第３５卷增刊１ ２０１４年１０月 大连交通大学学报 Ｖｏ１．３５ Ｓｕｐｐ．１ ０ｃｔ．２０１４ ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＤＡＬＩＡＮ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ 文章编号：１６７３—９５９０（２０１４）增刊１—００９４—０５ 焊接车间照明改善及仿真分析 孙丽 ，邹北 ，范魁元 ，于晓洋 ，王颖 （１．大连交通大学机械３－＿程学院，辽宁大连１１６０２８；２．中国北车集团齐齐哈尔轨道交通装备有限责 任公司能源管理办公室，黑龙江齐齐哈尔１６１００２）采 摘要：以某厂的环境照度为研究对象进行照明方案的设计与仿真研究，通过对该厂的企业调研及照明 数据分析，明确影响照度稳定性和分布均匀性、协调性等原因．通过照度标准和人因工程有关知识对厂 区照度进行改进与完善，主要根据灯具布置，灯具选择，经济性分析等依据来制定照明改善方案，并通过 Ｄｉａｌｕｘ仿真软件加以判断方案的可行性，应用两种不同灯具方案进行经济性对比分析，提高照明质量， 从而达到改善视觉条件，提高工作效率的目的． 关键词：车间照明；灯具布置；人因工程；仿真分析 文献标识码：Ａ ０ 引言 车间照明对提高作业效率，保障安全生产具 有重要的作用．通过企业调研，该焊接车间灯具多 以高压汞灯为主，还有一部分的钠灯．目前，汞灯 和钠灯已不是市场主流产品，灯具老化成为照度 照度既达不到平均照度要求，同时照度也不均匀， 根据这两个问题，结合灯具的经济性分析对车间 照明方案进行改进． 过低的主要原因，同时工人生产时对照度要求较 高，为了改善灯具环境的原有状况，通过对该车间 夜间的照度数据计算，对照国家标准．该区的夜间 的照度分布未达到国家标年，照度不足．主要存在 以下问题：①大量使用低光效的高压汞灯；②灯具 种类，型号多，缺乏管理手段；③损坏的灯具更新 不及时，灯具分布不合理，导致部分区域照度过 低．为了解决该车间照明出现的问题，在保证经济 性的前提下，对灯具进行重新选择，改变原有灯具 １．１金卤灯方案 １．１．１灯具选择 图１车间生产现场 布置方式，使各个照度参数达到标准值，从而提高 工作人员工作环境达到提高生产效率的作用． 该车间为焊接车间，灯具安装高度保持现有 水平，根据现场测量，灯具高度为１２ ｍ，目前市场 上用于这种高顶车问的灯具型号比较多，通过分 析，本次设计选用雷士ＮＦＰ２６８一Ｍ２５０Ｗ高端金 卤灯进行方案设计．ＮＦＰ２６８一Ｍ２５０Ｗ型金卤灯 １焊接车间照明改善方案 作业场所的照明设计要根据场所性质的要 求，满足显色指数及平均照度的要求，该车问主要 从事焊接生产，生产现场如图１所示，根据 ＧＢ５００３４—２００４《建筑照明设计标准》的要求 Ｊ， 一的功率为２４２．３ ｗ，光通量为１８ ７５１ ｌｍ． 应用范围：适用于电力，冶金，重工，机械，船 舶等行业的厂房，车间做高顶照明 Ｊ． 般焊接现场要求平均照度达到２００１ｘｌ２ Ｊ．该车间 米收稿日期：２０１４－０５ ３０ 作者简介：孙丽（１９７２一），女，教授，博士，主要从事机电一体化、工业工程的研究 Ｅ・ｍａｉ１：２４５８０３１９７＠ｑｑ．ｔｏｍ． 增刊１ 孙丽，等：焊接车间照明改善及仿真分析 ９５ １．１．２灯具布置 表１灯具维护系数表 灯具的布置方式主要有两种，均匀布置和选 择布置．该车间采用矩形与菱形混合式灯具布置 方式，即灯具布置方式中的选择布置 Ｊ．按照这 种方法总共用灯６６盏．灯具平面布置如图２所 示，立体效果如图３所示． ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ Ｉ●重ｔ聃－ １．１．４仿真结果 由于灯具安装位置的关系，在靠近墙边位置 的照度一般较低，当这些数值参与计算时，会影响 照度平均水平以及均匀性．因此，在工作区域内进 图２灯具平面位置图 行平均照度分析是更为合理的，即在工作区域内 选取计算表面进行平均照度分析．在该车间内选 取三个计算平面，高度为０．７５ ｍ，范围包括焊接 加工区域，具体如图２浅框所示．对计算平面内的 数据进行分析，得到的等照度曲线如图４所示． 图３灯具布置３Ｄ效果图 ０ ０ｏ 筠｛０ ０ （ａ）计算平面１等照度 １．１．３确定仿真参数 （１）根据文献［１］，焊接车间的参考面高度即 工作面高度设为０．７５ ＩＴＩ； （２）维护系数，又称为光损失因子．就是经过 （ｂ）计算平面２等照度图 一段时间工作后，照明系统在作业面上产生的平 均照度（即维持照度）与系统新安装时的平均照 Ｉ 度（即初始照度）的比值．根据ＧＢ５００３４—２００４ ０ Ｏ０ 瞄．１０● 《建筑照明设计标准》中各类工作场所的维护系 （Ｃ）计算平面３等照度图 数及清扫时间间隔如表１所示，在Ｄｉａｌｕｘ仿真中， 图４计算平面等照度图 通常将维护系数定义为０．８． 表２仿真相关结果 仿真结果如表２所示，根据ＧＢ５００３４—２００４ １．１．５值班照明 《建筑照明设计标准》要求，该设计方案满足平均 ＧＢ５００３４—２００４建筑照明设计标准中明确了 照度２００１ｘ的要求，三个计算平面的Ｕ．值大于 值班照明的定义：“非工作时间，为值班所设置的 ０．５，计算平面１、２的 值大于０．６６７，故１区与２ 照明．”根据值班照明的一般原则，从一般照明的 区照度均匀，设计是合格的，３区 值接近 灯具中选择一部分灯具进行值班照明，具体选择 ０．６６７，照度基本均匀，设计亦满足要求 ． 情况如图５所示． 大 连 交 通 大 学 学 报 第３５卷 图５值守照明灯具布置 图７灯具平面位置 对值班照明灯具进行数值仿真，如图６所示． 由分析结果得出，平均照度５９ ｌｘ，最小照度６．３４ ｌｘ，最大照度１４４ ｌｘ．该照度满足值班照明需要． 图８灯具布置３Ｄ效果图 １．２．３ ＬＥＤ灯仿真结果及分析 同样，为了更加合理的分析照度水平，在工作 图６工作区点照度图 区域内选择计算平面进行照度水平分析，该计算 平面高度为０．７５ｍ．对计算平面内的数据再次分 析，得到的点照度值如图９所示． ２堋２５ｌ ２５３搬荔 Ｉ ３ｌ６撙２３３ ２，ｌ ２３２粥２筻２ｓ３ ２３２ ２３： ｍ ２ｏ２ ２５８狮２筻瑚拼搿猫２，５ 掬２，ｓ ２，３ ２３Ｉ勰２３Ｉｍ ２｜ｓ 搿２３ｏ挪 ｚＩ，搿２２Ｂ ２２Ｂ ２２５ ２２５ ２２８２２５ ｎ１ ２０ｏ １．２ ＬＥＤ灯方案 １．２．１ ＬＥＤ灯灯具选择 除了方案一用到ＮＦＰ２６８一Ｍ２５０Ｗ型金卤灯 外，对于高顶厂房，ＮＦＰ６３０一Ｌ２００ＷＬＥＤ灯也是 一个较好的选择．ＮＦＰ６３０一Ｌ２ＯＯＷＬＥＤ的功率为 塑磷勰强 甜 ：筠２甥撕２１］２１１，挑２ｌ５ｍ筠２ １９６．９ Ｗ，光通量为１８ ３８９ ｌｍ．应用范围：造船厂， 矿山，车间，厂房，库房，公路收费站，大型超市，展 览馆，体育馆及其它高达厅房照明等． １．２．２ ＬＥＤ灯灯具布置 （１）灯具安装高度的确定与金卤灯的设计方 （ａ）计算平面１点照度 ２ｌ‘＂一２３ｏ ２３５嚣渤２３９ ２３３搿撙２３‘批拼∞ｌ ２３Ｂ搿ｎ，湖 搿 猢猫现 ：Ｉｏ蹴 ｌⅢ２５７ ７ ２ｌ９ ２５３ ２５ｌ ２，Ｉ撕搿孀 ２３７汹２５拿 ７ ２５‘ ２ 拼２５８ ２６９獬２５５瓣辩２，ｌ瓣 ３．１挑 搿２ｓＢ掀２ｓ５狮２５Ｉ ２ｌ３ ３５７。５‘２‘Ｉ抛猫。韩２：２撇撇２：ｏ獬２．ｏ ２２， 案相同，此方案中灯具安装高度也为１２ １ＴＩ； （２）灯具水平布置方案的确定采用矩形与菱 （ｂ）计算平面２点照度图 形混合式灯具布置方式，即灯具布置方式中的选 择布置，按照这种方法总共用灯６６盏，灯具布置 如图７、８所示． ＬＥＤ灯照明仿真方案的仿真参数与金卤灯 （Ｃ）计算平面３点照度图 照明仿真方案的仿真参数一致． 图９计算平面等照度图 表３设计方案仿真相关结果表 名称 计算平面１ 计算平面２ 计算平面３ 平均照度／ｌｘ 最小照度／ｋ 最大照度／ｌｘ ＵＩ （『２ 能耗／（ｗ． 一 ） 增刊１ 孙丽，等：焊接车间照明改善及仿真分析 ９７ 分析结果如表３所示．根据ＧＢ５００３４—２００４ 维护总费用＝维护定额Ｘ周期× 维护系数 （２） 《建筑照明设计标准》要求，该设计方案满足平均 照度２００１ｘ的要求． ， 分别大于０．６６７…０ ５， 表明照度相对均匀． １．３方案比较 维护定额＝磐量睾翥薯纂 ｃ３ 市场上型号为ＮＦＰ２６８一Ｍ２５０Ｗ的金卤灯单 两个方案分别用灯为ＮＦＰ２６８一Ｍ２５０Ｗ型金 卤灯（雷士灯具）、ＮＦＰ６３０一Ｌ２００ＷＬＥＤ灯（雷士 套售价为２ ８００元，雷土ＬＥＤ灯具是以每１０ Ｗ出售的，型号为ＮＦＰ６３０一Ｌ２００ＷＬＥＤ灯瓦数 灯具），金卤灯的寿命为１０ ０００ ｈ，ＬＥＤ的实际寿 命为２５０００ ｈ，以１Ｏ年为一个比较周期，每年工作 日２５０ ｄ，每天工作１０ ｈ，每度电０．７元为例．在选 择灯具时，要在充分考虑灯具性能的基础上，进行 成本分析，从而选择性价比较优的产品．灯具的成 本计算公式如下 Ｊ： 总成本＝灯具购置成本＋总电费＋ 维护总费用 （１） 约为２００ ｗ，因此价格约为２ ０００元一套．根据公 式（１）～（３）得出ＮＦＰ２６８一Ｍ２５０Ｗ金卤灯的维 护定额为７００ 年，所有金卤灯每年总维护费用 为４９ ７００元，所有金卤灯１０年维护费用为 ４９７０００元．ＮＦＰ６３０一Ｌ２００ＷＬＥＤ灯的维护定额为 ２００ 年，所有ＬＥＤ灯每年总维护费用为１３２００ 元，所有ＬＥＤ灯１０年总维护成本为１３２ ０００元． 两种方案的成本对比如表４所示． 表４金卤灯和ＬＥＤ方案成本对比 注：厂房面积为４６６６ｍ ，以每天工作１０ｈ，每度电０．７元为例 通过二者的经济性对比，可以看出ＬＥＤ灯无 论在灯具成本还是在节能方面都优于金卤灯，且 ＬＥＤ灯具环保、无污染、可回收．所以在该车间 ＬＥＤ灯具方案优于金卤灯方案． 参考文献： ［１］中华人民共和国建设部，ＧＢ５００３４—２００４建筑照明设 计标准［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２００４． ［２］秦大为．道路照明的照度测量方法［Ｊ］．电工技术， ２００５（７）：８１—８３． ２ 结论 本文运用人因工程中照明环境有关知识对厂 ［３］李增权，卞和营．工厂车间照明系统的配电方案［Ｊ］． 河南农业，２００７（２４）：６１． ［４］袁锦华．浅谈工业厂房照明设计的节能措施与工艺 ［Ｊ］．广东科技，２０１０（８）：１２５—１２７． 区照明进行改善，依据灯具布置和灯具选择的基 本原则选择新的灯具并予以布局，通过Ｄｉａｌｕｘ软 件对方案进行仿真，同时对不同灯具的方案进行 经济性对比分析，从而获得最优方案，已达到改善 照明环境，提高作业效率的作用． ［５］郭黎．浅谈工业厂房照明设计［Ｊ］．甘肃科技，２００８ （１４）：１５５—１５６． ［６］任恺．照明设计软件Ｄｉａｌｕｘ应用简介［Ｊ］．科技风， ２０１０（１５）：２０９． ［７］严永红．商业中庭采光及照明经济性研究（一）［Ｊ］．照 明工程学报，１９９９（３）：２０—２４． ９８ 大 连 交 通 大 学 学 报 第３５卷 Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ Ｐｌａｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ＳＵＮ Ｌｉ ，ＺＯＵ Ｂｅｉ ，ＦＡＮ Ｋｕｉｙｕａｎ ，ＹＵ Ｘｉａｏｙａｎｇ ，ＷＡＮＧＹｉｎｇ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ １ １６０２８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｏｆｉｆｃｅ ｏｆ Ｑｉｑｉ— ｂａｒ Ｒａｉｌｗａｙ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｓｔｏｃｋ Ｃｏ．，Ｌｉｄ．，Ｑｉｑｉｈａｒ １６１００２，Ｃｈｉａｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｆａｃｔｏｒｙ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ ｏｆ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ，ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｏｏｒｄｉｎａ— ．ｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃｌｅｒｅ—ｃｕｔ．Ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｙ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｎｄ ｐｅｒｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ．Ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｐｌａｎ ｗａｓ ｍａｄｅ ｍａｉｎｌｙ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａ￣ａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌａｍｐ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈｏｉｃｅ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓＢｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｖ ｉｓ ｉｕｄｇｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｍｕ１ａ— ．ｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｉａｌｕｘ，ａｎｄ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｍｐ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｎａｌｙｓｉｓ Ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｌｉｇｈｔｉｎｇ，ＳＯ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｂｅｔｔｅｒ ｖｉｓｕａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｅｍｃｉｅｎｃｖ ｏｆ ｔｈｅ ｗ０ｒｋＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｌｉｇｈｔｉｎｇ；ｌａｍｐ ｄｅｃｏｒａｔｉｎｇ；ｅｒｇｏｎｏｍｉｃｓ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ． — 业业业坐 船坐业 尘逝 盥 业业 坐 嵌坐 业坐 坐妇啦 坐 坐坐业 业业船啦 （上接第６７页） Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ａｘｌｅ Ｂｏｘ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ＴＡＮＧ Ｗｕｃｈｕ 一，ＹＵ Ｍｉａ０ ＳＨＩ Ｘｉａｏｌｅｉ ，ＣＨＥＮ Ｇｕａｎｇｄ。ｎｇ ＳＨＩ Ｚｈｉｈｕｉ ，，（１・Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａ１ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ”ｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ ＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ ｌ １６０２８Ｃｈｉｎａ ２．Ｃｏｌｌ。ｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａ１ Ｅｎ ｎｅｅｒｉｎｇ ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １ １６０２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂ ｔｒａｃｔ：Ａ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｃ。ｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ。ｆ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｅａｒｉｎｇ ｔｅｓｔ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｄｅｖｅ１。ｐｅｄ．． Ｔｈｅ ｙｓｔｅｍ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙｓ ｏｎ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇｓＭｅａｎ． ｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａｕｔ。ｍａｔｉｃ ｐｅｅｄ ａｎｄ ｌｏａｄ ｃ。ｎｔｒｏｌ ｆｕｎｅｔｉｏｎｓ ｔ。ａｄａｐｔ ａｎｅｅｒｔａｉｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｍｃｅｄｕｒｅｓ，ａｎｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ｒａｉｌ ｂｅａｒｉｎｇｓ． ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ’ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｅａｒｉｎｇ；ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｎｏｎｉｔｏｒｉｎｇ