Determination of various types electric lamps parameters in emergency modes of operation

 

Kalchenko Yaroslav

National University of Civil Protection of Ukraine

https://orcid.org/0000-0002-3482-0782

 

Afanasenko Kostiantyn

National University of Civil Protection of Ukraine

https://orcid.org/0000-0003-1877-1551

 

Oliinyk Volodymyr

National University of Civil Protection of Ukraine

https://orcid.org/0000-0002-5193-1775

 

Borsuk Olena

National University of Civil Protection of Ukraine

https://orcid.org/0000-0001-5759-4506

 

Kostyrka Olesia

National University of Civil Protection of Ukraine

https://orcid.org/0000-0002-3225-6604

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2025-41-5

 

Keywords: lamp temperature, overvoltage, undervoltage, fire hazard

 

Аnnotation

 

Studies have been conducted to determine the temperature of electric lamps of various types in emergency modes of operation of power grids, namely overvoltage. Graphs of the dependence of the temperature of the bulb of incandescent lamps, arc mercury lamps and LED lamps on the voltage applied to them. Mathematical models of the value of the heating temperature of the bulb of the electric incandescent lamp, the arc mercury lamp and the LED lamp are obtained depending on the time. It is determined that the temperature of the bulb of the incandescent electric lamp increases exponentially and stabilizes after about 300 seconds. The temperature of an arc mercury lamp also varies exponentially, but, compared to an incandescent lamp, it is not so fast, but stabilizes after about 600 seconds. It is determined that in emergency modes of operation, the temperature of incandescent lamps and arc mercury lamps may exceed the normative values of temperature groups, as a result of which, when used in environments where explosive gases or vapors are present, they can become a source of ignition and lead to explosion or ignition of these substances. It is determined that the temperature of the LED lamp changes according to the linear law and after 300 seconds stops growing. Temperature dependencies of different elements of the LED lamp are built depending on the electric voltage applied to it. It was found that the driver, namely the power control chip, heats up most when the LED electric lamp is operating. It is determined that when the electric voltage decreases, the power control chip heats up more, but not significantly. It was found that the LED lamp is the best from the point of view of fire safety, since it has the lowest temperature, and also the change in the voltage of the electrical network reacts the least, which is explained by its design and principle of operation.

 

References

 

  1. Analytical report on fires and their consequences in Ukraine for 10 months of 2024. Available at: https://dsns.gov.ua/upload/2/2/8/5/6/0/6/analitychna-dovidka-pro-pojeji-102024-ost.pdf
  2. Lyn, A., Kravets, I., Ferents, N., Peleshko, M. (2023). Factors of the fire hazard of cable products. Fire Safety, 42, 56–64. doi: 10.32447/20786662.42.2023.07
  3. Kalchenko, Y., Afanasenko, К., Lypovyi, V., Pikalov, M. (2023). Determina-tion of Parameters of Electrical Conductors under Emergency Operating Condi-tions. Problems of Emergency Situations, 37, 305–316. doi: 10.52363/2524-0226-2023-37-22
  4. Deng, J., Lin, Q., Li, Y., Wang, C., Wang, H., Man, P. (2023). Effect of overload current values on the fire characteristics of polyethylene (PE) copper wires. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 148, 11695–11705. Available at: https://link.springer.com/article/10.1007/s10973-023-12522-5
  5. Zhang, Y., Tang, K., Liu, Z., Chen, Y. (2021). Experimental study on thermal and fire behaviors of energized PE-insulated wires under overload currents. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 145, 345–351. Available at: https://link.springer.com/article/10.1007/s10973-020-09745-1?fromPaywallRec=true
  6. Deng, J., Lin, Q.-W., Li, Y., Wang, H.-B., Wang, C.-P., Zhao, Y.-H., Lyu, H.-F., Shu, C.-M. (2023). Ignition and Flame Spreading Features of Excessively Overloaded Polyvinyl Chloride Copper Wires. Fire Technology, 59, 3589–3607. Available at: https://link.springer.com/article/10.1007/s10694-023-01482-9?fromPaywallRec=true
  7. Zobenko, О. (2023). Model of Fire Protection of Electrical Networks at the Places of Contact Connections. Scientific Bulletin: Сivil Protection and Fire Safety, 1(15), 141–148. doi: 10.33269/nvcz.2023.1(15).141-148
  8. Israel, T., Schlegel, S., Großmann, S., Kufner, T., Freudiger, G. (2019). Model-ling of Transient Heating and Softening Behaviour of Contact Points During Current Pulses and Short Circuits. IEEE Holm Conference on Electrical Contacts. doi: 10.1109/holm.2019.8923941
  9. Nazarovets, O., Pererva, R., Rudyk, Y., Kyrychenko, O., Yankiv, V. (2024). Experimental study of fire hazard parameters of contact connections in electrical wir-ing. Social Development and Security, 14(2), 161–178. doi: 10.33445/sds.2024.14.2.15

     10. Hychpan, V., Petrovskyy, V., Rudyk, U. (2016). Standardization of testing characteristics of LED modules. Fire Safety, 28, 29–35. Available at: https://sci.ldubgd.edu.ua/jspui/handle/123456789/1816

Застосування широтно-імпульсної модуляції для управління виконавчим пристроєм адаптивної системи протипожежного захисту.

 

Дурєєв Вячеслав Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-7981-6779

 

Бондаренко Сергій Миколайович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0002-4687-1763

 

Антошкин Олексій Анатолійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-2481-2030

 

Михайловська Юлія Валеріївна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-1090-5033

 

Маляров Мурат Всеволодович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-4052-7128

 

Мурін Михайло Миколайович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0002-9898-0128

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2025-41-4

 

Ключові слова: адаптивна система, постійна часу, виконавчий пристрій, широтно-імпульсна модуляція, скважність

 

Анотація

 

Розроблено функціональну модель приладу широтно-імпульсної модуляції для перетворення безперервного нормованого вхідного аналогового сигналу в пропорційний вихідний сигнал широтно-імпульсної модуляції виконавчого пристрою системи протипожежного захисту. Виконано аналіз наукової літератури, що дозволило урахувати в математичних моделях застосування широтно-імпульсної модуляції керуючого сигналу для управління роботою інерційним виконавчим пристроєм, що не розглядувалося раніше. Особливістю розробленої функціональної моделі є застосування широтно-імпульсної модуляції керуючого сигналу для управління роботою інерційним виконавчим пристроєм. Доведено, що для формування сигналу управління роботою виконавчого пристрою, модель приладу широтно-імпульсної модуляції управляючого сигналу повинна ураховувати тип, параметри роботи та конструктивні особливості виконавчого пристрою. Проведене дослідження впливу широтно-імпульсно модульованого управляючого сигналу на виконавчий пристрій. Представлено залежності розкидів сигналу на виході виконавчого пристрою з заданою постійною часу від безрозмірного параметру, що представлено в лога-рифмічній системі координат. Визначено залежність розкиду та помилки сигналу на виході виконавчого пристрою з заданим значенням постійної часу від величини управляючого сигналу, частоти широтно-імпульсної модуляції та інерційності реального виконавчого пристрою. Запропоновано безрозмірний критерій для визначення параметрів широтно-імпульсної модуляції сигналу керування виконавчим пристроєм з заданою інерційністю та розкидом управляючого сигналу. Результати застосування функціональної моделі підтверджують вірність прийнятої гіпотези, а розраховані параметрів роботи виконавчого пристрою відповідають експериментальним даним. Сформульовано рекомендації по визначенню параметрів безперервного управління виконавчим пристроєм.

 

Посилання

 

  1. Passenbrunner T., Sassano M., Trogmann H., del Re L., Paulweber M., SchmidtM., Kokal H. Inverse torque control of hydrodynamic dynamometers for combustion engine test benches. Proceedings of the American Control Conference. 2011. Р.4598–4603. URL: https://www.researchgate.net/publication/224254112_Inverse_torque_control_
    of_hydrodynamic_dynamometers_for_combustion_engine_test_benches
  2. Torabnia S., Banazadeh A. Development of a water brake dynamometer with regard to the modular product design methodology, Proceedings of the ASME 2014. 12th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis. 2014. № 15. P.20229–20232. doi:10.1115/ESDA2014-20232
  3. Shao T., et al. A robust power regulation controller to enhance dynamic performance of voltage source converters, In IEEE Transactions on Power Electronics. 2019. Vol. 34. P. 12407–12422. Dec. doi: 10.1109/TPEL.2019.2906057
  4. Kustanovich Z., Reissner F., Shivratri S., Weiss G. The sensitivity of grid-connected synchronverters with respect to measurement errors. IEEE Access. 2021. Vol. 9. P.118985–118995. doi:10.1109/ACCESS.2021.3107345
  5. Aouini R., Marinescu B., Ben Kilani K., Elleuch M. Synchronverter-based emulation and control of HVDC transmission. IEEE Trans. PowerSystems. 2016. Vol.31. P. 278–286. URL: https://www.researchgate.net/publication/322998600_
    Synchronverter-based_emulation_and_control_of_HVDC_transmission
  6. Ashabani M., Jung J. Synchronous voltage controllers: Voltage-basedemulation of synchronous machines for the integration of renewable energy sources. IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 49497–49508. doi:10.1109/ACCESS.2020.2976892
  7. Busada C.A., Jorge S. G., Solsona J. A. Output admittance synthesizerfor synchronverters. In IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2021. doi:10.1109/TIE.2023.3277109
  8. Abo-Khalil A.G., Al-Qawasmi A.-R., Eltamaly A. M., Yu B. G. Condition monitoring of DC-Link Electrolytic Capacitors in PWM power converters using OBL method. Sustainability. 2020. № 12. P. 719–726. URL: https://www.mdpi.com/2071-1050/12/9/3719
  9. Mandrile F., Musumeci S., Carpaneto E., Bojoi R., Dragicevicand T., BlaabjergF. State-space modeling techniques of emerging grid-connected converters. Energies. 2020. Vol. 13. doi:10.3390/en13184824
  10. Забара С. Моделювання систем у середовищі MATLAB. Університет «Україна», 2015. 137 с. URL: https://www.yakaboo.ua/modeljuvannja-sistem-u-seredovischi-matlab.html

 

Моделювання теплового потоку від резервуарів з нафтопродуктами, що горять

 

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6434-6575

 

Карпова Дарина Ігорівна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-1692-3630

 

Морщ Євген Володимирович

Державний НДІ технологій кібербезпеки та захисту інформації

http://orcid.org/0000-0003-0131-2332

 

Гарбуз Сергій Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-6345-6214

 

Бенедюк Вадим Степанович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-5109-5295

 

Зазимко Олександр Віталійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-7496-0248

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2025-41-2

 

Ключові слова: пожежа горючої рідини, випромінююча поверхня полум’я, тепловий по-тік випромінюванням

 

Анотація

 

Побудовано модель для визначення щільності теплового потоку випромінюванням від по-жежі в вертикальному сталевому резервуарі з нафтопродуктом. Модель враховує деформацію полум’я під впливом вітру: нахил осі полум’я та розширення його основи в підвітряний бік. За-пропонований підхід спирається на відомі емпіричні залежності довжини полум’я та кута його відхилення від вертикальної осі в залежності від швидкості вітру, питомої масової швидкості вигорання рідини та діаметра резервуара. Ці залежності використано для визначення довжини полум’я в довільній точці, що лежить на основі полум’я. Це дозволило побудувати рівняння ви-промінюючої поверхні полум’я в параметричному вигляді. Отримана поверхня має конусоподі-бну форму з еліптичною основою, витягнутої за межі резервуара з підвітряного боку. Відносне розширення основи полум’я за межі резервуара збільшується із зростанням швидкості вітру і зменшується із зростанням діаметру резервуара. Розроблено алгоритм розрахунку щільності те-плового потоку випромінюванням від полум’я до довільної площадки, заданої просторовими координатами і нормальним вектором. В алгоритмі використано покриття основи полум’я регу-лярною сіткою з подальшим застосуванням методів чисельного диференціювання для визначен-ня нормального вектору до випромінюючої поверхні полум’я і методів чисельного інтегрування для оцінки коефіцієнта взаємного опромінення між полум’ям і площадкою, що нагрівається під впливом пожежі. Показано, що розширення основи резервуара призводить до істотного збіль-шення щільності теплового потоку з підвітряного боку резервуара. Отримані результати можуть бути використані для визначення наслідків теплового впливу пожежі на сусідні резервуари з на-фтопродуктами та інше технологічне обладнання, а також для визначення зон безпечного розта-шування техніки та особового складу, задіяних у локалізації і ліквідації пожежі.

 

Посилання

 

  1. НАПБ 05.035 – 2004. Інструкція щодо гасіння пожеж у резервуарах із нафтою та нафтопродуктами.
  2. Landucci G., Salzano E., Taveau J., Spadoni G., Cozzani V. Detailed Studies of Domino Scenarios. Domino Effects in the Process Industries. 2013. P. 229–243. doi: 10.1016/B978-0-444-54323-3.00011-7
  3. Ніжник В. В., Климась Р. В., Одинець А. В. Гасіння пожеж на складах на-фти та нафтопродуктів в умовах ведення бойових дій. Теорія і практика гасіння пожеж та ліквідації надзвичайних ситуацій: Матеріали ХIIІ Міжнародної науково-практичної конференції. С. 30–32.
  4. Аналітична довідка про пожежі та їх наслідки в Україні за 2 місяці 2024 року. URL: https://idundcz.dsns.gov.ua/upload/2/0/6/1/9/6/1/analitychna-dovidka-pro-pojeji-022024.pdf
  5. Гуліда Е. М., Козак Я. Я. Забезпечення пожежної безпеки в резервуарних парках зберігання нафти та нафтопродуктів. Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. 2020. № 6(271–272). С. 69–75. doi: 10.30838/J.BPSACEA.2312.241120.69.700
  6. Ференц Н. О., Вовк С. Я., Міллер О. В. Аналіз аварійних ситуацій і аварій в резервуарних парках складів нафти та нафтопродуктів. Пожежна безпека. 2017. № 31. С. 125–129. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Pb_2017_31_20
  7. Домінік A. M., Нагірняк Ю. М., Фреюк Д. В. Аналіз досліджень негатив-ного впливу теплового потоку від осередку пожежі на навколишні об’єкти. По-жежна безпека. 2024. Т. 45. С. 39–45. doi: 10.32447/20786662.45.2024.05
  8. Бабаджанова О. Ф. Аналіз розвитку аварій на нафтобазі. Теорія і практика гасіння пожеж та ліквідації надзвичайних ситуацій: Матеріали Х Міжнародної науково-практичної конференції. 2019. С. 173–174. URL: https://sci.ldubgd.

edu.ua/bitstream/123456789/6503/1/3.pdf

  1. Бойченко С. В., Калмикова Н. Г. Причинно-наслідковий взаємозв’язок емісії вуглеводнів і втрат бензинів у горизонтальних резервуарах. Причини, фак-тори, джерела. Наукоємні технології. 2020. № 2. С. 218–235. doi: 10.18372/2310-5461.46.14810
  2. Сєрікова О. М. Підвищення рівня екологічної безпеки території, прилег-лої до місць розташування резервуарів рідких вуглеводнів. Техногенно-екологічна безпека. 2023. № 14(2). С. 50–57. doi: 10.52363/2522-1892.2023.2.6
  3. Хаткова Л., Дагіль В., Дагіль І. Кількісна оцінка ризику виникнення по-жеж на резервуарах з нафтою і нафтопродуктами від самозаймання пірофорних відкладень. Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація. 2022. Т. 6. № 2. С. 101–108. doi: 10.31731/2524.2636.2022.6.2.101-107
  4. Савіновська В. І., Федоляк Н. В., Лялюк-Вітер Г. Д. До питання забезпе-чення пожежної безпеки об’єктів підвищеної небезпеки в умовах війни. Матеріали V Міжнародної науково-практичної інтернет-конференції. C. 197–200.
  5. Liu C., Ding L., Jangi M., Ji J., Yu L., Wan H. Experimental study of the effect of ullage height on flame characteristics of pool fires. Combustion and Flame. 2020. Vol. 216. P. 245–255. doi: 10.1016/j.combustflame.2020.03.009
  6. Xu L., Lu Y., Ding C., Guo H., Liu J., Zhao Y. A generic flame shape model and analytical models for geometric view factor calculation on the fire exposure surface. International Journal of Thermal Sciences. 2022. Vol. 173. P. 107392. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2021.107392
  7. Fleury R. Evaluation of Thermal Radiation Models for Fire Spread Between Objects. Proceedings, Fire and Evacuation Modeling Technical Conference. 2011. doi: 10.26021/1472
  8. Sasaki K. View factor of a spheroid and an ellipse from a plate element. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2024. Vol. 326. P. 109102. doi: 10.1016/j.jqsrt.2024.109102

     17. Pritchard M. J., Binding T M. FIRE2: A New Approach for Predicting Thermal Radiation Levels from Hydrocarbon Pool Fires. IChemE Symposium. 1992. 130. P. 491–505.

Експериментальна перевірка працездатності електромагнітного методу детекції вибухонебезпечних предметів

 

Карпов Артем Андрійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0009-0007-9895-1574

 

Кустов Максим Володимирович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6960-6399

 

Корнієнко Руслан Валерійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-4854-283X

 

Іваненко Олександр Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0009-0006-8566-0084

 

 Шаріпова Дар’я Сергіївна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-9926-6041

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2025-41-3

 

Ключові слова: вибухонебезпечні предмети, гуманітарне розмінування, електромагнітне випромінювання, радіолокаційна карта

 

Анотація

 

Розроблена детальна функціональна схема електромагнітного детектора вибухонебезпеч-них предметів, яка базується на високопродуктивному цифровому процесорі типу Blackfin. Апа-ратна частина детектора включає випромінюючу антену, яка генерує електромагнітні хвилі, та приймаючу антену, що реєструє відбитий сигнал. Також до її складу входять блок підсилення сигналу, система автоматичного регулювання підсилення, яка забезпечує стабільність сигналу при змінних умовах середовища, цифро-аналогові та аналого-цифрові перетворювачі для оброб-ки сигналів у цифровій формі, а також блок таймінгів, що синхронізує всі апаратні компоненти. Така архітектура дозволяє здійснювати ефективний збір та обробку даних з високою швидкістю передавання та забезпечує оперативне оновлення синхроімпульсів для перетворювачів. На осно-ві розробленого прототипу детектора була проведена комплексна експериментальна перевірка, метою якої було підтвердження адекватності раніше створених теоретичних моделей, описаних у попередніх дослідженнях. Експерименти показали, що електромагнітні властивості середови-ща, зокрема рівень обводненості ґрунту, а також геометричні параметри вибухонебезпечного об’єкта і його конструктивні особливості, істотно впливають на результати детектування. Аналіз радіолокаційних зображень, отриманих під час тестування детектора на зразках мін типу ПМН-2, ПФМ-1 та ТМ-62, підтвердив ефективність розробленого підходу. Зокрема, детектор демон-струє здатність виявляти міну ТМ-62 на глибинах до 50 см, а для протипіхотних мін (ПМН-2 та ПФМ-1) ефективна глибина детектування становить до 20 см. Ці показники повністю відповіда-ють тактичним вимогам до виявлення протипіхотних та протитанкових мін. Для подальшого пі-двищення точності розпізнавання та роздільної здатності сигналів пропонується застосування сучасних математичних моделей та методів обробки потоку даних.

 

Посилання

 

  1. Требін М. П., Іванов С. В., Мельник О. А., Разумова Г. В. Війна як виклик існуванню цивілізації. Деструктивні мегатенденції сучасності: від пандемії до війни: монографія. Аналіт. центр сучас. гуманітаристики. Харків : Право. 2025. С. 105–130. URL: http://repository.hneu.edu.ua/handle /123456789/35712
  2. Songtao Li. Study on Ground-Penetrating Radar (GPR) Application in Pavement Deep Distress Detection. Chengchao Guo Journal of Transportation Technologies. 2019. Vol. 9. № 2. P. 18. doi: 10.4236/jtts.2019.92015
  3. Frank J. W. P., Anthony J. P., David W. A. GPR combined with a positioning system to detect anti-personnel landmines. 8th International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar (IWAGPR). 2015. P. 1–4. doi: 10.1109/IWAGPR.2015. 7292660
  4. Elsheakh D. M. Linear/circular polarizations slot antennas for millimmiter wave applications. Microwave and Optical Technology Letters. 2017. Vol. 59(4). P. 976–983. doi: 10.1002/mop.30435
  5. Indelicato A. The Impact of Frequency in Surveying Engineering Slopes Using Ground Penetrating Radar. International Journal of Geosciences. 2017. Vol. 8 № 3. P. 296–304. doi: 10.4236/ijg.2017.83014
  6. Saranya S., Sudha G., Rithika B., Alagappan A., Sanjeev D. Ground Penetrating Radar For Identifying Mines In A Minefield. In 2024 International Conference on Power, Energy, Control and Transmission Systems (ICPECTS) IEEE. 2024. P. 1–5. doi: 10.1109/ICPECTS62210.2024.10780419
  7. Abufares L., Chen Y., Al-Qadi I. L. Asphalt concrete density monitoring during compaction using roller-mounted GPR. Automation in Construction. 2025. Vol. 174. P. 106158. doi: 10.1016/j.autcon.2025.106158
  8. Liu Y., Zhang Z., Yuan Y., Zhu Y., Wang K. Quantitative Evaluation of Internal Pavement Distresses Based on 3D Ground Penetrating Radar. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering. 2025. Vol. 20(1). P. 45–69. doi: 10.7250/bjrbe.2025-20.653
  9. Cui L., Li L., Zhang W., Sun F., Fan D., Zhang H. Advances of deep learning application in qualitative and quantitative detection of road subsurface distress using ground penetrating radar: A review. Measurement. 2025. Vol. 247. P. 116760. doi: 10.1016/j.measurement.2025.117007
  10. Wang W., Du W., Cheng S., Zhuo J. Numerical Simulation Study on the Impact of Blind Zones in Ground Penetrating Radar. Sensors. 2025. Vol. 25(4). P. 1252. doi: 10.3390/s25041252
  11. Lambot S., Wu K., Sluÿters A., Vanderdonckt J. The Full‐Wave Radar Equation for Wave Propagation in Multilayered Media and Its Applications. Ground Penetrating Radar: From Theoretical Endeavors to Computational Electromagnetics, Signal Processing, Antenna Design and Field Applications. 2024. P. 123–160. doi: 10.1002/9781394284405.ch5
  12. Sainson S., Sainson L., Sainson S. Electromagnetic seabed logging. Springer International Publishing. 2017. Vol. 19. P. 536. doi: 10.1007/978-3-319-45355-2
  13. Kustov M., Karpov A. Sensitivity of explosive materials to the action of electromagnetic fields. Проблеми надзвичайних ситуацій. Харків: НУЦЗ України. 2023. № 1(37). C. 4–17. doi: 10.52363/2524-0226-2023-37-1
  14. Кустов М. В., Кулаков О. В., Карпов А. А., Басманов О. Є., Михайловська Ю. В. Електродинамічна модель взаємодії електромагнітної хвилі з поверхнею вибухонебезпечної речовини. Проблеми надзвичайних ситуацій: Науковий журнал, Харків: НУЦЗ України. 2024. № 1(39). С. 81–95. doi: 10.52363/2524-0226-2024-39-6

     15. Карпов А. А., Кустов М. В., Кулаков О. В., Басманов О. Є., Михайловська Ю. В. Взаємодія електромагнітної хвилі з поверхнею реальної вибухонебезпечної речовини. Проблеми надзвичайних ситуацій. Черкаси: НУЦЗ України. 2024. № 2(40). C. 57–71. doi: 10.52363/2524-0226-2024-40-5

Підвищення рівня безпеки роботів та маніпуляторів

 

Цимбал Богдан Михайлович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-2317-3428

 

Рибка Євгеній Олексійович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0002-5396-5151

 

Свіржевський Петро Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0009-0004-2463-5841

 

Рибалова Ольга Володимирівна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-8798-4780

 

Петрищев Артем Станіславович

Національний університет «Запорізька політехніка»

http://orcid.org/0000-0003-2631-1723

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2025-41-1

 

Ключові слова: професійні ризики, безпека праці, коботи, роботи, маніпулятори, штучний інтелект

 

Анотація

 

Дослідження зосереджене на розробці методики підвищення рівня безпеки роботів та маніпуляторів у промисловому середовищі. Роботизовані системи ефективно виконують складні та небезпечні завдання, але водночас створюють нові ризики для працівників, що потребує систематичної оцінки та управління. Було проведено аналіз основних факторів, які впливають на безпеку роботизованих систем, зокрема механічні, ергономічні, термічні та електричні небезпеки. На основі цього розроблено універсальну методику оцінки професійних ризиків, яка враховує тяжкість можливих ушкоджень, ймовірність їх виникнення, кваліфікацію персоналу, швидкість настання небезпеки та рівень обізнаності працівників. Методика включає розроблені чек-листи, матриці оцінки ризиків та анкети для ідентифікації небезпечних факторів та визначення рівня ризиків. Для перевірки її ефективності було проведено апробацію на машинобудівному підприємстві, де оцінено ри-зики для працівників, які працюють із вимірювальною рукою Absolute Arm 7-Axis, координатно-вимірювальною машиною GLOBAL S GREEN 05.07.05 та зварювальним роботом ABB IRB 1400 M94A. Було встановлено, що найбільш небезпечним робочим місцем є робоче місце оператора зварювального робота ABB IRB 1400 M94A, бо він зіштовхується з механічними, термічними, електричними, ергономічними, комбінованими небезпека та небезпекою випромінювання, найбільше значення має ризик при контакті оператора з струмоведучими частинами або з’єднаннями, що сладає 51 (суттєвий). Результати показали ключові ризики на робочих місцях, а також ефективність розроблених заходів із їх мінімізації. Запроваджено навчання персоналу, обмеження доступу до небезпечних зон та використання засобів індивідуального захисту. Методика може бути застосована для ідентифікації ризиків та впровадження заходів безпеки на підприємствах різних галузей.

 

Посилання

 

1 Industrial robots, workers’ safety, and health / R. Gihleb et al. Labour economics. 2022. Vol. 78. P. 102205. doi: 10.1016/j.labeco.2022.102205

  1. Caiazzo C., Nestić S., Savković M. A systematic classification of key performance indicators in human-robot collaboration. Sustainable business management and digital transformation: challenges and opportunities in the post-covid era. Cham. 2022. P. 479–489. doi: 10.1007/978-3-031-18645-5_30
  2. Yetkin B. N., Ulutas B. H. A Literature Review on Human-robot Collaborative Environments Considering Ergonomics. Lecture Notes in Management and Industrial Engineering. Cham. 2022. P. 49–60. doi: 10.1007/978-3-031-08782-0_5
  3. Operations management issues in design and control of hybrid human-robot collaborative manufacturing systems: a survey / S. E. Hashemi-Petroodi et al. Annual reviews in control. 2020. Vol. 49. P. 264–276. doi: 10.1016/j.arcontrol.2020.04.009
  4. Gualtieri L., Rauch E., Vidoni R. Emerging research fields in safety and ergonomics in industrial collaborative robotics: a systematic literature review. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2021. Vol. 67. P. 101998. doi: 10.1016/

j.rcim.2020.101998

  1. Olsen T. L., Tomlin B. Industry 4.0: opportunities and challenges for operations management. Manufacturing & service operations management. 2020. Vol. 22. № 1. P.113–122. doi: 10.1287/msom.2019.0796
  2. Physical ergonomic improvement and safe design of an assembly workstation through collaborative robotics / A. Colim et al. Safety. 2021. Vol. 7. № 1. P. 14. doi: 10.3390/safety7010014
  3. Safety, ergonomics and efficiency in human-robot collaborative assembly: design guidelines and requirements / L. Gualtieri et al. Procedia CIRP. 2020. Vol. 91. P. 367–372. doi: 10.1016/j.procir.2020.02.188
  4. A human-robot collaboration framework for improving ergonomics during dexterous operation of power tools / W. Kim et al. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2021. Vol. 68. P. 102084. doi: 10.1016/j.rcim.2020.102084
  5. Chutima P. Research trends and outlooks in assembly line balancing problems. Engineering journal. 2020. Vol. 24. № 5. P. 93–134. doi: 10.4186/ej.2020.24.5.93
  6. Balancing of assembly lines with collaborative robots / C. Weckenborg et al. Business research. 2019. Vol. 13. № 1. P. 93–132. doi: 10.1007/s40685-019-0101-y
  7. Ergonomics and safety in the design of industrial collaborative robotics / S. Pinheiro et al. Studies in systems, decision and control. Cham. 2021. P. 465–478. doi: 10.1007/978-3-030-89617-1_42
  8. Srivatsan H., Myagerimath A. V., Duffy V. G. A systematic review of collaborative robots in ergonomics. Digital human modeling and applications in health, safety, ergonomics and risk management. Cham. 2024. P. 282–297. doi: 10.1007/978-3-031-61066-0_17
  9. Ergonomic human-robot collaboration in industry: a review / M. Lorenzini et al. Frontiers in robotics and AI. 2023. Vol. 9. doi: 10.3389/frobt.2022.813907
  10. Handbook of human factors and ergonomics / ed. by G. Salvendy, W. Karwowski. Wiley. 2021. doi: 10.1002/9781119636113
  11. Teaming with industrial cobots: a socio‐technical perspective on safety analysis / A. Adriaensen et al. Human factors and ergonomics in manufacturing & service industries. 2021. Vol. 32. № 2. P. 173–198. doi: 10.1002/hfm.20939
  12. Redefining safety in light of human-robot interaction: a critical review of current standards and regulations / A. Martinetti et al. Frontiers in chemical engineering. 2021. Vol. 3. doi: 10.3389/fceng.2021.666237
  13. Human robot collaboration in industrial environments / G. Michalos et al. The 21st century industrial robot: when tools become collaborators. Cham. 2021. P. 17–39. doi: 10.1007/978-3-030-78513-0_2
  14. Seamless human–robot collaboration in industrial applications / S. Makris et al. Lecture notes in mechanical engineering. Cham. 2024. P. 39–73. doi: 10.1007/978-3-031-54034-9_2
  15. Human-Centered approach for the design of a collaborative robotics workstation / A. Colim et al. Occupational and environmental safety and health II. Cham. 2020. P. 379–387. doi: 10.1007/978-3-030-41486-3_41
  16. Kopp T., Baumgartner M., Kinkel S. Success factors for introducing industrial human-robot interaction in practice: an empirically driven framework. The international journal of advanced manufacturing technology. 2020. doi: 10.1007/s00170-020-06398-0
  17. Collaborative robots in manufacturing and assembly systems: literature review and future research agenda / A. Keshvarparast et al. Journal of intelligent manufacturing. 2024. Vol. 35. P. 2065–2118. doi: 10.1007/s10845-023-02137-w
  18. Multimodal perception-fusion-control and human–robot collaboration in manufacturing: a review / J. Duan et al. The international journal of advanced manufacturing technology. 2024. doi: 10.1007/s00170-024-13385-2
  19. Redefining safety in light of human-robot interaction: a critical review of current standards and regulations / A. Martinetti et al. Frontiers in chemical engineering. 2021. Vol. 3. doi: 10.3389/fceng.2021.666237 (date of access: 29.12.2024)
  20. Keeping workers safe in the automation revolution. Brookings. URL: https://www.brookings.edu/articles/keeping-workers-safe-in-the-automation-revolution/
  21. Liang C.-J., Cheng M. H. Trends in robotics research in occupational safety and health: a scientometric doi: analysis and review. International journal of environmental research and public health. 2023. Vol. 20. № 10. P. 5904. doi: 10.3390/ijerph20105904
  22. Editorial: safety in close human-robot interaction / M. Valori et al. Frontiers in robotics and AI. 2023. Vol. 10. doi: 10.3389/frobt.2023.1288713.
  23. Human–Robot collaboration trends and safety aspects: a systematic review / J. Arents et al. Journal of sensor and actuator networks. 2021. Vol. 10. № 3. P. 48. doi: 10.3390/jsan10030048
  24. A taxonomy of factors influencing perceived safety in human–robot interaction / N. Akalin et al. International journal of social robotics. 2023. doi: 10.1007/s12369-023-01027-8
  25. Examining profiles for robotic risk assessment / T. Bridgwater et al. HRI ‘20: ACM/IEEE international conference on human-robot interaction, Cambridge United Kingdom. New York, NY, USA, 2020. doi: 10.1145/3319502.3374804
  26. Vecellio Segate R., Daly A. Encoding the enforcement of safety standards into smart robots to harness their computing sophistication and collaborative potential: a legal risk assessment for european union policymakers. European journal of risk regulation. 2023. P. 1–40. doi: 10.1017/err.2023.72
  27. Collaborative robots in manufacturing and assembly systems: literature review and future research agenda / A. Keshvarparast et al. Journal of intelligent manufacturing. 2024. Vol. 35. P. 2065–2118. doi: 10.1007/s10845-023-02137-w
  28. Risk assessment tools for industrial human-robot collaboration: novel approaches and practical needs / T. P. Huck et al. Safety science. 2021. Vol. 141. P. 105288. doi: 10.1016/j.ssci.2021.105288
  29. BS EN ISO 12100:2010. Safety of machinery – General principles for design – Risk assessment and risk reduction (ISO 12100:2010). Effective from 2010-10-09. Official edition. Brussels : BSI, 2011. 77 p. URL: https://nobelcert.com/DataFiles/

FreeUpload/BS%20EN%20ISO%2012100-2010.pdf

  1. Lee K., Shin J., Lim J.-Y. Critical hazard factors in the risk assessments of industrial robots: causal analysis and case studies. Safety and health at work. 2021. doi: 10.1016/j.shaw.2021.07.010
  2. A SafeML extension for a unified risk assessment to diverse service robots / T. Miyoshi et al. ROBOMECH journal. 2023. Vol. 10. № 1. doi: 10.1186/s40648-023-00245-z
  3. Novel approach using risk analysis component to continuously update collaborative robotics applications in the smart, connected factory model / M. Pantano et al. Applied sciences. 2022. Vol. 12. № 11. P. 5639. doi: 10.3390/app12115639
  4. Safe human-robot collaboration: a systematic review of risk assessment methods with AI integration and standardization considerations / M. J. Alenjareghi et al. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2024. doi: 10.1007/s00170-024-13948-3
  5. Safety assessment of human-robot collaborations using failure mode and effects analysis and bow-tie analysis / A. Haggy et al. 21st international conference on informatics in control, automation and robotics, Porto, Portugal, 18–20 November 2024. 2024. P. 432–439. doi: 10.5220/0013017500003822
  6. Hazard identification and risk assessment of intelligent robots based on virtual reality / X. Liu et al. Frontiers in artificial intelligence and applications. 2023. doi: 10.3233/faia230801
  7. Towards safe human robot collaboration – Risk assessment of intelligent automation / A. Hanna et al. 2020 25th IEEE international conference on emerging technologies and factory automation (ETFA), Vienna, Austria, 8–11 September 2020. 2020. doi: 10.1109/etfa46521.2020.9212127
  8. Safety assessment review of a dressing assistance robot / D. Delgado Bellamy et al. Frontiers in robotics and AI. 2021. Vol. 8. doi: 10.3389/frobt.2021.667316
  9. Internal state-based risk assessment for robots in hazardous environment / J. David et al. Towards autonomous robotic systems. Cham. 2022. P. 137–152. doi: 10.1007/978-3-031-15908-4_12
  10. Yavorska O., Khudolii S., Cheberiachko Y., Mamaikin O., Khorolskyi A. Assessment of the risk of a dangerous event of a human collision with a remote-controlled robot. E3S Web of Conferences. 2024. Vol. 567. P. 01018. doi: 10.1051/e3sconf/202456701018
  11. Aichaoui N. E. Y., Kovács T. A. Risk assessment of industrial collaborative welding robots: a critical review of methodologies and limitations. Advanced sciences and technologies for security applications. Cham. 2024. P. 149–159. doi: 10.1007/978-3-031-47990-8_14
  12. Robots and human interaction in a furniture manufacturing industry – risk assessment / A. Colim et al. Advances in intelligent systems and computing. Cham. 2020. P. 81–90. doi: 10.1007/978-3-030-20497-6_8
  13. ДСТУ EN ISO 10218-1:2018. Роботи та роботизовані пристрої. вимоги щодо безпечності промислових роботів. частина 1. роботи (EN ISO 10218-1:2011, IDT; ISO 10218-1:2011, IDT). На заміну ДСТУ EN ISO 10218-1:2014 ; чинний від 2020-01-01. Вид. офіц. 2018. URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=81561
  14. ДСТУ EN ISO 10218-2:2018. Роботи та роботизовані пристрої. вимоги щодо безпечності промислових роботів. частина 2. роботизовані системи та їхні поєднання (EN ISO 10218-2:2011, IDT; ISO 10218-2:2011, IDT). На заміну ДСТУ EN ISO 10218-2:2014 ; чинний від 2020-01-01. Вид. офіц. 2018. URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=81746
  15. ДСТУ EN ISO 12100:2016. Безпечність машин. загальні принципи проек-тування. Оцінювання ризиків та зменшення ризиків (EN ISO 12100:2010, IDT; ISO 12100:2010, IDT). На заміну ДСТУ EN 292-1-2001, ДСТУ EN 292-2-2001, ДСТУ EN 1050:2003, ДСТУ EN ISO 12100:2014 ; чинний від 2018-07-01. Вид. офіц. 2016. URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=71627
  16. ДСТУ EN ISO 13482:2019. Роботи та роботизовані пристрої. Вимоги щодо безпечності роботів особистого догляду (EN ISO 13482:2014, IDT; ISO 13482:2014, IDT). На заміну ДСТУ EN ISO 13482:2014 ; чинний від 2021-01-01. Вид. офіц. 2019. URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=88307

 

  1. Тютюник В. В., Лєвтєров О. А., Тютюник О. О., Усачов Д. В. Акустичний моніторинг джерел надзвичайних ситуацій, пов’язаних із застуванням вогнепальної зброї
  2. Толок І. В., Рибка Є. О., Поздєєв С. В., Кустов М. В. Новгородченко А. Ю., Пліско Ю. В. Закономірності поведінки залізобетонних конструкцій модульних укриттів в умовах вибуху
  3. Несух М. М., Субота А. В., Швиденко А. В., Некора О. В. Динамічні процеси при відриві резервуара від днища внаслідок пожежі
  4. Рудаков С. В., Миргород О. В., Петухова О. А., Пирогов О. В., Щолоков Е. Е., Корнієнко Р. В. Реалізація безпеки пасажирів при порушенні герметичності салону літака у висотних польотах