airlines have usually the own instruction hinterland, which enables both the education of candidates on members of crews as and periodic trainings for persons already fulfilling determined duties. However more and more often workers are delegated to central sites, related to the determined producer of air liners. Thanks to the centralization drops the cost of trainings and raises their quality. This is particularly important in case of the necessity of the use from flight simulators. Unfortunately small lines and lines low-of cost apply sometimes unethical practices relying on the requirement from members of crews of the organization of their training. This causes numerous pathologies, leading to safety threats. Conclusions Educational and trainings systems applied in the general aviation and in the line-aviation are characterized with the considerable differentiation of forms and with the high level of the effectiveness. One ought however to notice that greatly they base on earlier forms of the school-education which in many areas is led badly. Courseware GA is tied with the obtaining of following air-authorizations and are coordinated by state authorities. They have a character of closed trainings and short courses realized by the specialized training centres. The line-aviation worked out its own forms educations, relying mainly on the mental restraint of large and detailed descriptions of procedures and on practical exercises with use of different forms of the simulation of real situations. The most of airlines does not lead trainings on basic level, and employs the cadre educated and brought up through the general aviation. Described process of the competence transfer gives essential economic savings, but strengthens the threat of the occurrence of hidden and cumulative errors. Reasons of many irrational behaviours of members of aircrews lie in the wrong organization of the air-training on the lovest level, and in improperly led of school-education. The chain of errors is then overlong, so that

155 Rules of educations 155 possible be the obtainment of the significant improvement of the safety exclusively across the initiation of recommendations of postresultant commissions. Commissions have inappreciably small possibilities of detection of the errors committed on early stages of the education. The currently existing system of the prevention of the accidents and sfety incidents has no possibilities of elimination of threats generated by improperly led school-education. Therefore it is necessary the authorized verification of programmes and methods of the education and the school education by to this State-institutions and the achievement of changes necessary for the removal of security threats. Literature [1] Łęcki A., Metodyka szkolenia samolotowego, Wyd. Komunikacji i łączności [2] Sprzeciw KTL AOPA Poland wobec propozycji ULC w sprawie Dobrej praktyki w zakresie nadzoru instruktorskiego, The open writing directed to the President of Civil Aviation Office, signed by 26 pilot instructors organized to associations in AOPA Polska Warszawa 11 XI [3] President of Civil Aviation Office, Wytyczne w zakresie nadzoru instruktorskiego, [4] Wolfram Lenotti, Ein Traum vom Fligen, Verlag Christian Brandtstätter Wien [5] Godwin P.D., The Air Pilots Manual, Aviation Theory Centre Cranfield [6] Domicz J., Szutowski L., Podręcznik pilota samolotowego, Wyd. Technika Poznań [7] Prauzner T., Nowoczesne techniki symulacyjne zagrożeń w inżynierii bezpieczeństwa, Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa, Wydawnictwo im. Stanisława Podobińskiego Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, 2014, t. 2, s , ISSN , DOI: [8] Prauzner T., Ptak, P. Programy symulacyjne w inżynierii bezpieczeństwa, Journal of Technology and Information Education. Strategie technického vzdělávání v reflexi doby. Wydawnictwo Palacký University in Olomouc, 2011, s ISSN X, ISSN

156

157 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Tomasz Prauzner Akademia im. Jana Długosza al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa matompra@poczta.onet.pl KSZTAŁCENIE UMIEJĘTNOŚCI TECHNICZNYCH Z WYKORZYSTANIEM WIRTUALNEGO ŚRODOWISKA SYMULACYJNEGO Streszczenie. Wdrażanie założeń konstruktywistycznego i kognitywnego procesu po- jest znawczego w ujęciu pragmatycznego podejścia do kształcenia technicznego w dobie dzisiejszych potrzeb społecznych problemem niezwykle istotnym. W realizacji kształcenia umiejętności technicznych przychodzą z pomocą nowoczesne pomoce dy- programy symulacyjne. W pracy przedstawiono efekty realizacji projektu badawczego realizowanego w ramach zajęć dydaktycznych dotyczącego opracowaniaa schematu daktyczne, a wśród tej grupy, z punktu poruszanej tematyki złożone (interaktywne) układu alarmowego, wykonania modelu rzeczywistego oraz jego implementacji w śro- dowisku wirtualnym. Słowa kluczowe: dydaktyka, nowoczesne pomoce dydaktyczne, symulacja komputerowa. EDUCATION IN TECHNICAL SKILLS USING VIRTUAL SIMULATION ENVIRONMENT Abstract. The implementation of the constructivist and cognitive hypothesis in cognirealities of tive process in terms of a pragmatic approach to technical education in the today's social needs is an extremely important issue. In the realization of technical traingroup from ing skills can come with the help of modern teaching aids, and among this the point discussed topic - complexity (interactive) simulation programs. The paper presents the results of the research project implemented within the framework of classes on developing the scheme of alarm system, real model and its implementation in a vir- tual environment. Keywords: teaching, modern teaching aids, computer simulation.

158 158 T. Prauzner Wstęp W nauce za pomocą modeli próbuje się wyjaśnić zjawiska, które są zbyt złożone, zbyt niedostępne lub zbyt dla nas trudne, aby moc je zrozumieć poprzez bezpośrednią obserwację. W ogólności model jest artefaktem (sztucznym obiektem) stanowiącym uproszczoną analogię złożonego zjawiska naturalnego. Model jest zawsze artefaktem stworzonym przez badacza, a nie innym, jedynie prostszym zjawiskiem naturalnym, jest kluczowy ze względu na możliwość dowolnego wpływu badacza na postać modelu: jego elementy i relacje między nimi. Dzięki temu, że sam go skonstruował, badacz dobrze rozumie, dlaczego model zachowuje się w określony sposób, przynajmniej tak długo jak model jest odpowiednio prosty 1. Dzięki interaktywnej wizualizacji i modelowaniu symulowanych zjawisk lub procesów fizycznych komputer spełniać może nowatorskie zadanie w zakresie konkretyzowania abstrakcyjnych struktur pojęciowych. Tym samym umożliwia przezwyciężanie barier w percepcji wiedzy fizycznej i wspomaga pokonywanie przeszkód przy przechodzeniu od myślenia konkretnego do sposobu myślenia formalnego na poziomie abstrakcji 2. Na ogół proces poznawczy rozpoczyna się od obserwacji jakościowych: rejestrujemy, odkrywamy nowe zjawisko. Następnie przeprowadzamy doświadczenia mające na celu ustalić związki przyczynowe, jak i uzyskać informacje ilościowe. Na tej podstawie staramy się sformułować prawa fizyki, które zapisujemy w postaci równań matematycznych. To przejście od obserwacji do modelu matematycznego znane jest jako metoda indukcji. W tej metodzie naukę rozpoczyna się od poznania przykładu lub od wykonania samodzielnego ćwiczenia, które ma na celu zwrócić uwagę zarówno na samo zjawisko, jak i na czynniki istotne dla tego zjawiska. Właśnie tu symulacje komputerowe zjawisk fizycznych mogą być ze wszech miar pomocne 3. Analiza literatury wskazuje, że zastosowanie w procesie kształcenia edukacyjnych programów komputerowych prowadzi do uzyskania przez uczących się lepszych efektów dydaktycznych. Jako przykład warto przywołać wyniki w zakresie badania efektywności uczenia się przez symulację komputerową w laboratorium elektronicznym, uzyskane przez J.R. Bourne a, A.J. Brodersena, J.O. Campbella i P.J. Mostermana. Badacze ci przeprowadzili eksperyment pedagogiczny, w którym wzięli udział studenci różnych uniwersytetów tech- 1 Chuderski A., Modelowanie procesów poznawczych, rozdział w publikacji Przewodnik po kognitywistyce (red. J. Bremer), s.3, 2015, 2 Klisowska M., Dydaktyka innowacyjna a symulacja komputerowa jako strategia nauczaniauczenia się fizyki, ZDF IF UR 2004, 3 Symulacje komputerowe z fizyki, Otwarte zasoby edukacyjne, AGH w Krakowie,

159 Kształcenie umiejętności technicznych 159 nicznych. Jego wyniki potwierdziły wysoką efektywność symulacyjnego uczenia się elektroniki. Studenci uczący się za pomocą programów symulacyjnych uzyskali wyższe efekty w zakresie wiedzy i umiejętności zarówno teoretycznych, jak i praktycznych od studentów, którzy nie wykorzystywali oprogramowania symulacyjnego. Badania empiryczne wykazały dużą przydatność laboratorium wirtualnego w kształceniu inżynierów i dostarczyły wielu sugestii zmian w dydaktyce elektroniki szkoły wyższej. Odrębne badania dotyczą efektywności uczenia się przedmiotów 4. Realizacja projektu schematu systemu alarmowego Przedstawiony poniżej projekt jest efektem pracy inżynierskiej, został zrealizowany pod opieką naukową autora przez p. Marcina Statowskiego, nt. Projektowanie i analiza pracy układów analogowo cyfrowych w programach symulacyjnych w AJD w Częstochowie w roku Głównym celem projektu było: opracowanie schematu elektrycznego systemu alarmowego (instalowanego w pojazdach) opartego na działaniu komparatora napięć; wykonanie modelu komputerowego oraz ustalenie parametrów technicznych podzespołów elektronicznych w celu poprawnej symulacji układu; na podstawie uzyskanych wyników realizacja modelu rzeczywistego w pracowni metrologii elektrycznej na potrzeby pomiarów laboratoryjnych; porównanie efektów działania obydwu układów, porównanie poprawności ich pracy oraz wyciągnięcie wniosków do dalszej pracy, mającej na celu poszerzenie funkcjonalności projektu. 4 Szabłowski S., Efektywność dydaktyczna uczenia się nauczania elektrotechniki w wirtualnym laboratorium, Dydaktyka Informatyki, 7/2012, s. 124, [za]: J.R. Bourne, A.J. Brodersen, J.O. Campbell, P.J. Mosterman, The Effectiveness of Learning Simulations for Electronics Laboratories, Journal of Engineering Education, Vol. 91, 1, s , 2002,

160 160 T. Prauzner Rys. 1. Projekt schematu systemu alarmowego stworzonego w środowisku wirtualnym

161 Kształcenie umiejętności technicznych 161 Zasada działania układu Czynnikiem wyzwalającym aktywność alarmu w zaprojektowanym układzie jest różnica napięć w danych punktach układu różnica kontrolowana przez użytkownika za pośrednictwem zautomatyzowanego systemu, który można aktywować np. kliknięciem określonego przycisku (jeśli alarm zaimplementowano w urządzeniu). Jako napięcie zasilające podano wartość 12V. Układ jest w stanie wyzwolić symptomy alarmu, ponieważ pozostaje złożony z komparatora napięć LM311 (będącego najważniejszym komponentem układu) i podzespołów, takich jak: kondensator 100uF, opornik 100k Ohm, żarówki 12V, 10W, diody czerwone pulsacyjne, brzęczek o częstotliwości 200 khz. Na wejściu nieodwracającym podano w komparatorze wartość +. Przez nie przechodzi napięcie, które trafia do rezystora ograniczającego. Napięcie wynosi 12V. Jednocześnie na drugim wejściu (odwracającym) znajduje się wartość. Wynosi ono 12V. Zadanie kondensatora polega na filtrowaniu i utrzymywaniu stałej wartości napięcia przepływającego od strony zasilania. Przełączenie napięcia na wejście nie wpływa na stan parametrów znajdujących się na wejściu. Ponadto zapobiega zakłóceniom. Moment wyzwalający alarmu następuje w chwili otwarcia np. drzwi pojazdu, w którym jest on zainstalowany. Otwarcie drzwi inicjuje układ i przełącza jego tryb działania na parametry znajdujące się na wejściu odwracającym, a także na żarówkę, co skutkuje przesłaniem odpowiedniego sygnału na wejście komparatora. Na skutek załączenia alarmu zapala się żarówka, zaczynają migotać diody, pojawia się dźwięk buzzera. Jest tak dlatego, że po pojawieniu się czynnika wyzwalającego, po otwarciu drzwi, ma miejsce modernizacja potencjałów z 0 na +12V. Tym samym na wyjściu komparatora zachodzi modernizacja napięcia z +12V na 0. Dochodzi do zmiany trybu pracy układu. Dzięki odpowiedniemu operowaniu napięciami i wykorzystywaniu zakresów funkcjonalności elementów układu, zaprojektowany układ jest w stanie wyzwalać alarm. Zaświadcza to o jego skuteczności, jak również o powodzeniu projektu. Oprogramowanie symulacyjne obarczone jest wskaźnikiem błędu, ponieważ dopuszcza działanie dowolnego zbioru parametrów wykazujących się transparentnością, nie tylko ukierunkowanych na określone cele.

162 162 T. Prauzner Rys. 2. Realizacja modelu rzeczywistego systemu alarmowego wykonanego na potrzeby pomiarów technicznych Analiza wyników pomiaru i wnioski Program symulacyjny wraz ze stworzonym w nim projektem dostarczył znaczącej wiedzy o wynikach pomiaru. W oparciu o to można było skonstruować bardziej treściwą analizę i wyodrębnić komplementarne wnioski. Analizując wyniki pomiaru, należy stwierdzić, że w danym momencie uzyskiwano wartości napięć i pozostałych parametrów na poziomie mieszczącym się w przewidzianych na to zakresach. Dzięki temu możliwe stało się uruchomienie alarmu w reakcji na czynnik wyzwalający w programie symulacyjnym była to symulacja otwarcia drzwi, substytut tego procesu. Analizując pracę układu trzeba głównie stwierdzić, że jego działanie pozostawało i pozostaje determinowane stałością poszczególnych procesów, w tym zwłaszcza przepływu napięć pomiędzy elementami modułu, a także zmiennością parametrów, która pojawia się w reakcji na bodźce mające tę zmienność wystosowywać. Z drugiej strony, zasoby komponentów układu symulacyjnego, sposób ich zespolenia ze sobą, a przede wszystkim procesy polegające na aktywizacji napięć o odpowiednich wartościach w konkretnych miejscach projektu odróżniają alarm samochodowy

163 Kształcenie umiejętności technicznych 163 od innych układów i stwarzają konieczność przedsiębrania indywidualnych narzędzi w celu optymalizowania warunków pracy alarmu. Czynnikami odpowiadającymi za prawidłowe działalnie alarmu i możliwość usprawniania systemu alarmowego są parametry skorelowane zwłaszcza z układem A/C. W ramach układu realizuje się determinanty skali transparentności alarmu. Nieocenioną pomoc stanowią programy symulacyjne, za pośrednictwem których zespala się ze sobą poszczególne komponenty układu i weryfikuje, czy dany układ działa w świecie rzeczywistym. Im bardziej wydajny alarm, tym efektywniej pracuje i np. zapobiega kradzieży pojazdu (po implementacji projektu w docelowym urządzeniu alarmowym oraz po wbudowaniu urządzenia alarmowego np. w pojeździe). Liczne funkcje alarmu i rosnąca jego rola skutkują wzrostem intensywności prac nad układami A/C, które przydają się w systemach alarmowych. Układy te projektuje się w programach symulacyjnych, możliwie o komfortowo udostępnionych funkcjonalnościach i jak największych możliwościach. Przykłady realizacji układów alarmowych oraz symulacji działania na podstawie wykonanych projektów modelów w środowisku wirtualnym zostały ukazane w licznych publikacjach autorskich wykazanych w literaturze [32 40]. Przedstawiony schemat prac projektowych z punktu efektywności dydaktycznej pozwoli studentowi na rozszerzenie umiejętności praktycznych, połączeniu wcześniej poznanych praw fizyki oraz ich wykorzystanie w opracowaniu modelu systemu alarmowego skutkującego swoją funkcjonalnością i przydatnością. Rozbudowanie układu o kolejne parametry pozwoli na zwiększenie użyteczności projektu. Urządzenia alarmowe przynoszą skutki istotne dla użytkownika, chroniąc jego mienie, a nawet zdrowie i życie. Zakres funkcji współczesnych systemów alarmowych w coraz większej mierze zależy od specyfikacji pracy układów A/C. Dlatego znaczenie tego typu układu, jak również środowiska jego implementacji pozostają nie do przecenienia. Literatura [1] Bourne J.R., Brodersen A.J., Campbell J.O., Mosterman P.J., The Effectiveness of Learning Simulations for Electronics Laboratories, Journal of Engineering Education, Vol. 91, 1, s , 2002, [2] Boylestad R., Nashelsky J., Electronic Devices and Circuit Theory, Granite Hill Publishers, New Yersey [3] Buchla D., Snyder G., Multisim Experiments for DC/AC, Digital, and Devices Courses, Prentice Hall, Nowy Jork [4] Chochkowski A., Podstawy elektrotechniki i elektroniki dla elektryków, WSiP, Warszawa 2011.

164 164 T. Prauzner [5] Chuderski A., Modelowanie procesów poznawczych, rozdział w publikacji Przewodnik po kognitywistyce (red. J. Bremer), 2015, [6] Chwaleba A., Moeschke B., Płoszajski G., Elektronika, WSiP, Warszawa [7] Cox J., Fundamentals of Linear Electronics: Integrated and Discrete, Cengage Learning, Nowy Jork [8] Depešová J., Tomková V., Alternatívne formy vzdelávania v BOZP = Alternative forms of education in OHS, Trendy ve vzdělávání. Informační technologie a technické vzdělávání., 1 (2013), s [9] Depešová J., Virtuálna komunikácia vo vzdelávacom systéme, Trendy ve vzdělávání: informační technologie a technické vzdělávaní, 2012 Olomouc s [10] Duchovičová M., Informačné vzdelávanie v technickom vzdelávaní, Trendy ve vzdělávání: Olomouc 2008, s [11] Duchovičová M., Zvyšovanie efektívnosti vzdelávania prostredníctvom počítačových edukačných modelov, Technika Informatyka Edukacja: teoretyczne i praktyczne problemy edukacje informatycznej. Uniwersytet Rzeszowski, Rzeszów 2007, s [12] Farret F., Godoy Simões M., Modeling and Analysis with Induction Generators, Third Edition, CRC Press, Lejda [13] Feszterová M., Kozík T., Tureková I., OHS training and education of professionals, Occupational Health and Safety: from Policies to Practice: Proceedings from International Conference, Riga 6 & 7 December 2012, Riga: Riga Stradins University, 2012, s [14] Filipkowski A., Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe, WNT, Warszawa [15] Gates E., Introduction to Basic Electricity and Electronics Technology, Cengage Learning, Nowy Jork [16] Głocki W., Układy cyfrowe, WSiP, Warszawa [17] Goźlińska E., Maszyny elektryczne, WSiP, Warszawa [18] Grabowski L., Pracownia elektroniczna: układy elektroniczne, WSiP, Warszawa [19] Jurinová J., Depešová J., Aplikácia elektrotechniky v technickom vzdelávaní, DIDMATTECH XXIV: problemy edukacji nauczycieli. Zespól Poligraficzny UP, Kraków 2011, s [20] Kapica J., Ścibisz M., Zastosowanie programu MultiSIM do analizy pracy układów energoelektronicznych stosowanych w rolnictwie, Katedra Podstaw Techniki, Akademia Rolnicza w Lublinie, Inżynieria Rolnicza 2(90)/2007. [21] Klisowska M., Dydaktyka innowacyjna a symulacja komputerowa jako strategia nauczania-uczenia się fizyki, ZDF IF UR 2004,

165 Kształcenie umiejętności technicznych [22] McComb G., Shamieh C., Electronics For Dummies, John Wiley & Sons, Nowy Jork [23] Michael T., Design, Implementation and Evaluation of Virtual Learning Environments, IGI Global, Hershey [24] Nahin P., The Science of Radio: With Matlab and Electronics Workbench Demonstration, 2nd edition, Springer Science & Business Media, Nowy Jork [25] Noga H., (2009), Sociometric methods in technological and information technology education. Trends in Education. Olomouc, Information technologies and technical education, Vols.1, [26] Noga H., Piaskowska-Silarska M., Depešová J., Pytel K., Migo P., (2014), Examination of the theta index during solving IT issues, Emerging elearning Technologies and Applications (ICETA), 2014 IEEE 12th International Conference on [27] Depesova, J., Vargova, M., Noga, H., Edukacja techniczno informatyczna w opinii nauczycieli, Uniwersytet Pedagogiczny, Kraków 2008, [28] Novák D., Pavlovkin J., Curriculum of electrical engineering in slovak secondary schools education and professional teacher training in technical subjects. Technika a vzdelávanie, 2(2013), s [29] Ocioszyński J., Elektrotechnika i elektronika pojazdów samochodowych, WSiP, Warszawa [30] Parchański J., Miernictwo elektryczne i elektroniczne, WSiP, Warszawa [31] Pavlovkin J., Novák D., Messung der frequenzcharakteristiken von passivfilter mittels des lehrsystems, Edukacja Technika Informatyka, (3)2012, s [32] Pióro B., Pióro M., Podstawy elektroniki, Część 2, WSiP, Warszawa [33] Platt Ch., Elektronika. Od praktyki do teorii, Helion, Gliwice [34] Nowa encyklopedia powszechna PWN, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa [35] Praca zbiorowa: Urządzenia radarowe w praktyce nawigacyjnej, Akademia Morska w Szczecinie, Szczecin [36] Prace Instytutu Elektrotechniki, wydania , Instytut Elektrotechniki, Warszawa [37] Prauzner T., Effectiveness of magnetic detectors in alarm systems, Przegląd Elektrotechniczny, 90 (2014), nr. 12, s [38] Prauzner T., Applications of multimedia devices as teaching aids, Annales UMCS Informatica, Wydawnictwo Maria Curie-Skłodowska University in Lublin, Lublin 2010; DOI:

166 166 T. Prauzner [39] Prauzner T., Ptak P., Programy symulacyjne w inżynierii bezpieczeństwa, Journal of Technology and Information Education, Strategie technického vzdělávání v reflexi doby, Wydawnictwo Palacký University in Olomouc, Czechy [40] Prauzner T., Systemy monitoringu w inteligentnym budynku, Prace Naukowe AJD. Edukacja Techniczna i Informatyczna, Częstochowa [41] Prauzner T., Zakłócenia elektromagnetyczne w elektronicznych systemach alarmowych, Przegląd Elektrotechniczny, 88 (2012), nr 12b, s [42] Prauzner T., Zastosowanie programów symulacyjnych w nauczaniu przedmiotów technicznych, Prace Naukowe AJD. Edukacja Techniczna i Informatyczna, Wydawnictwo Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, Częstochowa [43] Ptak P., Prauzner T., Badanie czujników detekcji zagrożeń w systemach alarmowych, Przegląd Elektrotechniczny, 89 (2013), nr 10, s [44] Ptak P., Prauzner T., Rola i miejsce multimedialnych pomocy naukowych w edukacji technicznej, Edukacja. Studia, Badania, Innowacje, (2)2010, Warszawa [45] Ptak P., Prauzner T., Zastosowanie programów komputerowych w dydaktyce przedmiotów technicznych, Journal of Technology and Information Education, nr 1/2011, Olomuniec [46] Rybarczyk A., Sztuczne sieci neuronowe: laboratorium, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań [47] Statowski M., Projektowanie i analiza pracy układów analogowocyfrowych w programach symulacyjnych, AJD w Częstochowie, [48] Szabłowski S., Efektywność dydaktyczna uczenia się nauczania elektrotechniki w wirtualnym laboratorium, Dydaktyka Informatyki, 7/2012, s [49] Tureková I., Turňová Z., Pastier M., Advanced Alert and Warning Systems, Advanced Materials Research, Vol : 2012 Global Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering, GCCSEE 2012 and the 3rd International Symposium on Multi-field Coupling Theory of Rock and Soil Media and its Applications, MCTRSM 2012, Yichang, October 2012 (2012), s [50] Wrotek W., Układy elektroniczne w praktyce, Helion, Gliwice 2013.

167 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Tomasz Prauzner Akademia im. Jana Długosza al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa matompra@poczta.onet.pl NEURODYDAKTYKA INNOWACYJNY SPOSÓB MYŚLENIA O NOWOCZESNEJ EDUKACJI W SPOŁECZEŃSTWIE INFORMACYJNYM Streszczenie. W pracy zaprezentowano rozważania oraz efekty badań naukowych, które dotyczą innowacji dydaktycznych będących efektem prowadzonych badań na- pod ukowych w obszarze pedagogiki, w zakresie obserwowalnych zmian społecznych wpływem rozwoju technologii informacyjnej. Głównym celem pracy jest odpowiedź na podstawowe pytanie dotyczące istotności wykorzystania nowoczesnej technologii oraz rezultatów innych prowadzonych badań nad pracą mózgu ze względu na efektywność procesu dydaktycznego. Słowa kluczowe: neurodydaktyka, multimedia, symulacja komputerowa, dydaktyka. NEURODIDACTICS AN INNOVATIVE CONCEPTION OF MODERN EDUCATION IN INFORMATION SOCIETY Abstract. The paper deals with didactic innovations based on research conducted with- technology. The main objective of the paper is to address the issue how to apply modern in pedagogy on the observable social changes induced by development in information technology and research findings on the functioning of the brain in order to improve the effectiveness of the learning process. Keywords: neurodidactics, multimedia, computer simulation, didactics.

168 168 T. Prauzner Wstęp Nikt z nas nie został nauczony chodzenia, my nauczyliśmy się chodzić. Ale nikt z nas nie nauczył się chodzić sam. Anonim Rozważania poruszanego tematu należy rozpocząć od stwierdzenia, iż rozwój cywilizacji jest procesem niezwykle dynamicznym [14, 24]. Co więcej, zachodzące zmiany są niekiedy trudne do przewidzenia, a więc w życiu nic nie jest stałe i trwałe, a jedynie płynne. Ta metamorfoza jest powszechnie uznawana za innowacyjność w naszych poczynaniach. Przykładem może być chociażby zmiana modelu wychowania i kształcenia, jakże odmiennego niż jeszcze dwadzieścia czy trzydzieści lat temu. Obecny model wychowania 1 oraz kształcenia jest przede wszystkim efektem zmieniających się warunków bytowych społeczeństwa oraz zacierania się granic kulturowych na świecie [4, 8, 12, 18]. W tej ewolucji, najistotniejszą rolę odgrywa rewolucja technologiczna, a dokładnie informatyczna. Cyfrowi tubylcy czy dzieci sieci to coraz częściej pojawiające się nowe określenia nowej subkultury pokolenia. Internet to obecnie najpotężniejsze medium, a jeszcze do niedawna była nim prasa, telewizja czy radio. Interaktywność pracy w sieci informatycznej zdominowała wszelkie inne wartości pozostałych mediów. Zaobserwowano, iż pod wpływem Internetu u cyfrowych tubylców obserwuje się zmiany w pracy mózgu. Wykształciły się dwa gatunki człowieka: homo legens człowiek czytający, korzystający z dobrodziejstw kultury opartej na nośnikach tradycyjnych oraz człowiek sieci homo irretitus. Homo irretitus jest otoczony siecią nowych technologii dających mu nowe znaczenie funkcjonalności w społeczeństwie tzw. online [13]. W społeczeństwie informacyjnym młody człowiek staje się aktywnym uczestnikiem dwóch światów: realnego wspomaganego przez technologie informatyczne oraz wirtualnego sztucznego, jednak dla osób online uznawalnego za ten najistotniejszy i wartościowy. Model społeczeństwa obywatelskiego, w którym funkcjonuje homo irretitus, opiera się na kilku regułach: komunikacja i stosunki międzyludzkie są w ogromnym stopniu zdominowane przez nowe media; media masowe tworzą wirtualną rzeczywistość i kulturę medialną; obieg informacji o różnej skali odbywa się poprzez sieć teleinformatyczną; 1 Wychowanie w ujęciu tematyki pracy należy przede wszystkim interpretować jako nowy model postawy młodego człowieka w stosunku do aktywności edukacyjnej, ze względu na atrakcyjność komunikacyjną tzw. mass mediów.

169 Neurodydaktyka 169 wszystkie formy aktywności ludzkiej (w tym poznawczej, najistotniejszej z punktu dydaktyki) są wspomagane przez formy medialno-teleinformatyczne; narzędzia medialne i teleinformatyczne stają się ważnym elementem wpływającym na stan gospodarki i zatrudnienia. [32] Dyskusja Linda Gottfredson, amerykańska psycholog, zauważyła, że mamy obecnie do czynienia z tzw. przesunięciem poznawczym. Klasyczna umiejętność np. czytania oraz pisania ręcznego zaczyna zanikać, a w to miejsce wchodzą czynności operacyjne a mianowicie: szybkość działania [27]. Przykładem skrajności tych zmian może być chociażby ostatnia zapowiedź Minny Harmanen z Narodowej Rady ds. Edukacji: [...] w Finlandii od jesieni 2016 roku zniesiona zostanie w szkołach nauka pisania odręcznego i kaligrafii, a zamiast nich wprowadzona zostanie technika maszynopisania. Jest ono bowiem coraz istotniejsze w codziennym życiu [ ]. Konsekwencje tego typu zachowań są między innymi takie, iż mamy drastyczny spadek znajomości języka, słów natomiast obecna forma prowadzonych zajęć przez wykładowców czy nauczycieli jest mało interesująca a wręcz niezrozumiała dla młodzieży. Nicholas Carr [1, 2], znany z książki Płytki umysł. Jak internet wpływa na nasz mózg zauważył, że pod wpływem Internetu co dziesięć lat w krajach wysokorozwiniętych inteligencja rośnie tylko o około trzy punkty w skali IQ i wykazuje tendencję spadkową. Według znanego amerykańskiego psychologa Raymonda Cattella, inteligencja ludzka składa się z dwóch składników: inteligencji płynnej (wrodzonej, genetycznej) oraz inteligencji skrystalizowanej (wyuczonej, opartej na zdobytej wiedzy i umiejętnościach) [3]. Pomimo większych nakładów finansowych na edukację, wydaje się, iż obecnie u człowieka potencjał intelektualny maleje [8]. Dlatego, biorąc pod uwagę konsekwencje ciągłej pracy w Internecie, nauczyciel staje przed znaczącym problemem dotyczącym organizacji swojego warsztatu pracy w odniesieniu do atrakcyjności jego formy przekazu młodemu odbiorcy. Według badań przeprowadzonych w skali międzynarodowej w latach przez organizację PISA 2, aż 79% uczniów badanych w Polsce uznało szkołę za stratę czasu, twierdząc, iż nie daje ona wiedzy przydatnej do pracy i nie przygotowuje do dorosłego życia. Podobnie prezentują się wyniki również w innych badanych krajach europejskich. W Polsce badania statystyczne 2 PISA (Programme for International Student Assessment) badania koordynowane przez OECD (Organization for Economic Co-operation and Development); celem przeprowadzonych światowych badań jest uzyskanie porównywalnych danych o umiejętnościach uczniów, którzy ukończyli 15 rok życia w celu poprawy jakości nauczania i organizacji systemów edukacyjnych.

170 170 T. Prauzner w obrębie poruszanej problematyki prowadzone są od wielu lat przez Instytut Badań Edukacyjnych w Warszawie [5]. W zaistniałej sytuacji niezwykle ważna wydaje się weryfikacja dotychczasowych, praktykowanych metod kształcenia (ze względu na ich atrakcyjną formę przekazu) opartych na technologii informacyjno-komunikacyjnej (TIK) [10, 11]. Dotychczasowe badania naukowe przeprowadzone w obrębie nowoczesnych form kształcenia wskazują kierunek innowacji, jakie muszą zajść w szkolnictwie. Jednakże technologia informacyjna ma stać się nie tylko samym medium przekazu, zakłada się, iż będzie ona także stymulowała powstanie unowocześnionych metod nauczania, uwzględniających indywidualne zdolności poznawcze ucznia [17, 26, 28 31]. Dobra lekcja ma budzić emocje, poruszać, umożliwiać naukę poprzez doświadczanie świata. Trudno tego dokonać, gdy uczniowie siedzą w ławkach i poznają nowe fenomeny jedynie za pomocą podręczników i zeszytów ćwiczeń. Powyższe przesłanki nie były również obce dydaktyce klasycznej, niemniej jednak w obliczu rozwoju TIK nabierają szczególnego znaczenia [19, 22]. W realizacji tych zamierzeń mają pomóc najnowsze efekty badań naukowych z zakresu budowy i pracy mózgu. Pomimo tego, że mózg nadal jest narządem niezwykle złożonym i mało poznanym, to najnowsze badania w tym temacie dostarczają nam coraz istotniejszych informacji. Pedagogika jako nauka o człowieku coraz częściej korzysta z dobrodziejstw innych nauk, w tym medycyny i psychologii. Nowe pojęcia, takie jak neuropedagogika czy neurodydaktyka, stają się obiektem zainteresowań pedagogów [33]. Celem neurodydaktyki jest zbudowanie nowego modelu nauczania uczenia się, przyjaznego mózgowi. W odniesieniu do pracy nauczyciela neurodydaktyka wydaje się pojęciem niezwykle atrakcyjnym i wartym bliższej analizy [9]. Zgodnie z przyjętym kierunkiem strategii polityki w zakresie edukacji w Unii Europejskiej uznaje się, że edukacja (kształcenie i szkolenie) jest niezbędna dla rozwoju współczesnego społeczeństwa i gospodarki opartej na wiedzy. Współpraca europejska w zakresie kształcenia i szkolenia zyskała impuls od czasu przyjęcia strategii lizbońskiej w 2000 r. i jest kontynuowana w ramach strategii Europa Program nadrzędny UE koncentruje się na wzroście gospodarczym, zatrudnienia oraz poprawie spójności społecznej. Współpraca europejska w zakresie kształcenia i szkolenia odgrywa w tym programie istotną rolę, dając fundament wiedzy, umiejętności i innowacyjności jako najbardziej wartościowym aktywom Europy, zwłaszcza w świetle rosnącej konkurencji światowej [7]. Szczególny nacisk kładzie się na rozpowszechnienie nowoczesnych form nauczania z wykorzystaniem nowoczesnej technologii informacyjnej.

171 Neurodydaktyka 171 Metodologia badań Powyższe przesłanki stały się inspiracją do dalszych badań naukowych, prowadzonych w ramach badań własnych autora na Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie (Polska) [21]. Głównym ich celem jest określenie efektywności kształcenia w odniesieniu do nowoczesnych metod nauczania, opartych na wykorzystaniu interaktywnych symulacji komputerowych w kształceniu technicznym [15]. Dotychczasowe badania prowadzone były i są w oparciu o klasyczną metodologię badań, polegającą na analizie statystycznej efektów kształcenia, np. ocen ucznia [16, 20, 25]. Neurodydaktyka dotyka nowej sfery poznawczej, czerpiącej w dużej mierze z efektów badań nad pracą układu nerwowego. Badania dotyczące oceny efektywności kształcenia poprzez wykorzystanie nowoczesnych programów komputerowych opartych na symulacji interaktywnej przeprowadzono w latach 2013/2014 przy współudziale aparatury medycznej służącej do analizy fal mózgowych na podstawie badań EEG 3 [6]. Należy wspomnieć, iż prowadzone badania są badaniami pilotażowymi do dalszych prac naukowych i wymagają głębszej interpretacji [23]. Niemniej jednak dotychczasowe wyniki są na tyle istotne, iż wydaje się, że mogą one dostarczyć nowych danych, szczególnie interesujących dla pedagogów. Obecność rytmu EEG u osoby badanej wskazuje na lokalizację aktywności komórek nerwowych oraz z tym związanych charakterystycznych dla danej aktywności generowanych impulsów elektrycznych odczytywanych jako cykliczność pojawiających się fal mózgowych. W wyniku pojawienia się w mózgu określonych fal mózgowych powstają w organizmie pewne substancje chemiczne tzw. neurotransmitery, które odpowiadają za stan naszego organizmu. Do najistotniejszych zaliczyć można: adrenalinę, noradrenalinę, dopaminę, serotoninę i endorfinę. Poprzez odpowiednie ćwiczenia oraz ukierunkowane działanie naszego zachowania można wpłynąć na dominację określonych częstotliwości fal co skutkuje wydzieleniem pożądanych neurotransmiterów, a w konsekwencji pobudza aktywność tych obszarów mózgu, które mają najistotniejsze znaczenie w procesie dydaktycznym. Wstępne badania EEG przeprowadzono na grupie reprezentatywnej liczącej piętnaście osób w przedziale wieku lat. Dobór osób był przypadkowy, a badani dobrowolnie poddali się eksperymentowi. Należy podkreślić, iż badania te są nieinwazyjne i nie wpływają w jakikolwiek negatywny sposób na zdrowie i ich bezpieczeństwo. Badania przeprowadzono w Laboratorium Badań Eksperymentalnych Biofeedback Akademii im. Jana Długosza 3 Elektroencefalografia (EEG) to badanie, którego celem jest ocena bioelektrycznej czynności mózgu, a co za tym idzie stanu czynnościowego ośrodkowego układu nerwowego. Elektroencefalografia to badanie elektrofizjologiczne, które wykorzystuje fakt, że komórki mózgowe komunikują się ze sobą przy pomocy impulsów elektrycznych o niewielkim napięciu i natężeniu.

172 172 T. Prauzner w Częstochowie w dwóch etapach. Pierwszy ich etap polegał na obserwacji pracy mózgu i ocenie już istniejących indywidualnych predyspozycji badanych w stanie spoczynku. Drugi etap badań polegał na analizie pracy mózgu tych samych osób w określonych warunkach podczas aktywnej pracy na stanowisku komputerowym podczas pracy z programem multimedialnym wykorzystującym efekty symulacji działania układów cyfrowych. Analizie poddane zostały następujące zarejestrowane przebiegi fal: a) THETA (fala wolna o częstotliwości 6 Hz). Jest nazywana bramą do nauki i pamięci. Towarzyszy zwiększaniu kreatywności, procesom uczenia się. Redukuje stres, budzi intuicję i inne pozazmysłowe percepcje i umiejętności. Subiektywne stany emocjonalne: intuicyjny, twórczy, fantazjujący, obrazowy, twórczy. b) BETA1 (z grupy BETA, fala szybka o częstotliwości 16 Hz). Sprzyja inspirującej energii, towarzyszy działaniu, charakteryzuje logiczne i analityczne myślenie, zaangażowanie intelektualne, werbalną komunikację. Wyższe częstotliwości fal Beta obrazują stres, agresję, strach. Subiektywne stany emocjonalne: pobudzenie i czujność, umysł jest skupiony. Zadania wykonywane są szybko, łatwo, pracuje z pełną uwagą. W tym stanie neurony przemieszczają się w błyskawicznym tempie. Można realizować ambitne cele, osiągać szczyty. Towarzyszy błyskawicznemu rodzeniu się nowych pomysłów. Są też pomocne w przygotowywaniu się do egzaminu, uprawianiu sportu, prezentacji. Umożliwiają prezentację, szybką analizę i organizowanie informacji i każdą inną działalność, gdzie potrzebny jest świeży, szybko działający mózg, kluczowe narzędzie dla uzyskania sukcesu. c) GAMMA (fale szybkie o częstotliwości 40 Hz). Obrazuje subiektywne stany emocjonalne: myślenie, integracyjne myślenie, procesy skojarzeniowe. Czynności i zachowania: przetwarzanie informacji o najwyższym stopniu trudności, wiążące różne modalności i skojarzenia. Uważa się, iż prezentują najbardziej wydajną pracę umysłową i twórczą. Jak wykazały badania, ich amplituda wzrasta, gdy osoba badana koncentruje uwagę na źródle bodźca. Funkcjonalna rola tych oscylacji wydaje sie związana z łączeniem cech obiektu w jego spójna reprezentacje. 4 Sygnały elektromagnetyczne zostały odczytane z czujników umieszczonych w wybranych miejscach ciała i głowy, które w ujęciu poruszanego problemu wykazują największą aktywność pracy w: płacie potylicznym (m.in. odpowiedzialnym za analizę koloru, ruchu, kształtu, głębi, skojarzenia wzrokowe, ocena, wybór decyzyjny); 4 Na postawie

173 Neurodydaktyka 173 płacie skroniowym (m.in. odpowiedzialnym za słuch muzyczny, fonematyczny, wrażenia dźwiękowe, rozumienie mowy, rozpoznawanie obiektów, kategoryzację obiektów, pamięć werbalną, zapamiętywanie); płacie ciemieniowym (m.in. odpowiedzialnym za rozumienie języka symbolicznego, pojęć abstrakcyjnych, geometrycznych); płacie czołowym (m.in. odpowiedzialnym za kojarzenie znaczenia i symboliki słów, kojarzenie sytuacji, pamięć roboczą, wolę działania, relacje czasowe, kontrolę sekwencji zdarzeń, planowanie i inicjację działania w odpowiedzi na zdarzenia zewnętrzne, symulacje w modelu świata). Efekty badań Rys. 1. Zdjęcie poglądowe rozmieszczenia czujników podczas badania EEG (kolor: czerwony płat czołowy, zielony płat ciemieniowy, niebieski płat skroniowy, żółty płat potyliczny)

174 174 T. Prauzner Rys. 2. Przykład odczytanych wartości sygnałów z poszczególnych czujników dla stanu spoczynku Rys. 3. Przykładowa charakterystyka częstotliwościowa sygnałów odczytanych z poszczególnych sond w stanie aktywnej pracy mózgu

175 Neurodydaktyka 175 Rys. 4. Badanie EEG w Laboratorium Badań Eksperymentalnych Biofeedback Tabela 1. Przykładowa mapa mocy (elektroencefalogram) widma EEG wyrażona w µv dla określonych pasm częstotliwości Rodzaj fali W stanie spoczynku badanego W stanie aktywności (pracy) badanego THETA BETA1 GAMMA

176 176 T. Prauzner Wnioski W stanie aktywnym obserwujemy wzmożoną aktywność pracy mózgu w różnych jego miejscach i dla wszystkich obserwowanych częstotliwości. Obecność rytmu EEG wskazuje, że mózg wykonuje jakąś działalność, angażując jednocześnie miliony komórek, które działają w synchronicznym trybie. Wyniki pomiarów zostały przedstawione dla wybranego momentu rejestracji i przyjmują oczywiście zmienne wartości w funkcji czasu. Przeprowadzone pomiary prądów czynnościowych wytwarzanych przez komórki nerwowe dla fazy odpoczynku wskazują na zróżnicowany rozkład ich wartości dla każdej z badanych osób przed przystąpieniem do eksperymentu, co może świadczyć o indywidualnych, wcześniej nabytych zdolnościach (jak i patologiach) i preferencjach (amplituda jest traktowana jako wskaźnik stanu wzbudzenia). Wzrost amplitudy prądów czynnościowych wytwarzanych przez komórki nerwowe dla poszczególnych częstotliwości mierzonych fal w określonych umiejscowieniach sond jest efektem pobudzenia określonych płatów mózgu, które zgodnie z dotychczasową wiedzą medyczną są odpowiedzialne za określone wzorce zachowania i postępowanie człowieka. Wykorzystanie czynnika eksperymentalnego w postaci oprogramowania symulacyjnego znacząco wpłynęło na wzrost aktywności pracy poszczególnych obszarów mózgu. Zastosowanie metody badań EEG umożliwia ocenę predyspozycji wejściowych osoby badanej, wskazując na indywidualne możliwości poznawcze badanej osoby, czego efektem mogą być wcześniej nabyte umiejętności i rozwinięte zdolności. Zauważono, iż mózg jest nieustannie aktywny, zarówno w fazie odpoczynku, jak i wzmożonej pracy, dlatego też wszelkie bodźce docierające do niego w postaci chociażby zmiennych zakłócających mają istotny wpływ na jego pracę. Dlatego też w ujęciu efektywności uczenia się istotne są odpowiednie, sprzyjające warunki zewnętrzne do nauki, każdy zbędny i niepożądany sygnał dochodzący z zewnątrz ma wpływ na przebieg pracy. Efektywność nauczania zależy nie tylko od czasu, ale również od głębokości przetwarzania informacji, a to oznacza, że proces uczenia się zależy w dużej mierze od jakości materiałów edukacyjnych i rodzaju uczniowskiej aktywności. Program symulacyjny ze względu na własne cechy dydaktyczne pobudza praktycznie wszystkie obszary pracy mózgu, co dostrzeżono u większości badanych osób. Podczas badań zaobserwowano również, iż nie u wszystkich badanych osób aktywność pracy mózgu była identyczna i przewidywalna, a więc należy przyjąć, iż programy symulacyjne są różnie postrzegane przez każdą z nich.

177 Neurodydaktyka 177 Środki dydaktyczne mogą optymalizować środowiskowe i intrapsychiczne zmienne wpływające bezpośrednio na proces zdobywania wiedzy. Na podstawie badań EEG można, metodą psychoterapii łączącej w sobie najnowsze osiągnięcia z dziedziny neurologii, neuropsychologii i neuropsychiatrii, z równoczesnym wykorzystywaniem nowoczesnych technik komputerowych (tzw. Biofeedback), przeprowadzić specjalistycznie uwarunkowany trening prowadzący do wzrostu walorów funkcji poznawczych mózgu oraz jakościowego poprawienia pracy mózgu. Podstawą tej metody jest wykorzystywanie plastyczności mózgu polegającej na zdolności neuronów do trwałych przekształceń funkcjonalnych. W elektroencefalografii możemy analizować bezpośrednie zmiany potencjału, generowane przez komórki w mózgu czyli aktywność spontaniczną oraz fale pozostające w ścisłym związku z określonymi zdarzeniami tzw. potencjały wywołane. Mogą być one egzogenne (ich cechy zależą od właściwości fizycznych bodźca) lub endogenne (zależą od aktywności własnej podmiotu). Literatura [1] Carr N., The Shallows: How the Internet is Changing the Way We Think, Read and Remember, Publ. Atlantic Books, [2] Carr N., The Shallows: What the Internet Is Doing to Our Brains, (tł. Płytki umysł. Jak internet wpływa na nasz mózg), Wydawnictwo Helion, Gliwice [3] Cattell R.B., The Scientific Use of Factor Analysis in Behavioral and Life Sciences, Publ. Springer, [4] Depesova J., Vargova M., Noga H., Edukacja techniczno-informatyczna w opinii nauczycieli, Uniwersytet Pedagogiczny, Kraków 2008, [5] Instytut Badań Edukacyjnych, [6] Majewska M., Elektroencefalografia (EEG) to badanie rozpoznające choroby mózgu. Na czym polega EEG?, [7] Ministerstwo Edukacji Narodowej, [8] Morbitzer J., O nowej kulturze uczenia się, 23 Sympozjum Człowiek Media Edukacja, Kraków 2013, [9] Noga H., Piaskowska-Silarska M., Depešová J., Pytel K., Migo P. (2014). Neurodidactic perspective of creative attitude towards education in the third millennium examination of individual cases, Emerging elearning Technologies and Applications (ICETA), 2014 IEEE 12th International Conference on [10] Prauzner T., Blended learning: nowa metoda nauczania, Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. Edukacja Techniczna i Informatyczna, Wydawnictwo Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, red. A. Gil, Częstochowa 2010, s

178 178 T. Prauzner [11] Prauzner T., Applications of multimedia devices as teaching aids, Annales UMCS Informatica AI X, 1(2010), red. R. Szczygieł, Wydawnictwo Maria Curie-Skłodowska University in Lublin 2010, s , DOI: [12] Prauzner T., Bezpieczeństwo kulturowe a globalizm, Edukacja XXI wieku, nr 22, nt. Jakość wobec wyzwań i zagrożeń XXI wieku, red. A. Zduniak, R. Reclik, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Bezpieczeństwa, Poznań 2010, s [13] Prauzner T., Edukacja i wychowanie w wirtualnej przestrzeni, IKT vo vzdelani, red. M. Vargova, Wyd. Uniwersytet Konstantyna Filozofa w Nitra 2014, s [14] Prauzner T., Edukacja medialna w aspekcie przemian cywilizacyjnych, Edukacja XXI wieku nt.: Podmiotowość w edukacji wobec odmienności kulturowych oraz społecznych zróżnicowań, red. M. Walachowska, A. Zduniak, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Bezpieczeństwa, Poznań 2013, s [15] Prauzner T., Funkcja nowoczesnych aplikacji informatycznych w realizacji projektu inżynierskiego na przykładzie dydaktyki szkoły wyższej, Edukacja Technika Informatyka, Wybrane problemy edukacji informatycznej i informatycznej, Rocznik Naukowy, nr 5/2014, cz. 2, Rzeszów 2014, s [16] Prauzner T., ICT education in practice, Edukacja ustawiczna dorosłych, red. H. Bednarczyk, Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji Państwowego Instytutu Badawczego, Radom, 2012, s [17] Prauzner T., Information Technology in Contemporary Education Individuals Researche American Journal of Educational Research, 2013, Vol. 1, No. 10, , ISSN (Print): , ISSN (Online): online [18] Prauzner T., LifeLong Learning edukacja przez całe życie, Prace Naukowe AJD, Edukacja Techniczna i Informatyczna, t. 6, red. A. Gil, Wyd. AJD, Częstochowa 2011, s [19] Prauzner T., Nowoczesna szkoła technologie cyfrowe a rozwój myśli o przekazywaniu wiedzy, Edukacja XXI wieku, nt. Podmiotowość w edukacji wobec odmienności kulturowych oraz społecznych zróżnicowań, red. N. Starik, A. Zduniak, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Bezpieczeństwa, Poznań 2012, s [20] Prauzner T., Nowoczesne pomoce multimedialne w nauczaniu ustawicznym, Kształcenie Zawodowe: Pedagogika i Psychologia, r. XII 2010, Wydawnictwo Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, red. T. Lewowicki, Częstochowa 2010, s [21] Prauzner T., Praktyczne wykorzystanie symulacji dźwięku w kształceniu technicznym studentów, Edukacja Technika Informatyka, red. W. Walat, Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów 2013, s

179 Neurodydaktyka 179 [22] Prauzner T., Ptak P., Rola i miejsce multimedialnych pomocy naukowych w edukacji technicznej. Edukacja. Studia, Badania, Innowacje, nr 2/2010, s [23] Prauzner T., Symulacja w komputerowym wspomaganiu nauczania, Informatyka w dobie XXI wieku, nt. Nauka, technika, edukacja a nowoczesne technologie informatyczne, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej im. Kazimierza Pułaskiego oraz Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji Państwowego Instytutu Badawczego, red. A. Jastriebowa, M. Raczyńska, s , [24] Prauzner T., Technologia informacyjna wybrane problemy społeczne, Edukacja Technika Informatyka, nt. Wybrane problemy edukacji informatycznej i informacyjnej, Rocznik Naukowy, nr 3/2012, cz. 2, red. W. Walat, Wyd. FOSZE, Rzeszów 2012, s [25] Prauzner T., Technologie informacyjne w edukacji ustawicznej, Edukacja nieustająca wyzwaniem społeczeństwa informacyjnego, red. M. Gawrońska-Garstka, A. Zduniak, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Bezpieczeństwa, Poznań 2010, s [26] Prauzner T., Tworzenie treści dydaktycznych w kształceniu e-learningowym w aspekcie prawnym, EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej nr 2 (6)/2013, s , [27] Prauzner T., Wpływ nowoczesnych mass mediów na osobowość człowieka, Edukacja Technika Informatyka, Wyd. FOSZE, red. W. Walat, 2010, s [28] Ptak P., Aplikacje pakietów programowych w dydaktyce przedmiotów technicznych. Edukacja Technika Informatyka, 2014, 2, s , ISSN [29] Ptak P., Prauzner T., Zastosowanie programów komputerowych w dydaktyce przedmiotów technicznych, Journal of Technology and Information Education, nr 1/2011, s [30] Ptak P., Programowalne systemy pomiarowe w wirtualnym środowisku badawczym. E-Technologies in Engineering Education etee 2014, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki PG, nr 37/2014, Gdańsk, s , ISSN [31] Ptak P., Software package dasylab supporting research and teaching. E-Technologies in Engineering Education etee 2014, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki PG, nr 37/2014, Gdańsk, s , ISSN [32] Sadlok M., Homo irretitus indywidualista czy członek społeczeństwa obywatelskiego? [33] Żylińska M., Neurodydaktyka. Nauczanie i uczenie się przyjazne mózgowi, Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, 2013.

180

181 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Tomasz Prauzner Akademia im. Jana Długosza al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa matompra@poczta.onet.pl REALIZACJA KSZTAŁCENIA TECHNICZNEGO Z WYKORZYSTANIEM NOWOCZESNYCH TECHNOLOGII INFORMACYJNYCH W ASPEKCIE ZADAŃ ORGANIZACYJNYCH DYREKTORA SZKOŁY Streszczenie. Temat pracy jest próbą analizy problemu będącego kompilacją dwóch wzajemnie uzupełniających się wątków. W opracowaniu poruszony zostanie problem efektywności nauczaniaa w szkole o profilu technicznym, który jest wynikiem nie tylko działań dydaktycznych nauczycieli, ale również odpowiedzialności dyrektora szkoły za zadania organizacyjne umożliwiające osiągnięcie spodziewanych efektów pracy pla- dostępne cówki. Przytoczone zostaną również efekty badań naukowych oraz ogólnie dane statystyczne, w celu aktualnego osadzenia omawianego tematu w obszarze spodo dalszych łecznym o charakterze edukacyjnym. Dyskusji zostanie poddany problem przemyśleń, dotyczącyy istotności wykorzystywanych technologii informacyjnych w kształceniu technicznym. Słowa kluczowe: technologie informacyjne, dydaktyka, technika, informatyka. IMPLEMENTATION OF TECHNICAL EDUCATION WITH THE USE OF MODERN INFORMATION TECHNOLOGIES IN TERMS OF ORGANIZATIONAL TASKS OF SCHOOL DIRECTOR Abstract. The main subject of the paper is an attempt to analyze the problem which is a compilation of two complementary themes. This paper will be address the problem of the effectiveness of teaching in the technical profile's school, which is not only the re- for sult of teaching activities of teachers, but also the school director's responsibility administrative tasks to achieve the expected results of educational institution. The arti- cle will be also present the results of research and publicly available statistical data,

182 182 T. Prauzner whose a task is to indicate of the subject in the area of the social educational. In the paper will be discussed issue for further reflection concerning the significance of information technology used in technical education. Keywords: information technology, teaching, engineering, computer science.

183 Realizacja kształcenia technicznego 183 Zakres kompetencji dyrektora szkoły analiza literatury Zakres kompetencji dyrektora szkoły został opisany w wielu dokumentach. Wymienić tu można chociażby: Ustawę z dnia 7 września 1991 r. o systemie oświaty; Ustawę z dnia 26 stycznia 1982 r. Kartę Nauczyciela; Rozporządzenie Ministra Edukacji Narodowej z dnia 15 lutego 1999 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać osoby zajmujące stanowiska dyrektorów oraz inne stanowiska kierownicze w przedszkolach oraz poszczególnych typach szkół; Zarządzenie Ministra Edukacji Narodowej z dnia 8 kwietnia 1997 r. w sprawie nauczycieli, którym powierzono stanowiska kierownicze w szkole (MP z 1997 r., nr 30, poz. 284). Zgodnie z Ustawą z dnia 7 września 1991 r. o systemie oświaty wraz z późniejszymi zmianami, szkołą kieruje nauczyciel, któremu powierzono tytuł dyrektora (art. 36). Zadania dyrektora szkoła zostały także wymienione w art. 7 Ustawy z dnia 26 stycznia 1982 r. Karta Nauczyciela wraz z późniejszymi zmianami. W tym akcie prawnym powtórzono zdecydowaną większość zapisów z Ustawy o Systemie Oświaty, dodając jednocześnie kilka innych zadań. Według tej ustawy: dyrektor ma za zadanie zapewnić pomoc nauczycielom w realizacji ich zadań i ich doskonaleniu zawodowym, zapewnić odpowiednie warunki do realizacji zadań dydaktycznych i opiekuńczo-wychowawczych oraz do rozwijania samorządnej i samodzielnej pracy uczniów. W Karcie Nauczyciela rozdział II, pt. Obowiązki nauczycieli (art. 7, pkt. 2) wspomina się między innymi o odpowiedzialności dyrektora szkoły za: dydaktyczny i wychowawczy poziom szkoły, zapewnienie w miarę możliwości odpowiednich warunków organizacyjnych do realizacji zadań dydaktycznych i opiekuńczo-wychowawczych. W artykule 22 pkt 2b Ustawy o oświacie, czytamy: Dyrektor szkoły jest odpowiedzialny za uwzględnienie w zestawie programów wychowania przedszkolnego i szkolnym zestawie programów nauczania całości odpowiednio podstawy programowej wychowania przedszkolnego i podstawy programowej kształcenia ogólnego ustalonej dla danego etapu edukacyjnego, a w przypadku szkoły prowadzącej kształcenie zawodowe także całości podstawy programowej kształcenia w zawodach, w których kształci szkoła. Wedle art. 34 tejże ustawy dyrektor szkoły zobowiązany jest do wdrożenia poprawy efektywności kształcenia i wychowania w przypadku otrzymania od nadzoru pedagogicznego zaleceń w wyniku stwierdzenia niedostatecznych efektów kształcenia lub wychowania. W art. 39 pkt. 5 czytamy, iż: dyrektor dysponuje środkami określonymi w planie finansowym szkoły lub placówki zaopiniowanym przez radę szkoły lub placówki i ponosi odpowiedzialność za ich prawidłowe wykorzysta-

184 184 T. Prauzner nie, a także może organizować administracyjną, finansową i gospodarczą obsługę szkoły lub placówki. Jak wynika z powyższych uwag, dyrektor szkoły jest odpowiedzialny za nadzór nad prawidłową pracą szkoły, ale nie należy zapominać, iż pomimo pełnionej funkcji kierowniczej jest on również pedagogiem i wychowawcą. Z tej interpretacji z kolei można wnioskować, że dyrektor powinien dbać nad prawidłową atmosferą w szkole poprzez wdrożenie innowacji, które poprawiłyby atmosferę szkoły, zmieniły nastawienie uczniów. W takiej szkole uczniowie będą mieli szansę przeżyć swój sukces, poznać smak szczęśliwego dzieciństwa i młodości, radość zdobycia rzetelnej wiedzy. A więc dyrektor odpowiedzialny jest również za umożliwienie rozwijania się u uczniów umiejętności kluczowych: planowania, organizowania i oceniania własnego uczenia się, przyjmowania coraz większej odpowiedzialności za własną naukę; poszukiwania, porządkowania i wykorzystywania informacji z różnych źródeł oraz efektywnego posługiwania się nowoczesną technologią informacyjną. Ta druga umiejętność, w odwołaniu do poruszanego tematu, wydaje się najistotniejsza. Ma ona szansę zaistnienia poprzez rozwijanie postępu pedagogicznego w szkole, a więc jest ściśle związana z bezpośrednim współdziałaniem dyrektora szkoły z zespołem nauczycielskim. Bezpośrednia praca dyrektora z nauczycielami może bowiem sprzyjać inspirowaniu, koordynowaniu i doskonaleniu ich działalności innowacyjnej w zakresie dydaktycznym i wychowawczym. Takie postępowanie dyrektora wymaga prawidłowego rozumienia podstawowych pojęć i sposobów działania dotyczących wdrażania postępu pedagogicznego, a także twórczej innowacyjnej pracy nauczyciela z uczniem i jego środowiskiem wychowawczym. Innym, nie mniej ważnym zadaniem dyrektora szkoły jest kształtowanie w procesie doskonalenia nauczycieli twórczych i chłonnych postaw wobec dokonującego się postępu pedagogicznego oraz aktywnego ich współuczestnictwa w poszukiwaniu nowatorskich rozwiązań. Dyrektor, jako gospodarz szkoły, jest odpowiedzialny za mienie, stan obiektu i zapewnienie materialnych warunków sprawnego funkcjonowania placówki. Wydatkowane środki finansowe mają przynieść efekty przede wszystkim w obrębie organizacji pracy placówki, ale również w odniesieniu do poziomu nauczania. Poziom nauczania może być interpretowany przez wiele czynników, ale najistotniejszym w obecnych czasach jest efekt końcowy w postaci zdawalności egzaminów końcowych. Jest to wskaźnik niezmiernie ważny, gdyż jest udokumentowaniem rzetelnej pracy grona nauczycieli, do którego zalicza się również dyrektor szkoły. Zadaniem dyrektora jest ponadto planowanie, organizacja i przeprowadzenie mierzenia jakości pracy szkoły. Realizacja tego zadania pomaga w samoocenie bieżącej działalności szkoły.

185 Realizacja kształcenia technicznego 185 Asymilacja technologii informatycznej w aspekcie rzeczywistości edukacyjnej W świetle powyższych uwag należy stwierdzić, iż nowoczesna szkoła powinna sprostać wymaganiom edukacyjnym stawianym przez Ministerstwo Edukacji Narodowej, z drugiej strony wymagania te w dużej mierze wynikają z potrzeby rozwijającego się społeczeństwa informacyjnego. Głównym zadaniem szkoły jest przygotowanie młodego człowieka do nowej rzeczywistości, opartej na wykorzystaniu mass mediów. Realizacja innowacji dydaktycznej, polegającej na celowym i umiejętnym wdrożeniu nowoczesnych środków dydaktycznych, ma dwojakie znaczenie. Celem jest nie tylko kształtowanie umiejętności posługiwania się nowoczesną technologią informatyczną, ale również kształtowanie kompetencji w posługiwaniu się nią w celu rozwijania innych umiejętności. Dyrektor szkoły odpowiada w świetle powyższej dokumentacji za praktykę wdrożenia technologii informacyjnej i komunikacyjnej (skrót: TIK) w szkole. Niestety, jak wykazują liczne badania 1 oraz głoszone powszechnie opinie, realizacja narzuconych postulatów nauki nie jest prosta w praktyce. Z problemem tym szkoła spotyka się w na wielu płaszczyznach, z jednej strony brak wystarczających funduszy na realizację postawionych celów, z drugiej częsty opór nauczycieli we wdrażaniu innowacji dydaktycznych, które wiążą się z reorganizacją wypracowanych metod pracy. Wdrożenie nowoczesnych metod pracy w szkole, opartych na technologii informatycznej, jest tematem niezwykle aktualnym. Z zagadnieniem tym spotykają się praktycznie wszyscy dyrektorzy placówek oświatowych, którzy stają przed problemem pogodzenia stawianych wymagań edukacyjnych z rzeczywistością. Nie jest to zadanie proste i wymaga od dyrektora szkoły umiejętności podejmowania często trudnych decyzji organizacyjnych. Opracowanie mechanizmów edukacji, reprezentowanych poprzez własną wizję społeczeństwa, na całym świecie odbywa się w identyczny sposób. Nad tym procesem czuwają członkowie szeroko pojętego kompendium wiedzy, reprezentowanego przez poszczególne nurty nauki, w tym chyba najistotniejszą subdyscyplinę nauk pedagogicznych, jaką jest dydaktyka. To dzięki niej wiemy, a raczej przewidujemy, w jaki sposób proces nauczania-uczenia się będzie najefektywniejszy w stosunku do naszych oczekiwań. Dydaktyka, pomimo głoszonych paradygmatów, również jest dziedziną wiedzy, w której zachodzą zmiany, zarówno co do głoszonych treści encyklopedycznych jak i jej praktyki. Doskonale znane wszystkim pojęcie pomocy dydaktycznych jakże zmieniło swoje znaczenie i głoszoną jeszcze nie tak dawno reprezentatywność. Na początku lat W pracy autor powołuje się na wyniki własnych badań, przeprowadzonych w roku wśród wytypowanych szkół i uczelni technicznych w województwie śląskim.

186 186 T. Prauzner XX wieku, określenia komputer, maszyna cyfrowa stanowiły dla dydaktyków pewne novum, zarezerwowane dla grup specjalistycznych. Czy dzisiaj technologia informacyjna wzbudza aż tak duże zainteresowanie? Z pewnością, ale nie postrzegamy jej już jako zjawiska nieznanego i obcego. Funkcjonuje w naszym życiu codziennym i to zarówno w obrębie zainteresowań zawodowych, jak i prywatnych. W obszarze dydaktyki technologia informacyjna i komunikacyjna odnalazła się równie szybko i zdobyła trwałe miejsce. Pomimo niewątpliwie wielu zalet, o których rozpisują się niemalże wszystkie media, stawia ona coraz częściej pytania. I nie chodzi tu o trywialne pytanie, niefortunnie zadane: czy jest ona niezbędna, potrzebna? Jest to raczej pytanie o granice jej racjonalności. Nie łudźmy się, poprawnie prowadzony proces jest jedynym czynnikiem gwarantującym wykształcenie nowych pokoleń, które będą musiały sprostać nowym wyzwaniom cywilizacyjnym. Proces edukacji, często spostrzegany w kraju jako proces uboczny, wymagający niezwykle wysokich nakładów finansowych przez państwo, jest niejednokrotnie definiowany tylko przez pryzmat obciążeń finansowych budżetu państwa, a nie jako daleko idąca, niezwykle istotna inwestycja w rozwój intelektualny społeczeństwa. Powyższy problem znalazł swoje odzwierciedlenie w licznych publikacjach autora, wypunktowanych w pozycjach literatury [29 41]. Przedstawiony temat jest kolejnym głosem prowokującym do wymiany poglądów i dalszej wspólnej dyskusji. Niezwykle interesujące dla autora pracy są zarówno opinie zgodne z oceną subiektywną, jak i te będące jej krytyką. Czy warto poruszyć ten temat na szerokim forum? Moim zdaniem zdecydowanie tak. Głównym celem tych rozważań będzie miejsce, jakie zajmuje technologia informacyjna w procesie nauczania, a właściwie efektywności nauczania. Czynnikiem prowokującym do opracowania niniejszego tekstu stały się szeroko głoszone poglądy i opinie, jakie coraz częściej są meritum gorących dyskusji w kręgach naukowców i nauczycieli. Analiza wybranych wyników badań sondażowych przeprowadoznych przez autora w latach W celu uzyskania opinii nauczycieli i wykładowców akademickich przeprowadzono badania pilotażowe, o charakterze społecznym, dotyczące wyrażenia subiektywnej oceny oraz głębszego ukazania problemu wykorzystania TIK w pracy dydaktycznej respondentów. Głównym celem badań było ukazanie ogólnej postawy i oceny praktyki przydatności narzędzi informatycznych w pracy dydaktycznej w kontekście podniesienia efektywności kształcenia w szkole. W szkolnictwie polskim wyraźnie zarysowują się dwa podejścia do wypracowania umiejętności informacyjnych przez uczniów. Jedno to preferują-

187 Realizacja kształcenia technicznego 187 ce nabywanie tych umiejętności podczas specjalnie opracowanych jednostek lekcyjnych, w czasie których realizowane są treści z informatyki, drugie natomiast to nabywanie umiejętności informacyjnych w trakcie zdobywania wiedzy w zakresie innych bloków tematycznych, a więc dotyczy ono w głównej mierze komunikacji. Badaniu poddani zostali nauczyciele akademiccy oraz nauczyciele z losowo wybranych placówek edukacyjnych o technicznym profilu kształcenia z terenu obecnego województwa śląskiego. Ze względu na objętość badań w opracowaniu ich rezultat przedstawiono w formie skróconej. W kwestionariuszu wywiadu zawarto kilka istotnych pytań otwartych, które dały całkowitą wolność wypowiedzi. Dzięki temu, przy zachowaniu nieograniczonego czasu odpowiedzi oraz zawartej odpowiedzi, sprowokowano uczestników badania do wyjawienia własnych poglądów. Rezultaty badań anonimowych mogą być rzeczywistą wskazówką w ocenie pracy szkoły. Na ich podstawie dyrektor może ocenić poziom merytoryczny prowadzonych zajęć oraz dokonać oceny pracy szkoły. Pytanie pierwsze dotyczyło tego, czy i w jakim zakresie wykorzystywana jest przez daną osobę TIK. Kolejne wyrażenia własnego sądu na temat pomocy dydaktycznych, jakie oferuje rynek edukacyjny na potrzeby prowadzonego przedmiotu. Trzecie pytanie to pytanie o potrzebę i ocenę wartości dydaktycznych tych pomocy i ich przydatności w praktyce. Czwarte pytanie wiązało się z oceną systemu szkoleń z zakresu TIK, organizowanych przez znane ośrodki kształcenia nauczycieli, oraz z ofertą szkoleń firm zajmujących się TIK na rynku edukacyjnym. I chyba najistotniejsze pytanie w ujęciu tematu dysertacji pytanie o praktykę, a więc wyrażenie wszystkich negatywnych i pozytywnych odczuć osób pytanych o politykę edukacyjną oraz innowacje wprowadzane w szkolnictwie w obrębie TIK. Co sądzą nauczyciele, jak tolerują wszelkie innowacje w szkolnictwie to chyba pytania szczególnie ważne dla ukazania rzeczywistości edukacyjnej, a niezmiernie pomocne w pracy dyrektora szkoły. Uogólniając, najistotniejsze wnioski z przeprowadzonych badań są następujące: Zdecydowana większość odpowiedzi to odpowiedzi pozytywne, potwierdzające oczekiwania badacza, iż pomoce dydaktyczne są doskonale znane respondentom, znają ich przydatność, ale w większości są to odpowiedzi oparte na znajomości teorii i opracowań, a tylko nieliczne na własnych doświadczeniach z TIK. TIK u wielu osób to w przeważającej większości pojęcie komputer, programy dydaktyczne to programy prezentacyjne oraz informacje ze strony internetowej. Niestety komputer często jest określany tylko jako narzędzie do redagowania tekstu, prezentacji i przeglądania stron internetowych.

188 188 T. Prauzner Respondenci wykorzystują gotowe opracowania, najczęściej ze stron internetowych, wskazując jako główną przyczynę brak czasu na opracowanie nowych ze względu na inne czynności podejmowane w ramach pracy (opracowanie dokumentacji szkolnej, uczestnictwo w szkoleniach oraz to, iż nie mają na to w ogóle czasu). Liczna grupa odpowiedzi dotyczyła, krytyki wprowadzenia TIK w pracy w klasie. Respondenci uważają, iż sam problem edukacji TIK w dydaktyce jest rozwiązywany poprzez zbyt liczne szkolenia kadry dydaktycznej, niestety w późniejszym czasie niepopartych pracą z tymi środkami. Negatywnie oceniają późniejsze wdrożenie tych wiadomości w praktykę, tłumacząc, że w szkole (uczelni) dużym utrudnieniem jest uzyskanie środków finansowych na ich zakup. Kolejna grupa odpowiedzi na postawione pytania to odpowiedzi sfrustrowanego nauczyciela. Pytane osoby jasno wskazują na dalszą praktykę wdrażania TIK w szkole: dość nauczania i szkoleń w tym zakresie a za mało realizacji pomysłów. Negatywna ocena oparta jest na doświadczeniach, dlatego też, niezależnie od proponowanych szkoleń, respondenci nie przejawiają już zaangażowania i chęci podejmowania kolejnych szkoleń, które nie mają w późniejszym czasie realnego przełożenia na rzeczywistość edukacyjną oraz nie są pomocne w pracy nauczyciela. Brak motywacji do pracy w tym zakresie wynika również z braku motywacji finansowej, konieczności przeznaczenia wolnego czasu na inne zajęcia zarobkowe. Respondenci często wyrażali sąd, że TIK ma znaczenie w kształceniu e-learningowym, a więc świadczy to o tym, iż metoda nauczania zdalnego jest znana i z dużym prawdopodobieństwem wynika z zainteresowania tą formą dokształcania. I chyba najciekawsza grupa odpowiedzi, trudno się z nimi w części nie zgodzić, dotyczyła myśli: po co wprowadzać na siłę nowe, skoro stare zdaje egzamin. Jak widać, TIK jest oceniana pod względem poprawy pracy w klasie, a wszelkie nowości wymagają przygotowania do pracy z nimi i opracowania nowej dokumentacji. Wykładowcy i nauczyciele podchodzą z dużym uznaniem do możliwości TIK w edukacji, rozumieją jej walory dydaktyczne i pozytywnie je oceniają, jednak wyraźnie widać, że TIK w praktyce szkolnej musi być wsparta, niestety, dużym nakładem pracy oraz środkami finansowymi na jej wdrażanie. Nauczyciele oczekują nowych pomocy dydaktycznych, gotowych, przystosowanych do realiów dzisiejszych potrzeb, a nie wymagania od nich ich opracowania. Pomoce te powinny im pomóc we drożeniu metod pracy z młodzieżą, a nie być spostrzegane jako dodatkowe obciążenie w pracy nauczycielskiej. Wyraźnie daje się odczuć, studiując odpowiedzi, iż respondenci są zdecy-

189 Realizacja kształcenia technicznego 189 dowanie podejrzliwi co do innowacji w zakresie dydaktycznym i z dużym zadowoleniem podchodzą do pewnej stagnacji w swojej pracy, spokoju, który umożliwiłby im wprowadzenie uprzednich zmian. Wiele odpowiedzi popartych jest subiektywną oceną, często poddającą krytyce proces kształcenia i wychowania młodzieży. Podsumowanie Wnioski smutne, ale należy mieć świadomość, iż badanie to przeprowadzone zostało na dość małej próbie badanych, co w ujęciu statystyki trudno uogólnić. Szkoda jedynie, że z roku na rok obniża się poziom nauczania, pomimo tak wielu prób reformowania szkolnictwa. Należy również jasno powiedzieć, iż na taki stan szkolnictwa ma wpływ wiele przyczyn. Pierwszą z nich określiłbym jako demograficzną, a więc wszelkie próby zmian, jakie zachodziły w polskim szkolnictwie, były efektem niskiej populacji osób uczestniczących w procesie edukacji. Niż demograficzny związany z liczbą urodzeń, jaki istnieje w Polsce od roku 1990, spowodował w konsekwencji w dniu dzisiejszym znacząco mniejszą liczbę osób uczących się, praktycznie na każdym poziomie nauki. Przypuszcza się, że przyczyną takiego stanu była i jest masowa emigracja ludności związana w dużej mierze z przeobrażeniami polityczno-gospodarczymi w naszym kraju. I tak dla przykładu, opierając się tylko na danych S-1 Głównego Urzędu Statystycznego, w 2020 r. liczba wszystkich uczniów będzie wynosiła około 1,2 mln, z obecnie 1,9 mln (inne źródła podają jeszcze mniejsza liczbę). Zniżkowy nurt utrzymuje się na wszystkich poziomach szkół. Mniejsza liczba ludności aktywnej zawodowo w wyniku wzrostu bezrobocia, spowodowała pewną zapaść rozwoju kraju, czego efekty są dla wszystkich widoczne. Spadek środków na utrzymanie szkół, w wyniku zmian administracyjnych, decentralizacji finansowania placówek oświatowych, spowodowały ogromny chaos przejściowy w ich zarządzaniu oraz wyznaczeniu głównego kierunku rozwoju. Ostatnią, najistotniejszą dla nas przyczyną jest, nakładający się na wcześniej wymienione zmiany, niezwykle szybki rozwój technologii informatycznych, a co za tym idzie nakład środków finansowych na wdrożenie nowych koncepcji kształcenia. Rozwój ten w dużej mierze zyskał swój dynamizm w wyniku wyrównania rozwoju gospodarczego krajów o ustrojach postkomunistycznych z wysoko rozwiniętymi krajami Europy. Od roku 2009 datuje się szczególne znaczenie Unii Europejskiej, jako już organizacji międzynarodową w prawnym tego słowa znaczeniu, skupiającej z każdym rokiem większą liczbę państw. Obserwujemy wyścig w rozwoju gospodarczym państw całej Europy z rozwiniętymi krajami Dalekiego Wschodu oraz Stanami Zjednoczonymi Ameryki. W tym obszarze nastąpiła unifikacja kierunku rozwoju wszystkich państw należących do Unii, również w obszarze szkolnictwa.

190 190 T. Prauzner Unifikacja ta objęła swoim zasięgiem wiele aspektów kształcenia, a temat to materiał na osobną dysertację. W jej zakresie poruszony został również aspekt rozwoju technologii informacyjnej, jej wykorzystania w edukacji, oraz uznawalności ram kwalifikacyjnych oraz kompetencji. Istotną w zakresie kształcenia na poziomie średnim była reforma szkolnictwa rozpoczęta oficjalnie 1 września 1999 r., która doprowadziła po trzech latach do przekształcenia obowiązującego od 1968 r. dwustopniowego systemu szkolnictwa w strukturę trzystopniową. Reforma systemu oświaty miała na celu wprowadzenie korzystnych zmian w funkcjonowaniu szkolnictwa. W projekcie reformy przyjęto, że nowy system oświatowy podniesie poziom edukacji społeczeństwa przez upowszechnianie wykształcenia średniego i wyższego, wyrównanie szans edukacyjnych oraz poprawę jakości kształcenia, rozumianej jako integralny proces wychowania i kształcenia. W zakresie treści nauczania postawiono na wykorzystanie technologii informacyjnej TIK w procesie edukacyjnym. W tym okresie nastąpił też rozkwit szkół kształcenia niepublicznego, które niekoniecznie za główny cel działalności postawiły sobie poziom nauczania. Koszty utrzymania szkół na poziomie podstawowym i średnim koszty są niestety zbyt duże w odniesieniu do uzyskiwanych przychodów poszczególnych miast i gmin. Podział subwencji oświatowych oraz często krytykowany algorytm przydziału tych środków okazują się niewystarczające dla poprawnego funkcjonowania placówek oświatowych. Wyraźnie widać, iż środki na ich funkcjonowanie są zdecydowanie źle planowane i niewystarczające. Jest to zdecydowanie problem w pracy dyrektora szkoły, który widząc potrzeby finansowe prowadzonej placówki, nie jest w stanie zapewnić odpowiednich warunków pracy nauczycieli i uczniów, jakie są od dłuższego czasu oczekiwane. W tym miejscu rodzi się pytanie, jak się mają do siebie przytoczone powyżej informacje z wdrożeniem TIK w szkołach? Udzielenie odpowiedzi nie jest proste. Szkoła powinna nauczać jak najlepiej, wykorzystując wszelkie możliwe rozwiązania metodologiczne. Każdy nauczyciel powinien mieć możliwość dostępu na swoich zajęciach chociażby do rzutnika multimedialnego, laptopa, sieci Internet. Te urządzenia powinny funkcjonować w każdej szkole w takiej liczbie, aby nie stanowiły pomocy dla wyróżnionych i bardziej operatywnych nauczycieli. Powinny być dostępne dla każdego w nieograniczonym czasie. Wysoko rozwinięta technologia informacyjna powinna być czymś normalnym w pracy dydaktycznej, a nie stanowić wyróżnik nowoczesności placówki. Zakup kilku nowoczesnych pomocy naukowych na potrzeby szkoły czy uczelni nie może świadczyć o wysoko rozwiniętej TIK w danej instytucji. O tym powinny stanowić wysokie efekty pracy przy jej współudziale. Literatura

191 Realizacja kształcenia technicznego 191 [1] Banathy Bela H., Projektowanie systemów edukacji. Podróże w przyszłość, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław [2] Baron G.L., Komputery w edukacji, IPNiSW, Warszawa [3] Barski T., Technologia kształcenia nauczycieli techniki, Wyd. Śląskie Przedsiębiorstwo OPCJA-IPO, Uniwersytet Opolski [4] Bauer Z., Powstanie i rozwój mediów: od malowideł naskalnych do multimediów, Wyd. Naukowe Akademii Pedagogicznej w Krakowie, Kraków [5] Branecka M., Nowe zadania MEN w zakresie wyposażenia placówek oświatowych, Edukacja Medialna 1997, nr 3. [6] Budzeń H., Usprawnianie procesu nauczania, Wyd. Instytutu Technologii Eksploatacji w Radomiu, Radom [7] Butkiewicz M. (red), Model polskich standardów kwalifikacji zawodowych, Wyd. Instytutu Technologii i Eksploatacji, Radom [8] Dylak S., Wizualizacja w kształceniu nauczycieli, Wyd. UAM, Poznań [9] Furmanek W., Piecuch A., Dydaktyka informatyki: problemy teorii, Wyd. Uniwersytetu Rzeszowskiego, Rzeszów [10] Gocłowska B., Łojewski Z., Związek między treściami nauczania technologii informacyjnych a kompetencjami słuchaczy, Wyd. Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej, Lublin [11] Juszczyk A., Metodyka nauczania informatyki w szkole: materiały metodyczne dla nauczycieli informatyki oraz słuchaczy nauczycielskich studiów podyplomowych z informatyki, Wyd. Adam Marszałek, Toruń [12] Kamedula E., Środki dydaktyczne w strukturalizacji wiedzy uczniów, Wyd. UAM, Poznań [13] Kiedrowicz G., Teoria i praktyka informatycznego przygotowania nauczycieli, Wyd. Politechniki Radomskiej, Radom [14] Kozielska M., Wpływ wielostronnego studiowania wspomaganego komputerem na aktywność poznawczą uczniów, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań [15] Kruszewski K., Sztuka nauczania. Czynności nauczyciela. PWN, Warszawa [16] Kupisiewicz Cz., Nowoczesność w kształceniu i wychowaniu, WSiP, Warszawa [17] Kupisiewicz Cz., Paradygmat i wizje reform oświatowych, Wyd. Żak, Warszawa [18] Kuźniak I., Optymalizacja procesu kształcenia, Wyd. UAM, Poznań [19] Kwartalnik Polskiego Towarzystwa Technologii i Mediów edukacyjnych Edukacja Medialna, 1996, nr 1 2, 1997, nr 1 4. [20] Kwiatkowski S.M., Komputery w procesie kształcenia i zarządzania szkołą, Wyd. Instytut Badań Edukacyjnych, Warszawa 1994.

192 192 T. Prauzner [21] Lewowicki T., Proces kształcenia w szkole wyższej, PWN-IPNiSW, Warszawa [22] Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, Założenia do nowelizacji ustawy Prawo o szkolnictwie wyższym oraz ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki, [23] Młynarska Z., Oczekiwania nauczycieli w zakresie obudowy multimedialnej nowych programów nauczania, Wyd. IBE, Warszawa [24] Najduchowska H., Wnuk-Lipińska E., Dekadencja. Edukacja i perspektywy życiowe uczniów, PWN, Warszawa [25] Noga H., Metody socjometryczne w edukacji techniczno-informatycznej, Trendy ve vzděláváni 2009, Informaćni technologie a technické vzděláváni, Olomouc [26] Noga H., Vargová M., Autorytet nauczyciela przedmiotów technicznych na podstawie badań, Annales Universitatis Pedagogicae Cracoviensis: Studia technica, V. 1 (2012), s [27] Nowakowski Z., Dydaktyka informatyki i technologii informacyjnej w praktyce: wybrane zagadnienia. Cz. 2, Jak uczyć?, Wyd. Mikom, Warszawa [28] Okoń W., Rzecz o edukacji nauczycieli, WSiP, Warszawa [29] Prauzner T., Applications of multimedia devices as teaching aids, Annales UMCS Informatica AI X, 1(2010), red. R. Szczygieł, Wydawnictwo Maria Curie-Skłodowska University in Lublin, Lublin 2010, DOI: [30] Prauzner T., Bezpieczeństwo kulturowe a globalizm, Edukacja XXI wieku, nr 22, Jakość wobec wyzwań i zagrożeń XXI wieku, red. A. Zduniak, R. Reclik, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Bezpieczeństwa, Poznań [31] Prauzner T., Edukacja medialna w aspekcie przemian cywilizacyjnych, Edukacja XXI wieku, Podmiotowość w edukacji wobec odmienności kulturowych oraz społecznych zróżnicowań, red. M. Walachowska, A. Zduniak, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Bezpieczeństwa, Poznań [32] Prauzner T., ICT education in practice. Edukacja ustawiczna dorosłych, Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji Państwowego Instytutu Badawczego, Radom [33] Prauzner T., Information Technology in Contemporary Education Individuals Researche, American Journal of Educational Research, 2013, Vol. 1, No. 10, online, [34] Prauzner T., LifeLong Learning edukacja przez całe życie, Prace Naukowe AJD, Edukacja Techniczna i Informatyczna, t. 6, red. A. Gil, Wydawnictwo Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, Częstochowa 2011.

193 Realizacja kształcenia technicznego 193 [35] Prauzner T., Nowoczesna szkoła technologie cyfrowe a rozwój myśli o przekazywaniu wiedzy, Edukacja XXI wieku, Podmiotowość w edukacji wobec odmienności kulturowych oraz społecznych zróżnicowań, red. N. Starik, A. Zduniak, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Bezpieczeństwa, Poznań [36] Prauzner T., Ptak P., Zastosowanie programów komputerowych w dydaktyce przedmiotów technicznych, Strategie technického vzdělávání v reflexi doby, Usti nad Labemi [37] Prauzner T., Ptak P., Programy symulacyjne w inżynierii bezpieczeństwa, Journal of Technology and Information Education Strategie technického vzdělávání v reflexi doby, Wydawnictwo Palacký University in Olomouc, red. PhDr. Jan Novotný, Ph.D., PhDr. Jaroslav Zukerstein, Ph.D., Olomuniec [38] Prauzner T., Technologia informacyjna wybrane problemy społeczne, Edukacja Technika Informatyka, red. W. Walat, Wydawnictwo FO- SZE, Rzeszów [39] Prauzner T., Wykorzystanie mediów elektronicznych w edukacji elektronicznej studentów, Technika Informatyka Edukacja, red. W.Walat, Wydawnictwo Diecezjalne i Drukarnia w Sandomierzu, Sandomierz [40] Prauzner T., Zastosowanie programów symulacyjnych w nauczaniu przedmiotów technicznych, Prace Naukowe AJD, Edukacja Techniczna i Informatyczna, red. J. Wilsz, t. 1, Wydawnictwo Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, Częstochowa [41] Prauzner T., Zastosowanie programów symulacyjnych w nauczaniu przedmiotów technicznych, Wychowanie Techniczne w Szkole z Plastyką, nr 1, red. W. Bober, Wydawnictwo Agencja Wydawnicza BIS, Warszawa [42] Siemieniecki B., Komputer w edukacji. Podstawowe problemy technologii informacyjnej, Wyd. MBP, Uniwersytet M.Kopernika, Toruń [43] Siemieniecki B., Komputery i hipermedia w procesie edukacji dorosłych, Wyd. A. Marszałek, Toruń [44] Socha R.M., Wykorzystanie sieci Internet w szkołach średnich,edukacja medialna, Kwartalnik Polskiego Towarzystwa Technologii i Mediów Edukacyjnych, [45] Strykowski W., Kształcenie multimedialne w pracy szkoły, Edukacja Medialna 1997, nr 3. [46] Strykowski W., Media a edukacja, (Internet) Uniwersytet im. A. Mickiewicza, Poznań [47] Strykowski W., Standardy wyposażenia i obudowy medialnej elementem reformy szkolnej, (Internet) Uniwersytet A. Mickiewicza, Poznań [48] Strykowski W., Uściślenie pojęcia:standard wyposażenia i obudowy medialnej, (Internet) Uniwersytet im. A.Mickiewicza, Poznań 1997.

194 194 T. Prauzner [49] Sysło M.M., Komputer w reformowalnej szkole, Materiały konferencyjne IX konferencji Informatyka w szkole, Toruń [50] Śnieżyński M., Wielostronne nauczanie w świetle badań empirycznych, Wyd. WSP, Kraków [51] Tarnaś M., Edukacyjne zastosowanie komputerów, Wyd. Żak. Warszawa [52] Toliver P.R., Kellogg C.Y., Komputer dla nauczycieli, Wyd. R.M, Warszawa 1997.

195 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Paweł Ptak Politechnika Częstochowska al. Armii Krajowej 17, Częstochowa p.ptak@o2.pl OCENA JAKOŚCI WYNIKÓW POMIARÓW GRUBOŚCI POWŁOK NA PODŁOśACH FERROMAGNETYCZNYCH Streszczenie. W pracy przedstawiono zagadnienia dotyczące pomiaru grubości warstw wierzchnich, przeprowadzane z wykorzystaniem przetworników indukcyjnościowych. Opisano badania dotyczące przetwornika indukcyjnościowego transformatorowego. Przeprowadzono badania dokładności przetworników pomiarowych w pomiarach wy- branych warstw wierzchnich. Słowa kluczowe: pomiary grubości warstw wierzchnich, przetworniki indukcyjnościowe. EVALUATION OF THE QUALITY RESULTS OF THE THICKNESS MEASUREMENT OF COATINGS ON FERROMAGNETIC SUBSTRATES Abstract. In the paper the problems of surfaces layers thickness measure using induc- inductive tive transducers have been presented. The research relating for transformerr transducers were described. Accuracy tests of transducers for measuring of selected surface layers were performed. (Evaluation of the quality results of the thickness meas- urement of coatings on ferromagnetic substrates). Keywords: measure of surface layers thickness, inductive transducers.

196 196 P. Ptak Wstęp Powłoki nakładane są dla ochrony czy ozdoby, powinny jednak także spełniać określone parametry dotyczące ich wyglądu, jakości, grubości, wytrzymałości czy trwałości. Powłoki mają zazwyczaj grubość od setnych części milimetra do kilku milimetrów [1, 2]. Metody pomiaru grubości powłok możemy podzielić na niszczące i nieniszczące. Biorąc pod uwagę możliwości zastosowania wybranych metod w praktyce pomiarowej, metody nieniszczące wykazują szereg zalet, które czynią je bardziej uniwersalnymi. Metody nieniszczące wykorzystuje się zazwyczaj do pomiaru grubości warstw, kiedy nie jest możliwe przygotowanie próbki dla pomiarów niszczących lub wtedy, gdy uszkodzenie badanego elementu nie jest wskazane. Przetworniki indukcyjnościowe Działanie przetworników indukcyjnościowych opiera się na zasadzie zmiany indukcyjności własnej lub wzajemnej pod wpływem wielkości nieelektrycznej. W przetwornikach tych istnieje możliwość wpływu na zmianę indukcyjności poprzez regulację liczby zwojów lub zmianę reluktancji [3]. Metoda elektromagnetyczna z zastosowaniem przetworników transformatorowych jest wykorzystana w przypadku badania powłok z materiałów nieferromagnetycznych na podłożach ferromagnetycznych. Przetwornik taki zbudowany jest z dwóch uzwojeń na wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym, stanowi transformator prądowy o otwartym obwodzie magnetycznym. Obwód magnetyczny przetwornika zamyka się poprzez badaną powłokę i podłoże, a powłoka stanowi szczelinę w obwodzie [4]. Napięcie wyjściowe przetwornika indukcyjnościowego przeznaczonego do pomiarów grubości powłok zależy od grubości powłoki, przewodności elektrycznej materiału podłoża, promienia krzywizny obiektu, grubości podłoża obiektu, pola powierzchni, na jakiej przeprowadzany jest pomiar, chropowatości i odległości miejsca pomiaru od krawędzi obiektu. Błędy pomiarowe przetworników indukcyjnościowych Błędy pomiarowe przy zastosowaniu przetworników transformatorowych wynikają zazwyczaj: ze zmiany napięcia zasilającego i jego częstotliwości, zmiany temperatury, nieliniowości charakterystyk, zmiany kąta fazowego impedancji przetwornika, klasy dokładności przyrządu współpracującego z przetwornikiem, nieczułości układu czy zakłóceń polami elektromagnetycznymi.

197 Ocena jakości wyników 197 Zmiany częstotliwości i napięcia zasilającego niweluje zazwyczaj zastosowanie odpowiedniej klasy generatora napięcia, który jest mało wrażliwy na takie zakłócenia zasilania. Zmiany temperatury powodują zmiany rezystancji uzwojeń przetwornika i w celu ich wyeliminowania stosuje się układy pomiarowe składające się z dwóch przetworników indukcyjnościowych, połączonych różnicowo. Przy zastosowaniu metody różnicowej, wskutek niepełnej symetrii obwodów magnetycznych, powstają błędy wynikające ze zmiany kąta fazowego impedancji przetwornika indukcyjnościowego. Aby tego uniknąć, należy budować obie połówki przetwornika różnicowego o jednakowej konstrukcji i z możliwie jednakowych materiałów [3]. Układ pomiarowy Do przeprowadzenia pomiarów grubości warstw wierzchnich z przetwornikiem indukcyjnościowym transformatorowym zastosowano system pomiarowy, którego schemat blokowy przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Schemat blokowy systemu pomiarowego

198 198 P. Ptak Dla zaproponowanego schematu blokowego zaprojektowano układ pomiarowy wykorzystujący program DasyLab. Schemat ideowy przedstawiono na rysunku 2. Rys. 2. Schemat ideowy układu pomiarowego w programie DasyLab, współpracujący z kartą PCI 9118 Przykładową wizualizację wyników pomiarów grubości warstw wierzchnich przedstawia rysunek 3. Rys. 3. Ekran programu DasyLab podczas wykonywania pomiarów grubości warstw Badania przetwornika indukcyjnościowego transformatorowego Do przeprowadzenia pomiarów grubości warstw wierzchnich wykonano wzorcowe próbki o określonej grubości podłoża i warstwy wierzchniej. Badania

199 Ocena jakości wyników 199 zostały prowadzone dla podłoży ferromagnetycznych, przetwornik był zasilany sygnałami sinusoidalnymi o różnych częstotliwościach. Ze względu na głębokość wnikania sygnału pomiarowego do wnętrza badanej próbki, częstotliwości sygnału sinusoidalnego do badań wybrano z zakresu od 100 Hz do 20 khz. Przeprowadzono wstępne badania dotyczące pracy przetwornika przy zasilaniu przebiegami niesinusoidalnymi. Jako warstwy wierzchniej użyto powłok o właściwościach nieferromagnetycznych i przewodzących. Wyniki pomiarów przedstawiono na rysunkach 4 i 5. Rys. 4. Amplituda sygnału pomiarowego dla różnych grubości powłok przewodzących i odmiennych własności materiałowych na podłożu ferromagnetycznym

200 200 P. Ptak Rys. 5. Charakterystyki amplitudy sygnałów sinusoidalnych dla różnych grubości powłok izolacyjnych na podłożu ferromagnetycznym Jak można zaobserwować, amplituda sygnału pomiarowego dla powłok przewodzących najszybciej pochodzi z zakresu pomiarowego od 100 Hz do 5 khz. Różnice pomiędzy poszczególnymi powłokami dla tego zakresu pomiarowego nie są duże. Znacznie lepiej można wyróżnić poszczególne sygnały dla zakresu częstotliwości od 5 khz do 15 khz. Powyżej tej wartości wzrost amplitudy sygnału ze wzrostem częstotliwości jest słabszy. W przypadku powłok izolacyjnych odległości pomiędzy poszczególnymi krzywymi amplitudy sygnału pomiarowego są zbliżone w całym zakresie od 3 khz do 20 khz. Wzrost amplitudy jest największy w dolnym zakresie pomiarowym, od 100 Hz do około 5 khz. Powyżej tej częstotliwości wykresy mają charakter bardziej liniowy. Ocena niepewności pomiaru bezpośredniego dla czujników indukcyjnościowych Pomiary przeprowadzono dla powłoki aluminiowej na podłożu stalowym, przy kilku wartościach częstotliwości sygnału pomiarowego od 1 khz do 20 khz. Dla każdej częstotliwości wykonano serię 35 pomiarów dla rozkładu normalnego i serię 10 pomiarów dla rozkładu t-studenta. Ocenę niepewności przedstawiono na rys. od 7 do 10. Rys. 6. Niepewności pomiaru czujnika 1 dla rozkładu normalnego Przedstawione na rysunku 7 wykresy niepewności czujnika 1 dla rozkładu normalnego oscylują wokół podobnych wartości dla częstotliwości sy-

201 Ocena jakości wyników 201 gnału pomiarowego do 15 khz. Dla wartości częstotliwości 20 pewności osiągają blisko dwukrotnie większe wartości. khz nie- Rys. 7. Niepewności pomiaru czujnika 1 dla rozkładu t-studenta Dla rozkładu t-studenta wartości niepewności typu A, B i niepewności łącznej dla czujnika 1 mają blisko dwa razy większe wartości niż dla rozkładu normalnego. Podobnie jak poprzednio, dla częstotliwości 20 khz wielkość niepomia- pewności znacznie rośnie, co wiąże się z głębokością wnikania sygnału rowego do wnętrza badanej powierzchni.

202 202 P. Ptak Rys. 8. Niepewności pomiaru czujnika 2 dla rozkładu normalnego Rys. 9. Niepewności pomiaru czujnika 2 dla rozkładu t-studenta Czujnik 2 pracuje jednakowo w całym badanym zakresie częstotliwości, co pokazują wykresy niepewności dla rozkładu normalnego. W przypadku roz- typu B kładu t-studenta zanotowano dwukrotny wzrost wartości niepewności i w związku z tym także niepewności łącznej dla częstotliwości 10 khz i 20 khz. Ocenę dokładności pomiarów grubości powłok można realizować również dla pomiarów wykonywanych w ramach zajęć dydaktycznych laboratoryjnych z metrologii elektrycznej. Po wykonaniu badań studenci mogą wykorzystać komwykresów puterowe metody obliczeniowe do oceny dokładności i wykreślenia pokazujących w sposób graficzny przeprowadzone pomiary. Układ pomiarowy został wykonany w programie DasyLab, który jest dość uniwersalnym systemem pozwalającym na budowę układów pomiarowych z bloków funkcjonalnych na ekranie komputera PC [5, 6]. Także proces pomiarowy można bezpośrednio zmieniać i kontrolować za pomocą narzędzi wbudowanych w pakiet programo- nie wy. Pomiary takie, dzięki oprogramowaniu DasyLab, można wykonywać tylko na zajęciach dydaktycznych, ale też przeprowadzać ich symulację bez do- spraw- stępu do fizycznego układu pomiarowego [7]. Umożliwia to wcześniejsze dzenie poprawności działania i wprowadzenie poprawek już na etapiee projekto- jest wania takiego układu pomiarowego [8]. Projektowanie modeli symulacyjnych często wykorzystywane w kształceniu technicznym na poziomie szkoły wyższej o profilu technicznym do oceny i weryfikacji skuteczności tej metody nauczania na uczelni technicznej [9, 10, 11]. Symulacja ma zastosowanie wszędzie tam, gdzie problematyczne może być wykonywanie pomiarów i badań w rzeczywistym środowisku prze-

203 Ocena jakości wyników 203 mysłowym, a także wtedy, gdy zależy nam na w miarę szybkiej weryfikacji różnych koncepcji układów badawczych [12, 13, 14, 15]. Podsumowanie 1. Aby ograniczyć wpływ zmian indukcyjności przetwornika, pomiary wykonano dla częstotliwości nie większej niż 20 khz, gdyż w tym zakresie częstotliwości indukcyjność w zasadzie ma stałą wartość. 2. Ze względu na to, że głębokość wnikania sygnału pomiarowego do badanej warstwy na podłożu ferromagnetycznym maleje wraz ze wzrostem częstotliwości, należy dostosować częstotliwość i amplitudę sygnału do każdej próbki w sposób indywidualny, aby dokładność pomiaru była jak największa. 3. Wartości niepewności dla obu czujników są większe w przypadku rozkładu t-studenta niż niepewności dla rozkładu normalnego. 4. Niepewnością dominującą jest niepewność typu B, opisująca błędy, których źródłem są błędy aparatury pomiarowej. 5. Niepewność osiąga największą wartość przy częstotliwości sygnału pomiarowego 20 khz. 6. Wskazania badanych modeli czujników są najbardziej dokładne dla częstotliwości sygnału pomiarowego nieprzekraczających 15 khz. 7. Czujnik 2 posiada stabilne właściwości dla szerokiego zakresu częstotliwości. 8. Czujnik 1 posiada zalety czujnika 2 w szerokim zakresie częstotliwości sygnału zasilającego przy mniejszej dokładności, lecz ma znacznie większy rozrzut wyników pomiarowych. Literatura [1] Lewińska-Romicka A., Pomiary grubości powłok, Biuro Gamma, Warszawa [2] Bronkiewicz A., Ptak P., Wybrane aspekty metrologiczne metody pomiaru grubości warstw wierzchnich na podłożach ferromagnetycznych. Materiały V Krajowej Konferencji PES-5 Postępy w Elektrotechnice Stosowanej, Zakopane-Kościelisko czerwca 2005, s [3] Łapiński M., Pomiary elektryczne i elektroniczne wielkości nieelektrycznych, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa [4] Janiczek R., Elektryczne miernictwo przemysłowe, Wydawnictwa Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2006.

204 204 P. Ptak [5] Prauzner T., Ptak P., Analiza parametrów pracy wybranych czujników pola magnetycznego, Przegląd Elektrotechniczny, R. 90, nr 12/2014, s , ISSN [6] Ptak P., Prauzner T., Badania czujników detekcji zagrożeń w systemach alarmowych, Przegląd Elektrotechniczny, 2013, nr 10, s , ISSN [7] Prauzner T., Zakłócenia elektromagnetyczne w elektronicznych systemach alarmowych, Przegląd Elektrotechniczny, 2012, s , ISSN [8] Ptak P., Borowik L., Dobór częstotliwości i rodzaju sygnału czujnika indukcyjnego na potrzeby pomiaru grubości wielowarstwowych powłok ochronnych, Przegląd Elektrotechniczny, 2012, nr 12b, s , ISSN [9] Noga H., Metody socjometryczne w edukacji techniczno-informatycznej, Trendy ve vzděláváni 2009, Informaćni technologie a technické vzděláváni, Olomouc 2009, s ISBN [10] Depesova J., Vargova M., Noga H., Edukacja techniczno-informatyczna w opinii nauczycieli, Uniwersytet Pedagogiczny, Kraków 2008, s [11] Noga H., Sociometric methods in technological and information technology education. Trends in Education. Olomouc 2009, Information technologies and technical education, Vol. 1, p [12] Noga H., Kowalska A., Kowalski P., Sobczyk W., Sobczyk E.J., Logistyka transportu strategicznych surowców do przedsiębiorstwa studium przypadku (Transport logistics of strategic raw materials to the company a case study), Logistyka, nr 4/2015, dod. CD nr 3, [13] Noga H., Piaskowska-Silarska M., Depešová J., Pytel K., Migo P., Neuro didactic perspective of creative attitude towards education in the third millennium examination of individual cases, p [14] Noga H. Piaskowska-Silarska M., Depešová J., Pytel K., Migo P., Examination of the theta index during solving IT issues, p [15] Noga H., Piaskowska-Silarska M., Depešová J., Pytel K., Migo P., The Use of Filtration Theory for Performance Optimization of Volume, Applied Mechanics and Materials, No. 3/2015, p

205 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Paweł Ptak Politechnika Częstochowska al. Armii Krajowej 17, Częstochowa p.ptak@o2.pl ZASTOSOWANIE SYSTEMU KOMPUTEROWEGO PRZY PROJEKTOWANIU I SYMULACJI PRAC UKŁADÓW POMIAROWYCH Streszczenie. W artykule opisano wykorzystanie środowiska programowegoo DasyLab do projektowania i symulacji systemu pomiarowego. Na przykładzie wybranej aplikacji opisano poszczególne etapy projektowania systemu pomiarowego, który wykonano w ramach zajęć dydaktycznych z projektowania systemów pomiarowych. Słowa kluczowe: projekt i symulacja, system pomiarowy. APPLICATION OF COMPUTER SYSTEM DESIGN AND SIMULATION OF MEASUREMENT SYSTEMS Abstract: Paper describes use of DasyLab programming environment for design and simulation of measurement system. For example, selected application shows various stag- Keywords: design and simulation, measuring es of designing a measuring system made in teaching of design measurement systems. system. Wstęp Jedną z podstawowych wielkości fizycznych jest temperatura. Zapodziedzinie trzebowanie na pomiary temperatury istnieje praktycznie w każdej życia. Nieprawidłowaa temperatura wpływa ujemnie na funkcjonowanie wielu urządzeń i maszyn. Pomiary temperatury są jednym z elementów automatycznych układów regulacji. Kontroli podlega nie tylko jej wartość, ale także to, czy temperatura wzrasta lub maleje. Zwiększanie się temperatury może być

206 206 P. Ptak objawem przegrzewania się urządzenia w trakcie pracy, jej zmniejszanie się może zaś być objawem nieprawidłowego chłodzenia lub awarii. W miejscu przebywania i pracy ludzi wymagane są określone warunki klimatyczne i środowiskowe. Zbyt niska lub zbyt wysoka temperatura może być przyczyną chorób, zmęczenia, co prowadzi do obniżenia wydajności pracy. W technice istnieje zapotrzebowanie na pomiary temperatury za pomocą metod elektrycznych, ponieważ pomiary analogowym termometrem nie zawsze są możliwe i wymagają udziału człowieka w odczytywaniu wyniku na skali termometru. Prowadzi to często do błędów z powodu niewłaściwego odczytu przez człowieka lub nieprawidłowego zapisu wyniku pomiaru. Taka metoda jest czasochłonna, co zmniejsza precyzję i dokładność pomiarów jednocześnie w wielu miejscach badanego obiektu. Stosując metody nieelektryczne, mamy możliwość zastosowania wielu przyrządów i czujników o różnej zasadzie działania i dokładności. Do pomiarów bezstykowych stosowany jest zwykle pirometr, natomiast jako czujniki pomiarowe możemy wykorzystać popularne czujniki rezystancyjne, termoelektryczne, półprzewodnikowe. Zastosowanie komputera wraz z kartą pomiarową do bezpośredniego pomiaru sygnału z czujnika temperatury, a następnie dalszej obróbki i sterowania automatycznego szeregiem urządzeń, umożliwia prawidłową i bezawaryjna pracę, która często jest uzależniona od utrzymania temperatury we właściwych normach i granicach tolerancji. Aktualną generację aparatury pomiarowej stanowią przyrządy wirtualne. Zbudowane są one z komputera ogólnego przeznaczenia, wraz z oprogramowaniem oraz czujników pomiarowych nowej generacji, takich jak karty pomiarowe [1]. Zbudowanie takiego systemu pomiarowego umożliwia pracę automatyczną bez kontroli człowieka; system automatycznie gromadzi dane pomiarowe, analizuje wyniki i steruje odpowiednimi urządzeniami [2, 3]. Projekt systemu pomiarowego Środowisko programowe DasyLab jest zaawansowanym pakietem oprogramowania służącym akwizycji danych pomiarowych oraz jest przeznaczone do budowania wirtualnego systemu pomiarowego i jego symulacji. DasyLab jest oprogramowaniem intuicyjnym, pozwalającym w łatwy sposób zbudować stosunkowo skomplikowaną aplikację pomiarową [4, 5, 6]. Użytkownik tworzy tutaj aplikacje poprzez umieszczenie na ekranie odpowiednich modułów. Moduły te następnie łączone są ze sobą i tworzą odpowiedni przepływ danych i sygnałów pomiarowych [7, 8]. Ze względu na prostotę i stosunkowo duże możliwości, oprogramowanie DasyLab bardzo dobrze sprawdza się w zastosowaniach dydaktycznych. Można bez skomplikowanej aparatury zaprojektować i zbudować wirtualny system

207 Zastosowanie systemu komputerowego 207 pomiarowy, dysponując komputerem typu PC [9, 10]. Wykonany w trakcie zajęć dydaktycznych model można wykorzystać także w praktyce, rozbudowując go o moduł akwizycji danych sygnałów wraz z kartą pomiarową. Przedstawiony w dalszej części artykułu projekt systemu pomiarowego został wykonany w ramach zajęć dydaktycznych z projektowania systemów pomiarowych. Celem zbudowanego modelu systemu pomiarowego był pomiar temperatury w obiekcie przemysłowym, na potrzeby regulacji warunków środowiskowych [11]. Na początku projektu utworzono proste połączenie modułu akwizycji danych pomiarowych i modułu wyświetlacza, co przedstawiono na rysunku 1. Następnie, aby dopasować sygnał do dalszego przetwarzania, zastosowano kilkukanałowy pomiar danych wraz z modułem matematycznym oraz modułem filtrującym do eliminacji zakłóceń sygnału pomiarowego. Filtrowanie sygnału zastosowano poniżej i powyżej wartości, w zakresie których pracuje czujnik pomiarowy. Rozbudowany układ przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Układ pomiarowy z wbudowanym filtrowaniem zakłóceń Większość parametrów układu pomiarowego można regulować bezpośrednio w programie, za pomocą suwaków i rozwijanych menu w oknach regulacji poszczególnych modułów programowych. Na rysunku 2 pokazano system pomiarowy rozbudowany o możliwość skalowania i wyświetlania wyników pomiarowych w postaci graficznej, łatwiejszej do interpretacji i analizy.

208 208 P. Ptak Rys. 2. Rozbudowany system pomiarowy z funkcją skalowania i wyświetlania danych pomiarowych Kolejny etap budowy systemu pomiarowego przedstawiono na rysunku 3. Do zaprojektowanego układu dodano moduł listy, który umożliwia zapisywanie wyników pomiarów z poszczególnych czujników pomiarowych w postaci tabeli. Rys. 3. Układ pomiarowy uzupełniony o moduł zapisu danych do listy Dzięki temu wyniki z poszczególnych czujników można obserwować pod kątem tego, czy w trakcie pomiarów nie wystąpiły jakieś czynniki zakłócające. Zapisane wyniki pomiarów można dowolnie kopiować do innych programów w celu obróbki danych lub dalszej analizy. W układzie na rysunku 4 dodano moduł Stop. Służy on do zatrzymania pomiarów po ściśle określonym czasie, lub można także zaprogramować zatrzy-

209 Zastosowanie systemu komputerowego 209 manie pomiarów po przekroczeniu ustawionej wartości maksymalnej wielkości mierzonej. Ma to na celu ochronę czujników przed przegrzaniem lub uszkodzeniem przy pomiarach temperatury o zbyt dużej wartości lub zbyt długim czasie trwania, co może powodować przegrzewanie się układu pomiarowego. Rys. 4. Układ pomiarowy z wbudowanym modułem Stop do kontroli czasu trwania pomiarów Następnym krokiem było wstawienie do projektowanego systemu pomiarowego modułu zapisu do pliku. Wszystkie dane pomiarowe zapisywane są w osobnym folderze, w plikach z danymi, w których gromadzone są dane pomiarowe przeznaczone do dalszego przetwarzania lub analizy w programach zewnętrznych. Pozwala to między innymi na zautomatyzowanie procesu pomiarowego, bez konieczności bezpośredniego udziału człowieka i obserwacji danych pomiarowych. Rys. 5. Układ pomiarowy z możliwością zapisu danych do pliku

210 210 P. Ptak Finalną wersję systemu pomiarowego pokazano na rysunku 6. Obrazuje on kompletną symulację, gdzie po dołączeniu karty pomiarowej i czujników pomiarowych można zastosować taki układ w praktyce na stanowisku badawczym lub pomiarowym nie tylko w laboratorium na zajęciach dydaktycznych [11]. Czujniki pomiarowe zazwyczaj dają na wyjściu sygnał napięciowy, co umożliwia dość łatwe ich zastosowanie i dopasowanie do zaprojektowanej symulacji systemu pomiarowego. W układzie tym dodano moduł statystyczny, który umożliwia wyznaczenie wartości średnich, wartości minimalnej i maksymalnej oraz RMS na podstawie mierzonych wielkości przy pomocy czujników pomiarowych. Wartości statystyczne wyznaczone na podstawie sygnałów pomiarowych można zapisywać do pliku w celu dalszej obróbki lub analizy dzięki dołączeniu do projektowanego układu pomiarowego modułu zapisu danych do pliku. Rys. 6. Finalna wersja systemu pomiarowego zaprojektowanego w środowisku DasyLab W dydaktyce nauczania przedmiotów technicznych symulacja jest narzędziem bardzo często wykorzystywanym. Można ją zastosować wszędzie tam, gdzie trudno byłoby wykonać pomiary w rzeczywistym środowisku pomiarowym lub zależy nam na tym, aby szybko sprawdzić i zweryfikować różne koncepcje systemu pomiarowego. Może to być także część zadania laboratoryjnego dla studentów, gdzie stworzona symulacja jest potem weryfikowana w trakcie rzeczywistych pomiarów na stanowisku do pomiarów laboratoryjnych. Symulacja może być także stosowana do oceny i weryfikacji skuteczności tej metody nauczania na uczelni technicznej [12].

211 Zastosowanie systemu komputerowego 211 Wnioski Wykorzystanie środowiska programowego DasyLab pozwala na stworzenie projektu i symulacji systemu pomiarowego w ramach zajęć dydaktycznych bez skomplikowanej i kosztownej aparatury. Opisany projekt można łatwo dopasować do zastosowań praktycznych, dołączając do komputera PC kartę pomiarową. Wykonana symulacja pozwala na sprawdzenie działania zaprojektowanego układu pomiarowego oraz jego łatwą modyfikację w zależności od potrzeb w prosty sposób na poziomie środowiska programowego DasyLab bez konieczności zmian w układzie sprzętowym. Stworzony system pomiarowy umożliwia dokonywanie zmian nie tylko w trakcie zajęć dydaktycznych w laboratorium, ale również poza uczelnią, dzięki środowisku programowemu, w którym można łatwo realizować wiele różnorodnych i skomplikowanych funkcji pomiarowych. Literatura [1] Ptak P., Prauzner T., Wirtualne systemy pomiarowe na przykładzie układu do pomiaru grubości warstw wierzchnich. Nowe technologie w służbie społeczeństwu, Wydawnictwo Digicorp s.c. Beata Vogt, Piotr Vogt, Słomniki 2011, s [2] Sidor T., Elektroniczne przetworniki pomiarowe. Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne, Kraków [3] Michalski L., Eckersdorf K., Termometria przyrządy i metody. Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź [4] Winiecki W., Nowak J., Graficzne zintegrowane środowiska programowe, Warszawa [5] Ptak P., Prauzner T., Wykorzystanie pakietu DasyLab w nauczaniu podstaw elektroniki, Edukacja. Studia, Badania, Innowacje, nr 2/2010, s [6] Prauzner T., Zastosowanie programów symulacyjnych w nauczaniu przedmiotów technicznych, Prace Naukowe AJD, Edukacja Techniczna i Informatyczna, Częstochowa 2006, s ISBN , ISSN [7] Prauzner T., Ptak P., Rola i miejsce multimedialnych pomocy naukowych w edukacji technicznej, Edukacja Technika Informatyka, Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów, 2010, s , ISSN ISBN

212 212 P. Ptak [8] Ptak P., Metodyka analizy sygnałów w pomiarach grubości warstw wierzchnich, Śląskie Wiadomości Elektryczne, R.18, nr 4(97), 2011, s , ISSN [9] Zloto T., Ptak P., Prauzner T., Analysis of signals from inductive sensors by means of the DasyLab software, Annales UMCS Informatica, 2012, p ISSN , DOI: [10] Ptak P., Prauzner T., Zastosowanie programów komputerowych w dydaktyce przedmiotów technicznych, Journal of Technology and Information Education, nr 1/2011, s , ISSN X (print), ISSN (on-line). [11] Ptak P., Projektowanie i symulacja systemu pomiarowego do pomiaru temperatury. Edukacja Technika Informatyka. Wybrane problemy edukacji informatycznej i informacyjnej, Wydawnictwo Oświatowe FO- SZE, Rzeszów 2013, s [12] Noga H., Metody socjometryczne w edukacji techniczno-informatycznej, Trendy ve vzděláváni 2009, Informaćni technologie a technické vzděláváni, Olomouc 2009, s ISBN

213 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Andrzej Roman Akademia im. Jana Długosza al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa a.roman@ajd.czest.pl WPŁYW ZJAWISKA WYPIERANIA PRĄDU NA STRATY WYWOŁANE PRZEZ PRĄDY WIROWE W MODELU DOMENOWYM SKŁADAJĄCYM SIĘ ZE SKOŃCZONEJ LICZBY DOMEN Streszczenie. W pracy określono straty wywołane przez prądy wirowe w wielodome- wielo- nowym modelu blachy elektrotechnicznej o skończonej długości. Wykorzystując domenowy model Pry'ego, Beana [1] oraz rozwiązania uzyskane przez Younga, Bhate, Swifta [2], określono, stosując metodę kolejnych reakcji prądów wirowych, wpływ zjawiska wypierania prądu na straty wywołane przez prądy wirowe. Rozwiązanie uzy- skane przez Younga, Bhate, Swifta [2] zostało określone przy rozwiązaniu równania Laplace'a. Obliczona pierwsza składowa reakcji prądów wirowych pozwala określić wpływ zjawiska wypierania prądu na straty wywołane przez prądy wirowe. Słowa kluczowe: anizotropowe materiały magnetyczne, straty z prądów wirowych, model domenowy, wypieranie prądu. THE INFLUENCE OF THE SKIN EFFECT ON EDDY CURRENTS LOSSES IN FINITE WIDTH SHEET Abstract. The work deals with calculating eddy current losses in anisotropic magnetic materials in finite width sheet. Pry, Bean multidomain wall model of electrical sheet was taken for calculation [1]. Young, Bhate, Swift [2] examined similar model and defined eddy current losses for an electrical sheet consisting of an arbitrary finite num- method ber domain solving the Laplace's equation. The influence of the skin effect on eddy current losses was determined using successive reactions of the eddy current losses. Keywords: anisotropic magnetic materials, eddy current losses, domain model, skin effect.

214 214 A. Roman Wstęp Teorię strat wywołanych przez prądy wirowe, w których uwzględniono strukturę domenową materiału magnetycznego, przedstawiono w pracach [1, 2, 3, 4, 5]. Wiliams, Shockley i Kittel zaproponowali, aby straty te analizować na podstawie ruchu pojedynczej ściany domenowej. Jednak najczęściej stosowanym modelem domenowym jest model Pry'ego, Beana [1]. W modelu tym domeny przedzielone są 180º ścianami Blocha, równoległymi do kierunku walcowania i przechodzącymi przez całą grubość blachy. W pracy Younga, Bhate, Swifta [2] obliczono straty wywołane w modelu wielodomenowym o skończonej długości, rozwiązując równanie Laplace'a. Stosując metodę kolejnych reakcji prądów wirowych i wykorzystując rozwiązanie podane przez Younga, Bhate, Swifta [2], określono wpływ zjawiska wypierania prądu na straty wywołane przez prądy wirowe. Założenia Straty z prądów wirowych w modelu wielodomenowym anizotropowej blachy elektrotechnicznej określono przy założeniu, że płaskie ściany Blocha rozdzielają domeny antyrównoległe (rys. 1). Rys. 1. Przekrój modelu domenowego anizotropowej blachy elektrotechnicznej [3] Szerokość domeny wynosi 2a, natomiast grubość blachy d=2c, a położenie ściany domenowej x 0. W modelu rozpatrywanym przez Younga, Bhate, Swifta [2] założono, że blacha ma skończoną długość, równą W równą W=(N 1) 2a, położenie i-tej ściany domenowej opisane jest równaniem:

215 Wpływ zjawiska wypierania 215 i x = ( 2i 1) a + ( 1) ( B / B ) a cos ωt (1) i a prędkość ruchu i-tej ściany domenowej zależnością: m s v = ωa( B / B ) sin ωt (2) i m s gdzie : B m amplituda indukcji, B s indukcja nasycenia, ω pulsacja. Warunki brzegowe dla modelu Younga, Bhate, Swifta [2] o skończonej długości miały postać: j x = 0 dla x=0 i x=w (3) j y = 0 dla y=c i y=-c (4) j xi = j xi+1 dla xi x = (5) j yi j = 2 yi+ 1 vibm / Bsγ dla x = xi (6) gdzie: γ przewodność właściwa. Natężenie pola H 0 podane przez Younga, Bhate, Swifta [2] określone jest zależnością: H N 1 0 = i= 1 m ( A cosh x + B sinh λ x) cos λ y. mi λ (7) m gdzie stałe występujące w tej zależności opisane są zależnościami: A mi λ mi A = mi+ 1 Cm sin ωt sinh mxi (8) m m B mi B + C sin ωt cosh λ x (9) mi 1 = m m 16Bmσω2Lc mπ Cm = sin 2 2 m π 2 (10) mπ λ m = 2c (11) i

216 216 A. Roman Metoda kolejnych reakcji prądów wirowych Stosując znaną w literaturze [3, 4, 5] metodę kolejnych reakcji prądów wirowych, pole H można przedstawić w postaci: H H + H +... H... (12) = 0 1 m + przy czym składowa H 0 spełnia równanie Laplace'a, podczas gdy kolejne składowe spełniają równanie 2 H m H m+ 1 = µ 0 γ (13) t które przy danym H ma postać równania Poissona. Łatwo sprawdzić, że wyznaczone w ten sposób pole H spełnia równanie przewodnictwa, które opisuje wpływ zjawiska wypierania prądu. Określenie wpływu zjawiska wypierania prądu na straty wywołane przez prądy wirowe Wartość natężenia pola H 0 określoną przez Younga, Bhate, Swifta [2] podstawiono do równania (13), otrzymując równanie: H x H + y H 0 = µµ 0γ. (14) t Posługując się metodą rozdzielenia zmiennych, określono natężenie pola H 1. Natężenie pola, uwzględniające pierwszą składową reakcji prądów wirowych, określone jest wzorem: f m m= 1,3.. H 1 = ( x) cos λ m y (15) Uwzględniając warunki brzegowe, określono natężenie pola w poszczególnych domenach. Całkowite natężenie pola jest równe sumie natężeń pól w poszczególnych domenach:

217 Wpływ zjawiska wypierania 217 H, ` Ami Bmi x sinh λm x + 2λm 2λm C ` Bmi + sinh λm x 4 λm λmx λmx + K ie + Lie N 1 01 m = i= 1 m 2 ` Ami 2 4λ m cosh λm x + cos λm y. (16) gdzie: A ' mi, A' mi+ 1, B' mi, B' i+ 1 pochodne stałych A mi, Ami + 1, Bmi, Bi+ 1 A' B' mi mi i 2 ( 1) x λ sin ωt cosh λ x ] A' mi+ 1 = Cmω[cos ωt sinh λmxi + m m i (17) i 2 ( 1) x λ sin ωt sinh λ x ] B' mi+ 1 = Cmω[cos ωt cosh λmxi + m m i (18) Uwzględniając warunki brzegowe, określono współczynniki: A' A' i 1 mr = Cmω r = 1 N 1 mn = Cmω r= 1 [cos ωt sinh λ x + m [cos ωt sinh λ x + m i i i 2 ( 1) x λ sin ωt cosh λ x ] m i 2 ( 1) x λ sin ωt cosh λ x ] m m m i i (19) (20) B' mr N = B' mn C mω r = 1 i [cos ωt cosh λ x m i + i 2 ( 1) x λ sin ωt sinh λ x ] m m i K L i i = K = L ' ' 2λxr ' ' 2λxr {( A A )( 2λ x e ) + ( B B )( λx e )} i mr mr + 1 r mr mr+ 1 2 r + r= 1 ' ' 2λxr ' ' 2λxr {( A A )( 2λ x + e ) + ( B B ')( λx e )} i mr mr+ 1 r mr mr r r= 1 (21) (22)

218 218 A. Roman L = K 1 e 2λ 1 1 W 1 ' λw 2λW N 1 ' ' 2λxr A ( + 1)( 2 ) mn 4λW e e Amr Amr λxr e + λw 2λW ' ' 2λx sinh λw e e 1 r r= 1 ( Bmr Bmr+ 1)( 2λxr + e ) N 1 ' ' 2λxr ' ' 2λxr { ( Amr Amr + 1)( 2λxr + e ) + ( Bmr Bmr+ 1) ( e 2λxr )} = B' r= 1 mn + + (23) = A' coth λ W (24) mn m Straty z prądów wirowych określone są wzorem: = P j dv = grad γ γ HdV (25) Średnia wartość strat dla jednej domeny po przekształceniach określona jest zależnością: 1 P = T T 0 1 Pdt = T T 0 S H H n H 0 ds µ 0γ H1 dv dt (26) t Straty całkowite są sumą strat we wszystkich N 1 domenach P śrn 1 = T H H = 0 H ds µ 0γ H1 dvi dt (27) 1 n t i T N 1 0 i S V Po przekształceniach i uwzględnieniu warunków brzegowych otrzymano: P śrn = N 1 c i= 1 c H i ( j j ) yi N 1 c yi+ 1 dy = 2B = sv0 Hi dy x x x= x (28) i i i= 1 c Wnioski W pracy określono wpływ zjawiska wypierania prądu na straty wywołane przez prądy wirowe, wykorzystując model Younga, Bhate, Swifta [2] i obliczoną wartość strat wywołanych przez prądy wirowe (rozwiązanie równania Laplace'a). Wykorzystując metodę kolejnych reakcji prądów wirowych, okreś-

219 Wpływ zjawiska wypierania 219 lono wartość strat wywołanych przez prądy wirowe uwzględniającą wpływ zjawiska wypierania prądu dla blachy anizotropowej posiadającej skończoną liczbę domen. Dzięki przekształceniom zależności określającej straty z prądów wirowych otrzymano straty z prądów wirowych uzależnione tylko od natężenia pola H na i-tej ścianie. Uproszczenie to było możliwe dzięki zastosowaniu zależności teorii pola oraz wykorzystaniu warunków brzegowych. Otrzymana zależność pozwala także określić wpływ zjawisk krawędziowych. W przypadku gdy przyrost strat przekracza 10% strat liczonych bez uwzględnienia zjawiska wypierania prądu, należy uwzględnić drugą składową prądów wirowych, której wpływ będzie wówczas zauważalny. Literatura [1] Pry R.H., Bean C.P., Calculation of the energy loss in magnetic sheet materials using a domain model. Journal of Applied Physics 1958, Vol. 29, p , DOI: [2] Young F.J., Bhate S.K., Swift W.M., Theory of eddy current losses in finite width sheet exhibiting simple bar-like domain structure. IEEE Transactions on Magnetics 1974, Vol. MAG-9, No. 3, p , DOI: [3] Roman A., The influence of the skin effect on eddy current losses in the plane for single and multidomain wall models, IEEE Transactions on Magnetics 1984, Vol. MAG-20, No. 6, p , DOI: [4] Roman A., The influence of skin effect on eddy current losses induced by Barkhausen jumps for the single domain wall model, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 1988, Vol. 74, p , DOI: [5] Roman A., Pole elektromagnetyczne w materiałach magnetycznie miękkich o uporządkowanej strukturze domenowej, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, seria Monografie 36, 1996.

220

221 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Mikhail Selianinau 1, Rafael Ismailau 2 1 Akademia im. Jana Długosza al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa 2 Białoruski Uniwersytet Państwowy al. Niepodległości, 4, Mińsk, Białoruś ismailau.rr@gmail.com DETERMINATION OF THE DIRECTIONAL FIELD OF FINGERPRINTS PAPILLARY LINES IN AUTOMATED BIOMETRIC IDENTIFICATION SYSTEMS Abstract. This paper presents a new method, based on the gradient characteristics anal- the ysis, to estimate the directional field of fingerprints. The method computes smoothed orientation image of papillary lines. Its main component consists in the analymodule in sis of the local histogram of the directions taking into account the gradient a square neighborhood which size is commensurable with the average inter-ridgeimage. Experimental verification of this method for fingerprints dis- tance on the fingerprint of different quality showed that it yields better results in comparison with the known methods based on the analysis of gray-scale levels along the selected directions. Keywords: biometric identification, fingerprints, papillary lines, ridges, gradient field, directional field. WYZNACZANIE POLA KIERUNKÓW LINII PAPILARNYCH ODCISKÓW PALCÓW W AUTOMATYCZNYCH SYSTEMACH IDENTYFIKACJI BIOMETRYCZNEJ Streszczenie. W pracy przedstawiono nową metodę opartą na analizie cech gradientu, aby wyznaczyć pole kierunków odcisków palców. Metoda ta oblicza wygładzony obraz orientacji linii papilarnych. Jej głównym elementem jest analiza lokalnego histogramu kierunków, biorąc pod uwagę moduł gradientu w kwadratowym obszarze, którego roz- odcisku miar jest współmierny ze średnią odległością między grzbietami na obrazie palca. Weryfikacja doświadczalna tej metody dla odcisków palców różnej jakości wy-

222 222 M. Selianinau, R. Ismailau kazała, że uzyskuje się lepsze wyniki w porównaniu ze znanymi metodami opartymi na analizie poziomów szarości wzdłuż wybranych kierunków. Słowa kluczowe: identyfikacja biometryczna, odciski palców, linie papilarne, grzbiety, pole gradientu, pole kierunków. Introduction The systems based on the unique person characteristics unchanged during human life (fingerprints, retina, iris, etc.) hold a central position in systems of personal identification. Biometric data cannot easily be changed, forged, duplicated unlike the traditional systems that are based on knowledge (password, PIN) or possession (keys). Hence, biometric data provide a higher level of safety, security, convenience and productivity. In the last few years, the method of identification of an individual based on biometric characteristics contained in fingerprints has found new spheres of application. The means of fingerprints identification are successfully used not only by criminalistics experts but also for the organization of a reliable control of access to material values, information, forbidden zones and rooms, secret facilities, protection of computers and computer networks, bank transactions, verification of persons in the social welfare bodies, monitoring of prisoners, etc. The complex solution of a wide spectrum of problems arising when developing fingerprint processing techniques demands special methodological, algorithmic and software means. It is necessary within these means to take optimally into account the specific character and features of space-topological structure and geometry of the papillary lines of fingerprints [1, 3, 7, 8]. The method of formation of the directional field of papillary lines proposed in the present article is based on the analysis of gradient characteristics of input fingerprints. Experimental verification of this method for different quality of fingerprints showed that it yields better results in comparison with the known methods based on the analysis of grayscale levels along the selected directions. Preliminary stage of fingerprint direction field estimation Let us consider the input fingerprint image ={ (, )} (, ), where (, ) {0,1,,2 1}, ={0,1,, 1}, ={0,1,, 1}; b is the bitmap depth; M and N are the dimension parameters of image. The index increases from the top to the bottom (an image line), the index increases from the left to the right (an image column). The most simple and natural method of determining a local orientation of fingerprint papillary lines is based on calculation of the gradient at image

223 Determination of the directional 223 points. If we have a continuous scalar function, the gradient vector specifies the direction in which the derivative of this function is maximal, and it is equal to the gradient module. Processing the digital fingerprint images, we have a discrete function (, ), i.e. the changing value is brightness at the image points. The angle determining the orientation of a papillary line is orthogonal to the direction of the gradient. Therefore, having calculated the gradient at each specific point of the image, it is possible to calculate also the local directions of papillary lines. Approximation of partial derivatives by the corresponding differential ratios is used for calculation of the gradient [2]. Let us consider some point (, ) in the fingerprint image. The local orientation at this point is the angle (, ) which a papillary line extending in the neighborhood of the point forms with a horizontal axis. The matrix ={ (, )} (, ), where (, ) [0, ), will be understood as a directional field. It is assumed that the angles are counted from the abscissa axis in the counterclockwise direction. The problem of constructing the pointwise direction field can be formulated as a problem of converting the input fingerprint image ={ (, )} (, ) into the two-dimensional discrete function ={ (, )} (, ) possessing the values from the set of possible directions [0, π). The pointwise fields Φ={ (, )} (, ) and ={ (, )} (, ) constitute the basis of the proposed method of creating a fingerprint direction field, where (, ) and (, ) represent the gradient direction and the gradient module at the image point (, ), respectively: (, )=arctg, (, )= ( + ); = (, +1) (, 1), = ( +1, ) ( 1, ). The classical Previtt and Sobel operators [2, 6] can also be used for local noise reduction when determining partial derivatives of grayscale function (, ). Since the direction of a papillary line is orthogonal to the gradient direction, then (, )=( (, )+ )+ (, )+, where ( ) is the sign function of the form 0,if 0, ( )= 1,if <0.

224 224 M. Selianinau, R. Ismailau Further, on the basis of the pointwise directional field ={ (, )} (, ), the converted directional field ={ (, )} (, ) is formed in order to reduce the information redundancy and speed up the fingerprint processing. For representation of directions (, ) {0,1, 1} we use identical intervals at a range of angles [0; π), the value π/ν is the selected sampling step. Thus, (, )= (, ) ; the integer part of a real number x is designated by x. If the direction (, ) at a point (, ) is undefined ( (, )=0) or the gradient module is less than some selected threshold ( (, )< ), then in this case the direction (, ) is equal to ν. Fingerprint direction field estimation An approach, in which a fingerprint image is divided into segments of the set size and the direction of papillary lines is calculated blockwise, is used in most of fingerprint processing methods. A choice of the segment size is guided by considerations of high-speed performance, a volume of the received information, as well as by accuracy of the image description. The first stage of creation of a segmented directional field consists in allocation of informative part of fingerprints. The known approaches to implementation of this step are based on the fact that in informative part of a fingerprint there is an oriented pattern while the image background has isotropic character [1, 3, 8, 10]. Thus, a key element of procedure of forming a directional field of papillary lines is segmentation of fingerprint image ={ (, )} (, ) into non-overlapping square blocks with the side length of > 1 points, where = /, = / ; the least integer no less than a real number x is designated by. The pointwise directional field ={ (, )} (, ) formed at a preliminary stage is the basis for the formation a segmented directional field ={ (, )} (, ). For more precise determining the direction of the papillary ridges at a segment it is necessary to analyze the local pointwise directions (, ) in the area slightly larger than the segment itself. The size of this area has to be selected according to the average inter-ridges distance on the fingerprint image. A square aperture, ; h h having the side length of h > points and the centerpoint (, ), which is the central point of the corresponding

225 Determination of the directional 225 segment (, ), is used to form an array ; (, ; h h)={, h 2 h 2, h 2 h 2 }. At first, a histogram ( (, )) of the local directions is formed taking into account the gradient value (, ) ( (, )) = ξ(, ) (, ),(, ) (, ; h h ), (, ) where (, ) {0,1} is a two-digit sign possessing the unit value if the direction at a point (, ) matches up with (, ). The estimated direction (, ) is determined by the maximum sum of values of the weighed histogram ( (, )) in the (2 +1) adjacent samples, in this case the analyzed direction corresponds to the central sample, {1,2,, ν 8 }. Thus, the direction (, )= {0, 1,, ν 1} for which the sum = ( ) has a maximum value is appropriated to the selected segment; the smallest nonnegative residue modulo p is designated by. When calculating the sum of the histogram values, a modulo operation is required because the index δ {0,1,,ν 1} is looped, i.e. the direction δ < 0 is identical to the direction ν+(δ ) and the direction (δ + ) > ν is identical to the direction (δ + ) ν. Accounting of the gradient value (, ) allows us to exclude the impact of those points of a fingerprint image which do not belong to the boundaries of the papillary ridges and do not contain reliable information about the direction of a lines flow in the considered neighborhood. The average thickness of the papillary line in the fingerprint image is approximately from 3 to 15 points at the typical resolution of 500 dpi. Therefore, at least one ridge will be located in a square aperture with a side length of h = 15 points. This allows us to reliably determine the direction of the papillary lines on the segment under consideration. The accuracy of detecting the direction of ridge flow has a decisive impact on the key qualitative characteristics of the further fingerprint processing [1, 3, 8, 9]. The advantage of this method consists in its flexibility. It is possible to vary both the size of the considered area and the number of the selected directions. This allows us to achieve the greatest accuracy.

226 226 M. Selianinau, R. Ismailau Fingerprint direction field optimization After formation of the directional field ={ (, )} (, ) there arises a problem of elimination of the inaccuracies that have appeared at the stage of its estimation. The necessary result is attained by smoothing the directional field. This approach is based on the fact that the fingerprint ridges are continuous curves. It is required to make correction of the directional field so that the direction at the segment under consideration was similar to the directions of neighboring segments. The correction procedure of the direction field belongs to a class of the so-called relaxation procedures and significantly reduces the impact of wrongly detected directions caused by skin defects on initial fingerprint image [1, 3-5, 8]. Let us consider how the recursive correction of the directions field ={ (, )} (, ) is executed. The direction in each segment is replaced with the value computed taking into account the directions of neighboring segments in the square aperture (, ; 5 5). For this purpose the matrix of weighting coefficient ={ (, )} (, ) is formed, where (, )= (h, h ), (h, h )= (, ) ( +h, + h ) ; the absolutely least residue of an integer number modulo p is designated as ; the approximate value of a real number y is designated as ] [ and is formed by the rule,if < +0,5; ] [=,if +0,5. The difference (h, h ) is understood as the minimum angle between the respective directions. The obtained values of weighting coefficients are averaged taking into account the neighboring elements in the aperture (, ; 3 3): (, )= 1 9 ( +h, +h ).

227 Determination of the directional 227 Correction of the direction (, ) in the segment (, ) consists in the calculation of the new direction (, )= (, )+ (, ). The direction correction (, ) is calculated by the formula (, )= ( +h, + h ) (h, h ) ( +h, + h ). Here, the difference (h, h )= (, ) ( +h, + h ), where the direction (, ) is the direction for which the sum of squared differences between the considered direction and the directions in the neighboring segments taking into account corresponding weighting coefficient, i.e. ( +h, + h ) (h, h ), has a minimum value. The optimization of the directional field is repeated iteratively and is finished if there is no more correction of the direction in any segment. Due to the high speed of process convergence the required number of iterations does not exceed 3 5. The received directional field ={ (, )} (, ) represents the smoothed fingerprint orientation image. The figure below shows a fingerprint (a), an estimated directional field (b) and a smoothed directional field (c). (a) Fingerprint (b) Directional field (c) Smoothed directional field

228 228 M. Selianinau, R. Ismailau Conclusion In this paper a new method of forming the fingerprint directional field is proposed. Its main component consists in the analysis of the local histogram of the pointwise directions taking into account the gradient module in a square neighborhood which size is commensurable with the average inter-ridges distance on the fingerprint image. The developed method showed the high efficiency and passed detailed approbation in the automated dactyloscopic identification systems using the large-volume fingerprint databases as well as the fingerprints received by the real-time optical scanner with resolution of 500 dpi. Literature [1] Chernyavsky Y.A., and other, Biometric identification technology. Methods and Algorithms, Academy of Management of President of Republic of Belarus, Minsk 2011 (in Russian). [2] Gonzalez R.C., Woods R.E., Digital image processing. 2nd edition, Prentice Hall [3] Kolyada N.A., and other, Methods of the classification express analysis of dactyloscopic images for verification systems, Electronica Info, 2003, No. 4, p (in Russian). [4] Kolyada A., Revinski V., Tikhonenko M., Direction field of fingerprint image and its optimization with the help of relaxation procedures, 16 Annales Academiae Pedagogicae Cracoviensis. Studia Mathematica III, Wydawnictwo Naukowe Akademii Pedagogicznej, Kraków 2003, p [5] Korzyuk V.I., and other, Gradient-relaxation technique of formation of a directional field for dactyloscopic images, Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Series of Physical and Mathematical Sciences, 2000, No. 1, p (in Russian). [6] Malina W., Smiatacz M., Metody cyfrowego przetwarzania obrazów, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa [7] Maltoni D., and other, Handbook of fingerprint recognition, Springer, New York [8] Methods, algorithms and software of flexible information technology for automated identification systems: collected scientific articles / Editor-inchief A.F. Chernyavsky, Belarusian state university, Minsk 1999 (in Russian).

229 Determination of the directional 229 [9] Selianinov M., Przetwarzanie obrazów daktyloskopijnych w systemach automatycznych identyfikacji człowieka, Prace naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. Seria: Edukacja Techniczna i Informatyczna, 2008, t. 3, s [10] Selyaninov M.Y., Chernyavsky Y.A., Segmentation of dactyloscopic images in automated information systems, Electronica Info, 2005, No. 6, p (in Russian).

230

231 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Marcin Sosnowski, Karolina Górska Akademia im. Jana Długosza al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa ANALIZA NUMERYCZNA WPŁYWU PARAMETRÓW CIĄGÓW KOMUNIKACYJNYCH NA CZAS EWAKUACJI MIESZKAŃCÓW Streszczenie. W ramach pracy przeprowadzone zostały analizy numerycznee dotyczące ewakuacji mieszkańców Domu Studenckiego Skrzat w Częstochowie. W wyniku przeprowadzonych badań zdefiniowano wpływ parametrów ciągów komunikacyjnych na czas ewakuacji oraz opracowano rekomendacje w zakresie modernizacji obiektu, zmierzającej do zminimalizowania czasu ewakuacji. Słowa kluczowe: ewakuacja, analiza numeryczna, model zmienno-sterujący. NUMERICAL ANALYSIS OF THE INFLUENCEE OF RELOCATION ROUTS PARAMETERS ON INHABITANTS EVACUATION TIME Abstract. Numerical analysis of evacuation of Skrzat dormitory in Częstochowa were carried out in the paper. The influence of relocation routs parameters on inhabitants evacuation time was analyzed within the confines of the paper. Moreover, the recom- mendations concerning redesigning the dormitory were developed in order to minimize the evacuation time. Keywords: evacuation, numerical analysis, steering mode.

232 232 M. Sosnowski, K. Górska Wprowadzenie Pożar w budynku zawsze zagraża życiu ludzkiemu, stąd ewakuacja osób z obiektów zagrożonych jest istotnym problemem. Miejsca użyteczności publicznej oraz obiekty zamieszkania zbiorowego (uczelnie, szkoły, szpitale, hale sportowe, domy studenckie itp.) są w większym stopniu narażone na wystąpienie zagrożenia, ponieważ znajdują się w nich duże skupiska ludzi. Dlatego też tak ważne jest przeprowadzanie próbnych ewakuacji, aby każdy potencjalnie zagrożony mógł dowiedzieć się, jak należy się zachować i co robić w trakcie wystąpienia zagrożenia [1, 4]. Nie tylko zachowanie ludzi warunkuje przebieg ewakuacji. Bardzo ważnym czynnikiem są również parametry ciągów komunikacyjnych, które muszą być przystosowane do szybkiego wydostania się z budynku dużej liczby osób. W analizach scenariuszy ewakuacji wykorzystać można narzędzia komputerowe, za pomocą których dokonuje się symulowania ewakuacji w przestrzeni wirtualnej, odwzorowującej rzeczywiste obiekty [5, 6]. Narzędzia takie, na podstawie zdefiniowanych parametrów wejściowych (geometria budynku, szerokość schodów i drzwi ewakuacyjnych, liczba i cechy psychofizyczne osób w badanym obszarze), definiują czas potrzebny do ewakuacji wszystkich zagrożonych osób. Prowadzenie tego typu analiz jest bardzo korzystne, ponieważ nie niesie ze sobą żadnych kosztów i nie jest uciążliwe dla mieszkańców, a jednocześnie pozwala na przeanalizowanie szeregu scenariuszy. Obiekt badań Obiektem badań był Dom Studencki Skrzat zlokalizowany przy ulicy Dąbrowskiego w Częstochowie. Wyboru takiego dokonano z uwagi na dostęp do planów budynku oraz wyników badań eksperymentalnych dotyczących ewakuacji jego mieszkańców. Na rysunkach 1 i 2 przedstawiono wirtualny model obiektu badań w rzucie z góry oraz w rzucie 3D. Parametry wejściowe i walidacja modelu Z uwagi na charakter wykorzystania budynku, jako mieszkańców zdefiniowano osoby o charakterystyce zachowań odpowiadającej mężczyznom do 30 roku życia i kobietom w tym samym wieku. W szczególności zdefiniowano prędkości poruszania się w terenie płaskim, zgodnie z tabelą 1. Analizy przeprowadzono dla pełnego obłożenia budynku, wynoszącego 550 osób.

233 Analiza numeryczna wpływu parametrów 233 Rys. 1. Widok parteru analizowanego obiektu Rys. 2. Widok wirtualnego modelu analizowanego obiektu

234 234 M. Sosnowski, K. Górska Opracowując wirtualny model ewakuacji, zakłada się, że ewakuujące się osoby przemieszczają się z miejsca początkowego do wyjścia, dokonując wyboru optymalnej trasy ewakuacji z wykorzystaniem jednego z dwóch algorytmów decyzyjnych: model zmienno-sterujący lub model SFPE [9, 10]. W przypadku pierwszego z nich poszczególne osoby zmierzają do celu, unikając pozostałych ludzi i przeszkód. Liczba osób przechodzących przez drzwi wynika z interakcji geometrycznej pomiędzy ewakuującymi się osobami oraz otoczeniem. W modelu SFPE modelowane osoby wykorzystują zachowania zgodne z wytycznymi SFPE wraz z zależnymi od zagęszczenia prędkościami przemieszczania oraz przepływami przez drzwi. Wyniki wygenerowane z zastosowaniem tego modelu nie eliminują jednak możliwości zajmowania tej samej przestrzeni przez kilka osób jednocześnie. Tab. 1. Prędkość przemieszczania się ludzi na płaskim terenie [2, 7] Grupy ludności min [m/s] Prędkość max [m/s] Kobiety młodsze niż 30 lat 0,93 1,55 Kobiety w wieku lat 0,71 1,19 Kobiety strasze niż 50 lat 0,56 0,94 Mężczyźni młodsi niż 30 lat 1,11 1,85 Mężczyźni w wieku lat 0,97 1,62 Mężczyźni starsi niż 50 lat 0,84 1,4 W celu określenia optymalnego modelu i jego parametrów dokonano analiz wstępnych, mających na celu zwalidowanie modelu na podstawie danych eksperymentalnych, uzyskanych w trakcie próbnej ewakuacji mieszkańców analizowanego budynku, którą przeprowadzono zgodnie z obowiązującymi w nim wymogami ppoż. [3, 8]. W rezultacie przeprowadzonej walidacji modelu do dalszych analiz wybrano model zmienno-sterujący, gdyż wyniki uzyskane z jego wykorzystaniem różniły się o około 2% od danych eksperymentalnych. W przypadku modelu SFPE różnica ta sięgała 13%.

235 Analiza numeryczna wpływu parametrów 235 Badane konfiguracje i uzyskane wyniki W badaniach skupiono się na szerokości schodów ewakuacyjnych i określo- konfiguracja 1 schody szersze od istniejących w obiekcie o 10%, konfiguracja 2 schody istniejące w obiekci,e no jej wpływ na czas ewakuacji. Przeprowadzono analizy dla czterech konfiguracji: konfiguracja 3 schody węższe od istniejących w obiekcie o 10%, konfiguracja 4 schody węższe od istniejących w obiekcie o 20%. Tab. 2. Wyniki badań symulacyjnych Numer konfiguracji Czas ewakuacji [s] Konfiguracja Konfiguracja Konfiguracja Konfiguracja W wyniku przeprowadzonych analiz numerycznych z wykorzystan niem zwaione w ta- lidowanego modelu zmienno-sterującego uzyskano wyniki przedstawio beli 2. Na rysunku 3 przedstawiono natomiast wyniki w ujęciu procentowym odacja niesione do konfigurac cji ze standardową szerokością schodów (konfigura 2). Rys. 3. Procentowa zmiana czasu ewakuacji mieszkańców dla różnej szerokości schodów ewaku- acyjnych Wnioski Wyniki badań symulacyjnych, przeprowadzonych z wykorzystaniem mo- obiek- delu zmienno-sterującego, który został zwalidowany dla analizowanego tu, wykazały, iż zwiększenie szerokości schodów ewakuacyjnych o 10% powo- duje zmniejszenie czasu ewakuacji o zaledwie 3%, natomiast zmniejszenie sze-

236 236 M. Sosnowski, K. Górska rokości schodów o 10% skutkuje 9% wydłużeniem czasu ewakuacji. Ponadto zmniejszenie szerokości schodów ewakuacyjnych o 20% powoduje drastyczne zwiększenie czasu ewakuacji o 44%. W związku z powyższym, dla analizowanego obiektu przebudowa ciągów komunikacyjnych nie byłaby efektywna i nie przyniosłaby istotnej poprawy czasu ewakuacji. Celowym wydaje się natomiast analiza czynnika ludzkiego, zmierzająca do opracowania scenariusza szkoleń organizowanych dla mieszkańców obiektu. Szkolenia takie mogłyby w znacznym stopniu poprawić świadomość mieszkańców i w konsekwencji przyczynić się do zmniejszenia czasu ich ewakuacji. Literatura [1] Ronchi E., Colonna P., Capote J., Alvear D., Berloco N., Cuesta A., The evaluation of different evacuation models for assessing road tunnel safety analysis, Tunnelling and Underground Space Technology 2012, DOI: [2] Guidelines for Evacuation Analysis for New and Existing Passenger Ships, 2007, International Maritime Organization. [3] Instrukcja Bezpieczeństwa Pożarowego dla Domu Studenta Skrzat. [4] Kuligowski E., Predicting Human Behavior During Fires. Fire Technology, 2013, 49(1), p , DOI: [5] Prauzner T., Ptak P., Programy symulacyjne w inżynierii bezpieczeństwa, Journal of Technology and Information Education, Strategie technického vzdělávání v reflexi doby, Olomouc 2011, s [6] Prauzner, T., Zastosowanie programów symulacyjnych w nauczaniu przedmiotów technicznych, Prace Naukowe AJD, Edukacja Techniczna i Informatyczna, Częstochowa 2006, s [7] Ronchi E., and other, Representation of the Impact of Smoke on Agent Walking Speeds in Evacuation Models, Fire Technology, 2013, 49(2), s , DOI: [8] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. nr 75, poz. 690 z późn. zm.). [9] Sosnowski M., Pisarek J., Comparative analysis of evacuation modelling using different numerical models, Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa, t. 2, 2014, DOI: [10] Tissera P.C., and other, Evacuation simulation supporting high level behaviour-based agents, 2013 International Conference on Computational Science, 2013, 18, p

237 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Marcin Sosnowski, Karolina Grabowska Akademia im. Jana Długosza al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa ANALIZA NUMERYCZNA WPŁYWU MATERIAŁU PALNEGO NA POLE TEMPERATURY PODCZAS POśARU Streszczenie. Celem pracy było dokonanie analizy numerycznej wpływu zastosowane- trzy go materiału palnego na pole temperatury podczas pożaru. Analizom poddano materiały wykorzystywane do produkcji materacy. Symulacje przeprowadzone zostały w programie PyroSim, który wykorzystuje do obliczeń kod FDS (Fire Dynamics Simu- lator). Uzyskane w ramach pracy wyniki pozwoliły na zdefiniowanie cechy materiału, która posiada największy wpływ na rozkład temperatury. Ponadto określono w pracy rekomendacje w zakresie doboru materiałów wykończenia wnętrz. Słowa kluczowe: spalanie, pożar, CFD, modelowanie numeryczne. NUMERICAL ANALYSIS OF THE INFLUENCEE OF COMBUSTIBLE MATERIAL ON THE TEMPERATURE FIELD DURING FIRE Abstract. The aim of the research was to analyze the influence of combustible material on the temperature field during building fire. Three materials used in mattress produc- which tion were analyzed. The numerical analysis were performed in PyroSim software, uses FDS (Fire Dynamics Simulator) code to accomplish calculations. The obtained results allowed to definee the property of material, which strongly influences the temper- were ature field. Moreover recommendations in selection of interior finishing materials defined. Keywords: combustion, fire, CFD, numerical modelling.

238 238 M. Sosnowski, K. Grabowska Wprowadzenie Pożary budynków mieszkalnych stwarzają ogromne zagrożenie i stanowią trudne wyzwanie dla służb ratowniczych. Strażacy oprócz płomieni spotykają w swojej pracy zdezorientowanych i przestraszonych mieszkańców, którzy przy wysokiej temperaturze i ograniczonej widoczności nie są w stanie samodzielnie wydostać się ze swoich mieszkań lub domów. Przyczyną zagrożeń pożarowych w budynkach jest bardzo często czynnik ludzki. Źródłem zapłonu może być też źle eksploatowana instalacja elektryczna lub korzystanie z urządzeń elektrycznych, których przewody są uszkodzone [1]. Przyczyn pożarów w budynkach może być znacznie więcej, dlatego też, w celu ograniczenia do minimum zagrożeń pożarowych, w prawie budowlanym zdefiniowano wiele regulacji, które nakłada ustawodawca na etapie projektowania, budowania i eksploatacji budynków. Obecnie wprowadza się inteligentne systemy przeciwpożarowe, które wykrywają pożar we wczesnej fazie rozwoju, w konsekwencji zapobiegając tragedii. Tworzenie coraz skuteczniejszej technologii w ochronie przeciwpożarowej jest możliwe dzięki stosowaniu numerycznego modelowania pożarów w przestrzeni wirtualnej, z wykorzystaniem kodów takich jak FDS (Fire Dynamics Simulator). Jest to narzędzie opracowane przez National Institute of Standards and Technology (NIST) w Stanach Zjednoczonych i wykorzystujące założenia modelu numerycznej mechaniki płynów (CFD), której podstawą są równania Naviera-Stokesa [9], opisujące zasadę zachowania masy i pędu. Problemem w opisywanym modelu jest matematyczne przedstawienie ruchu powietrza, który odbywa się najczęściej w zakresie przepływu turbulentnego [7]. Aby prawidłowo opisać przepływ turbulentny, obliczeniowa mechanika płynów (CFD) wykorzystuje modele dwuparametrowe RANS (k-ε) lub oparte na teorii wielkich wirów LES (Large Eddy Symulation) [8]. Wydzielanie ciepła dla opisanego procesu spalania zachodzi na drodze konwekcji naturalnej i wymuszonej, przewodzenia i promieniowania. FDS wykorzystywany jest przez specjalistów z dziedziny inżynierii bezpieczeństwa pożarowego do przedstawiania dynamiki pożaru w określonej geometrii i poznania zjawisk fizycznych, które towarzyszą procesom spalania [9]. Jako dane wyjściowe takiej symulacji możemy otrzymać szereg informacji dotyczących przebiegu pożaru w danym obiekcie oraz sposobu spalania określonych materiałów. Program umożliwia też projektowanie odpowiednich systemów przeciwpożarowych w budynkach. Projektanci mogą modelować przy pomocy FDS systemy czujników ciepła, dymu i instalacje tryskaczowe oraz symulować ich zadziałanie. Program ten jest również wykorzystywany w celu ustalenia przyczyn rzeczywistych pożarów. Możliwości programu w tym zakresie zostały przedstawione m.in. w pracy [10], gdzie został opisany przebieg pożaru sali kinowej. Prowadzenie tego typu badań numerycznych nie niesie ze sobą dużych nakładów finansowych, ponieważ wszystkie testy pożarowe prowadzone są w środowisku wirtualnym, dzięki czemu możliwe jest przeanalizo-

239 Analiza numeryczna wpływu materiału 239 wanie wielu scenariuszy pożarowych bez konieczności niszczenia rzeczywistych przedmiotów, materiałów i całych budynków. Parametry modelu symulacyjnego Wpływ materiału palnego na pole temperatury podczas pożaru oceniony został poprzez przeprowadzenie symulacji w domenie obliczeniowej przedstawionej na rys. 1, złożonej z dwóch pomieszczeń mieszkalnych o wymiarach 4 m x 5 m i 5 m x 5 m. Rys. 1. Domena obliczeniowa składająca się z dwóch pomieszczeń o łącznej powierzchni wynoszącej 45 m 2 Analizom poddano materiały, z których produkowane są materace łóżek, a ich właściwości bezpośrednio wpływające na wywiązywanie się ciepła (gęstość, ciepło właściwe i przewodność cieplna) przedstawiono w tabeli 1. Wartości parametrów materiałów pochodzących z biblioteki programu PyroSim posiadają walidację NIST. Pozostałe parametry materiałów, które wprowadzono do biblioteki, pochodzą z normy PN-EN 12524:2003 Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe [14]. Nazwa materiału Gęstość [kg/m 3 ] Ciepło właściwe [kj/(kg K)] Przewodność cieplna [W/(m K)] Pianka silikonowa ,12 Pianka poliuretanowa PU 70 1,5 0,05 Pianka FOAM 28 1,7 0,05 Tab. 1. Parametry analizowanych materiałów

240 240 M. Sosnowski, K. Grabowska Warunki wejściowe wszystkich przeprowadzonych analiz różniły się jedynie zastosowanym materiałem materaca. Symulowany czas trwania pożaru wynosił 700 s. Powierzchnię płonącą dla potrzeb symulacji umieszczono na materacu łóżka i zdefiniowano następująco: jednostkowe wydzielanie ciepła: 2000 kw/m 2, rozmiar powierzchni: 0,3 m x 0,4 m. W celu dokonania analizy temperatury do jej rejestracji wykorzystano termopary umieszczone w centrum pomieszczenia objętego pożarem na sześciu różnych wysokościach: od 2,2 m od 0,7 m z krokiem co 0,3 m. Dodatkowo zdefiniowano jedną termoparę usytuowaną w sąsiednim pomieszczeniu. Wyniki analiz Wartości temperatur zanotowanych podczas symulacji pożarowych dla każdego z analizowanych materiałów nie odbiegają od siebie znacząco, jednak najwyższą temperaturę spalania zanotowano dla pianki typu Foam na każdej z wysokości, na których umieszczone były termopary (rys. 2 i 3). Porównując właściwości zastosowanych materiałów (tabela 1), zauważyć można, że pianka typu Foam ma najniższą gęstość, a pozostałe parametry analizowanych materiałów mają porównywalne wartości. Ponadto dla materiału o największej gęstości (pianka silikonowa) osiągnięto najniższe temperatury. Wynika z tego wniosek, iż gęstość miała największy wpływ na wywiązywanie ciepła podczas spalania. W przypadku pianki poliuretanowej zanotowano najwolniejszy przyrost temperatury w czasie. Zależność przyrostu temperatury od czasu zobrazowano na przebiegach średnich wartości temperatur w dwóch pomieszczeniach (rys. 4 i 5). Rys. 2. Wartości temperatury na wysokości 1,6 m

241 Analiza numeryczna wpływu materiału 241 Rys. 3. Wartości temperatury na wysokości 0,7 m Rys. 4. Wartości średnie temperatury w pomieszczeniu objętym pożarem Rys. 5. Wartości średnie temperatury w pomieszczeniu sąsiadującym z pomieszczeniem objętym pożarem

242 242 M. Sosnowski, K. Grabowska Analizując gradient temperatury na poszczególnych termoparach, widać, iż jest on największy na wyższych wysokościach, co dowodzi możliwości występowania zjawiska rozgorzenia podczas pożarów w pomieszczeniach zamkniętych. Gorące gazy pożarowe unoszą się ku górze i w miarę upływu czasu tworzą coraz grubszą warstwę. Jeżeli gazy osiągną wystarczająco wysoką temperaturę, ulegają zapłonowi w całej objętości. Zróżnicowanie wartości temperatury na różnych wysokościach przedstawiono na rys. 6. Rys. 6. Rozkład temperatury w domenie obliczeniowej dla pianki PU Analizując symulację pożaru w budynkach, w których przebywają ludzie, warto zwrócić również uwagę na wskaźnik widoczności podczas spalania poszczególnych materiałów. Zmiany widoczności pokazano na rys. 7 na płaszczyźnie na wysokości 1,65 m (odpowiadającej poziomowi wzroku). W przypadku wszystkich analizowanych materiałów widoczność miała zbliżone wartości i bardzo szybko zmniejszała się, gdyż już w 30 s symulacji w pomieszczeniu objętym pożarem nie przekraczała 9 metrów, a dym zaczął przenosić się do sąsiedniego pomieszczenia. Po upływie 350 s od rozpoczęcia pożaru widoczność w obu pomieszczeniach spada poniżej 4 m (rys. 8), co uniemożliwia efektywną ewakuację. Rys. 7. Wskaźnik widoczności po 30 s od rozpoczęcia pożaru (pianka PU)

243 Analiza numeryczna wpływu materiału 243 Rys. 8. Wskaźnik widoczności po 350 s od rozpoczęcia pożaru (pianka PU) Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań numerycznych uzyskano informacje o przebiegu procesu spalania analizowanych materiałów i ich wpływie na pole temperatury podczas pożaru. Ponadto wskazano gęstość jako właściwość materiału, która miała największy wpływ na rozkład temperatury. Wykazano ponadto, iż modelowanie numeryczne jest bardzo dobrym narzędziem badawczym, istnieje możliwość jego zastosowania w inżynierii bezpieczeństwa. Największą zaletą tej techniki jest uzyskanie charakterystyki przebiegu badanych procesów bez potrzeby prowadzenia prób eksperymentalnych, które wymagają nakładów materiałowych oraz specjalistycznego sprzętu. Dlatego też badania komputerowe oparte na obliczeniowej mechanice płynów (CFD) stanowią przyszłość rozwoju inżynierii bezpieczeństwa pożarowego. Niemniej jednak należy pamiętać, że istotą modelowania jest przedstawianie badanego zjawiska w sposób uproszczony. Obliczenia numeryczne polegają na zaniedbaniu mało istotnych parametrów i szukaniu rozwiązań głównych założeń modelu. Pomimo ciągłego wzrostu możliwości obliczeniowych komputerów nadal w akceptowalnym czasie jesteśmy w stanie osiągnąć tylko przybliżone rozwiązania symulowanych procesów. Dlatego aby uznać wynik symulacji komputerowej za wiarygodny, zastosowany algorytm musi zostać zwalidowany z zastosowaniem tradycyjnych metod eksperymentalnych. Literatura [1] International Association of Fire Chiefs, N.F.P.A., Fundamentals of Fire Fighter Skills. Jones &Bartlett Learning, Third Edition ed [2] Harper Ch.A., Handbook of Building Materials for Fire Protection, Wydawnictwo McGraw Hill, 2004 s

244 244 M. Sosnowski, K. Grabowska [3] Cadorin J.F., Compartment fire models for structural engineering, Uniwersytet w Liége, Belgia 2003, s. 2 4, 11-20, 43 45, [4] Maślak M.: Trwałość pożarowa stalowych konstrukcji prętowych. Politechnika Krakowska, Kraków [5] Kopański M.: Badanie palności mebli tapicerowanych, Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa, t. 2, 2014, DOI: [6] Särdqvist S., Initial Fires. RHR, Smoke Production and CO Generation from Single Items and Room Fire Tests, Lund University, [7] Novozhilow V., Computional fluid dynamics modeling of compartment fires. Progress in energy and combustion science, 2001 s [8] Rudniak L., Sztarbała G., Krajewski G., Zastosowanie obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) do prognozowania rozprzestrzeniania dymu i transportu ciepła w obiektach budowlanych, Politechnika Warszawska, [9] Smardz P., Validation of Fire Dynamics Simulator (FDS) of forced and natural convection flows, University of Ulster, [10] Glasa J., Valasek L., Weisenpacher P., Halada L., Cinema Fire Modelling by FDS, Slovak Academy of Sciences, Bratysława 2013, DOI: [11] STIGO, Instrukcja obsługi programu PyroSim, Kraków [12] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2002, nr 75, poz. 690). [13] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz.U. 2010, nr 109, poz. 719). [14] PN-EN 12524:2003 Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe.

245 PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa 2015, t. III, s Marcin Sosnowski, Adam Skupiński Akademia im. Jana Długosza al. Armii Krajowej 13/15, Częstochowa PROJEKT I ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWAA MODELU MOSTU Streszczenie. W ramach pracy zaprojektowano i wykonano model konstrukcji mosto- przygo- wej oraz przeprowadzono badania eksperymentalne dotyczące wytrzymałości towanej koncepcji. Ponadto równolegle zrealizowano numeryczną analizę wytrzyma- wyni- łościową wirtualnego modelu opracowanego mostu, dokonano także porównania ków badań numerycznych i eksperymentalnych. Słowa kluczowe: most, analiza wytrzymałościowa, analiza numeryczna. DESIGN AND MECHANICAL ANALYSIS OF BRIDGE MODEL Abstract. The bridge model was designed and manufactured within the confines of the work. The experimental research as well as numerical analysis concerning the mechani- and numerical research results is presented in the paper. cal strength of the developed design were performed. The comparison of experimental Keywords: bridge, mechanical analysis, numerical analysis. Budowa mostów i ich rodzaje Mosty stanowią integralny element naszego życia. Ich funkcjonalność jest najważniejszą cechą tych konstrukcji. Najprostsza definicja mówi, że most to budowla inżynierska wznoszona w celu przekroczenia przeszkody i prze- mo- prowadzenia ciągu komunikacji. Wyróżniamy kilka rodzajów mostów. W zależności od przeznaczenia gą to być mosty kolejowe, drogowe, wiadukty i kładki dla pieszych. Wykonuje

246 246 M. Sosnowski, A. Skupiński się je z drewna, kamienia, żelbetu lub stali. Spotyka się również nieliczne przypadki mostów wzniesionych z aluminium. Istnieją trzy podstawowe typy konstrukcji mostowych: belkowy, rozporowy (łukowy) oraz wiszący (rys. 1). Rys. 1. Podstawowe typy konstrukcji mostowych [1] Wiele mostów ma formę płaskiej struktury, spinającej jednym przęsłem brzegi rzeki. Taką konstrukcję nazywamy mostem belkowym. Oba końce przęsła opierają się na przyczółkach, które przenoszą ciężar mostu oraz wszystkiego, co się na nim znajduje, na podłoże. Największy problem związany z konstrukcją mostu belkowego stanowi fakt wyginania się przęsła pod własnym ciężarem. W wyniku tego procesu górna część przęsła jest ściskana, a dolna rozciągana. Im dłuższe przęsło, tym większe siły naprężeń. Wytrzymałość takiej konstrukcji zależy od wysokości mostu, lecz wyższe przęsło musi być cięższe, co zwiększa siły odkształcające. Stosując dodatkowe filary podpierające most belkowy na całej długości, możemy zwiększyć jego nośność. Często stosowanym rodzajem mostu belkowego jest konstrukcja dźwigarowa. W tym typie konstrukcji przęsło nie jest litą masywną belką, a stalową, usztywnioną rurą o przekroju prostopadłościennym lub trapezowym. W ten sposób można znacznie podwyższyć przęsło, nie zwiększając zbytnio jego masy. Oznacza to, że odległość między filarami może zostać wydłużona. W podobnym celu stosuje się przęsła o sztywnej konstrukcji kratownicowej.

247 Projekt i analiza wytrzymałościowa 247 Inną metodą wydłużenia przęsła jest zastosowanie konstrukcji wspornikowej. Most wspornikowy zbudowany jest z dwóch oddzielnych części wsporników, których środek ciężkości ze względu na ich kształt znajduje się blisko punktu mocowania. Wsporniki mocowane są do brzegów rzeki, a ich końce łączą się ze sobą. Przy większych szerokościach rzeki możliwe jest zastosowanie dodatkowego, krótkiego podwieszanego przęsła. W celu zwiększenia rozpiętości przęsła stosuje się konstrukcje łukowe. Najczęściej są to budowle murowane. Dzięki łukowi siły ciężkości skierowane w dół, działające na przęsło, przenoszone są z jego środka na siły skierowane na zewnątrz, przyłożone na końcach przęsła. Jest ono oparte na przyczółkach, które utrzymują most na miejscu. W konstrukcjach wieloprzęsłowych pozioma składowa siły, działająca na filar, pochodząca od jednego przęsła, równoważona jest przez podobną siłę skierowaną przeciwnie, pochodzącą od drugiego przęsła. Największą zaletą mostu łukowego jest to, że na jego konstrukcję nie działają siły rozciągające, a jedynie ściskające. Większość stosowanych materiałów jest dużo bardziej odporna na ściskanie niż na rozciąganie, dlatego łuki są wyjątkowo wytrzymałe i mogą przenosić duże obciążenia. Pomost, wraz ze znajdującą się na nim jezdnią lub torowiskiem, może zostać podwieszony pod konstrukcją lub być położony na niej. Rozwój konstrukcji łukowych wpłynął na dzieje budownictwa mostów. W celu maksymalnego wydłużenia przęsła konstruktorzy dążyli do spłaszczenia profilu łuku. Starali się również odchudzić części ponad łukiem, zwane pachwinami łuku, które stanowią większość masy mostu, lecz nie są elementami nośnymi. W latach 30. XX wieku do wznoszenia mostów zaczęto używać betonu. Przy budowie mostu betonowego konieczne jest używanie szalowania, będącego kratownicą podpierającą strukturę w fazie budowy. Francuski inżynier Freyssinet, projektant mostu Plougastel, wykorzystał to samo szalowanie podczas budowy wszystkich łuków mostu. Początkowo na każde z przęseł wylewano tyle betonu i w taki sposób, aby nie uległo zniszczeniu pod własnym ciężarem. Następnie szalowanie przenoszono na kolejne przęsło i powtarzano operację. Po wzniesieniu wszystkich przęseł siły kompensowały się do tego stopnia, że możliwe było dolanie reszty materiału. Metoda ta znacznie ograniczyła koszty budowy. W dzisiejszych czasach najdłuższymi mostami są konstrukcje wiszące. Most zawieszony jest na linach, które zakotwiczone są w brzegu i wyniesione na odpowiednią wysokość na specjalnie zbudowanych wieżach. Pomost utrzymywany jest na pomniejszych linach zwisających z lin głównych [1]. Most wiszący musi znosić ogromne siły skręcające spowodowane nierównomiernym obciążeniem pomostu oraz drganiami powstającymi wskutek wiatru. Aby temu przeciwdziałać, pod pomostem umieszcza się kratownice usztywniające. Jeżeli konstrukcja mostu kolidowałaby z ruchem statków, istnieje możliwość wzniesienia mostu ruchomego, czyli zwodzonego. Funkcjonuje kilka typów takich mostów.

248 248 M. Sosnowski, A. Skupiński Mosty obrotowe składają się z kilku sekcji, które mogą obracać się na filarach, ustawiając się równolegle do nurtu. Most klapowy składa się z jednej bądź dwóch części, które w razie potrzeby odchylają się do pionu na zawiasach. Bardzo rzadkim mostem ruchomym jest most przenośnikowy. Zwykle jest to lina lub szyna rozpięta pomiędzy dwoma wieżami, do której podwieszone są platformy, przeciągane na drugą stronę rzeki. Wyróżniamy również mosty do użytku tymczasowego, np. mosty pontonowe na pływających podporach, w postaci łodzi lub pontonów zakotwiczonych do dna rzeki. Odholowując część łodzi na bok, można otworzyć drogę przepływającym statkom. Narzędzia inżynierskie wspomagające projektowanie Narzędzia typu CAE Computer Aided Engineering znajdują zastosowanie między innymi w inżynierii mechanicznej, elektrycznej i budowlanej [2 5]. Znamienne dla CAE jest cyfrowe modelowanie mające na celu opracowanie zapisu konstrukcji wyrobu oraz jego analizy mechaniczne, przepływowe lub inne. Programy tego typu mogą być wykorzystywane do opracowania i zarządzania bazami danych (elementów znormalizowanych, własności materiałowych itp.) oraz symulacji zachowania elementu w warunkach eksploatacyjnych. Jednym z bardziej popularnych programów typu CAE jest SolidWorks, dający projektantom możliwość wszechstronnej edycji danych projektowych, zapewnia aktualność relacji między częściami, złożeniami i rysunkami oraz przeprowadzenia analiz numerycznych adekwatnych do badanego elementu. Program ten ma możliwość przeprowadzenia m.in. analiz mechanicznych, dzięki zastosowaniu SolidWorks Simulation, który jest wykorzystywany w optymalizacji projektu dla uzyskania maksymalnej efektywności konstrukcji. Umożliwia poddanie projektu symulowanym warunkom eksploatacyjnym, takim samym, jakie występują w rzeczywistości. Obiekt badań Obiektem badań jest przedstawiony na rys. 2 model konstrukcji mostowej zbudowany z listewek z balsy, zgodnie z wymiarami zawartymi w rysunkach wykonawczych opracowanych w programie SolidWorks. Jego masa przekracza prawie dwukrotnie masę modelu wirtualnego i wynosi 17 g. Jest to spowodowane wilgotnością drewna, zastosowanym typem kleju oraz pokryciem powierzchni lakierem. Ponadto przekroje listewek użyte do budowy zawierały się w górnych odchyłkach wymiarowych.

249 Projekt i analiza wytrzymałościowa 249 Rys. 2. Obiekt badań Przebieg badań Przygotowanie modelu rozpoczęto od docięcia elementów zgodnie z dokumentacją. W pierwszej kolejności została wykonana podstawa mostu poprzez sklejenie belek wzdłużnych z poprzecznymi. Kolejnym etapem było doklejenie słupków i pasa górnego kratownicy. Następnie wklejono pręty skośne. Ostatnim etapem było sklejenie stężeń poprzecznych z górnymi belkami kratownic. Model polakierowano. Kolejne etapy budowy modelu, wraz w wynikami obliczeń numerycznych w zakresie maksymalnego obciążenia oraz stosunku obciążenia do ciężaru konstrukcji, przedstawiono w tabeli 1. Do przeprowadzenia prób przygotowano podpory drewniane o grubości 20 mm, na których wsparto konstrukcję modelu. Następnie sukcesywnie zwiększano obciążenie modelu mostu do wartości 10 N, 20 N, 30 N i 35 N. Jednocześnie dokonywano pomiaru strzałki ugięcia konstrukcji. Przy obciążeniu wynoszącym 35 N, zniszczeniu uległa górna belka kratownicy bocznej. Najprawdopodobniej przyczyną pęknięcia była metoda budowy modelu. W belce górnej zastosowane zostało wycięcie, w którym został umieszczony słupek kratownicy. W tym miejscu wystąpiło tzw. zjawisko karbu, powodujące spiętrzenie naprężeń, prowadzące do zniszczenia konstrukcji. Równolegle prowadzono analizy numeryczne modelu wirtualnego dla zadanych obciążeń o wartościach 10 N, 20 N, 30 N, 35 N i 40 N. Porównanie wyników badań eksperymentalnych inumerycznych przedstawiono na rys. 3, natomiast na rys. 4 zaprezentowano zniszczenia konstrukcji.

250 250 M. Sosnowski, A. Skupiński Tabela 1. Zależność obciążenia do ciężaru analizowanej konstrukcji Model Maksymalne obciążenie Ciężar konstrukcji Stosunek obciążenia do ciężaru konstrukcji 20 N 0,04566 N 438,02 13,8 N 0,07418 N 186,03 22,2 N 0,08266 N 268,57 40 N 0,09130 N 438,12 40 N 0,09508 N 420,70