ZBORNIK RADOVA - vtsnisvtsnis.edu.rs/wp-content/uploads/2017/05/VTSNIS_Zbornik...Diskretizacija signala po amplitudi, tj. kvantovanje signala predstavlja korak u procesu digitalizacije

VISOKA TEHNIČKA ŠKOLASTRUKOVNIH STUDIJA NIŠ

ZBORNIK RADOVA

NIŠ, 2014.

VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA U NIŠU

ZBORNIK RADOVAVISOKE TEHNIČKE ŠKOLE STRUKOVNIH STUDIJA

NIŠ2014.

ZBORNIK RADOVAVisoke tehničke škole strukovnih studija u Nišu

Izdavač:Visoka tehnička škola strukovnih studija

Niš, Aleksandra Medvedeva 20Tel: (018) 588 211, 588 039, 588 040

Tel/Fax: (018) 588 210E-mail: [email protected]://www.vtsnis.edu.rs

Urednik:dr Dejan Blagojević

Recezent:dr Zoran Milivojević

Tehnička obrada i korice:Goran Milosavljević, dipl. inž. el.

Štampa:Punta, Niš

Tiraž:150 primeraka

PREDGOVOR

Efikasan transfer tehnologija i znanja, predstavlja osnovu modernog razvoja privrede i društva ucelini. Adekvatnim odgovorom na izazove tehnološkog razvoja, unapređuje se proces proizvodnje,poslovanje, otvaraju se nova radna mesta, koja traže nove kompetencije. Razvoj i rezultati u oblastitehničko tehnološkog polja proteklih decenija, jasno su ukazali na potrebu razvoja interdisciplinarnih imultidisciplinarnih oblasti.

Sledeći svoju tradiciju dugu četiri decenije, nastavno osoblje Visoke tehničke škole strukovnihstudija iz Niša, daje svoj puni doprinos, ugrađujući osovne vrednosti struke, zahteve tržišta i nova znanjau svoje nastavne programe. Kroz interaktivni odnos prema obrazovnom procesu, svakodnenvno seunapređuju rezultati rada, kako studenata tako i nastavnog osoblja. Vidljivost tih rezultata se obezbeđujena svakom koraku i oni su dostupni svim zainteresovanim subjektima.

Ovaj zbornik radova, predstavlja još jedan u nizu doprinosa naše ustanove aktuelnim procesimarazvoja u regionu i šire. Prezentovani zaključci, preporuke, kao i rešenja za određene probleme, jasnoodslikavaju napredak u razvoju interdisciplinarnih istraživanja nastavnog osoblja VTŠ Niš i ukazuju naopredeljenost ustanove da razvija i unapređuje svoje potencijale kroz aktivnu saradnju sa privredom.

Direktor Školedr Dejan Blagojević

SADRŽAJ:

1. PROJEKTOVANJE KOMPANDING KVANTIZERA ZASNOVANO NAAPROKSIMACIJI OPTIMALNE KOMPRESORSKE FUNKCIJE SPLAJNFUNKCIJOM PRVOG REDA 1Goran Mišić, Nikola Sekulović

2. OLAP SISTEMI ZA PODRŠKU U ODLUČIVANJU 5Borivoje Milošević

3. POSTUPAK IZRADE ANIMACIJE U 3DS MAXU 9Milan Gocić, Dejan Blagojević

4. POTROŠNJA ENERGIJE U SENZOSKIM ČVOROVIMA 13Mirko Kosanović, Miloš Kosanović

5. OCENA AKUSTIČKE PODOBNOSTI PROSTORIJE ZA SASTANKE 17Violeta Stojanović, Zoran Milivojević

6. KOMPARACIJA KVALITETA VODENOG ŽIGA INSERTOVANOG UNEKODOVANI VIDEO U PROSTORNOM I TRANSFORMACIONOM DOMENU 21Zoran Veličković

7. KVALITET USLUGE U JAVNOM GRADSKOM PREVOZU 25Milan Stanković, Dejan Bogićević, Pavle Gladović, Nada Stojanović

8. OCENA ODRŽIVOSTI SCENARIJA UPRAVLJANJA OTPADOM PRIMENOMVIŠEKRITERIJUMSKE ANALIZE 29Biljana Milutinović, Aleksandra Boričić

9. ULOGA CAD SISTEMA U PROJEKTOVANJU PROIZVODA 33Miloš Pavlović, Miloš Ristić, Vukašin Pavlović

10. PROCENA TEHNOLOGIČNOSTI KONSTRUKCIJE UPOTREBOM TEHNIČKIHELEMENATA 37Miloš Ristić, Milan Pavlović

11. RADNE POVRŠINE KAO REGULATOR BRZINE TEČENJA U ALATIMA ZAISTOSMERNO ISTISKIVANJE PROFILA OD AL LEGURA 41Tomislav Marinković

12. ANALIZA OSCILATORNE UDOBNOSTI TRAKTORA SA ASPEKTA SISTEMAELASTIČNOG OSLANJANJA 45Boban Cvetanović, Miljan Cvetković

13. TEHNOLOGIJE RECIKLAŽE OTPADNIH OLOVNIH AKUMULATORA 49Petar Đekić, Slađana Nedeljković

14. HIDROGEOTERMALNI POTENCIJAL NIŠKE BANJE 53Anica Milošević, Mladen Tomić

15. SMANJENJE KOLIČINE MINERALNIH MATERIJALA U ZEMLJIŠTU PRIMENOMMODELA CEMOS/BUCKETS 56Danijela Zlatković

16. RAZVOJ ZGRADA ZA PARKIRANJE OD NASTANKA DO SAVREMENIH ZGRADA 59Aleksandra Marinković

17. VARIJACIJA NORMALNE KRIVINE USLED BESKONAČNO MALOG SAVIJANJAPOVRŠI 63Milica Cvetković

18. DIGITALNI VODENI ŽIG U FUNKCIJI PRAVNE ZAŠTITE SVOJINE 67Milica Mladenović, Zoran Milivojević

19. JAVNI NASTUP U POSLOVNIM KOMUNIKACIJAMA 71Staniša Dimitrijević, Ana Simonov, Dragana Cvetković, Milan Dimitrijević

20. EVALUACIJA STUDENATA U OKVIRU ENGLESKOG JEZIKA ZA POSEBNENAMENE 75Danica Milošević

1

Z B O R N I K R A D O V AVISOKA TEHNIČKA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA - NIŠ

DECEMBAR,2014.

PROJEKTOVANJE KOMPANDING KVANTIZERA ZASNOVANO NAAPROKSIMACIJI OPTIMALNE KOMPRESORSKE FUNKCIJE SPLAJN FUNKCIJOM

PRVOG REDA

DESIGN OF COMPANDING QUANTIZER BASED ON APPROXIMATION OFOPTIMAL COMPRESSOR FUNCTION BY THE FIRST ORDER SPLINE FUNCTION

Goran Mišić, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.Nikola Sekulović, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj – U ovom radu je predložen novi model skalarnog kompanding kvantizera saoptimizovanim amplitudskim opsegom za Gausov izvor. Kako bi se smanjila složenost predloženogmodela kompandora, nelinearna optimalna komresorska funkcija je aproksimirana splajnfunkcijama prvog stepena. Na osnovu poređenja složenosti i vrednosti odnosa signal-šumkvantizacije sa optimalnim modelom kompandora, prikazane su prednosti predloženog modelakompandora.

Ključne reči: Kompresorska funkcija. Kompanding kvantizer. Splajn funkcije. Oblast pragaispitivanja.

Abstract – In this paper, a novel scalar companding quantizer model with optimized support re-gion threshold for a Gaussian source is proposed. In order to reduce the complexity of the pro-posed compandor model, we performed an approximation of nonlinear optimal compression func-tion using the first degree spline functions. On the basis of the comparison with the complexity andvalues of signal to quantization noise ratio (SQNR) of optimal compandor model, advantages ofthe proposed compandor model are shown.

Key words: Compressor function. Companding quantizer. Spline functions. Support regionthreshold.

1. UVOD

Diskretizacija signala po amplitudi, tj. kvantovanjesignala predstavlja korak u procesu digitalizacije koji imaveoma važnu ulogu u određivanju performansi digitalnihtelekomunikacionih sistema. Glavni cilј prilikomprojektovanja kvantizera je da se sa što manjim brojem bitovapo odmerku što verodostojnije predstavi kontinualni signal.Takođe, trebalo bi voditi računa i o kašnjenje i o složenostipraktične realizacije kvantizera [1,2].

Veličina kojom se može opisati kvantizer je odnossignal-šum kvantizacije (signal to quantization noise ratio –SQNR). SQNR se naravno može povećati povećanjem brojanivoa kvantovanja. Međutim, ovaj pristup nije racionalan sainženjerske tačke gledišta jer rezultira povećanje brzine,odnosno broj bitova po uzorku. Za konstantan broj nivoakvantovanja podela amplitudskog opsega kvantizera na ćelijemože biti urađena koristeći različite pristupe, tj. kriterijumesa ciljem da se obezbedi najmanja moguća distorzija i takopobolјša SQNR. Upotreba uniformnog (linearnog) kvantizerau kome su rastojanja između pragova odluka jednaka jeracionalna samo u slučaju kada se signal može opisatiuniformnom raspodelom. Međutim, u realnim slučajevima,ovaj pristup obezbeđuje nezadovoljavajući SQNR.

Lojd-Maks-ov algoritam predstavlja algoritam za najbolјumoguću podelu amplitudskog opsega kvantizera, tj. algoritamza određivaje vrednosti pragova odlučivanja kojima seobezbeđuje maksimalna vrednost SQNR-a [3]. Međutim, zaveći broj nivoa kvantizacije Lojd-Maksov algoritam zahtevadosta vremena, i kao takav nije pogodan za primenu u praksi.

Imajući u vidu da se realni signali opisuju neuniformnimraspodelama, upotreba neuniformnih kvantizera je dalekoopravdanija od upotrebe uniformnih kvantizera sa stanovištaSQNR-a. Kompanding tehnika, tehnika kojom se nadulaznim signalom primenjuje odgovarajuća kompresorskafunkcija, predstavlja najčešće korišćenu tehniku zarealizaciju neunifromnog kvantizera. Kvantizater je nakonprethodne obrade uzorkovanog signala (kompresija)ekvivalentan uniformnom kvantizeru kod koga signalzauzima ceo amplitudski opseg kvantizera. Sa izlazauniformnog kvantizera signal mora biti naknadno obrađentehnikom ekspanzije. Funkcije kompresora i ekspandoramoraju biti komplementrane kako bi se sačuvala originalnadinamika signala. Proces koji je kombinacija kompresije iekspanzije naziva se kompandovanje.

Postoje dva pristupa prilikom izbora kompresorskefunkcije: pristup koji obezbeđuje konstantan (ne maksimalan)

2

SQNR za širok opseg varijanse ulaznog signala (logaritamskiμ i A zakoni kompresije) i pristup koji omogućavamaksimalni SQNR za referentnu varijansu signala (optimalnakompresija) [3]. Međutim, problemi u vezi sa utvrđivanjeminverzne kompresorske funkcije i uparivanjem karakteristikadioda kako bi se obezbedila komplementarnost karakteristikakompresora i ekpandora ukazuje da je projektovanje kola ipraktična realizacija neuniformnog kompanding kvantizeraveoma složena. U cilјu pojednostavlјenja procedureprojektovanja i praktične realizacije kvantizera predložena jelinearizacija kompresorske funkcije [4,5].

Amplitudski opseg kvantizera se može podeliti nasegmente, a svaki od segmenata na odgovarajući broj ćelijakojima se dodeljuju odgovarajući nivoi kvantovanja(reprodukcije). Dobijeni kvantizeri su poznati kao deo-po-deolinearni skalarni kompanding kvantizeri (piecewise linearscalar companding quantizers - PLSCQs) i imaju širokuprimenu. Preporukom G.711 definisani su segmentni μ i Azakoni kompresorske funkcije koji imaju široku upotrebi umnogim sistemima, a posebno u javnim telefonskimmrežama [6]. U radu [7] je izvršena linearna aproksimacijaoptimalne kompresorske funkcije za Laplasov izvor iispitivan je SQNR odgovarajućeg PLSCQ kvantizara.

Podstaknuti činjenicama da se kratkoročna statistikagovornog signala modeluje Gausovim izvorom [2], to će ovajizvor biti predmet razmatranja ovog rada. Pored toga,kvantizer dizajniran za Gausov izvor sa pravilno odabranomtehnikom filtriranja može pružiti veoma dobre performanse uslučaju kada izvor nije Gausov [8]. Za razliku od skalarnogkompanding kvantizera koji je opisan u radovima [4] i [9],oblast praga ispitivanja predloženog modela kompandora nijepodelјen na segmente jednake širine. Takođe, u ovom radupredlažemo jednak broj ćelija po segmentima, osim uposlednjem optimizovanom segmentu.

Rad je organizovan na sledeći način. U Odelјku 2prikazani su koraci za određivanje aproksimativne splajnfunkcije. U Odelјku 3 je dat opis predloženog modelakompandora i optimizacija amplitudskog opsega kvantizera,dok su numerički rezultati predstavljeni i iskomentarisani uOdeljku 4. U Odeljku 5 su izvedeni odgovarajući zaključci.

2. APROKSIMACIJA SPLAJN FUNKCIJAMA

Osnovni matematički alat za analizu i opisivanje fizičkihprocesa su funkcije. Veoma često ove funkcije nisu poznateeksplicitno ili su predstavlјene jednačinama koje su veomaglomazne i komplikovane za dalјu analizu. Teorijaaproksimacija je veoma važan deo primenjene matematikekoja se bavi aproksimacijom funkcija jednostavnijimfunkcijama uz određenu (dozvoljenu) grešku.

Splajn funkcije su veoma popularne u teorijiaproksimacija. Naime, zbog njihove odlične moćiaproksimacije i jednostavnosti, splajn funkcije su našleprimenu u mnogim oblastima nauke.

Splajn funkcija S(x) može se definisati kao polinomnafunkcija odgovarajućeg stepena pridružena odgovarajućemintervalu I = [a, b]. Naime, splajn funkcija stepena jedan semože napisati na sledeći način

0 0 1

1 1 2

1 1

, ,

, , ,

, ,n n n

S x x x x

S x x x xS x

S x x x x

(1)

gde je

,0 ,1 , 0, 1i i iS x s s x i n (2)

i xo = a i xn = b. Tačke xi su poznate kao čvorovi.Polinomne funkcije moraju obezbediti neprekidnost učvorovima. U tom slučaju se S(x) zove deo-po-deo linearnaili poligonalna funkcija.

U ovom radu, optimalna kompresorska funkcija c(x) jeaproksimirana splajn funkcijom prvog stepena g(x). Oblikaproksimativne splajn funkcije je

,,,1,,, 1 Lixxxxxhxcxg iiiiii (3)

gde je xo=0. Koeficijenti pravca linije hi dati su izrazom

.,,1,

1

1 Lixx

xcxch

ii

iii

(4)

Za Gausov izvor jedinične varijanse (σ =1)

2exp

2

1 2xxp

, (5)

optimalna kompresorska funkcija c(x) je [2]

max

max

max ||,)sgn(

6erfc-1

6erfc-1

)( xxxx

x

xxc

, (6)

gde je funkcija greške data sa

u

dttu )exp(2

)(erfc 2

. (7)

3. OPIS MODELA KOMPANDORA ZASNOVANOGNA SPLAJN FUNKCIJI PRVOG STEPENA

U ovom odeljku dat je detalјan opis kompandingkvantizera zasnovanog na splajn funkcijama prvog stepena.Zbog simetrije kvantizera biće razmatran samo pozitivan deokompresorske karakteristike (prvi kvadrant).

Amplitudski opseg za optimalni kompandor je [10]

NN

NNx

ln2

3ln

ln4

lnln1ln6max

. (8)

Ukupan broj reprodukcionih nivoa po segmentima uslučaju kada je oblast praga ispitivanja xmax određuje se izizraza

L

i

i NN

1 2

2

2. (9)

Broj reprodukcionih nivoa po segmentima je

L

NN i

22 , ,1,,1 Li (10)

3

dok je broj nivoa reprodukcije u poslednjem segmentu

L

NL

NN L

21

2

2

2

. (11)

Vrednosti pragova segmenata određene su inverznomsplajn funkcijom prvog stepena

L

Nigx ii 2

1 ,1,,1 Li (12)

Pragovi ćelija određuju se na sledeći način

xg

jx

i

cellji ',

,

2,,1,1 iN

ji , (13)

xg

jxcx

i

iicellji ',

,

2,,1,,,2 iN

jLi . (14)

Dužine ćelija po segmentima su

xg iji ',

,

2,,1,,,1 iN

jLi , (15)

gde je

2

2 max

N

x. (16)

Granularna distorzija kompandora definisana je [2]

L

i

N

jji

jig

i

PD1

2

1,

2,

12

Δ2 ,

2,,1,,,1 iN

jLi , (17)

gde Pi,j označava verovatnoću da se ulazni signal x varijanseσ2 nađe u j-toj ćeliji i-tog segmenta. Za pretpostavljeniGausov izvor, izraz u zatvorenoj formi za verovatnoću Pi,j je

)2

()2

(2

1 1,,,

,

1,

cellji

cellji

x

x

ji

xerf

xerfdxxpP

cellji

cellji

. (18)

Distorzija prekoračenja posmatranog kompandoraodređuje se na osnovu izraza [10]

2exp

12 2max

3max

x

xDo

. (19)

Za granularnu distorziju opisanu u (17) i distorzijuprekoračenja opisanu u (19), SQNR postignut predloženimmodelom kompandora se određuje kao

og DD

2

log10SQNR

, (20)

za referentnu ulaznu varijansu 2 1 .

U cilјu pobolјšanja kvaliteta signala, u ovom radu urađenaje i optimizacija amplitudskog opsega kvantizera. Numeričkoodređivanje optimalnog opsega kvantizera vrši se poštujućikriterijum minimalne distorzije DL u poslednjem segmentu:

max 1

21

2 26

optL

L

x xN N

LLD

max

1

2max

3max

2 1exp .

2

opt

L

x opt

optx

xp x dx

x

(21)

4. NUMERIČKI REZULTATI I DISKUSIJA

U ovom odeljku prikazane su karakteristike predloženogmodela kompandora dobijene u slučaju kada je brojsegmenata 2L = 8, a broj amplitudskih kvanata je N=128. Zaove parametre urađena je aproksimacija optimalnekompresorske funkcije i optimizacija oblasti pragaispitivanja.

Na osnovu izraza koji su dati u Odeljku 2 i Odeljku 3,dobija se da je amplitudski opseg kvantizera xmax= 4.027412,a vrednosti pragova x1 = 0.549324, x2 = 1.162116, x3 =1.978309 i x4 = 4.027412 = xmax. Vrednosti reprezentacionihnivoa prethodno određenih pragova su c(x1) = 1.022828,c(x2) = 2.045665, c(x3) = 3.068498 i c(x4) = 4.027412.Vrednosti koeficijenata pravaca linija su h1 = 1.861975, h2 =1.669143, h3 = 1.253175 i h4 = 0,467968. Dakle,aproksimativne splajn funkcije prvog stepena su

1 11.861975 0.000000295, 0,g x x x x , (22)

2 1 21.669143 0.0105927, ,g x x x x x , (23)

3 2 31.253175 0.589330, ,g x x x x x , (24)

4 3 40.467968 2.142713, ,g x x x x x . (25)

Slika 1. pokazuje optimalnu kompresorsku funcijuaproksimiranu poligonalnom splajn funkcijom i inverznufunkciju, tj. funkciju ekspandora koja se sada može veomajednostavno odrediti.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

X

c (

x)

kompresija g (x)ekspanzija g -1 (x)

Slika 1. Funkcija kompandora, kompresija g(x) iekspanzija g-1(x).

Numeričko određivanje optimalne vrednostiamplitudskog opsega predloženog modela kompandorailustrovano je na Slici 2. Na osnovu slike se za brojsegmenata 2L = 8 i broj nivoa N = 128 može uočiti da jeminimalna vrednost ove funkcije za xmax = 3.74 i iznosi DL =6.88x10-5. Dakle, optimalna vrednost oblasti praga ispitivanjaje 3.74. Ova vrednost je određena poštovanjem kriterijumaminimalne ukupne distorzije u poslednjem segmentu.

4

3,68 3,70 3,72 3,74 3,76 3,78 3,806,8x10-5

6,9x10-5

6,9x10-5

7,0x10-5

DL

xmax

Slika 2. Numeričko određivanje optimalne vrednostioblasti praga ispitivanja za predloženi model kompandora sa

brojem segmenata 2L = 8.

Na Slici 3. prikazane su uporedne karakteristikepredloženog optimizovanog kvantizera i optimalnekarakteristike kompresora.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

x

C (

x )

optimalnaoptimizovana

Slika 3. Optimalna i optimizovana karakteristika kompresorac(x) i g(x) opt .

Prva kolona Tabele I SQNRI prikazuje vrednost SQNR-aza predloženi kompandor čija oblast praga ispitivanja jedefinisana jednačinom (8). Druga kolona SQNRL prikazujevrednost SQNR-a za predloženi kompandor saoptimizovanom oblašću praga ispitivanja, dok treća kolona iztabele prikazuje vrednost SQNR-a optimalnog kompandingkvantizera [2].

Tabela I Vrednosti SQNR za predloženi kompandingkvantizer, optimizovani kompanding kvantizer i optimalnikompanding kvantizer.

2L SQNRI SQNRL SQNRO

8 36.99 37.13 37.81

Analizom numeričkih rezultata prikazanih u Tabeli Imože se zaključiti da predloženi kompanding kvantizer saoptimizovanom oblašću praga ispitivanja postiže

SQNR veći za 0.14 dB u odnosu na neoptimizovani modelkompandora u slučaju kada je broj segmenata 2L=8.Upoređivanjem vrednosti SQNR-a dobijenih predloženimoptimizovanim kompanding kvantizerom sa vrednošćuSQNR-a nelinearnog optimalnog kompanding kvantizeramože se zaklјučiti da predloženi optimizovani model postiževrednosti SQNR-a koje su vrlo blizu vrednosti SQNR-a zanelinearni optimalni kompanding kvantizer. U slučaju kada jebroj segmenata 2L=8, razlika između vrednosti SQNR-anelinearnog optimalnog kompanding kvantizera i vrednostiSQNR-a predloženog optimizovanog kompanding kvantizeraje 0.68 dB.

5. ZAKLJUČAK

Kao što je poznato, određivanje inverzne optimalnekompresorske funkcije za Gausov izvor je veomakomplikovano što znatno usložnjava proces projektovanja ipraktičnu realizaciju kvantizera. Takođe, prisutni su iproblemi vezani za uparivanje karakteristika dioda kako bi seobezbedila komplementarnost karakteristika kompresora iekpandora. Smanjenje kompleksnosti se postižeaproksimacijom nelinearne optimalne kompresorske funkcijesplajn funkcijom prvog stepena. Osim jednostavnije praktičnerealizacije, numerički rezultati za SQNR pokazuju dapredloženi optimizovani kompanding kvantizer obezbeđujeizuzetne karakteristike signala, pa samim tim predstavljaveoma efikasno rešenje.

LITERATURA

[1] G. Lukatela, D. Drajić and G. Petrović, Digitalnetelekomunikacije, Građevinska knjiga, Beograd, 1978.

[2] N. Jayant and P. Noll, Digital coding of waveforms,principles and applications to speech and video, NewJersey: Prentice Hall, 1984.

[3] K. B. Preetham, Digital signal processing laboratory, 2nded. Boca Raton, Florida, CRC press, 2010.

[4] J. Nikolic, Z. Peric and L. Velimirovic, “Simple solutionfor designing the piecewise linear scalar compandingquantizer for Gaussian source”, Radioengineering, vol.22, no. 1, pp. 194-199, 2013.

[5] O. Seleznjev and M. Shykula, “Uniform and non-uniformquantization of Gaussian processes”, Math. Commun.,vol. 17, no. 2, pp. 447-460, 2012.

[6] ITU-T, Recommendation G.711, Pulse code modulation(PCM) of voice frequencies, 1988.

[7] J. Nikolic, Z. Peric, D. Antic, A. Jovanovic and D. Denic,“Low complex forward adaptive loss compression algo-rithm and its application in speech coding”, J. Elect.Eng., vol. 62, no. 1, pp. 19-24, 2011.

[8] K. Popat and K. Zeger, “Robust quantization ofmemoryless sources using dispersive FIR filters”, IEEETrans. Commun., vol. 40, no. 11, pp. 1670-1674, 1992.

[9] L. Velimirovic, Z. Peric Z and J. Nikolic, “Design of nov-el piecewise uniform scalar quantizer for Gaussianmemoryless source”, Radio Sci., vol. 47, no. 2, pp. 1-6,2012.

[10] S. Na, “Asymptotic formulas for variance-mismatchedfixed-rate scalar quantization of a Gaussian source”,IEEE Trans. Signal Proces., vol. 59, no. 5, pp. 2437-2441, 2011.

5


DECEMBAR,2014.

OLAP SISTEMI ZA PODRŠKU U ODLUČIVANJUOLAP SYSTEMS FOR DECISION SUPPORT

Borivoje Milošević, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš, Srbija

Sadržaj - Svaka organizaciona odluka menadžmenta zahteva sveobuhvatan pregled svih aspekatapreduzeća, pa mnoge organizacije zbog toga stvaraju konsolidovana skladišta podataka kojasadrže i povlače podatke iz više distribuiranih baza, održavanih od strane različitih poslovnihdislociranih jedinica. Trend ovakvog skladištenja podataka u poslednjih nekoliko godina rastegeometrijskom progresijom, podržavan moćnim alatkama za analitičku obradu podataka. U ovomradu je dat prikaz jednog takvog alata: On - Line Analytical Processing (OLAP) alata za podrškuu odlučivanju.

Ključne reči: DSS,OLAP, DW, DM, DBMS.

Abstract - Each organizational management decision requires a comprehensive review of all theaspects of one company, therefore many companies provide for consolidated data storages whichcontain and pull data from multiple distributed databases,which are maintained by the variousdislocated business units. The trend of this kind of data storage in the last few years has beengrowing exponentially, supported by powerful tools for analytical data processing. This paper de-scribes one such tool: On - Line Analytical Processing (OLAP) tool for decision support.

Key words: DSS,OLAP, DW, DM, DBMS.

1. UVOD

Odlučivanje je kao kategorija prisutno u svim procesimaupravljanja i predstavlja odabiranje alternativnih upravljačkihakcija u funkciji ostvarenja postavljenog cilja. Rešavanjezadataka kao što su: postavljanje problema odlučivanja(sagledavanje postojećih i traženje budućih problema i/ilipovoljnih prilika), rešavanje problema odlučivanja koji mogubiti (normativni: kvantitativno orijentisani - primenamatematičkih metoda, optimizacija rešenja itd. i deskriptivni:kvalitativno orijentisani - menadžersko odlučivanje itd.) inalaženje zadovoljavajućih rešenja u datim okolonostima,predstavljaju vrlo ozbiljne zadatke.

Zbog svoje složenosti, mnoge potrebe i karakteristikesistema za podršku odlučivanju DSS-Decision Support Sys-tem, sl.1. čine primenu tradicionalnih SQL sistema u ovomslučaju neadekvatnim:

-U WHERE iskazima često postoji mnogo AND i ORuslova. To se naročito loše odražava u radu sa mnogimrelacionim DBMS-ima.

-Aplikacije zahtevaju obimno korišćenje statističkihfunkcija, kao što su standardna devijacija, koje nisu podržaneu SQL-92. Dakle, takvi SQL upiti moraju da se ugrađuju uprogramskom jeziku koji koristimo.

-Mnogi upiti uključuju uslove tokom vremena ilizahtevaju agregacije tokom određenog vremenskog perioda.SQL-92 pruža slabu podršku za takvu analizu.

-Korisnici često imaju potrebu da postave nekolikovezanih upita. Pošto ne postoji pogodan način da se oni izraze

najčešće kao porodica upita, korisnici moraju da ih pišu kaozbirku nezavisnih upita, što može biti veoma zamorno. Dalje,DBMS nema načina da prepozna i iskoristi mogućnosti kojeproizilaze iz konkurentnog izvršavanja mnogih upita zajedno.

Slika 1. Opšta struktura DSS sistema.

Tri široke kategorije alata za analizu danas postoje naraspolaganju:

Prvo, postoje sistemi koji podržavaju klase stilizovanihupita, koji obično uključuju grupe i agregacione operatore ipružaju odličnu podršku za kompleksne Boolean uslove,statističke funkcije, i funkcije vremenskih nizova. Aplikacijekoje dominiraju takvim upitima se zovu Online analyticalprocessing ili OLAP. Ovi sistemi podržavaju upit u stilu ukojem se podaci predstavljaju kao multidimenzionalni niz, ipod uticajem su korisničkih alata kao što su unakrsne tabele,predstavljajući na taj način značajan dodatak jeziku upita.

6

Drugo, postoje DBMS-ovi koji podržavaju tradicionalneSQL upite, ali su projektovani da nedovoljno podržavaju iOLAP upite. Ovakvi sistemi se mogu smatrati relacionimDBMS-ovima optimizovani za aplikacije za podršku uodlučivanju. Mnogi proizvođači relacionih DBMS trenutnopoboljšavaju svoje proizvode u tom pravcu.

Treće, klase alata za analizu su motivisane željom da senađu zanimljivi ili neočekivani trendovi i modeli u velikimskupovima podataka, a ne kompleksni upiti gore navedenihkarakteristika. U istražnoj analizi podataka, iako analizamože da prepozna "interesantan model" i da prikaže takavobrazac, veoma je teško da se formuliše upit koji obuhvatasuštinu zanimljivog obrazca. Na primer, analitičar gledajućiistoriju korišćenja kreditnih kartica, poželeće da otkrijeneuobičajene aktivnosti koje ukazuju na zloupotrebeizgubljene ili ukradene kartice. Trgovac će možda želeti dapogleda korisničku evidenciju i da identifikuje obećavajućekupce za novu promociju. Takav zadatak identifikacije bizavisio od nivoa prihoda, obrazaca kupovine, pokazaneoblasti interesovanja, i tako dalje. Odgovori na takve složeneupite vrlo teško bi mogli da se realizuju korišćenjemstandardnog SQL jezika.

Prirodno rešenje je stvaranje centralizovanog skladištasvih podataka, odnosno DW (Data Warehouse). Dakle,raspoloživost skladišta olakšava primenu OLAP i DM (DataMining) alata, i obrnuto, želja da se primenjuju takvi alati zaanalizu je jaka motivacija za izgradnju skladišta podataka.

2. SKLADIŠTA PODATAKA

Skladišta podataka sadrže konsolidovane podatke iz višeizvora, proširene sa rezimeom informacija sa ciljem dapokrivaju duži vremenski period. Skladišta su mnogo veća oddruge vrste baza podataka, veličina uobičajeno u rasponu odnekoliko gigabajta do terabajta. Tipična radna opterećenjauključuju ad hok, prilično složene upite i veoma je važnobrzo vreme odziva. Karakteristike koje prave razlikuaplikacije skladišta i OLTP aplikacije su različiti dizajniDBMS i implementacijone tehnike koje se moraju koristiti dabi se postigao zadovoljavajući rezultat.

Distribuirani DBMS uz dobru skalabilnost i visokudostupnost (postignutu skladištenjem tabela redundantno naviše od jednog mesta) je neophodan za rad sa takvimogromnim skladištima podataka sl. 2.

Slika 2. Arhitektura skladišta podataka

Podaci se ekstrahuju iz operativne baze podataka ieksternih izvora, očišćeni tako da minimizuju greške idopunjavaju informacije koje nedostaju i, kada je to moguće,da se transformišu kako bi se razrešile semantičke razlike.

Transformacija podataka se obično postiže definisanjemrelacionih odnosa u tabeli i izvoru podataka (operativne bazepodataka i drugi eksterni izvori). Učitavanje podataka sesastoji od materijalizacije takvih stavova i njihovomskladištenju u skladištu. Za razliku od standardnog prikazakod relacionih DBMS-ova, odnos je sačuvan u bazi podataka(skladište) koja se razlikuje od baze podataka koja sadržitabele.

Očišćeni i transformisani podaci se interno učitavaju uskladište. Dodatno predprocesiranje kao što je sortiranje igenerisanje rezimea informacija se vrši na ovoj fazi. Podacisu podeljeni i zbog efikasnosti su izgrađeni indeksi. Zbogvelikog obim podataka, učitavanje je spor proces. Učitavanjeredom terabajta podataka može da potraje nedeljama, pa čak iučitavanje gigabajta može potrajati satima. Paralelizam jestoga važan za učitavanje i rad sa skladištem.

Pošto su podaci učitani u magacin, dodatne mere semoraju preduzeti da bi se osiguralo da se podaci u skladištuperiodično osvežavaju i tako održava njegova konzistentnost.Takođe moraju se periodično čistiti podaci koji su suviše stariiz skladišta (možda na arhivski medij). Pogledajmo vezuizmeđu problema tabela kod osvežavajućih skladišta iasinhrono održavanje replike tabela u distribuiranom DBMSokruženju. Održavanje replike izvora je suštinski deo odnosaskladištenja, i ovaj aplikacioni domen predstavlja važanfaktor u popularnosti asinhronih replikacija, uprkos činjenicida asinhrona replikacija krši princip nezavisnostidistribuiranih podataka.

Važan zadatak u održavanju skladišta je trenutno praćenjepodataka koji se čuvaju u njemu; informacije o podacima -metapodaci se čuvaju u skladištu u sistemu kataloga. Dakle,sistem kataloga je veoma veliki i često se čuva i sa njimupravlja preko posebne baze podataka pod nazivom skladištemetapodataka (metadata repository). Veličina i složenostkataloga uslovljena je delom veličine i složenosti samogskladišta, a delom zbog toga što mnogo administrativnihinformacija mora da se održava. Na primer, moramo pratitiizvor svake skladištene tabele i pratiti trenutke kada jeposlednji put osvežena.

Vrednost skladišta je u krajnjoj liniji u analizi kojuomogućava. Podacima u skladištu se obično pristupa ianalizira koristeći različite alatke, uključujući OLAP upite,data mining algoritme, alate za vizuelizaciju informacija,statističke pakete, i generatore zveštaja.

3. OLAP

OLAP aplikacijama dominiraju ad hok, složeni upiti. USQL pogledu, to su upiti koji obuhvataju grupisanje iprimenu agregacionih operatora. OLAP omogućujeneposrednu analitičku obradu podataka i multidimenzionalnuanalizu u smislu kreiranja i interaktivnog istraživanjaagregiranih podataka nastalih od velikih količina operativnihpodataka, kao i sprovođenje analize trendova i izuzetaka zaizvršavanje analitičkih modela.

Prirodan način da se razmišlja o tipičnim OLAP upitima,je dakle u smislu višedimenzionalnog modela podataka.

U višedimenzionalnom modelu podataka, fokus je baziranna skupu numeričkih mera ugrađenih u hiperkocki - DataCube zasnovanoj na takozvanoj Hiper Cube organizaciji

7

podataka sačinjenoj od višedimenzionalnih nizova"keširanih" u operativnoj memoriji koji su fizički nezavisniod servera BP. Svaka mera zavisi od niza dimenzija, dok sepodaci nalaze u preseku dimenzija, Sl.3. Svaka dimenzijapodataka pridružuje se jednoj hiperivici hiperkocke dok sumere činjenica zabeležene kao vrednosti u hiperprostoru.Svaka tačka hiperprostora hiperkocke je opredeljena: jednomkombinacijom vrednosti svih dimenzija, tj. koordinatamaodgovarajućeg vektora u hiperprostoru. Dimenzijama sepridružuju unapred izračunati, agregirani ("sumarni") podaci.

OLAP transakcije predstavljaju, pretežno, ad hoc upite,takve da mogu da obuhvate i nekoliko hiljada torkioperativnih podataka, koli zahtevaju spajanje torki i primenufunkcija agregiracije podataka, nad odgovarajućem skupupodataka. Pri tome naravno vodimo računa da se OLAPtransakcije izvode nad DW bazom podataka.

Slika 3. OLAP višedimenzionalna hiperkocka

Niz prednosti ovakvog sistema su u tehničkoj mogućnostikreiranja neograničenog broja dimenzija i nivoa agregacijepodataka, mogućnosti primene neograničenog brojaanalitičkih funkcija nad multidimenzionom strukturom,mogućnosti dinamičkog upravljanja retkim matricama kao ipuna fleksibilnost u oblikovanju tih različitih dimenzionihstruktura.

Možemo, radi detaljnijeg objašnjenja koristiti primerzasnovan na osnovu podataka o prodaji nekog priozvoda alina različitim lokacijama i u različitim vremenskim periodima.Atribut mere u našem primeru je Prodaja. Dimenzije suProizvod, Lokacija i Vreme. Ako identifikujemo proizvod pojedinstvenom identifikatoru PID, i slično identifikujemolokaciju sa locid i vreme timeid, možemo razmišljati oprodaji i informacijama koje su raspoređene utridimenzionalni niz. Ovaj niz je prikazan na sl. 4. Radijasnoće, možemo pokazati samo vrednosti za jednu lokaciju,locid = 1, što može može posmatrati kao deo ortogonalne osehiperkocke.

Slika 4. Hiperkocka prodaje

Na osnovu zadatih mera fakt tabele bi izgledale, sl.5.

Slika 5. Fakt tabele prodaje

Sada ćemo obraditi dimenzije. Svaka dimenzija možeimati skup povezanih atributa. Na primer, dimenzija Lokacijaje identifikovana locid atributom, koji smo koristili daidentifikuje lokaciju u tabeli prodaje. Mi ćemo pretpostavitida ona ima atribute country-zemlja, state-država i city-grad.Takođe ćemo pretpostaviti da je dimenzija proizvod imaatribute pname-ime proizvoda, category-kategorija, i price-cena, pored identifikacije pid. Kategorija proizvoda ukazujena njenu opštu prirodu. Mi ćemo pretpostaviti da je vremedimenzija i ima atribute dana, nedeljno, mesečno, kvartal,godinu i odmor, pored identifikacije timeid.

Za svaku dimenziju, skup povezanih vrednosti mogu bitistruktuirani hijerarhijski. Na primer, gradovi pripadajudržavama, a države pripadaju zemljama. Datumi pripadajunedeljama i mesecima, nedelje i mesec se nalaze u kvartalu, isadržani su u godinama. Hijerarhijsko stablo za proizvod,lokacija i vreme u našem primeru su prikazani na nivouatributa na sl. 6.

Slika 6. Dimennziona hierarhija

Informacija o dimenzijama takođe se može predstavitikao kolekcija relacija:

Locations (locid: integer, city: string, state: string,contiry: string)

Products(pid: integer, pname: string, category: string,price: real)

Times(timeid: integer, date: string, week: integer, month:integer, quarter: integer, zear: integer, holiday_flag: boolean)

A OLAP upit koji realizuje desnu tabelu sa slike 4izgledao bi:

CUBE PID, timeid, locid BY SUM Sales

8

Ovaj upit će vratiti tabelu prodaja sa svim podskupovimaskupa < pid, locid, timeid > (uključujući i prazan podskup).Vrlo elegantno i brzo.

Vremenska dimenzija je dakle veoma važna u OLAPsistemima. Neki primeri tipičnih upita mogu biti:

Pronađi ukupne prodaje po mesecima.

Pronađi ukupnu prodaju od mesec dana za svaki grad.

Pronađite procenat promena ukupne mesečne prodajeza svaki proizvod.

Pronađite prateći N dana tekući prosek prodaje. (zasvaki dan moramo izračunati prosečnu dnevnu prodajuprethodnih N dana.)

Prva dva upita se mogu izraziti kao SQL upiti nadčinjenicama i dimenzijom tabele. Treći upit je suvišekomplikovan, pa ga je teško izvesti primenom SQL_a.Poslednji upit ne može biti izražen u SQL_u ako N treba dabude parametar upita. Jasno, OLAP okvir je zgodan dapredstavi i odgovori na tako široke klase upita. On takođepruža mogućnost primene interesantnih operacija: isecanjeseta podataka na jednake selekcije nad jednom ili višedimenzija, a eventualno i sa nekim dimenzijamaprojektovanim napolju i kreiranja skupa podataka u okviruData Cube do opsega selekcije. Ovi termini dolaze iz efektavizualiziranja ukrštene reprezentacije podataka na hiperkocki.

4. ZAKLJUČAK

DBMS (Database management system) su u širokojupotrebi od strane organizacija za ažuriranje podataka koji sekoriste u svakodnevnom poslovanju. U aplikacijama zaažuriranje takvih operativnih podataka, transakcije običnonaprave male promene (na primer, dodavanje ili rezervacija,deponovanja čeka), ali veliki broj transakcija mora bitipouzdano i efikasno obrađen.

Takave aplikacije onlajn obrade transakcija (OLTP –online transaction provessing) su vođene rastom DBMSindustrije u protekle tri decenije i nesumnjivo će nastaviti dabudu vrlo važna karika u menadžmentu svake organizacije.DBMSs su tradicionalno ekstenzivno optimizovane da sedobro ponašaju u takvim aplikacijama pa tako OLAP sistemipreuzimaju značajno mesto u analizi ovih velikih skupovainformacija i podataka.

LITERATURA

[1] http://www.docstoc.com/docs/131111523/Sistemi-za-podršku-odlučivanju

[2] Marek J. Druzdzel and Roger R. Flynn, Decsion Sup-port Systems, University of Pittsburgh Pittsburgh, PA15260

[3] D. J. Power, A Brief History of Decision Support Sys-tems, Editor, DSSResources.COM

[4] Power, D. J., “Decision Support Systems: From the Pastto the Future,” Proceedings of the 2004 Americas Con-ference on Information Systems, New York, NY, Au-gust 6-8, 2004a, 2025-2031.

[5] Silver, M.S., Systems that Support Decision Makers:Description and Analysis, New York: John Wiley &Sons, 1991.

[6] Bhargava, H. and D. J. Power. Decision Support Systemsand Web Technologies: A Status Report. Proceedings ofthe 2001 Americas Conference on Information Systems,Boston, MA, August 3 - 5, 2001.

[7] http://www.ignou.ac.in/upload/BME-063P2-06.pdf

9


DECEMBAR,2014.

POSTUPAK IZRADE ANIMACIJE U 3DS MAX-U

3DS MAX ANIMATION PROCEDURE

Milan Gocić, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.Dejan Blagojević, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj - U ovom radu izvršena je analiza vizuelnih efekata koji su korišćeni prilikom izrade delaanimacije u programskom okruženju 3ds Max. U prvom delu se govori o 3ds Max-u, njegovojnameni, mogućnostima i načinu izrade animacija. Drugi deo obuhvata sami proces kreiranjamodela aviona sa banerom, postavljanje mapa, tekstura i kamera koje će propratiti ceo tokanimacije. U trećem delu rada izvršeno je animiranje aviona i banera sa logoom Visoke tehničeškole i njihovo zajedničko delovanje u animaciji. Pored toga, u ovam radu je prikazan i opisprocesa vizuelizacije (renderovanja) animacije.

Ključne reči: Modeliranje. Animacija. Renderovanje.

Abstract - In this paper are analysed the visual effects which were used during the animation de-velopment process in software package of 3ds Max. First part talks about 3ds Max, his applica-tion, possibilities, and ways of animation development. Part two covers the process of creating amodel of airplane with banner, setting the map, textures and cameras that will follow the wholeanimation flow. In third part of paper is presented the animation of an airplane and banner withthe logo of [Visoke tehničke škole] is conducted. Further, this paper contain description of the vis-ualization process (rendering) of animation.

Key words: Modelling. Animation. Rendering.

1. UVOD

Intuitivni 3D softverskim paketi mogu biti upotrebljenipri kreiranju likova, predmeta, pejzaža i njihovog"oživljavanja" korišćenjem boja, tekstura i pokreta. Jedan odtakvih 3D softverskih paketa je svakako i 3ds Max, veteranmeđu softverima ovog tipa. 3ds Max je softverski paket zamodeliranje, animaciju i renderovanje. Dizajniran je daupravlja velikim projektima koji često zahtevajukompatibilnost sa mnogim drugim vrstama softvera.Evolutivno gledano, od prve verzije koja je bila namenjeneDOS operativnom sistemu pa sve do najnovije, 3ds Max јezardžao dominantnu poziciju u svetu 3D programa [1].

Dobro razvijen korisnički interfejs, sa dominantimprikazom logike programa, omogućio je Maxu dominantnupoziciju u grupi programa za koje se početnici najčešćeopredeljuju, pre svega zbog lakoće u radu iako je njegovzadatak dosta kompleksan. Potencijlani nedostatak, ovogprogramskog paketa je ta što je namenjen samo za Windowsoperativni sistem, što predstavlja izvesno ograničenje jervezuje korisnike isključivo za njega.

Osnova i polazna tačka svakog projekta u 3ds Max-ujeste modeliranje. To znači da, preduslov za bilo kakvuozbiljnu animaciju i renderovanje (vizuelizacija), jestekreiranje i postavka objekata na sceni. Postoje više metodamodeliranja, a izbor zavisi od složenosti objekta koji želimoda kreiramo[1,2].

Modeliranje se ne odnosni samo na objekta već i nadodavanje materijala i mapa, odnosno tekstura, koje sekoriste za oblaganje objekata kako bi se stvorio utisak da jeon napravljen od nekog, nama poznatog materijala. Svi efektikoji se odnose na mape i materijale, od određivanja sjajnosti,providnosti materijala pa sve do reljefnosti nalaze se u Mate-rial Editor-u.

Ovo je samo prvi ali ne i dovoljan uslov za ostvarivanjecilja, tj, kreiranja animacije, potrebno je preduzeti joj nizkoraka poput pripeme osvetljenja koje igra važnu ulogu uvizuelnom doživljavanju okruženja. Primenom nekog efektaosvetljenja stvaraju se senke iza osvetljenih objekata čime senaglašava prirodnost animacije.

Ovde je potrebno naglasti da, svaki od pomenutih korakasadrži određeni nivo složenosti zbog postojanja velikog brojaopcija za editovanje i podešavanje parametara objekata.Pored toga tu je i paleta dostupnih "spremnih" vizuelnihefekata koja korisnicima stoji na raspolaganju. Kompleksnijivizuelni efekti se mogu dobiti kombinacijom već ponuđenih.3ds Max poseduje različite alate za izradu animacije, odnajjednostavnijih i najosnovnijih pa sve do naprednijih kaošto su kontroleri.

Za animaciju prikazanu u ovom radu korišćena je metodapomoću ključeva ili markera ključnih slika. Oni definišu gdeobjekat treba da bude i kako da izgleda u određenoj slici.Kada markiramo željene frejmove tj. postavimo ključeve,Max će interpolirati sve promene između njih [1-3].

10

2. POSTUPAK IZRADE ANIMACIJE

Izrada animacije koja prikazuje let aviona prošla je kroznekoliko razvojnih faza.

Prva faza u tom procesu je naravno modeliranje. Imajućiu vidu da se radi o simetričnom objektu ne postoji potreba zacrtanjem celog modela. Dovoljno je kreirati jednu polovinuobjekta i na njoj primeniti sve potrebne modifikatore ipodešavanja kako bi izgledala što vernije originalu. Drugapolovina se može jednostavno dodati upotrebom modifi-katora Symmetry iz padajuće liste modifikatora (ModifierList) panela Modify. Na ovaj način, sa jedne strane,pojednostavljuje se i ubrzava proces modeliranja objekta, a sadruge, smanjujemo stepen greške koji može da nastaneprilikom kreiranja celog objekta. Postoji nekoliko načina zakreiranje objekata, a to koji će biti upotrebljen zavisi donekleod afiniteta i zahteva korisnika.

Model aviona upotrebljen u animaciji nastao je od jednogod najjednostavnijih oblika u 3ds Maxu, od Plane objekta (sl.1). To je posebna vrsta ravnog poligona mreže koja se možeproširiti na bilo koju veličinu. Nad ovim objektom moguća jeprimena različitih modifikatora, pa je zbog toga inajpogodniji za rad i često predstavlja polaznu tačku prikreiranju objekta. Po kreiranju ovog objekta na sceni, obvaljase njegovo konverovanje u Editable Poly. Na ovaj način jeobjekat transformisan u skup linija, tački, granica, poligonakoje se mogu modifikovati - kopirati, seći. Modifikovanjempočetnog (Plane) objekta, koji se nalazi u panelu Create,prateći sliku ili skicu aviona u pozadini, dobija se izgledaviona sa svim pratećim elementima. Ostaje samo da seubace mape i materijali kako bi objekat dobio konačni izgled.

Slika 1. Model aviona nastao modeliranjem objektom Plane

Jedno od osnovnih svojstava materijala, jestepodrazumevana boja objekta koju Max dodeljuje metodomslučajnog izbora. Međutim, pomoću Material Editoraobjektima se može dodati potpuno nov nivo realističnostikorišćenjem materijala različitih vrsta. Material Editor jeradno okruženje u kome se materijali definišu, prave iprimenjuju. U njemu postoji i nekoliko polja za boju kojakontrolišu različite aspekte. Pored toga, za što realističnijiprikaz, dostupne su i mape za izradu materijala koje se takođeprimenjuju pomoću Material Editora i dijaloga Material/MapBrowser gde se nalazi lista svih raspoloživih mapa pokategorijama.

Mape su po svojim svojstvima i osobinama bitmapiraneslike koje se dodeljuju objektima. Materijali i mape, koje sekoriste za oblaganje modela, potrebno je obraditi i pripremiti

u nekom od softvera za obradu slika (Corel Photo-Paint,Adobe Photoshop itd.). Preko Material Editora i Materi-al/Map Browsera vrši se oblaganje objekta odgovarajućimmapama. Oblaganje se vrši parcijalno jer među strukturnimelementima modela - aviona postoje jasno uočljive razlike.Npr. telo aviona je izrađeno od metala, proziri od stakla,točkovi od gume i zbog toga svi ovi elementi, moraju seizdvojiti iz celine i zasebno im se dodeljuju odgovarajućimaterijali i mape. Nakon ubacivanja mapa u MaterialEditoru, vrše se dodatna podešavanja efekata koja se odnosena reflektujući nivo, sjajnost, prozirnost, samoosvetljenje.Tek nakon svega ovoga dobija se pravi izgled modela aviona,baš onakav kakav je u stvarnosti.

Pre animiranja leta aviona, izvršeno je animiranjepropelera i viorenje banera kojeg avion vuče za sobom.Animiranje propelera aviona može se postići najjedno-stavnijom metodom - pomoću ključeva (markera).Animiranje ovom metodom zahteva korišćenje komandi zakontrolu vremenske ose i animacije koje su pozicionirane nadnu korisničkog interfejsa. Pomoću ovih komandi startuje sei pauzira animacija, određuje se broj frejmova koji se koristiu animaciji, postavljaju se ključni frejmovi i postiže sepotpuna kontrola vremenske funkcije.

Na samom početku potrebno je selektovati propeleraviona i aktivirati AutoKey mod klikom na dugme Auto Key.Vremenska osa i aktivni prozor za prikaz menjaju boju i nataj način nas obaveštavaju da je aktiviran animacioni mod.Animiranje se vrši tako što se pomera klizač vremenske osedo određenog frejma, koji se odreduje od strane kreatoraanimacij,kao najpogodniji, da bi se nakon toga zarotiraopropeler. Svaka transformacija ili promena parametaraobjekta formira ključ ili marker koji definiše gde objekattreba da bude i kako da izgleda u određenoj sceni.Komandom Rotate sa glavne linije vrši se rotiranje propelerai na taj način se formira ključ u određenom frejmu. Poredtoga, Max se automatski vraća i pravi ključ i za sliku 0 kojasadrži originalnu poziciju ili parametar objekta.

Kada se markiraju ključni frejmovi, program će saminterpolirati (ubaciti) sve promene između kljućeva. Popokretanju animacije, pritiskom na dugme Play, uočava serotiranje propelera od početnog do zadatog frejma. Pozavršetku poslednjeg frejma propeler će prestati sa rotacijom.Da bi se obezbedilo, konstantno rotiranje otvara se dijalogTrack View - Curve Editor koji se nalazi u menuju GraphEditors. Potrebno je naglastit da objekat mora sve vreme bitiselektovan. Sa linije menija bira se Controller, a zatim opcijaOut-of-Range Types. Na taj način se otvara prozor u kome sebiraju neke od ponuđenih mogućnosti za podešavanjeparametara objekta pomoću krivih.

Odabiranjem odgovarajuće funkcije, parametri se menjajui setuju tako da omogućavaju konstantno rotiranje propeleratj. obezbeđuju ponovno pokretanje animacije nakon prika-zivanja poslednjeg frejma (sl. 2). Brzinu rotacije možemo sepodešaviti preko vremenske ose na kojoj kojoj su naznačenipočetni i krajnnji ključni frejm. Ako se želi da postigne bržerotiranje, krajnji frejm se pomera bliže početnom,odnosno aza sporije rotiranje isti se udaljava od početnog. Za prikaz ipokretanje animacije koristi se dugme Play koje se nalazimeđu komandama za kontrolu animacije.

11

Slika 2. Animiranje propelera aviona i upotreba dojalogaTrack View - Curve Editor i Out-of Range Types

Baner sa logoom Visoke tehničke škole kreiran je na istinačin kao i model aviona - pomoću objekta Plane.Postavljanjem ovog objekta na sceni u odgovarajućoj razmeripostignuto je izborom modifikatora Wave iz liste modifi-katora u panelu Modify. Ovaj modifikator stvara efekat talasakoji u konkretnom slučaju koriste, da bi simulirali viorenjeplatna sa natpisom, prikazano na Sl. 3. Modifikator Wavesadrži podešavanja amplitude, faze, dužine talasa, što u stvaripredstavlja određivanje gustine talasa, veličine. Prilikompodešavanja ovih parametara moguće je uključiti animacionimod i na taj način istovremeno napraviti animaciju, koristećiistu metodu kao i u predhodnom slučaju. Preko MaterialEditora ovom objektu, moguće je dodati mapu kojapredstavlja logo VTŠ. Komandom Attach ovako animiranibaner pridodaje se modelu aviona tako da ova dva, u početkunezavisna objekta, sada predstavljaju jednu celinu.

Slika 3. Animiranje banera modifikatorom Wave.

Za razliku od do sada opisanog načina animiranja, letaviona je nešto drugačiji. Dakle, da bi avion leteo određenomputanjom, koliko daleko, kada treba da napraviti zaokret,moramo da definišemo njegove osnovne parametre. Zapostavljanje putanje leta aviona može se koristiti običnaliniju, kreirana preko panela Create, kategorije Shapes pakomande Line. Linija se kreira jednostavnim klikom miša namestima gde se želi da bude postavljena. Na tim mestima seformiraju tačke (Vertex) preko kojih se podešava oblik linijeodnosno putanje kretanja aviona. Da bi se povezali avion iputanju potrebno je najpre da se ubaci Dummy objekt izkategorije Helpers panela Create. Ovaj objekat se koristi kodizrade animacije kretanja, veoma je praktičan i može dapoveže različite objekte, nema parametre i nevidi se prirenderovanju. Najpre se povezuje Dummy objekt i avion

komadom Select and Link, zatim selektuje Dummy pa izglavnog menija biraju se sledeće komande Animation - Con-straints-Path Constraint. Kao rezultat, pojavljuje seisprekidana linija koja vodi od Dummy objekta do strelicekursora. Nakon ovoga, dovoljan je jedan klik na putanju(liniju) kako bi se objekti povezali i avion prešao na početakputanje. U panelu Motion izdvaja se meni Path Parameters,odakle u odeljku Path Options čekiraju opcije Follow i Bank.Prva opcija (Follow) omogućava da avion prati putanju, adruga (Bank) da se naginje prilikom skretanja. Moguće je daavion ne zauzima pravi položaj u odnosu na putanju, tj. nećeleteti pravo već će biti orijentisan na neku od strana.Podešavanje ovog parametra vrši se primenom opcije Axispomoću koje se može podesiti orijentacija objekta po X, Yili Z osi, a može se i po potrebi i čekirata opcija Flip koja ćezarotirati objekt za 180 stepeni. Još prilikom povezivanjaaviona i putanje, u početnom i krajnjem frejmu automatski sedodaju ključevi (markeri) i na taj način je već stvorenaanimacija (sl. 4) . Za dalje doterivanje animacije može sekoristiti i animacioni mod u koji se ulazi aktiviranjemkomande Auto Key i postavljanjem ključeva u određenupoziciju.

Slika 4. Avion sa putanjom leta i Motion panelom

Celokupna animacija je pokrivena sa dvanaest kamera,od kojih su neke target a neke free tipa i snimaju najbitnijedelove koji su određeni od strane dizajnerai (sl. 5). Kamere sepostvljaju posredstvom panela Create i kategorije Cameras.Odmah po odabiranju pojavljuju se dva tipa kamere: Target(usmerena) i Free (slobodna). Skoro sva podešavanjaparametara za navedene tipove kamera su ista. Jedina bitnarazlika je ta što Target kamera ima metu, koja u odnosu nakameru deluje kao žižna tačka. Postavljanjem mete uodređenu tačku ili objekat, osigurava se da kamera uvekgleda u tom pravcu. Free kamera nema svoju metu i može dagleda u bilo kom pravcu. Koja kamera će se koristiti u datojsituaciji zavisi od akcije koja se odvija i od snimka kojipokušavamo da uhvatimo. Što se samih parametara kameratiče, možemo podešavati veličinu sočiva, opseg, udaljenostmete, Multi-Pass efekte itd. Inače, svaka kamera upotrebljenatokom animacije snimala je samo određeni deo scene jer jenemoguće jednom kamerom pokriti celokupnu scenu. Uslučaju da je potrebno koristi veći broj kamera, potrebno jeobezbediti da tokom trajanja animacije snimak prelazi sajedne na drugu. Postoje nekoliko metoda za promenu kameratokom snimanja. Neke su jednostavnije i ne zahtevaju punovremena za podešavanje, dok neke iziskuju malo više znanjaiz ove oblasti. Jednostavnija metoda, koje je korišćena u ovojanimaciji, podrazumeva postojanje dodatne kamere Free tipa

12

koja u određenim frejmovima menja položaj snimanja.Tačnije, ova kamera prelazi sa jedne na drugu predhodnopostavljenu kameru. Ona se u određenim frejmovimapreslikava u kameru koju odredimo i preuzima njen ugaosnimanja. Sve te promene položaja kamera animiraju sepreko Auto Key moda. Za prikaz snimka bira se prikazprozora koji je namenjen ovoj kameri (kameri koja menjapoložaj) i aktivira animaciju preko komande Play.

Slika 5. Kamere u sceni sa podešavanjima

Renderovanje ili vizuelizacija je proces kreiranja 2Dslike ili animacije na osnovu 3D scene. 3ds Max koristinekoliko metoda vizuelizacije: za iscrtavanje objekata uprozoru za prikaz, za prikazivanje materijala, za izradukonačne slike. Svaka od ovih metoda predstavlja kompromisizmeđu brzine i kvaliteta. Podrazumevano, 3ds Max za prika-zivanje scene koristi modul za rasterizovanje Scanline. Ovajmodul prikazuje scene kao seriju horizontalnih linija.Dostupne su i druge opcije kao što su Mental ray (posedujenove kontrole nad osvetljenjem i materijalima), V-ray (koristinapredne tehnike, na primer algoritam za globalnoosvetljenje) i druge. Parametri renderovanja se podešavaju uokviru dijalog Render Setup bloka, koji se nalazi na glavnojpaleti pod opcijom Rendering [1-3].

U okviru ovog dijaloga postoji više potpanela. Zapodešavanje parametara renderovanja, kako ove animacijetako i generalno, najviše se koristi paleta Common koji sadržii najbitnije parametre. U Time Output-u definiše se kojikadrovi biće prikazuju, sekvencijalni prikaz na jednom kadruili opseg prikazivanja. Output Size omogućava izborrezolucije izlaznog fajla u kojoj će se obaviti renderovanje.Na raspolaganju, korisnik ima široku paleta sa unapreddefinisanim rezolucijama, od najmanjih pa sve do HDTV,kao i mogućnost slobodnog izbora. Za animaciju prikazanu uovom radu korišćena je HD rezolucija 1920x1080 piksela. Uodeljku Options određuju se parametri koji će bitirenderovani. Jedna od najbitnijih opcija jeste i Render Outputu kojoj se definiše format izlaznog fajla, video ili slike.Odabiranjem AVI formata, po završetku renderovanja dobijase video fajl, koji uz odgovarajući plejer, može se odmahpokrenuti. U slučaju da se korisnik opredeli za, recimo JPEGformat, po završetku renderovanja dobija se niz slika (zasvaki frejm po jedna) koje se mogu, uz pomoć odgovarajućihsoftvera, spojiti u video. U podmeniju Assign Rendererpodešavaju se metode kojima se vrši renderovanje.Konkretno u našem slušaju izvršeno je sledeće setovanje:

Production - Scanline renderer, Material Editor - Mental rayi ActiveShade - Scanline renderer. U polju View bira sepozicija iz kog pogleda će se realizovti renderovanje (CamSwitch u našem slučaju). Pokretanjem renderovanja otvarajuse dva dijalog prozora, jedan sa osnovnim podacima a drugisa podacima o renderovanju. Pomoću istih moguće je pratitivreme renderovanja celokupne scene i svakog frejmapojedinačno (sl. 6). Pored toga, moguće je dobiti informacijeo tome koji se frejm renderuje u datom trenutku, koliko jeveć završeno a koliko ostalo, informacije o podešavanjima imetodi kojom renderujemo itd.

Slika 6. Podešavanje renderovanja preko Render Setup-a irenderovanje sa izlaznim parametrima

Po završetku renderovanja, dobija se fajl koji se nalazi namestu koja smo definisanja za memorisanje. Pošto je u našemslučaju, izabran AVI format i maksimalnu rezoluciju, veličinazapisa je bila reda nekoliko gigabajta. Kao takav, nijepogodan za dalju manipulaciju bilo koje vrste (kopiranje,uploadovanje, deljenje, itd). Za dovođenje u prihvatljivimgranicama, što se veličine i kvaliteta tiče, koristi se neki odkodera i odgovarajući format za kompresiju. Najčešće je toH264 format jer obezbeđuje najbolji odnos kompresije ikvalitet.

3. ZAKLJUČAK

U ovom radu je opisan postupak izrade animacije uprogramskom paketu 3ds Max. On obuhvata stvaranjeobjekata (modeliranje), podešavanje efekata, animiranje i nakraju vizuelizaciju (renderovanje). Rezultati pokazuju kakokorišćenjem osnovnih metoda, pomoću Auto Key-a iograničavača (Constraints), možemo dobiti sasvim solidnuanimaciju pokrivenu kamerama iz različitih uglova.

LITERATURA

[1] Compton, J. A. (Ed.). (2007). Learning Autodesk 3dsMax 2008: Foundation. Taylor & Francis.

[2] Murdock, K. L. (2001). 3d Studio Max 4 Bible with CD-ROM. John Wiley & Sons, Inc..

[3] Murdock, K. L. (2009). 3ds Max 2010 Bible (Vol. 590).John Wiley & Sons.

13


DECEMBAR,2014.

POTROŠNJA ENERGIJE U SENZORSKIM ČVOROVIMAENERGY CONSUMPTION IN SENSOR NODES

Mirko Kosanović, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, NišMiloš Kosanović, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš

Sadržaj - Bežične senzorske mreže (BSM) predstavljaju velike mreže malih, dinamičkih iautonomnih senzorskih čvorova (SČ-ova), koji su sposobni da samostalno prikupljaju, obrađuju irazmenjuju podatke a koji su proizvoljno raspoređeni u širokom geografskom području. Jedan odnajvažnijih zadataka pri projektovanju neke BSM aplikacije je da se unapred predvidi njenotrajanje tj. njen životni vek. Kako su SČ uglavnom napajani putem baterija, što znači da imajuograničenu količinu energije na raspolaganju, efikasna potrošnja energije ima presudnu ulogu uživotnom veku jednog senzorskog čvora a samim tim i aplikacije. U ovom radu istraživane susoftverske tehnike koje se danas koriste u BSM, sa ciljem da se prevaziđe problem bespotrebnepotrošnje energije. Rad pruža uvid u to kako se razne tehnike za smanjenje potrošnje električneenergije mogu primeniti a da se pri tome ne izgubi na kvalitetu aplikacije koja se koristi.

Ključne reči: bežične senzorske mreže, senzorski čvorovi, potrošnja energije, energetskaefikasnost.

Abstract - Wireless Sensor Networks (WSN) represent a large network of small, dynamic and au-tonomous sensor nodes (SNs), which are able to independently collect and exchange data whichare arbitrarily distributed over a wide geographical area. One of the most important tasks in thedesign of a WSN application is to predict in advance that its duration i.e. battery life. As the SNsare largely powered by batteries, which means that have a limited amount of energy available, ef-ficient energy consumption plays a crucial role in the lifetime of the sensor nodes and thereforethe application. In this paper we have investigated software techniques used today in the WSN, inorder to overcome the problem of unnecessary energy consumption. The paper provides insightsinto how various techniques for reducing electricity consumption can be applied and that withoutlosing the quality of the applications used.

Key words: Wireless Sensor Networks, sensor nodes, power consumption, energy efficiency

1. UVODKompleksnost BSM ogleda se u širokom području znanja

koje je potrebno da bi se one razumele i razvijale. Odpoznavanja velikog broja mikro elektromehaničkih sistema(MEMS), njihovog očitavanja i upravljanja tj. D/A i A/Dkonverzije, preko poznavanja mikrokontrolerskih sistemakako hardvera tako i sistemskog softvera, pa sve dopoznavanja osnovnih principa bežične komunikacije, tj.prijema i predaje elektormagnetnih signala. Uz sve topotrebno je dobro poznavanje mrežnih računarskih sistemakao i svih problema vezanih za uspostavljanje konekcijeizmeđu njih: odgovarajući medijumi, topologije, protokoli iproblemi vezani za rutiranje podataka jer se radi ovišeskokovitim vezama (multi-hop). Kako se radi o jakoširokom području postoje mnogi faktori koji utiču na razvoj iprimenu ovakvih mreža. Možda jedan od najbitnijih faktora,sa kojim se razvoj ovih aplikacija susreće, je njihovaenergetska efikasnost. Ona predstavlja jedan od osnovnihfaktora koji direktno utiče na njihov životni vek. Osnovnisnabdevač električnom energijom gotovo svih senzorskihčvorova (SČ) je baterija, koja ima strogo limitiranekapacitete. Kako vek trajanja SČ zavisi od raspoloživogizvora energije, kao i njene ukupne potrošnje, jasno je da je

osnovni cilj da se obezbedi što efikasnije trošenje raspoloživeenergije, kako bi se obezbedio što duži rad BSM [1, 2].

Nakon kratkog uvoda, u podpoglavlju 2 date su neke odkarakteristika BSM koje bitno utiču na potrošnju el. energijeu SČ-ima a samim tim i na njen životni vek. U podpoglavlju3 dat je pregled softverskih tehnika koje se primenjuju kodSČ-ova kako bi njihova potrošnja energije bila optimalna.Poseban osvrt dat je na sistemski softver koji je opisan upodpoglavlju 4. Podpoglavlje 5 zaključuje ovaj rad.

2. KARAKTERISTIKE BSM

Dinamička promena topologije – SČ-ovi moraju daimaju sposobnost da potpuno samostalno uspostavemeđusobnu mrežnu komunikaciju između sebe. Topologijaovih mreža je podložna stalnim promenama bilo da se radi omobilnim ili stacionarnim SČ-ima. Broj SČ-ova u jednojBSM je relativno veliki, a kako oni rade u jako otežanimuslovima, često se događa da neki od njih otkažu tj. prestanuda rade. Više razloga dovodi do toga: SČ-ovi su osetljivi nafizičke i prirodne promene kojima su izloženi, čestamehanička oštećenja ili uništenja, zbog svoje male cene SČ-ovi se sastoje od hardverskih komponenata koje su slabijihkvaliteta, pa su zato podložni češćim kvarovima, raspolažu

14

strogo ograničenim količinama električne energije, problemioko međusobnog uspostavljanja veze ili jako otežanokomuniciranje u uslovima u kojima rade. U tokukonfigurisanja mrežne toplogije mogu se uočiti tri različitefaze i to: inicijalna faza pre i za vreme konfigurisanja mreže,faza normalnog rada nakon konfigurisanja mreže i fazadopune/mreže nakon pripajanja novih SČ-ova u BSM. Dopromena topologije u drugoj fazi dolazi usled promenepozicije, nedostupnosti, i otkaza pojedinih SČ-ova. U trećojfazi, usled promene namene mreže ili dinamike pojava kojese nadgledaju, kao i prestanka rada pojedinih SČ-ova, dolazido promene topologije, bilo dodavanjem novih ili zamenomneispravnih SČ-ova. BSM aplikacija mora da sadržimehanizme za uspostavljanje i samoorganizovanje u fazipostavljanja, kao i rekonfiguracije, održavanja ispravnog radai željene strukture mreže pri promenama topologije. Takođe,nakon prestanka rada bilo kog SČ-a, mreža mora da bude ustanju da se samostalno rekonfiguriše imajući u vidunedostatak nekih SČ-ova kao i dodavanje novih, što izazivavelike promene u pronalaženju novih optimalnih putevaizmeđu SČ-ova a pri čemu mora da se održi visok nivokonektivnosti i neprekidnosti u radu BSM [3].

Ograničen domet – zbog malih gabarita i ograničenesnage radio primopredajnika koji se koriste u SČ-ima, dometovakvih uređaja je relativno mali, od nekoliko metara pa do100 m. Sa jedne strane to je dobro jer se izbegavaju pojaveometanja drugih SČ-ova (manji broj kolizija), ali se zatojavljaju drugi problemi u vidu skrivenih SČ-ova, asimetričnihveza između pojedinih SČ-ova kao i angažovanju većeg brojaSČ-ova kod prenosa podataka od izvornog SČ do odredišnogSČ (multi-hop prenos).

Neravnomerna zastupljenost – SČ-ovi se najčešćeproizvoljno raspoređuju u regionu koji se nadgleda. Njihovbroj nije svuda ravnomeran i kreće se od nekoliko SČ-ova podo nekoliko hiljada na istom prostoru. Uz to mogu da postojevelike razlike u gustini raspoređivanja SČ-ova po jedinicipovršine, na primer od nijednog SČ pa do više od 20 SČ/m2,što prouzrokuje da veliki broj SČ-ova detektuju gotovo istepodatke, pa se samim tim nepotrebno angažuje veći broj SČ-ova koji sada više štete nego koriste, jer mogu znatnonepotrebno da pojačaju komunikacioni saobraćaj u BSM. Sadruge strane to može da izazove i da potrošnja u nekim SČ-ima, koji su opterećeniji, bude znatno izraženija nego koddrugih. Ova konstatacija naročiti važi za hijerahijskustrukturu BSM, kod koje su SĆ-ovi oko glavnog SČ (sink)znatno opterećeniji, u pogledu komunikacije, nego SČ-ovikoji se nalaze na periferiji [4].

Skalabilnost – Broj SČ-ova koji očitavaju jedan fizičkifenomen može biti od jednog SČ-a pa do nekoliko stotina ilihiljada SČ-ova. Velike gustine raspoređivanja SČ-ovaobezbeđuju veću redundantnost BSM-e i poboljšavaju njenutoleranciju na greške, ali na drugoj strani stvaraju problemeskalabilnosti. Tokom rada BSM-e, usled otkaza SČ-ova ilidopunjavanja novim SČ-ima, dolazi do čestih promena ubroju SČ-ova u pojedinim regionima. Zbog toga,komunikacioni protokoli, mehanizmi upravljanja i algoritmiobrade podataka razvijeni za ove mreže, treba da bududinamički prilagodljivi, kako bi bili u stanju da se trenutnoprilagode novonastaloj situaciji i pronađu energetski efikasnerešenja bez obzira na broj SČ-ova.

Mobilnost senzorskih čvorova - U pogledu mobilnostiSČ-ova u BSM aplikacijama razlikujemo njihovu pasivnu iliaktivnu mobilnost. Pasivna mobilnost SČ-ova je rezultat

prirodnih činilaca (vetar, voda, ...) ili neplaniranog pomeranjaobjekta na kojima se nalaze SČ-ovi. Aktivna, planskamobilnost se ostvaruje u cilju presmeštanja SČ-ova uinteresne regione, radi boljeg pokrivanja, ostvarivanjaenergetske efikasnosti, otklanjanja nedostataka početnograsporeda ili praćenja pojava koje predstavljaju cilj rada BSM[17]. S druge strane, mobilnost SČ izaziva promenutopologije i ruta kojima idu podaci u mreži, pa postavljadodatne probleme komunikacionim protokolima.

Ograničena brzina prenosa – u ovim mrežama ne koristese neke velike brzine prenosa podataka, a zbog jakoograničene količine energije ni velike količine podataka.Brzine se obično kreću od nekoliko kbps do nekoliko Mbps,dok su veličine okvira koji se šalju od 64 bajta do 128 bajta.

Višestruki skokovi (multi-hop) – zbog smanjenog dometaovih uređaja koristi se tehnika višestrukih skokova kako bi sedomet povećao. Upravo zbog toga svi SČ-ovi u okviru BSMimaju dvostruku ulogu: hostova i rutera, jer je sa jedne stranepotrebno da detektuju promenu i pošalju podatke drugimnadređenim SČ-ima, a sa druge strane da prihvate podatkekoji im drugi SČ-ovi šalju i da ih preusmere dalje premakrajnjem odredištu.

Tolerancija na otkaze - hardverska ograničenja dovodedo toga da SČ-ovi često ne mogu da odgovore na svojezadatke tj. nisu u mogućnosti da komuniciraju sa ostalim SČ-ima. Ove greške se mogu pojaviti zbog nedostatka energije,fizičkih oštećenja, smetnjama u komunikacionom kanalu ilizbog problema u softveru. Prestanak rada nekih SČ-ova možeda prouzrokuje prekid dobijanja podataka od većeg broja SČ-ova, što pak može da dovede do donošenja pogrešnogzaključka, a samim tim do vršenja ili ne vršenja određeneradnje. Od BSM se zahteva da prestanci rada pojedinih SČ-ova ne bi trebalo da utiču na ukupno funkcionisanje BSM.Nivo greške koja može da se dopusti a da BSM nesmetanonastavi da obavlja svoje funkcije, bez obzira na prekid radapojedinih SČ-ova, definiše nivo tolerancije te BSM, tako danivo greške direktno zavisi od vrste BSM aplikacije.

Kvalitet servisa - Pojam kvaliteta servisa (Quality ofService, QoS) u BSM-a ima sasvim drugačiji značaj u odnosuna klasične mrežne strukture. Specifična primena BSM-eodređuje osnovne QoS zahteve, energetsku efikasnost priradu, ograničenje vremena trajanja prenosa podataka,verovatnoću gubitka paketa pri prenosu i sl. Pri tome, morase obavljati usklađivanje ovih zahteva na nivou mreže, poštose otkazima nekih SČ-ova usled nestanka energije smanjujemogućnost BSM-e da obavlja osnovnu funkciju, što jeznačajnije od ispunjavanja QoS zahteva [5].

Ograničeni resursi – ovo je osobina koja verovatnonajviše otežava primenu standardnih komunikacionihprotokola u ovim mrežama. Ograničena količina energije,mala memorija, smanjeni računarski kapaciteti kao i maligabariti, predstavljaju glavne odlike SČ-a. Ove osobinedoprinele su da cena ovih jedinica bude jako mala, ali su sadruge strane jako ograničile njihove mogućnosti.

3. UŠTEDA ENERGIJE NA NIVOU SOFTVERA

Veliki deo današnjih istraživanja na polju senzorskihmreža svodi se na pronalaženje adekvatnog softvera koji će,sa gledišta potrošnje električne energije, najoptimalnijeiskoristiti skromne resurse senzorskih čvorova, i takoprodužiti njihovo pravilno funkcionisanje. Kompleksnostneke aplikacije u BSM ogleda se u objedinjavanju velikog

15

broja različitih softverskih disciplina koje moraju da sepoznaju kako bi sistemski omogućili ispravnost rada teaplikacije. To se pre svega misli na izbor odgovarajućegoperativnog sistema, konstrukciju odgovarajuće strukture zapamćenje podataka koji se sakupljaju, formulisanjeodgovarajućih upita, poznavanje mrežnih funkcija,odgovarajućih protkola i algoritama kao i poznavanje načinarada distribuiranih sistema [6]. Uopšteno gledano celokupnisoftver potreban za razvoj neke aplikacije u BSM-i možemopodeliti na nekoliko celina i to [3]:

Razvoj operativnih sistema – u primeni senzorskih mrežapostavljaju se različiti zahtevi koje je vrlo teško realizovatizbog mnogih ograničenja koje imaju SČ-ovi. Uzimajući uobzir sve to jasno je da standardni operativni sistemi kao štosu Windows i Linux nisu primenljivi. Mnogi operativnisistemi koji su razvijeni za embeded sisteme i ad hoc mreže(QNX, WinCE, Ariel, MagnetOS) takođe nisu pogodni zaprimenu u BSM jer zahtevaju veće memorijske resurse kao isnažnije procesore. Zato je bilo neophodno da se razvijupotpuno novi, odgovarajući operativni sistemi koji će sajedne strane uspešno upravljati reduciranim hardverskimmogućnostima SČ-a, a sa druge strarne efikasno omogućitimodularnost i robusnost jedne BSM-e. Glavna karakteristikajednog takvog operativnog sistema je da omogući štojednostavnije razvijanje aplikacija za BSM-u, bez obzira narazličite senzorske arhitekture koje se primenjuju i bezpoznavanja hardverskih komponenti u samom SČ-u. Dodanašnjeg dana razvijeni su mnogi novi operativni sistemi zarad SČ-ova u BSM-a, od kojih se izdvajaju: TinyOS,Contiki, MANTIS, LiteOS, Nano-RK, eCos, SOS,SenOS, EYES, kOS, DCOS, Bertha, Jallad, Mate,Accent, Chimes II, RetOS, MagnetOS, CORMOS idrugi. Većina od ovih operativnih sistema su strogoaplikativno ili hardverski orijentisani, pa nisu prilagodljivi nasvim hardverskim platformama, niti mogu da predstavljajurešenje koje će biti pogodno za sve BSM aplikacije. Kodizbora operativnog sistema preporučuje se da se izabere nekiopen-source operativni sistem specijalno razvijen za BSM-e.Takav operativni sistem omogućava prilagođavanje različitimsenzorskim arhitekturama uz minimizovanje potrebnog kodaza njegovo izvršavanje. Jedan od najpopularnijih takvihoperativnih sistema, koji je i najviše zastupljen u senzorskimmrežama, je Tiny OS. On predstavlja otvoreni, (opensource) višekomponentni operativni sistem koji uključujeupravljanje memorijom, upravljanje jedinicama senzorskogčvora, upravljanje zadacima i upravljanje protokolima.Koristi programski model koji se zasniva na događajima(event) koji jedino mogu da prekinu zadatke (task) koji seizvršavaju. Zbog svojih karakteristika, kao i primenljivosti nagotovo svim poznatim hardverskim platformama za SČ-ove,predstavlja operativni sistem koji se i najviše koristi na poljuistraživanja i pisanja aplikacija za BSM, pa je zato postaosinonim za BSM. Kolika je popularnost ovog operativnogsistema govori podatak da kada bi se sakupili svi ostalirazvijeni operativni sistemi za BSM, ne bi dostigli tolikuprimenljivost i rasprostranjenost u aplikacijama kao TinyOS[7]. TinyOS počiva na komponentnoj arhitekturi kod koje sui jezgro (kernel) operativnog sistema i aplikacija smeštene ujednu celinu, koja predstavlja više međusobno povezanihkomponenti. Na taj način ne postoji klasična podeljenost najezgro operativnog sistema koje je nezavisno i izvršavarazličite, nezavisne aplikacije, već je to jedna jedinstvena

celina. Pri kompajliranju aplikacije sve neophodnekomponente, i TinyOS komponente, i komponente potrebneza aplikaciju, smeštaju se u jednu jedistvenu izvršnukomponentu. Sada se samo ta komponenta instalira na SČ iona izvršava sve potrebne zadatke koji se od aplikacijezahtevaju. Svaku komponentu karakteriše njeno stanje (state)kao i zadaci (tasks) koji se izvršavaju. Komponentemeđusobno komuniciraju putem funkcijskih poziva kojimogu da budu komande (commands) i događaji (events).Komponenta koristi komande da inicira neku akciju i one seinicijalno šalju prema drugim komponentama od kojih sezahtevaju specificirane akcije. Nakon što završe zadatak,obaveštava se nadređena komponenta putem događaja [7].

Komunikacioni programi – upravljaju međusobnomkomunikacijom između SČ-ova i omogućuju izvršavanjerazličitih protokola. Zaduženi su za: energetski efikasnousmeravanje paketa, pamćenje i prosleđivanje paketa, starajuse o pravovremenom pristupu medijumu za prenos,upravljaju topologijom BSM-e, vrše šifrovanje podataka ivrše kontrolu njegove ispravnosti.

Komunikacioni drajveri – ovaj softverski modul zaduženje da na fizičkom nivo upravlja kodiranjem linijskog signalakoji se šalje. Tako je on zadužen da upravlja prenosnimbežičnim kanalom, uključujući noseću frekvenciju signala injihovu sihronizaciju, kodiranjem linijskog signala,detekcijom i korekcijom greške, određivanje nivoa snagepredajnog signala kao i njegovom modulacijom.

4. UŠTEDA ENERGIJE NA NIVOU SISTEMSKOGSOFTVERA

Performanse BSM zavise i od vrste primenjenogoperativnog sistema (OS) koji se izvršava na svakom SČ. Onima ključnu ulogu sa različitih aspekata: kontroliše potrošnjuelektrične energije u SČ, određuje brzinu reagovanja sistema,kvalitet i sigurnost rada, definiše brzinu komunikacije tj.razmene poruka, i td. Postoji nekoliko operativnih sistemakoji su posebno dizajnirani i specijalno namenjeni za rad uSČ. U najpoznatije, a samim tim i u najraširenije OS ovevrste spadaju: TinyOS (81 % zastupljenosti), Contiki (9%),Mantis (8%), SOS (1%) i ostali (1%) [8]. Osnovni ciljevi svihnjih su da obezbede robustan i pouzdan rad, ali tako dadinamički prilagode trenutnu potrošnju energije, tj. u skladusa zahtevima aplikacije u tom trenutku. OS koji uspe da izvršioperacije uz minimalnu potrošnju energije a da pri tome neizgubi na kvalitetu funcionisanja aplikacije, sigurno će dobitiprimat u izboru i primeni. Odgovornost operativnog sistemaje da obezbedi potrebne mehanizme kako bi se trošenjeenergije optimizovalo, sve u cilju produženja životnog vekaSČ. Periodično spavanje SČ predstavlja jedan odmehanizama da se to postigne. Već smo rekli da SČ može daradi u različitim režimima rada, obično četri režima:active, idle, sleep i stop, od kojih većina njihspadaju u režime sa smanjenom potrošnjom električneenergije. Sve više na tržištu se mogu pronaći savremeni 16/32bitni CPU koji imaju i više različitih režima rada a samim timi više mogućnosti za uštedu energije. Takvi CPU ugrađuju seu multimedijalne SČ-ove koji su namenjeni za prikupljanjemultimedijalnih podataka kao što su zvuk i slika. Kakoovakvi SČ-ovi imaju povećanu potrošnju (>100mW uaktivnom režimu rada) potrebno je primeniti složenije šemeuštede energije od jednostavnog uključenja/isključenjarežima rada. DPM ili dinamičko upravljanje energijom

16

(Dynamic Power Management) predstavlja jednu odosnovnih tehnika koja se danas koristi. Ona podrazumeva dase upravljanje potrošnjom energije vrši dinamički i to u tokurada same aplikacije. Kako kod SČ ne postoji tradicionalniBIOS sistem, dinamičko upravljanje potrošnjom energijeprelazi u nadležnost OS koji to mora da uradi potpunosamostalno. OS vodi računa o potrošnji energije na taj načinšto se svakog trenutka prilagođava zahtevimaaplikacije/procesa koji se trenutno izvršava. Uz pomoć ranijedefinisanih polisa upravljanja potrošnjom energije, OSuključuje/isključuje pojedine elemente SČ, povečava ilismanjuje frekvenciju sistemskog kloka, ili kontrolišeupis/čitanje u/iz memorije. Blok šema programskogupravljanja potrošnjom energije u SČ-u data je na slici 1.

Korisni kiprostor

č

Sistemski prostorJezgro

Polisa

Upravljapolisom

č

Sa slike 1. se vidi da se polisa upravljanja nalazi u samomjezgru OS a da se strategija upravljanja nalazi u korisničkomtj. aplikativnom prostoru. DPM polisa ne predstavljasamostalni drajver, već je to jedna struktura podataka kojavrši veoma finu, preciznu kontrolu nad dinamičkim stanjemsistema. Podaci koji se nalaze u njoj opisuju hardverskekomponente SČ, kao i njihovo dinamičko ponašanje, sagledišta potrošnje energije, prilikom promene stanja. Pošto suti podaci najbliži hardveru, pre svega zbog efikasnosti, ona sei instalira u samom jezgru OS. Ustvari, ovde polazimo odčinjenice, da za svaki SČ koji radi, možemo u određenomtrenutku da definišemo karakterističnu radnu tačku(operating point) [9]. Ta tačka definisana je trenutnimstanjem sistema, potrebnim naponom napajanja,frekvencijom CPU-a i magistrale, stanjem perifernih jedinicai na jedinstven način definiše režim rada SČ-a. Normalno jeda jedna aplikacija može da definiše više ovakvih radnihrežima. Uloga DPM sistema je da na osnovu nekog događajaefikasno komutira sistem iz jednog režima rada u drugi. Zatoi kažemo da DPM sistem predstavlja skup pravila i procedurakoje treba ispoštovati kada se nešto dogodi, kako bizahtevanu akciju izvršili sa što manjom potrošnjom energije.Činjenica je da nam savremeni CPU, kao i naponska ifrekventna kontrola komponenti u SČ-u, omogućavaju dadefinišemo više radnih režima. Na taj način omogućeno namje i da se formiraju više polisa koje će moći efikasnije dautiču na uštedu energije.

Sa druge strane, upravljač DPM polise (DPM policymanager) predstavlja izvršni program koji je zadužen daaktivira polisu. Svaka polisa ima svoje ime i u jednom SČmožemo da imamo više različitih polisa koje možemo dakoristimo. Njihovo izvršavanje omogućeno je i u sistemskomi u korisničkom prostoru što sve zavisi od strategije uštedeenergije koju definiše sama aplikacija. Važno je napomenutida kada je jednom DPM sistem inicijalizovan i aktiviran, on

će uvek izvršavati neku DPM polisu koja se nalazi u samomjezgru OS.

Jako je teško reći koji OS daje bolje energetskekarakterisitke u pogledu uštede jer to zavisi od mnogihparametara a pre svega od vrste aplikacije. Eksperimenti kojisu rađeni u radu [10], pokazali su da OS Mantis daje boljerezultate za aplikacije koje se odnose na praćenjedeterminističkih događaja koji se retko događaju, tj. postojiduži neaktivni period između njih. U slučajevima kada namje energetska efikasnost na prvom mestu, a radi se o praćenjunedeterminističkih događaja, operativni sistem TinyOSpredstavlja bolji izbor. Pored toga TinyOS i Contiki imajuugrađenu kontrolu potrošnje energije SČ u okviru samogoperativnog sistema za razliku od Mantisa koji to nema.

5. ZAKLJUČAK

Cilj ovog rada je bio da se ukaže na neke od bitnihkarakteristika BSM-a, kao i da se identifikuju ograničavajučifaktori koji utiču na njen rad, pri čemu je glavni akcenatstavljen na potrošnju električne energije u senzorskom čvoru,pre svega sa gledišta primenjenog softvera. Kako je problemoptimizacije energetske efikasnosti kompleksan problem, jerpostoje brojni faktori koji utiču na potrošnju energije u SČ-u,u radu su samo delimično obuhvaćeni aspekti efikasnepotrošnje energije. Ukazano je na glavne uzročnike zapotrošnju energije i prikazane su metode koje nam stoje naraspolaganju da taj utrošak energije bude što efikasniji tj. dase izbegnu mnoge nepotrebne aktivnosti koje troše energiju ismanjuju životni vek SČ-ova a samim tim i aplikacije koja seizvršava u BSM-i.

LITERATURA

[1] Ian F.Akyildiz, Mehmet Can Vuran, Wireless Sensor Net-works, ISBN 978-0-470-03601-3, WILEY, 2010

[2] I.F.Akyildiz, M.C.Vuran, O.B.Akan, W.Su, ’’WirelessSensor Networks: A Survey Revisited``, ComputerNetworks Journal (Elsevier Science), Vol.38,Mart 2004.

[3] K. Sohraby, D. Minoli, T. Znati, “Wireless SensorNetworks - Technology, Protocols, and Applications”,A John Wiley & Sons, 2007

[4] Ian F. Akylidiz at al., "A Survey on Sensor Networks",IEEE Comm. Magazine, August 2002.

[5] Eiko Yoneki, Jean Bacon, "A Survey of WirelessSensor Networks Technologies: Research Trends andMiddleware's Role", Technical Report 646, ISSČ 1476-2986, University of Cambridge, September 2005.

[6] ‘‘Cougar: The Sensor Network Is the Database,’’Cornell University, Ithaca, NY,http://www.cs.cornell.edu/database/cougar/, 22.10.2013

[7] P. Levis, D. Gay, TinyOS Programming, CambridgeUniversity Press, New York, 2009,http://csl.stanford.edu/~pal/pubs/tinyos-programming.pdf, pos. 12.03.2014

[8] R.Lajara, J.P.Sebastia, J.J.Perez Solano, ’’PowerConsumption Analysis of Operating Systems forWSN’’, Sensors 10, 2010

[9] IBM and MontaVista Software, ‘’Dynamic PowerManagement for Embedded Systems’’, 2002

[10] C. Duffy, U. Roedig, J. Herbert, and C. Sreenan, ‘’Aperformance analysis of TinyOS and MANTIS``Tech.Rep.CS-2006-27-11, University College Cork,Ireland, November 2006

Slika 1. Programska kontrola DPM-a

17


DECEMBAR,2014.

OCENA AKUSTIČKE PODOBNOSTI PROSTORIJE ZA SASTANKE

EVALUATION OF ACOUSTICAL SUITABILITY FOR MEETING ROOM

Violeta Stojanović, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.Zoran Milivojević, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj - U ovom radu izvršena je analiza akustičkih parametara (vremena reverberacije RT30,ranog vremena reverberacije EDT, vremenskog težišta TC, jasnoće muzike C80 i definisanostigovora D50), prostorije Visoke tehničke škole strukovnih studija u Nišu koja se koristi za sastanke.Analiza je izvršena simulacionim procesom. U prvom delu rada prikazane su formule zaizračunavanje akustičkih parametara i njihovi JND koeficijenti definisani standardom ISO 3382.U drugom delu rada opisan je eksperiment u kome je obavljena simulacija akustičkih impulsnihodziva, tabelarno i grafički su prikazani rezultati izračunatih akustičkih parametara i izvršena jenjihova komparativna analiza. Na osnovu komparativne analize pokazano je da je analiziranaprostorija pogodna da se koristi i kao slušaonica.

Ključne reči: Impulsni odziv prostorije, reverberacija, akustički parametri.

Abstract - This paper explains the analysis of the acoustic parameters (the reverberation time RT,the early decay time EDT, the centre time TC, the music clarity C80 and the definition of speechD50) of the room which is used for meetings. The analysis is implemented using the simulationprocess. The first part of this paper shows the formulas for calculating the acoustic parametersand their JND coefficients defined by ISO 3382 standard. The second part of the paper describesthe experiment where the simulation of the acoustic impulse responses is done, the results of thecalculated acoustic parameters are shown both with graphical and tabular presentation, alongwith their comparative analysis. Based on the comparative analysis was shown that the analysis ofroom suitable to be used as a lecture hall.

Key words: Room Impulse Response (RIR), reverberation, acoustic parameters.

1. UVOD

Akustika prostorija kao naučna disciplina se bazira nafizičkoj teoriji i akustičkim merenjima [1]. Polazna tačkamoderne akustike prostorija se vezuje za pokušaje da sepronađu i definišu objektivni parametri koji imajuposredničku funkciju između geometrijskih i drugihkarakteristika prostorije sa jedne strane i impresija slušanja sadruge strane.

Značajan doprinos razvoju akustike prostorija dao jeClemens Wallace Sabine svojim eksperimentalnim radovimau periodu od 1900. do 1922. god. kada je objavio [1]empirijski obrazac (Sabinov obrazac) za izračunavanjevremena reverberacije (engl. Reverberation Time). Sabinovobrazac zahtevao je poznavanje zapremine prostorije kao ikoeficijente apsorpcije, zidova, poda i plafona prostorije. Ipored toga što nije apsolutno precizno određivao vremereverberacije zadržao se sve do današnjih dana. Daljieksperimenti mnogih naučnika doveli su do objavljivanjanovih empirijskih obrazaca za računanje vremenareverberacije uzimajući kao osnovu Sabinov obrazac [2]:Eyring 1930., Millington 1933., Fitzroy 1959., Kuttruf 1976.,Arau 1988., i Neubauer 1999. Objavljeni su i empirijski

obrasci za obračunavanje T10, T20 i T30. Rano vremereverberacije (engl. Early Decay Time), EDT, definisano odstrane Jordan-a 1970. mnogi naučnici smatrajunajreprezentativnijim akustičkim parametrom. Vremenskotežište (engl. Centre Time), TC, definiše Kurer 1971.Proučavajući percepciju tonova u prostoriji Thiele je 1953.uveo parametar definisanost (engl. Definition), D50 i D80, zagovor i muziku, a Abdel Alim i Reichard definišu parametarjasnoća (engl. Clarity), C50 i C80 za govor i muziku.

Skoro svi akustički parametri prostorije se mogu dobiti izimpulsnog odziva prostorije [1]. Impulsni odziv prostorijeodređuje se (merenjem, simulacijom) kao vremenskapromena akustičkog pritiska na mestu prijema usleddelovanja akustičkog izvora na mestu predaje, odnosno,predstavlja akustički odziv prostorije na specijalni akustičkisignal emitovan sa mesta predaje. Kao akustički signal koristise modifikovani Dirakov signal: klapna kod koje se impulsproizvodi udarom dve njene površine, generator električnevarnice, eksplozija baruta (startni pištolj, petarda) ili naglaekspanzija komprimovanog vazduha (pucanje naduvanogbalona ili primena posebnih komora).

U ovom radu izvršena je analiza vrednosti akustičkihparametara (vremena reverberacije RT30, ranog vremena

18

reverberacije EDT, vremenskog težišta TC, jasnoće muzikeC80 i definisanosti govora D80) prostorije za sastankedobijenih simulacionim procesom. Simulacija je izvršena zadve pozicije zvučnog izvora i više pozicija mikrofona.Vrednosti akustičkih parametara i njihovih standardnihdevijacija su dobijene pomoću programskih paketa EASERAi Matlab. Rezultati su prikazani tabelarno i grafički.Komparativnom analizom dobijenih vrednosti akustičkihparametara za obe pozicije izvora sa preporučenimvrednostima datim standardom ISO 3382 donosi sezaključak.

Dalja organizacija rada je sledeća: u Sekciji 2 definisanisu akustički parametri (analizirani u radu) i prikazane suvrednosti njihovih JND koeficijenata definisane standardom.U Sekciji 3 prikazani su eksperimentalni rezultati i analizarezultata za akustički obrađenu prostoriju. Sekcija 4 jeZaključak.

2. AKUSTIČKI PARAMETRI I JND KOEFICIJENTI

Akustička podobnost prostorije se može opisatiparametrima koji se dobijaju iz impulsnog odziva prostorijeh(t) i krive opadanja akustičke energije (engl. Energy decaycurve), EDC [3]:

t

dt)t(h)t(EDC 2 . (1)

1) Vreme reverberacije RT60 (s) je vreme koje je potrebnoda EDC opadne za 60 dB. Ako je V zapremina prostorije,

srednji koeficijent apsorpcije zidova, poda i plafona i Snjihova površina, vreme reverberacije se može izračunatipomoću [4, 5]:

a) Sabin -ove formule za 20. :

S

V.RT

164060 , (2)

b) Eyring – ove formule za niske frekvencije:

)ln(S

V.RT

1

071060 , (3)

c) Kuttruff – ova formula:

mV))ln((S

V.RT

41

16060

, (4)

gde je refleksioni koeficijent a m apsorpcioni koeficijentvazduha.

2) Rano vreme reverberacije EDT (s) se definiše kao vremereverberacije za koje EDC opadne od 0 do -10 dB.

3) Vremensko težište TC (ms) odgovara energetskojravnoteži impulsnog odziva [6]:

0

2

0

2 dt)t(hdt)t(thTC . (5)

4) Jasnoća C80 (dB) se definiše kao logaritam odnosaenergija impulsnog odziva pre i posle vremena te, gde je te =80 s:

e

e

et

t

t dt)t(hdt)t(hlogC 2

0

210 . (6)

5) Definisanost D50 (%) predstavlja odnos rane akustičkeenergije (prvih 50 ms impulsnog odziva) i ukupne akustičkeenergije u opsegu (0 - ):

0

2

0

2 dt)t(hdt)t(hDe

e

t

t . (7)

Najmanja detektovana promena vrednosti akustičkihparametara od strane slušalaca data je koeficijentom JND(engl. Just noticeable difference). U Tabeli 1 [3] prikazane suodgovarajuće JND vrednosti za analizirane akustičkeparametre, koji se izračunavaju na srednjim frekvencijama(500Hz i 1000Hz).

Tabela 1. Akustički parametri i JND koeficijenti.Akustički parametri JND

RT 5%EDT 5%

C80 1dB

D50 5%

TC 10ms

3. EKSPERIMENTALNI REZULTATI I ANALIZA

Simulacija impulsnih odziva izvršena je za prostorijuVisoke tehničke škole strukovnih studija u Nišu koja jenamenjena za sastanke. Prikaz ove prostorije dat je na Sl. 1.

Slika 1. Prostorija u kojoj je simuliran impulsni odziv: S1,S2.-lokacija zvučnog izvora, 1 – 9 – lokacija prijemnika.

Korišćenjem programskih paketa EASERA i Matlabdobijene su vrednosti za akustičke parametre i njihovestandardne devijacije. Rezultati su prikazani tabelarno igrafički. Srednje vrednosti veličina: vremena reverberacijeRT30j, ranog vremena reverberacije EDTj, indeksa jasnoćemuzike C80j, definisanosti govora D50j i vremenskog težištaTCj za celu prostoriju izračunate su prema:

19

)f(XMP

)f(X c

MP

ii,jcj

1

1, (8)

gde su X neki od predhodno navedenih akustičkihparametara, j = 1,2 broj pozicija zvučnog izvora, fc centralnefrekvencije, 400020001000500250125 ,,,,,fc , MP

ukupan broj mernih tačaka i MPi 1 .Standardne devijacije akustičkih parametara za celu

prostoriju izračunate su pomoću:

11

2

MP

))f(X)f(X(

)f(

MP

icjci,j

cX j . (9)

Dobijene vrednosti akustičkih parametara za obe pozicijeizvora analizirane su prvo međusobno, a zatim su upoređenesa vrednostima određenim standardom ISO 3382. Na osnovuanalize rezultata ekperimenta donosi se zaključak o primenianalizirane prostorije za sastanke.

3. 1 EKSPERIMENT

Analizirana prostorija ima dimenzije: X = 8 m, Y = 3 m, H= 3.5 m, zapreminu V = XYH = 84 m3. Refleksionikoeficijenti zidova, poda i tavanice su 0.90, 0.90, 0.90, 0.80,0.85 i 0.88, respektivno. Simulacija impulsnog odziva jeizvršena pomoću log sweep signala u trajanju od 5 s.Frekvencija semplovanja je fS = 44.1 kHz. Pozicije zvučnikasu: S1 (5.65, 1.27, 1.20) i S2 (7.30, 1.70, 1.50). Simulacija jerealizovana u MP = 9 mernih tačaka.

3. 2 REZULTATI

U Tabeli 2 i Tabeli 4 prikazane su srednje vrednostiakustičkih parametara za pozicije izvora S1 i S2, respektivno.U Tabeli 3 i Tabeli 5 prikazane su standardne devijacijeakustičkih parametara za pozicije izvora S1 i S2, respektivno.Za pozicije izvora S1 i S2 na Sl. (2 – 6) prikazane su srednjevrednosti RT30, EDT, C80, D50 i TC na f = 125-4000 Hz,respektivno.

Tabela 2. Srednja vrednost akustičkih parametara zapoziciju izvora S1.

f (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000

130,RT (s) 1.19 1.15 0.90 0.71 0.76 0.76

1EDT (s) 0.74 0.43 0.53 0.45 0.44 0.46

180,C (dB) 6.48 9.72 9.59 10.93 10.79 10.87

150,D (%) 71 73 77 82 81 80

1,CT (ms) 52.34 40.09 33.68 29.57 29.86 30.26

Tabela 3. Standardna devijacija akustičkih parametara zapoziciju izvora S1.

f (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000

130 ,RT (s) 0.037 0.057 0.057 0.031 0.068 0.030

1EDT (s) 0.232 0.116 0.109 0.070 0.039 0.042

180 ,C (dB) 2.843 1.759 2.531 1.386 1.198 1.272

150 ,D (%) 10.69 12.12 7.42 6.06 4.45 5.85

1,CT (ms) 15.354 10.171 7.207 5.607 5.784 7.337

Tabela 4. Srednja vrednost akustičkih parametara zapoziciju izvora S2.

f (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000

230,RT (s) 1.18 1.17 0.96 0.79 0.82 0.69

2EDT (s) 0.57 0.81 0.58 0.42 0.40 0.46

280,C (dB) 6.90 5.16 9.23 10.91 12.34 10.48

250,D (%) 62 52 77 83 82 79

2,CT (ms) 55.59 63.71 32.61 29.56 28.00 30.17

Tabela 5. Standardna devijacija akustičkih parametara zapoziciju izvora S2.

f (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000

230 ,RT (s) 0.036 0.037 0.064 0.033 0.049 0.057

2EDT (s) 0.116 0.127 0.133 0.057 0.047 0.040

280 ,C (dB) 1.180 2.430 1.866 1.163 0.650 0.863

250 ,D (%) 13.39 8.25 9.36 3.68 5.50 3.50

2,CT (ms) 6.116 10.606 8.148 3.305 4.137 3.417

Slika 2. RT30 u prostoriji za pozicije izvora S1 i S2.

Slika 3. EDT u prostoriji za pozicije izvora S1 i S2.

Slika 4. C80 u prostoriji za pozicije izvora S1 i S2.

20

Slika 5. D50 u prostoriji za pozicije izvora S1 i S2.

Slika 6. TC u prostoriji za pozicije izvora S1 i S2.

3.3 ANALIZA REZULTATA

Na osnovu rezultata prikazanih u Tabelama (2 – 5) i na Sl.(2 – 6) zaključuje se da:a) srednje vrednosti vremena reverberacije: a.1) za poziciju

S1 zvučnog izvora 130,RT = 0.71 – 1.19 s i za poziciju S2

zvučnog izvora 230,RT = 0.69 – 1.18 s pripadaju opsegu

preporučenih vrednosti RT = 0.45 – 1.15 s, a.2) obuhvataju RT =0.8 s i RT = 1.15 s preporučene vrednosti za prostorije opštenamene i za auditorijume, respektivno;b) su vrednosti standardne devijacije RT za obe pozicije zvučnogizvora na f = 500 Hz veće od 1 JND (

130 ,RT = 1.27 JND;

230 ,RT = 1.33 JND), a na f = 1000 Hz su manje od 1 JND

(130 ,RT = 0.8 JND,

230 ,RT = 0.83 JND);

c) srednje vrednosti ranog vremena reverberacije: c.1) zapoziciju S1 zvučnog izvora, EDT1 = 0.43 – 0.74 s, nepripadaju opsegu preporučenih vrednosti za govor (0.8 – 1 s),c.2) za poziciju S2 zvučnog izvora, EDT2 = 0.4 – 0.81 s,pripadaju opsegu preporučenih vrednosti za govor.d) su vrednosti standardne devijacije EDT za obe pozicijezvučnog izvora veće od 1 JND:

1EDT (500 Hz) = 4.11 JND,

1EDT (1000 Hz) = 3.11 JND,2EDT (500 Hz) = 4.59 JND,

2EDT (1000 Hz) = 2.71 JND).

e) srednje vrednosti jasnoće za muziku za obe pozicije izvorane pripadaju opsegu preporučenih vrednosti C80 = 0 1.6 dB

( 180,C = 6.48 – 10.87 dB, 280,C = 5.16 – 12.34 dB).

f) su vrednosti standardne devijacije za obe pozicije zvučnogizvora veće od 1 JND:

180 ,C (500 Hz) = 2.53 JND,

180 ,C (1000 Hz) = 1.39 JND,280 ,C (500 Hz) = 1.87 JND,

280 ,C (1000 Hz) = 1.16 JND.

g) je definisanost za govor bolja za poziciju S1 od pozicije S2

zvučnog izvora ( 150,D = 71 – 82 % , 250,D = 52 – 83%).

h) su vrednosti standardne devijacije D50 samo za poziciju S2

na f = 1000 Hz manje od 1 JND (150 ,D (500 Hz) = 1.93

JND,150 ,D (1000 Hz) = 1.48 JND,

250 ,D (500 Hz) = 2.43

JND,250 ,D (1000 Hz) = 0.89 JND).

i) srednje vrednosti vremenskog težišta za obe pozicijezvučnika samo na nižim frekvencijama pripadajupreporučenim vrednostima vremenskog težišta za govor, 50 –80 ms ( 1,CT =29.57 -52.34 ms, 2,CT = 29.56 – 63.71ms).

j) su vrednosti standardne devijacije TC za obe pozicije zvučnogizvora manje od 1 JND:

1,CT (500 Hz) = 0.72 JND,

1,CT (1000 Hz) = 0.56 JND,2,CT (500 Hz) = 0.81 JND,

2,CT (1000 Hz) = 0.33 JND.

Na osnovu sprovedene komparativne analize rezultata sastandardom ISO 3382 zaključuje se da rano vreme

reverberacije EDT2, definisanost govora 250,D i vremensko

težište 2,CT za poziciju zvučnog izvora S2 imaju povoljnije

vrednosti za govor u odnosu na vrednosti istih parametara zapoziciju zvučnog izvora S1. Vrednosti za jasnoću muzike nepripadaju opsegu preporučenih vrednosti što ukazuje daanalizirana prostorija nije akustički pogodna za muzičkedogađaje. Vrednosti vremena reverberacije za obe pozicijeizvora ukazuju na mogućnost korišćenja prostorije ne samoza sastanke već i kao slušaonice.

4. ZAKLJUČAK

U radu je izvršena akustička analiza prostorije za sastankepomoću simulacionog procesa. Simulacija je realizovana zadve pozicije zvučnog izvora S1 i S2 u 9 mernih tačaka.Analiziranjem akustičkih parametara prostorije u skladu sastandardom ISO 3382, zaključuje se da je pozicija S2

zvučnog izvora povoljnija za akustiku prostorije koja se tičegovora od pozicije S1 zvučnog izvora. Akustičkom analizomse potvrđuje podobnost korišćenja analizirane prostorije nesamo kao prostorije za sastanke već i kao slušaonice.

LITERATURA

[1] H. Kuttruff, Room Acoustics, E&FN Spon, London,2000.

[2] R. Lacatis, A. Gimeney, A. Barba Sevillano, S. Cerda, J.Romero, R. Cibrian, Historical and cronological evolu-tion of the concert hall acoustics parameters, Acoustics’08 Paris, 2008.

[3] ISO 3382: Measurment of the Reverberation Time ofRooms with Reference to Other Acoustical Parameters,2001.

[4] F. Alton Everest, Master Handbook of Acoustics,McGraw-Hill, 2001.

[5] M. Kahrs, K. Brandenburg, Applications of Digital Sig-nal Processing to Audio and Acoustics, Kluwer Aca-demic Publishers, 1998.

[6] A. Farina, Acoustic Quality of Theatres: Correlationsbetween Experimental Measures and Subjective Evalua-tions, Applied Acoustics, vol. 62, Issue 8, pp. 889-916,2001.

21


DECEMBAR,2014.

KOMPARACIJA KVALITETA VODENOG ŽIGA INSERTOVANOG U NEKODOVANIVIDEO U PROSTORNOM I TRANSFORMACIONOM DOMENU

COMPARISON OF QUALITY WATERMARK INSERTED IN UNCODED VIDEO INSPATIAL AND TRANSFORMATIONAL DOMAIN

Zoran Veličković, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj – U ovom radu razmatran je kvalitet ekstrahovanog vodenog žiga iz nekompresovanogvidea. Za objektivnu procenu kvaliteta ekstrahovanog vodenog žiga korišćen je MSSIM parametar.Dobijeni eksperimentalni rezultati ukazuju na to da se za istu vrednost faktora insertovanjaostvaruje bolji kvalitet vodenog žiga u transformacionom domenu.

Ključne reči: Nekompresovani video. Qvalitet usluge. Vodeni žig.

Abstract - This paper is about the quality of the extracted watermark from uncompressed video.For an objective assessment of the quality of the extracted watermark was used MSSIM parameter.The experimental results indicate that for the same value factors insertion provides a better wa-termark in the transformation domain.

Key words: Nekompressed video. Quality of services. Watermark.

1. UVOD

Distribucija digitalnih multimedijalnih sadržaja naInternetu doživljava enormni rast i postaje dominantni oblikmrežnog saobraćaja [1]. Ovome su značajno doprineliizuzetni procesorski, memorijski i komunikacioni potencijalisavremenih mobilnih uređaja. Savremene mobilne platformesu dizajnirane da podrže specifične mobilne komunikacioneprotokola i mreže [2], [3] čime obezbeđuju značajan mrežniprotok neophodan za koriščenje multimedijalnih sadržaja.Laka dostupnost, kao i činjenica da se kopiranjem digitalnihmultimedijalnih sadržaja ne gubi na kvalitetu, povećale sumogućnost pravljenja nelegalnih kopija i njihove nelegalnedistribucije. Nelegalno kopiranje i distribucijamultimedijalnih sadržaja su posebno izraženi u muzičkoj ifilmskoj industriju tako da na nelegalno filmsko tržišteotpada oko 35.2% ukupno piratizovanih multimedijalnihsadržaja [4]. U cilju sprečavanja nelegalne distribucijemultimedijalnog sadržaja razvijene su brojne metodezasnovane na hardverskim i/ili softverskim rešenjima. Zazaštitu od nelegalnog kopiranja multimedijalnog sadržaja uprimeni su razne vrste kriptografskih metoda kao i tehnikeugrađivanja vodenog žiga u sam sadržaj.

Dok se kriptografske metode koriste za zaštitumultimedijalnog sadržaja prilikom prenosa krozkomunikacioni kanal, tehnike vodenog žiga se pored ostalogkoriste i u zaštiti vlasništva, praćenju formiranja digitalnihkopija, kontroli pristupa i slično. Kriptografske metode sezasnivaju na elektronskom potpisu, odnosno, dodavanjuporuci sažetka same poruke koji je šifrovan pomoću tajnogključa pošiljaoca. Na prijemu se obavlja dešifrovanje sažetkaporuke javnim ključem pošiljaoca i poredi se sa izračunatimsažetkom primljene poruke. Ako se ustanovi identičnost ovihsažetaka, potvrđuje se integritet podataka, odnosno, identitet

pošiljaoca. Ako se konstatuje razlika između sažetaka, naprenosnom putu je došlo do izmene sadržaja poruke iidentitet pošiljaoca se ne može utvrditi. Iako je ovokonvencionalni način utvrđivanja identiteta pošiljaoca porukezasnovan na PKI-u (engl. Public Key Infrastructure), on nijepodesan za korišćenje u multimedijalnim komunikacijama.PKI je razvijena za primenu u poslovnim (računarskim)komunikacijama koje nisu tolerantne na greške i zahtevajuprenos svih paketa bez grešaka. Za razliku od poslovnihaplikacija koje su netolerantne na gubljenje paketa, atolerantne na kašnjenje paketa, multimedijalne aplikacijemogu tolerisati izvesnu količinu nedostajućih paketa, ali sunetolerantne na kašnjenje paketa. Zapravo, ovo znači da umultimedijalnim aplikacijama paket koji je stigao doprimaoca sa zakašnjenjm nema upotrebnu vrednost i mora seodbaciti. Ovo odbacivanje paketa u multimedijalnimkomunikacijama se ne mora manifestovati u primetnojdegradaciji multimedijalnog sadržaja. Ova ideja da se umultimedijalnim aplikacijama mogu tolerisati nedostajućipaketi inspirisana je ljudskom percepcijom multimedijalnogsadržaja zasnovanoj na HVS-u (engl. Human Visual System).

Razlike u samoj prirodi između poslovnih imultimedijalnih aplikacija zahtevaju i korišćenje specifičnihkomunikacionih protokola. Tako se za poslovne aplikacije natransportnom sloju koristi TCP/IP (engl. TransmissionControl Protocol/Internet Protocol) skup protokola, dok seza prenos multimedijalnog sadržaja koristi UDP (engl. UserDatagram Protocol). Maksimalno dozvoljena kašnjenjapaketa u multimedijalnim komunikacijama zavise od klasekomunikacione usluge koja se zahteva [5]. Navedenespecifičnosti multimedijalnih aplikacija ih čini nepodesnimza klasičnu proveru identiteta pošiljaoca i dokazivanjevlasništva, tako da se PKI retko koristi u Web baziranimmultimedijalnim aplikacijama koje rade u realnom vremenu.

22

Tehnike vodenog žiga podrazumevaju ugrađivanjenevidljivih digitalnih informacija u multimedijalni sadržaj[6], [7]. Ovaj koncept se bazira na zakonskoj regulativi uborbi protiv piraterije koji zahteva efikasano i pouzdanodokazivanje vlasništva nad multimedijalnim sadržajem.Insertovani vodeni žig treba svojim sadržajem nedvosmislenoda identifikuje vlasnika multimedijalnog sadržaja i da svevreme bude prisutan. Ugradnja vodenog žiga ne sme da imaza posledicu vidljivu degradaciju multimedijalnog sadržaja.Pored ovog osnovnog zahteva, ugrađeni vodeni žig treba dabude robustan na prokušaj degradiranja ili njegovoguklanjanja iz multimedijalnog sadržaja. U real-time videoaplikacijama je izuzetno važno da vodeni žig bude robustanna kompresiju i transkodovanje video sadržaja različitimbitskim brzinama [8], [9].

U drugoj sekciji su opisani algoritmi insertovanja iekstrakcije vodenog žiga i date su matematičke osnovepouzdanog algoritma insretovanja. U sekciji tri prikazani sudobijeni rezultati i obavljena je njihova analiza, dok su uzavršnj četvrtoj sekciji izvedeni zaključci na bazi obavljeniheksperimenata.

2. ALGORITMI UTISKIVANJA/IZDVAJANJAVODENOG ŽIGA

U osnovi postoje dve velike klase algoritama za ugradnjuvodenih žigova u multimedijalni sadržaj. Prva klasaalgoritama se zasniva na insertovanju vodenog žiga uprostornom domenu (engl. spatial domain), dok se drugaklasa algoritama zasniva na modifikovanju koeficijenata utransformacionom domenu (engl. transform domain). Uslučaju kada se prva klasa algoritama primenjuje na slike ilivideo, vodeni žig je sakriven u vrednostima luminentne (engl.luminence) i/ili hromanentne (engl. chromanence) kompnenteprostorno raspoređenih piksela. Algoritmi koji pripadaju ovojklasi se relativno jednostavno realizuju ali su nedovoljnorobustni pri procesiranju video signala, a posebno prirealizaciji video-kompresije [5]-[8]. Druga klasa algoritamase bazira na modulisanju koeficijenata nekog odtransformacionih domena multimedijalnog sadržaja naosnovu sadržaja vodenog žiga. Transformacioni koeficijentise mogu dobiti primenom DCT-a (engl. Discrete CosineTransform), FFT-a (engl. Fast Fourier Transform) ili SVD-a(engl. Singular Value Decompsition). Dobijenitransformacioni koeficijenti se modulišu shodnotransformacionim koeficijentima slike za insertovanje kojapredstavlja vodeni žig. Inverznim postupkom se izmodifikovanih transformacionih koeficijenata moguekstrahovati insertovane informacije čime se dokazujevlasništvo nad multimedijalnim sadržajem [6]-[9]. Algoritmiove klase imaju bolje performase robusnosti u odnosu nawatermaring insertovan u prostornom domenu.

Za insertovanje žiga u sliku u ovom radu je korišćenalgoritam baziran na SVD dekomporiciji koji je predložen u[7]. Ovaj algoritam predstavlja poboljšanu verziju algoritmau cilju otklanja problema lažne detekcije žiga. Primenomovog algoritma na svaki frejm iz nekodovane video sekvence,dobija se zaštićeni video. U jednom slučaju insertovanje žigase obavlja u prostornom domenu, dok se u drugom slučajuinsertovanje vodenog žiga obavlja u transformacionom DCTdomenu. U nastavku su prikazane matematičke osnove obametoda.

Ulazni, odnosno, izlazni parametri algoritma za ugradnjuvodenog žiga su:Ulaz:

Niz matrice Am×n koje predstavljaju nekodovanefrejmove video sekvence.

Matrica Wm×n koja predstavlja vodeni žig koji seugrađuje u video.

Faktor utiskivanja α.

Izlaz: Niz matrica sa ugrađenim vodenim žigom

nmwA

.

Algoritam ugradnje vodenog žiga u jedan frejm videa jeprikazan u četiri koraka za obe razmatrane klase algoritamaza ugradnju vodenog žiga:

Korak 1: SVD dekompozicija matrice frejma A:Prostorni domen TUSVA

Transformacioni domen )(2 AdctB , TUSVB

gde je A originalni nekodovani frejm, U i V ortogonalnematrice dimenzija m×m i n×n, respektivno, S dijagonalnamatrica dimenzija m×n sa elementima koji predstavljajusingularne vrednosti. Kolone matrice U nazivaju se levisingularni vektori i oni su sopstveni vektori (engl.eigenvectors) od AAT, dok su kolone matrice V sopstvenivektori ATA desni singularni vektori. Singularni vektorispecificiraju geometriju slike dok singularne vrednostispecificiraju luminansu (energiju) slike.

Korak 2: SVD dekompozicija matrice žiga:Prostorni domen T

wwaTwww VAVSUW

Transformacioni domen Twwa

Twww VAVSUdctW 2

Korak 3: Insertovanje principal komponente Awa udijagonalnu matricu S sa koeficijentom utiskivanja α:Prostorni domen waASS 1

Transformacioni domen waASS 1

Korak 4: Formiranje slike sa vodenim žigom:Prostorni domen T

w VUSA 1

Transformacioni domenT

w VUSB 1 ,

)(2 ww BidctA

Ekstrakcija vodenog žiga iz slike *wA koja se potencijalno,

zbog superponiranih šumova razlikuje od Aw, realizuje sealgoritmom koji se sastoji od sledećih koraka:

Ulaz:

Slika sa žigom *wA ,

Originalna slika, Faktor utiskivanja α.

Izlaz: Vodeni žig W*.

Korak 1: Formiranje razlike originalne A i slike sa žigom*wA :

23

Prostorni domen 1* AAAw

Transformacioni domen 1* 22 AAdctAdct w .

Korak 2: Određivanje žiga W* na sledeći način:

Prostorni domen

Tw

T

VVAU

W

11

1

*

Transformacionidomen

Tw

T VVAUidctW1

11* 1

2

Na slici 1 je prikazana bazna procedura ugradnje vodenogžiga koje se odvijaju na predajnoj strani komunikacionogkanala. Ugradnja vodenog žiga se obavlja u svaki frejmnekodovanog videa. Kako se sa slike 1 može videti,argumenti procedure insertovanja vodenog žiga su skalingfactor α, vodeni žig W i ferjmovi video strima. Na slici 2 jeprikazana procedura koja se obavljaju na prijemnoj stranikomunikacionog kanala. Zapravo prijemnik mora da obaviinverzne procedure od onih obavljenih na predajniku.Procedura ekstrakcije vodenoje žiga je bazirana na opisanomSVD algoritmu iz žigovanog videa. Kada se iz svakog frejmaekstrahuje ugrađeni vodeni žig dobija se niz vodenih žigovakoji je osnova algoritma za unapređenje kvaliteta vodenogžiga. Primenom algoritma za poboljšanje kvalitetaekstrahovanog vodenog žiga može se jednoznačno utvrditivlasništvo nad video sadržajem. Iterativni algoritampoboljšanja kvaliteta žiga je prikazan u [9].

Slika 1. Procedura utiskivanja vodenog žiga i kodovanjeH.264 koderom

Slika 2. Procedura dekodovanja video strima i izdvajanjeinsertovanog vodenog žiga

Insertovanje vodenog žiga u video zavisi od faktorainsertovanja α(0,1), sadržaja vodenog žiga i sadržaja samogfrejma. Ove činjenice će imati za posledicu varijabilnikvalitet žigovanog videa, odnosno, ekstrahovanih vodenihžigova. Zbog varijabilnog kvaliteta ekstrahovanog vodenogžiga u nekim situacijama je neophodno primeniti procedureza popravku kvaliteta [9] video žiga. Algoritmu zapoboljšanje kvaliteta vodenog žiga je na raspolaganju velikibroj žigova sa promenljivim kvalitetom. Osnovna idejaiterativnog algoritma za popravku kvaliteta ekstrahovanogžiga se sastoji u usrednjavanju luminiscentne komponentevideo žiga na skupu ekstraktovanih žigova.

3. EKSPERIMENTALNI REZULTATI

Objektivna procena kvaliteta ekstrahovanih žigova jezasnovana na SSIM (engl. Structural SIMilarity) indeksukoji se određuje na sledeći način [9]:

2

221

2221 22

CC

CCSSIM

yxyx

xyyx

(1)

Gde su , srednja vrednost i standardna devijacija ili

kovaijansa semplovanih uzoraka, a C1 i C2 su dve pozitivnestabilizacione konstante, respektivno. Indeksi x i y odnose sena originalnu i ekstrahovanu verziju vodenog žiga.

Na slici 3 su prikazani dobijeni rezultati obavljenogeksperimenta. U prvoj koloni na slici 3. su prikazani prvifrejm originalnog videa (prvi red) i originalni vodeni žig(drugi red). Sledeći ovaj način prikazivanja, u drugoj kolonisu prikazani dobijeni rezultati za video kod koga je vodenižig insertovan u prostornom domenu, dok se u trećoj koloninalaze dobijeni rezulati za insertovanje vodenog žiga utransformacionom DCT domenu. U eksperimentu je korišćenskaling faktor konstantne vrednosti α=0.05. Kako je to većrečeno, ugradnja vodenog žiga ne treba da izazove vidljivedegradacije u kvalitetu videa. Probajte da subjektivnoprocenite kvalitet ekstrahovanog žiga, odnosno, uticajugradnje vodenog žiga na kvalitet videa.

U eksperimentu je korišćen nekodovani video strim„Foreman-cif“ u rezoluciji 352×288 piksela. Kao vodeni žigkorišćen je centralni deo slike „lena“ iste rezolucije.

4. ZAKLJUČAK

Na slici 4 su prikazani dobijeni rezultati procene kvalitetaekstrahovanog vodenog žiga za algoritam ugradnje uprostorni i transformacioni DCT domen. Punom linijom supredstavljeni dobijeni rezultati za algoritam ugradnje uprostornom domenu, dok su isprekidanom linijom prikazanevrednosti SSIM-a za algoritam ugradnje vodenog žiga utransformacionom domenu. Vrednosti SSIM-a su prikazaneza prvih 50 frejmova razmatrane sekvence. U oba slučajaprimetna je varijacija kvaliteta ekstrahovanog vodenog žigašto se moglo i očekivati. Varijacije u kvalitetu ekstrahovanogžiga kod algoritma ugradnje u prostorni domen (MSSIM-DIRECT) su veće u poređenju sa aloritmom ugradnje utransformacionom domenu (MSSIM-DCT), ali je srednjavrednost u oba slučaja gotovo jednaka. Veća vrednostparametra SSIM odgovara kvalitetnijem vodenom žigu iobratno. Na osnovu dobijenih rezultata može se zaključiti daoba algoritma daju prihvatljive rezultate.

24

Original DIRECT-SVD DCT-SVD

Slika 3. Kvalitet videa i vodenog žiga za algoritam ugradnje u prostornom i transformacionom DCT domenu.

Ako se posmatra uticaj ugradnje vodenog žiga na kvalitetsamog videa, sa slike 3 se može uočiti značajna degradacijavidea kod primene algoritma u prostornom domenu. Ovoznači da se u transformacionom DCT domenu mogu ostvaritiprihvatljivi rezultati i za manje vrednosti faktora insertovanjaα. Činjenica koja u ovom radu nije razmatrana odnosi se narobustnost prikazanih algoritama insertovanja vodenog žigana kodovanje nekim od video kodera. Kvalitet ekstrahovanogvodenog žiga iz videa insertovanog u direktnom(MSSIM_DIRECT) i transformacionom domenu (MSSIM-DCT) je prikazna na slici. 4. S obzirom da se radi oalgoritmima koji obavljaju kompresiju video sadržaja i uprostornom i u vremenskom domenu može doći do značajnogpada kvaliteta ekstrahovanih vodenih žigova. Ovaj problemje razmatran u nekim od prethodnih radova [6], [7], [8].

Slika 4. Kvalitet ekstrahovanog vodenog žiga iz videainsertovanog u direktnom (MSSIM-DIRECT) i

transformacionom domenu (MSSIM-DCT)

LITERATURA

[1] B. Ramamurthy, G. Rouskas, K. M. Sivalingam, Edited,Next-Generation Internet Architectures and Protocols,Cambridge University Press 2011.

[2] Z. Veličković, M. Jevtović, V. Pavlović, “ThroughputCross-layer Optimization in Slow Wireless FadingChannel”, International Journal Elektronika IrElectrotechnika, Vol. 19, No 6, pp. 131-137, 2013.

[3] M. Jevtović, Z. Veličković, “Protokoli prepletenih slo-jeva”, Akademska misao, Beograd, 2012.

[4] http://www.go-gulf.com/blog/online-piracy/

[5] M. Jevtović, Z. Veličković, Kvalitet usluga digitalnihmreža, Akademska Misao, 2014.

[6] X. Zhang, K. Li, Comments on “An SVD-Based Water-marking Scheme for Protecting Rightful Ownership”,IEEE Transactions on Multimedia, vol. 7, no. 2, April2005.

[7] C. Jain, S. Arora, P. Panigrahi, “A Reliable SVD basedWatermarking Scheme”, Journal CoRR, vol.abs/0808.0309, 2008, http://dbpl.uni-trier.de.

[8] Z. Milivojević, Z. Veličković, „Robustness of SVD Wa-termarks in Video Sequences Encoded withH.264/AVC“, ICEST 2014, pp. 385-388, Niš, 2014.

[9] Z. Veličković, Z. Milivojević, M. Jevtović, „IterativeAlgorithm for improvements of the quality of the water-mark in the H.264 encoded video“, UNITECH, 2014.

25


DECEMBAR,2014.

KVALITET USLUGE U JAVNOM GRADSKOM PREVOZU

QUALITY OF SERVICE IN PUBLIC TRANSPORT

Milan Stanković, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.Dejan Bogićević, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Pavle Gladović, Fakultet tehničkih nauka, Trg Dositeja Obradovića 6, Novi Sad.Nada Stojanović, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj – U ovom radu izvršena je identifikacija aktivnosti neophodnih za realizaciju željenogkvaliteta na osnovu ocenjenog (doživljenog) kvaliteta usluge od strane korisnika. Opisani suparametri svojstava kvaliteta usluge i bliže objašnjena njihova značenja. Putnici u vozilimagradskog prevoza svakodnevno su suočeni sa jednim delom kvaliteta usluge koji im se nudi, zbogkoga u nekim slučajevima mogu da budu nezadovoljni ponuđenom uslugom. Zbog toga je potrebnovršiti čestu analizu, a dobijeni rezultati bi trebalo da doprinesu realizaciji željenog kvaliteta. Naosnovu toga može se u budućem periodu planirati takav sistem prevoza koji će zadovoljitiočekivanja što većeg broja korisnika, a samim tim doprineti boljem kvalitetu usluge.

Ključne reči: Kvalitet usluge. Javni prevoz.

Abstract - In this paper, the activities necessary for the realization of the desired quality are iden-tified on the basis of the quality of service as perceived (experienced) by the user. The parametersof the characteristics of the quality of service are described and their meanings are explained inmore details. Every day, passengers in public transport vehicles experience one part of the qualityof service offered to them, with which they may be dissatisfied. Therefore it is necessary to conductanalyses more frequently, and the results should contribute to the realization of the desired quali-ty. On that basis, it should be possible to plan such a transport system which will meet the expecta-tions of a large number of users, and thus contribute to a better quality of service.

Key words: Quality of Service. Public transport.

1. UVOD

Putnici, odnosno korisnici javnog prevoza, svakodnevnose sreću sa jednim delom sistema javnog prevoza na direktanili indirektan način. Zato je od izuzetne važnosti njihovomišljenje, implementacija njihovih predloga i uvažavanjeobjektivnih (subjektivnih) sugestija odnosno primedbi.

Da bismo definisali kvalitet prevozne usluge, najpre jepotrebno objasniti kvalitet sistema javnog prevoza kogakorisnici doživljavaju subjektivno, odnosno korisnik sestvarno ponaša prema svojoj proceni podobnosti prevoza kojapo pravilu nije objektivna. Kvalitet usluge čini tačnost,ravnomernost, komfor, pešačenje, cena, informisanost,ljubaznost, čistoća u vozilu. Posledica kvaliteta uslugegeneriše kvalitet sistema u pojavnom obliku kao što su redvožnje, tarifni sistem, obim rada...[1].

Najpre je definisan pojam kvaliteta i njegov značaj ujavnom prevozu posmatran sa aspekta putnika. Ukratko jeobjašnjeno ponašanja putnika i njihov bihevioristički pristupcelokupnom sistemu javnog prevoza. U trećem poglavlju jeprikazana struktura svojstava kvaliteta usluge prema važećimstandardima. Svako svojstvo kvaliteta je pojedinačnoobjašnjeno. Na osnovu definisanih svojstava, u četvrtompoglavlju dati su parametri kvaliteta usluge kao i evropski

standard sa osam atributa kvaliteta usluge. Peto poglavlje jekarakteristično po tome što se u njemu objašnjava razlikaizmeđu kvaliteta i pogodnosti usluge, a takođe je data petljakvaliteta koja bi trebalo da definiše što efikasniju uslugu.

2. DEFINISANJE KVALITETA U JAVNOM PREVOZUPUTNIKA

U zavisnosti od autora, postoji različitost u definisanjukvaliteta prevozne usluge. Prema nekim autorima predloženje metod za „prepoznavanje“ kvaliteta poznat kao privlačan,jednodimenzionalan i obavezan. U standardima serije JUSISO 9000 kvalitet se definiše kao sveukupno svojstvo nekogentiteta koje se odnosi na njegovu sposobnost da zadovoljiizražene potrebe [2]. U standardima IEC 50-191 (1/191-19-01) kvalitet usluge definiše se kao opšti efekat svojstavausluge koji određuje stepen zadovoljenja (potreba) korisnikausluge, pri čemu se naglašava da kvalitet usluge određujekompleks svojstava kvaliteta.

Iz gore navedenih definicija može se zaključiti da kvalitetnije lako definisati i da su u njima sadržani pojmovi kojikarakterišu pojam kvaliteta i to [3]:

‒ kvalitet je sposobnost nekog entiteta da zadovoljipotrebe odnosno zahteve,

‒ kvalitet se izražava skupom svojstava odnosnokarakteristika,

26

‒ kvalitet kao sposobnost pored opisne ima ikomparativnu dimenziju.

2.1. PONAŠANJE KORISNIKA JAVNOG PREVOZA

Biheviorističko izučavanje i definisanje pojedinihparametara kvaliteta prevozne usluge, treba obuhvatiti ucelini kako bi se proces povezanosti kvaliteta sistema javnogprevoza i kvaliteta prevozne usluge doveo do kraja.

Radi uticaja na ponašanje putnika okruženje počinje dasufinansira pojedine troškove i kategorije putnika , ili seprelivanjem troškova (markice) deluje na obezbeđenjemobilnosti dominantnih kategorija putnika i korišćenjemjavnog prevoza.

Osim pozitivnih primera u nekim gradovima ovaj procesje defanzivan, jer se mere poduzimaju tek nakon uočavanjaloših tendencija. Za ilustraciju moguće je navesti primerdefanzivnog delovanja okruželja, da na prigradskimkoridorima gradova deluju simultano: prigradski prevoz,međugradski prevoz i železnica, a da putnici ne mogu, zbognejjednostavnog tarifnog sistema, koristiti ukupnu ponudu.

Prilagođavanje kvaliteta sistema javnog prevoza kvalitetuprevozne usluge na biheviorističkim osnovama zahtevarazumevanje svrhe tog procesa od strane gradske uprave iprevoznika, kako bi se uticalo na ponašanje korisnika.

3. SVOJSTVA KVALITETA USLUGE

Svojstva kvaliteta usluge prema standardima, mogu sedefinisati kao kompleks kvantitivnih i opisno uporedivihsvojstava-karakteristika sistema, koja su okrenuta korisniku,odnosno kao i kompleks svojstava pouzdanosti tehničkihsistema-transportnih sredstava i svojstava pouzdanostiorganizacijsko-tehnoloških sistema (tehnološki sistemlogističke podrške i održavanja).

Parametri kojima se opisuju svojstva transportnog sistemai kvalitet trasnportne usluge, treba da budu preuzeti ili kaokarakteristični parametri iz standarda, ili kao parametri kojisu izvedeni od parametara iz standarda ili se moraju uvestinovi parametri. Bitno je naglasiti da suštinski svi parametri urealnom vremenu pokazuju kvalitet strukture i funkcionisanjasistema, da se mere (određuju), da imaju jasan fizički smisao,da pripadaju homogenim skupovima onih parametara koji sekoriste u ocenjivanju i balansiranju rada osnovnog sistema.

Svako svojstvo kojim se u zavisnosti od potrebetransportnog procesa upravljanja, planira, projektuje iocenjuje kvalitet transportne usluge, moguće je opisatiodređenim brojem kvantitatitivnih pokazatelja, koji moguimati verovatnosni, apsolutni, relativni ili bezdimenzionalnioblik, a po načinu određivanje statički, ekspertni ili teorijski.

Kako se prevozna usluga odlikuje mnogimspecifičnostima, kao najprihvatljivije struktuiranje svojstavakvaliteta može se smatrati [4]:

‒ Organizacijska podrška usluge,‒ Pogodnost usluge za korišćenje,‒ Raspoloživost usluge,‒ Stabilnost usluge,‒ Proizvodna sposobnost sistema,‒ Eksploataciona sposobnost.

Organizacijska podrška usluge može se definisati kaoskup aktivnosti na obezbeđenju osnovnih elemenatatransportne proizvodnje (materijalnih resursa-sredstava rada,objekata i opreme, ljudskih resursa i dr.) i njihovomorganizacionom povezivanju preko transportnog procesa, kojikao rezultat daje transportnu uslugu.

Pogodnost usluge za korišćenje se definiše kao svojstvokvaliteta usluge koje omogućava i olakšava uspešno i lakokorišćenje sistema javnog gradskog putničkog prevoza(JGPP). Ovo svojstvo kvaliteta usluge u najvećoj merireprezentuje zahteve i ciljeve koriskika sistema javnogprevoza.

Raspoloživost usluge može se definisati kao spremnostsistema JGPP-a da izvrši (pruži) uslugu, u trenutku kada jezahtevana od korisnika, i kontinualno nastavi (bez prekida) idalje da je obezbeđuje u zahtevanom vremenu trajanja, uzadatim tolerancijama i drugim zadatim uslovima.

Stabilnost usluge se može definisati kao sposobnost linijeda se već pružena usluga i dalje obavlja bez ekcesnihpogoršanja. Prekidi u funkcionisanju sistema JGPPkarakterišu osobine “ekscesnog“ pogoršanja usluge.

Proizvodna sposobnost može se definisati kao sposobnostsistema javnog prevoza putnika da zadovolji transportnezahteve zadatog obima (zadatih kvantitativnih karakteristika)u zadatim internim uslovima. Proizvodna sposobnost sistemaJGPP određena je pre svega efektivnošću korišćenjapotencijalnih svojstava tehničkih podsistema, a pre svegavozila, a pri čemu efektivnost korišćenja vozila zavisi odograničenja proizašlih iz karakteristika zahteva korisnika (upogledu obima i kvaliteta usluge) i uslova ekspoltacije(uslovi puta, vremena i saobraćaja) i eksploatacionepouzdanosti sistema.

Eksploataciona sposobnost može se definisati kaosposobnost sistema JGPP-a da pod zadatim uslovimaobezbedi odgovarajuća aktivna sredstva za rad (ukvantitativnom i kvalitativnom smislu) u cilju zadovoljenjatransportnih zahteva zadatog obima u zadatim internimuslovima. U realnim uslovima funkcionisanja sistema JGPP,ovaj kompleks treba da obezbedi potreban broj raspoloživihvozila, koji se raspoređuju po linijama JGPP. Taj broj vozilatreba da obezbedi pokrivanje merodavnih transportnihzahteva i dodatne zahteve izazvane poremećajima uokruženju ili iznenadnim otkazima vozila.

4. PARAMETRI KVALITETA USLUGE

Kvalitet usluge u sistemu javnog gradskog putničkogprevoza može se posmatrati preko četiri aspekata koji su odizuzetne važnosti i čije neprepoznavanje može značajnousporiti napore da se postigne usklađenost izmeđurealizovanog kvaliteta usluge i onog kakav žele korisnicitransportne usluge. Tako se razlikuje [4]:

1. Željeni (očekivani) kvalitet – bazira se na tokovimaputnika i njihovim zahtevima. U svom delu dotiče se izahteva kvaliteta.

2. Projektovani (planirani) kvalitet – objedinjujestatičke i dinamičke elemente linije. Posebna pažnjaposvećuje se nakupljanju i protoku putnika, vremenu čekanjakao i komforu u vozilu.

27

3. Realizovani (objektivni) kvalitet – podrazumevaobjektivno utvrđivanje u šta spadaju realizovani: redovivožnje, intervali, tačnost i ravnomernost, čekanje nastajalištu... Na osnovu objektivno utvrđenih činjenica,generiše se dobijeni kvalitet prevozne usluge koji se bavigubicima u vremenu, pešačenjem, cenom usluge,mogućnostima informisanja, čistoćom vozila i stajališta,ljubaznošću voznog osoblja...

4. Doživljeni (ocenjeni) kvalitet – predstavlja nivokvaliteta usluge kakvim ga korisnici sistema doživljavaju.Ovakav subjektivno doživljeni kvalitet rezultira procenjenovreme čekanja, doživljeni komfor, mobilnost i načinskuraspodelu.

4.1. EVRPOSKI STANDARDI KVALITETA USLUGE

Kvalitet usluge se vrlo često poredi sa terminompogodnost. Iako to nisu sinonimi, neki autori ova dva izrazapoistovećuju. Zbog toga su definisana dva evropskastandarda kvaliteta usluge, stvorena da pomognu udefinisanju (EN13816, iz 2002.god.) i merenju (EN15140)kvalitet usluga. Prema metodologiji za utvrđivanje stavovakorisnika usluge javnog prevoza putnika, definisano je osamosnovnih parametara kvaliteta usluge, gde je svaki parametarbliže obrazložen sa svojim karakteristikama kao što jenavedeno u tabeli 1:

Tabela 1. Osam atributa kvaliteta usluge kao što sudefinisani u EN 13816 [5]

DostupnostObim usluge ponuđen u smislupokrivenosti mreže, radnog vremena,frekvencije, dužina putovanja

PristupačnostPodrazumeva eksterni (pešaci, biciklisti) iinterni interfejs, pristup vozilu, kretanjeunutar vozila, kupovina karata

InformacijeSistemsko pružanje znanja o sistemukako bi se pomoglo u planiranju irealizovanju putovanja

VremeAspekti vremena putovanja od značaja zaplaniranje putovanja, tačnost, pouzdanost

Briga okorisniku

Servisni elementi uvedeni da odgovarajuzahtevima svakog pojedinačnogkorisnika, uključujući i osoblje, na žalbe,sugestije, ljubaznost osoblja

Komfor

Podrazumeva gužvu, čistoću,temperaturu, osvetljenost, broj mesta zasedenje, lako kretanje/zaustavljanje,dužina vožnje

BezbednostSigurnost i osećaj bezbednosti u tokuvožnje i čekanja na stajalištu

Okruženje Uticaj na životnu sredinu usled pružanjausluge javnog prevoza

5. MERENJE KVALITETA I POGODNOSTI USLUGE

Kvalitet usluge i pogodnost su od velike važnosti u svimposlovima, uključujući i autotransportna preduzeća koja sebave javnim prevozom. Utiču na zadovoljstvo korisnika,zahteve putnika, odluke o investicijama i prihode.

Međutim, da bi se obezbedio dovoljan nivo pogodnosti, ida bi samim tim ponuda bila atraktivna putnicima, radnici irukovodioci moraju da osiguraju da pogodnost koja se pružazadovoljava potrebe i očekivanja kako postojećih tako ipotencijalnih korisnika. Da bi se ovo postiglo, potrebno je

jasno razumevanje odlika putovanja, ali i potreba i očekivanjaputnika, kao i precizna kvantifikacija prednosti i slabosti oveusluge. Stoga je neophodno izmeriti kvalitet ponuđene uslugekako bi mere preduzete sa ciljem povećanja zadovoljstvakorisnika i zauzimanja većeg udela na tržištu bile štoefikasnije. Međutim, definisati tačna merila je složen zadatak,s obzirom da podrazumeva razumevanje percepcija i stavova.

Dostupnost usluge i obezbeđenje adekvatnih kapaciteta sumeđu najvažnijim elementima pogodnosti, naročito u većim,gusto naseljenim gradskim sredinama. Najbitnija merilaobuhvataju frekventnost, vremensku raspoloživost, mrežulinija, pouzdanost (omogućiti putnicima da na željenudestinaciju stignu na vreme) i udobnost. Za što veću upotrebujavnog prevoza izuzetno je važno da javni prevoz budedostupan svima, naročito ljudima koji imaju posebne potrebe.Dostupnost može da se meri prema tome koliko je lako doćina stanicu (stajalište) i otići sa nje, koliko je lako ući i izaći izvozila i kupiti kartu.

Evropski standard EN13816 institucijama pruža koristanteorijski i praktični okvir za definisanje pogodnosti. Nudipreporuke za izradu metodologije definisanja ciljeva imerenja kvaliteta, i pruža detaljanu listu elemenata kojizajedno čine kvalitet usluge koja se pruža korisnicima. Listaelemenata može da pomogne institucijama da u obzir uzmukompletan doživljaj putnika. Na primer, iako je trajanjeputovanja najočigledniji aspekt pogodnosti, korisnicima jetakođe bitna i dostupnost informacija ili vremenskaraspoloživost [5].

5.1. PETLJA KVALITETA

Na slici 1 predstavljena je petlja kvaliteta opisana ustandardu EN13816 koji definiše jasan proces što efikasnijegobezbeđenja da ponuđena usluga odgovara potrebamapostojećih i potencijalnih korisnika i samim tim budepogodna što je najviše moguće.

Petlja kvaliteta povezuje perspektivu klijenata (korisnikausluge – „Service Beneficiaries”) sa perspektivom radnika irukovodilaca (partnera usluge – „Service Partners”) tako štodefiniše mere uz pomoć kojih bi odgovorna lica u graduizašla u susret potrebama korisnika, i na taj načinmaksimizovali pogodnost usluge. Postizanje cilja dobrogjavnog prevoza treba da bude „minimalizovanje razlika“između željenog kvaliteta, ciljanog kvaliteta, kvaliteta koji jepružen i doživljaja istog. [6]

Slika 1. Petlja kvaliteta usluge prema EN 13816.

Prva faza, “željeni kvalitet”, predstavlja idealnu uslugukoja bi podmirila potrebe korisnika - može se smatrati„maksimizacijom pogodnosti“. Važno je da institucije javnogprevoza razumeju potrebe korisnika, i, u idelanim uslovima,

28

pokušaju da pruže uslugu koja se najviše podudara sa timpotrebama – prema tome „ciljani kvalitet usluge“ treba dabude što približniji „željenom kvalitetu“.

Kvalitet usluge onako kako ga doživljavaju putnici običnoodražava kvalitet koji zapravo jeste pružen, pa tako merenjezadovoljstva odražava odnos između pruženog kvaliteta iželjenog kvaliteta, što je poslednja veza u spirali kvaliteta –ovo pokazuje u kojoj meri usluga odgovara očekivanjimaputnika. Pošto zadovoljstvo povezuje doživljaj kvaliteta iželjeni kvalitet, ne postoji direktna veza između zadovoljstvai isplanirane usluge (ciljanog kvaliteta). Zbog toga je mogućeda je zadovoljstvo na niskom nivou čak i kada se nivopružene usluge u potpunosti podudara sa ciljanimkvalitetom, odnosno, kada se sve odvija po planu.

6. ZAKLJUČAK

Povećenje kvaliteta javnog prevoza smanjenjem vremenaputovanja je postepen i spor proces realizacije statičkih idinamičkih parametara koji karakterišu javni prevoz kaosistem. Planiranje i projektovanje javnog prevoza morapolaziti od korisnika koji subjektivno ocenjuju kvalitet iimaju različite stavove i ponašanja.

Sistem razmišljanja korisnika javnog prevoza ide od cilja.Njihovi ciljevi se razlikuju, ali su jedinstveni po pitanjukvaliteta prevozne usluge i sistema u celini. Istraživanje kojebi se vršilo trebalo bi da obuhvata sve kategorije korisnikasrazmerno statističkom uzorku, njihove objektivne stavove isubjektivna mišljenja, optimistička očekivanja i suočavanjesa realnim problemima, obradu odgovora dobijenihanketiranjem kao i ukrštanje pojedinih da bi se stvorila jasnaslika trenutnog stanja.

Logično razmišljanje korisnika o značaju prevozadoprinosi tome da će se oni pre opredeliti da plate veću cenukarte da bi dobili bolju uslugu. Lični dohodak građana imauticaj na bihevioristički pristup kvalitetu sistema.

Svkako da postoji bolje rešenje za većinu problema, samošto to mi ne vidimo ili namerno okrećemo glavu pred tim.Nismo dovoljno spremni da bi ispratili uticaje spoljne sredinei promene u ambijentu koje generišu putovanja. Nema dobrog

sistema bez dobre usluge. Živimo u vremenu kada seprevoznike niko ne treba da pita, njihovo je samo da voze, paje nemoguće očekivati da ekonomičnost i rentabilnostprevoza donosi visoku zaradu. Ipak realan pristup je mogućjedino na osnovu funkcionalnosti i efikasnosti javnog prevozajer se jedino tako može govoriti o kvalitetu usluge, gledano sastrane korisnika i prevoznika koji neće u potpunosti iskoristitikapacitete vozila, ali on se ovde ništa ne pita. Permanentnaanaliza sopstvenih iskustava treba da ukaže na tendencijukoja nije u skladu sa planiranom organizacijom, kako bi seunapred pripremljenim merama moglo reagovati. Poverenjeputnika se teško i dugoročno stiče, a naglo gubi!

LITERATURA

[1] P. Gladović, “Sistem kvaliteta u drumskom transportu”,udžbenik, Fakultet tehničkih nauka u Novom Sadu,Novi Sad, 2013.

[2] http://www.iso.org, International Organization forStandardization (ISO), na dan 20.09.2014.

[3] A. Đorojević, “Benčmarking u transportu putnika”,monografija, Zadužbina Andrejević, Beograd, 2012.

[4] M. Veselinović, “Sistem kvaliteta u drumskomtransportu”, udžbenik, Fakultet tehničkih nauka uNovom Sadu, Novi Sad, 2008.

[5] Аnderson R., Condry B., Findlay N., Brage-Ardao R.,Li H., Measuring and Valuing Convenience, Discussionpaper No. 2013-16, Imperial College London, UK,2013.

[6] M.Stanković, P.Gladović, D.Bogićević, A.Martinović,M.Đorđević, “Analiza parametara kvaliteta uslugejavnog gradskog prevoza putnika”, 8. Savetovanje sameđunarodnim učešćem na temu: Saobraćajne nezgode,osiguranje vozila, procena štete, transport,obrazovanje, Zlatibor, 2014.

29


DECEMBAR,2014.

OCENA ODRŽIVOSTI SCENARIJA UPRAVLJANJA OTPADOM PRIMENOMVIŠEKRITERIJUMSKE ANALIZE

ASSESSMENT OF SUSTAINABILITY OF WASTE MANAGEMENT SCENARIO US-ING MULTI-CRITERIA ANALYSIS

Biljana Milutinović, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, NišAleksandra Boričić, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš

Sadržaj – U današnje vreme razvijeni su različite metode i tehnologije za upravljanje otpadom.Za ocenu održivosti određenog tretmana otpada, neophodno je sprovesti analizu svih uticajnihfaktora: ekoloških, ekonomskih i društvenih. U ovom radu izvršena je ocena održivosti pojedinihtretmana otpada u gradu Nišu. Razvijena su četiri scenarija za tretman otpada koja obuhvatajusledeće metode: deponovanje, kompostiranje, insineraciju, reciklažu i anaerobnu digestiju. Ocenaodrživost svakog scenarija izvršena je korišćenjem višekriterijumske analize, zasnovane na skupukriterijuma (indikatora održivog razvoja): ekoloških, ekonomskih i društvenih. Za ocenu održivostikorišćena je metoda analitičkih hijerarhijskih procesa (AHP metod) višekriterijumske analize.

Ključne reči: Održivost, Tretmani otpada, Višekriterijumska analiza, Indikatori.

Abstract - Today there are many waste management methods and technologies. To assess the sus-tainability of a certain waste treatment, it is necessary to carry out an adequate analysis of all in-fluential criteria: environmental, economic and social. The presented study was carried out on theexample of waste management in the city of Niš. The four waste treatment scenarios have beenmade based on the following methods which have been considered: disposal, composting, incin-eration, recycling and anaerobic digestion. Sustainability assessment of each scenario was per-formed based on multi-criteria analysis, founded on a set of sustainable indicators: environmental,economic and social. For assessing the sustainability of waste treatment scenario multi-criteriaanalysis the Analytic hierarchy process (AHP method) is used.

Key words: Sustainability, Waste treatment, Multi-criteria analysis, Indicators.

1. UVOD

Problem čvrstog otpada nije nov, ali je postao aktuelan saporastom broja stanovnika i naglim razvojem tehnologije, štoje dovelo do generisanja sve većih količina otpada.Poslednjih decenija vršena su različita istraživanja u ciljuiznalaženja najoptimalnije metode za tretman otpada.

Od trenutka kada je održivi razvoj postao aktuelan u svimsferama života, posebna pažnja se poklanja oceni održivostido sada razvijenih metoda za tretman otpada. Različitaistraživanja su vršena u cilju razvijanja modela za ocenuodrživosti tretmana otpada [1-3]. Kao mera održivostitretmana otpada ustanovljeni su različiti indikatori održivograzvoja, koji su delimično ili potpuno konfliktni i po prirodiveoma raznovrsni i izraženi u različitim jedinicama ipodložni subjektivnoj proceni. Zbog toga se, kao alat zaocenu održivosti pojedinih tretmana otpada, višekriterijumskaanaliza nameće kao odgovarajući metod. Pogodnosti kojepruža višekriterijumska analiza u oceni održivosti tretmanaotpada je što omogućava korišćenje i kvalitativnih ikvantitativnih indikatora.

U literaturi se mogu naći različite višekriterijumskemetode koje su primenjivane za ocenu održivosti tretmana

otpada [4,5]. Najčešće korišćene metode višekriterijumskeanalize za rangiranje scenarija upravljanja otpadom sadobijanjem energije su: metod PROMETHEE, ELECTRE iAHP metod [6-10].

U ovom radu je izvršena ocena održivosti scenarijaupravljanja otpadom u gradu Nišu. Razvijena su četiriscenarija upravljanja otpadom koja podrazumevaju sledećemetode: deponovanje, kompostiranje, insineracija, reciklaža ianaerobna digestija. Ocena održivost svakog scenarijaizvršena je korišćenjem višekriterijumske analize, zasnovanena skupu kriterijuma (indikatora održivog razvoja):ekoloških, ekonomskih i društvenih.

U sekciji dva predstavljena je metoda koja je korišćena zaocenu održivosti scenarija upravljanja otpadom – metodavišekriterijumske analize, metoda analitičkih hijerarhijskihprocesa (AHP). U sekciji tri dat je opis eksperimentalnogistraživanja, dok su u sekciji četiri predstavljeni reziltati idata diskusija dobijenih rezultata. Zaključak je dat u sekcijipet.

2. METODOLOGIJA

Metoda analitičkih hijerarhijskih procesa (AHP) kaometoda višekriterijumske analize se često primenjuje za

30

donošenje odluka i rešavanje problema u oblasti upravljanjaotpadom [11-13]. Metoda je bazirana na principimavišekriterijumskog odlučivanja, gde se iz jedne raspoloživegrupe alternativa bira najpovoljnija, a na osnovu definisanogbroja kriterijuma za odlučivanje.

AHP metoda se sastoji od četiri osnovna koraka:

1. Napravi se hijerarhija modela problema odlučivanja sciljem na vrhu, kriterijima i podkriterijima na nižim nivoima ialternativama (scenarijima) na dnu modela.

2. Na svakom nivou hijerarhijske strukture u parovima semeđusobno uspoređuju elementi te strukture, pri čemu sedavanje prvenstva donosioca odluke izražavaju uz pomoćodgovarajuće Saaty-eve skale relativne važnosti {9, 8, 7, 6, 5,4, 3, 2, 1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/7, 1/8, 1/9}[14].

3. Iz procena relativnih važnosti elemenata odgovarajućegnivoa hijerarhijske strukture problema pomoćuodgovarajućeg matematičkog modela izračunaju se lokalniprioriteti (težine) kriterija, podkriterija i alternativa, koji sezatim sintetiziraju u ukupne prioritete alternativa.

4. Vrši se analiza osetljivosti.

Na slici 1 prikazana je hijerarhijska struktura za ocenuodrživosti scenarija upravljanja otpadom u gradu Nišu, kojakao cilj ima izbor održivog scenarija upravljanja otpadom, zašta je korišćeno devet kriterijuma (indikatora održivograzvoja).

Slika 1. Hijerahijska struktura za ocenu održivosti scenarijaupravljanja otpadom.

3. EKSPERIMENTALNO ISTRAŽIVANJE

3.1. Scenariji

Podaci o količinama i sastavu generisanog otpada koji sukorišćeni za razvijanje scenarija upravljanja otpadom preuzetisu iz Plana upravljanja otpadom Grada Niša do 2015.godine iliterature [15].

Tabela 1. Sastav i godišnja količina otpada u gradu Nišu.

OtpadProcentualni udeo

(%)Godišnja količina

(t/god)

Otpad od hrane 33.7 24,298

Dvorišni otpad 10.4 7,494

Papir 15.3 11,031

Plastika 17.7 12,762

Staklo 5.1 3,677

Metal 1.9 1,370

Ostalo 15.9 11,464

Ukupno 100.0 72,100

U ovom radu, razvijena su četiri scenarija upravljanjaotpadom korišćenjem sledećih tretmana: recikliranje,kompostiranje, anaerobna digestija, insineracija otpada sadobijanjem energije i deponovanje otpada.

Scenario 1: Osnovni scenario koji odgovara trenutnojsituaciji u gradu Nišu: 68,440 t otpada se deponuje nadeponiju, dok se samo 3,560 t otpada reciklira (metal istaklo). Godišnja kilometraža kamiona za sakupljanje otpada109,500 km, a kamiona za sakupljanje reciklabilnog otpada8,900 km. Kamioni koriste dizel gorivo sa efikasnošću 2.5km/l. Energija koja se troši pri deponovanju 0.22 l/t. Energijakoja se troši u postrojenjima za recilažu: električna energija25 kWh/t, gas 0.264 m3/t.

Scenario 2: Reciklabilni otpad (28,840 t) – plastika,staklo, papir i metal se reciklira. Organski otpad (31,790 t) sekompostira. Ostali otpad (11,464 t) se deponuje. Godišnjakilometraža kamiona za sakupljanje otpada 47,700 km,kamiona za sakupljanje reciklabilnog otpada 17,196 km, akamiona za sakupljanje organskog otpada 47,700 km.Energija koja se troši pri deponovanju 0.22 l/t. Energija kojase troši u postrojenjima za kompostiranje: električna energija21 kWh/t.

Scenario 3: Staklo i metal (5,047 t) se reciklira, a ostaliotpad (6,753 t) se šalje u kogenerativno postrojenje. Godišnjakilometraža kamiona za sakupljanje otpada 100,579 km, akamiona za sakupljanje reciklabilnog otpada 7,570 km.Stepen korisnosti kogenerativnog postrojenja je 75 %.Energija koja se troši u kogenerativnom postrojenju: 70kWh/t.

Scenario 4: Scenario koji predviđa najmanju količinuotpada za deponovanje – 17,809 t otpada (staklo, metal iplastika) se reciklira. Ostali otpad (54,291 t) se šalje upostrojenje za anaerobnu digestiju za dobijanje električneenergije. Godišnja kilometraža kamiona za sakupljanjeotpada 81,437 km, a kamiona za sakupljanje reciklabilnogotpada 26,713 km. Sastav dobijenog biogasa: CO2 45%, CH4

55%. Stepen korisnosti postrojenja za anaerobnu digestiju je20 %. Energija koja se troši u postrojenju je 22 % dobijeneenergije.

3.2. Izbor i vrednovanje indikatora održivog razvoja

Izabrano je devet indikatora održivog razvoja. Ekološkiindikatori: emisija CO2 po toni otpada, emisija kiselih gasova(NOx i SO2) po toni otpada i smanjenje zapremine otpada.Ekonomski indikatori: investicioni troškovi, operativni trošk-ovi i prihodi. Društveni indikatori: broj novootvorenih radnihmesta i društvena prihvatljivost pojedinih tretmana otpada.

Ekološki indikatori: Količina CO2, NOx i SO2 koja semituje u atmosferu pri tretiranju otpada priuzeta je iz

31

literature [15] u kojoj je za izračunavanje emisije ovih gasovakorišćen Integrated Waste Management Model [16]. Procenatotpada koji ostaje za deponovanje nakon tretmana otpadatakođe je izračunat korišćenjem Integrated Waste Manage-ment Model [16].

Ekonomski indikatori: Izračunavanje investicionih ioperativnog troškova je urađeno na osnovu podataka kojivaže u Evropskoj uniji [17], obzirom da u Srbiji još nepostoje postrojenja za kompostiranje, reciklažu, anaerobnudigestiju i insineraciju otpada. U okviru investicionihtroškova u obzir su uzeti troškovi zemljišta, troškoviprojektovanja i izgradnje postrojenja za tretman otpada,troškovi nabavke vozila za sakupljanje i transport otpada. Uokviru operativnih troškovi u obzir su uzeti troškoviodržavanja, troškovi radne snage, goriva i energije. Zaizračunavanje prihoda u obzir su uzete tržišne cene komposta,cene električne energije dobijene spaljivanjem otpada ianaerobnom digestijom.

Društveni indikatori: Broj novootvorenih radnih mesta jeizračunat na osnovu podataka iz literature [18]. Društvenaprihvatljivost je kvalitativni indikator koji se ne može meritiveć se koristi skala od 9 nivoa ustanovljena u AHP metodi[14] za vrednovanje ovog indikatora.

Vrednosti izabranih indikatora prikazani su u Tabeli 2.

Tabela 2. Vrednosti indikatora održivog razvoja.

Indikatori Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4Emisija CO2(kg/t)

701.48 -1184.35 247.64 -966.55

Emisija NOx(kg/t)

-0.035 -1.793 0.336 -1.550

Emisija SO2(kg/t)

-0.047 -2.422 -0.090 -1.982

Smanjenjezapremine (%)

4.65 80.59 90.48 95.69

Investicionitroškovi (€/t) 8.90 16.70 59.10 24.40

Operativnitroškovi (€/t) 14.20 45.9 58.20 70.20

Prihodi (€/t) 0.60 51.50 16.80 28.20

Novootvorenaradna mesta

368 450 368 488

4. REZULTATI I DISKUSUJA

Nakon sprovedene procedure višekriterijumske analizeAHP metode i upoređivanje parova indikatora, dobijeni sutežinski koeficijenti kriterijuma kojji su prikazani u Tabeli 3.

Tabela 3. Normalizovani težinski koeficijenti indikatora.

Indikatori Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4

Emisija CO2 0.003 0.0311 0.005 0.019

Emisija NOx 0.004 0.016 0.002 0.012

Emisija SO2 0.002 0.019 0.003 0.009

Smanjenjezapremine

0.004 0.015 0.024 0.039

Investicioni 0.070 0.042 0.010 0.028

troškovi

Operativnitroškovi 0.096 0.038 0.015 0.019

Prihodi 0.016 0.044 0.016 0.072

Novootvorenaradna mesta

0.008 0.039 0.004 0.022

Društvenaprihvatljivost

0.011 0.150 0.023 0.068

Na slici 2 prikazano je rangiranje scenarija upravljanjaotpadom nakon određivanja težinskih koeficijenatakriterijuma (indikatora održivog razvoja).

Slika 2. Rangiranje scenarija upravljanja otpadom.

Prema dobijenim rezultatima vidi se da je najboljerangirani scenario sa aspekta održivosti, Scenario 2 kojipredviđa reciklažu otpada (plastika, staklo, papir i metal) ikompostiranje orgnskog otpada.

Scenario 4 koji predviđa najmanju količinu otpada zadeponovanje rangiran je kao drugi, dok je treće rangirani sce-nario Scenario 1, koji odgovara trenutnoj situaciji upravljanjaotpadom u gradu Nišu. Scenario 3 koji predviđa insineracijuotpada rangiran je zadnji sa aspekta održivosti zbog velikihinvesticionih i operativnih troškova, kao i zbog lošedruštvene prihvatljivosti.

4.1. Analiza osetljivosti

Analiza osetljivosti se vrši u cilju ispitivanja uticajapojedinih indikatora na rangiranje scenarija, obzirom da jeproces međusobnog upoređivanja važnosti indikatora i svihelemenata hijerarhijske strukture subjektivan.

U analizi osetljivosti ispitivani su sledeći graničnislučajevi:

1. Svi indikatori imaju iste težinske koeficijente od11.11%.

2. Svaki od indikatora ima težinski koeficijent 100%, doksvi ostali imaju težinski koeficijent 0%.

3. Grupa ekoloških indikatora ima ukupno težinskikoeficijent 100% (svaki indikator ima težinski koeficijent25%), dok ostale grupe indikatora imaju težinski koeficijent0%.

4. Grupa ekonomskih indikatora ima ukupno težinskikoeficijent 100% (svaki indikator ima težinski koeficijent33.33%), dok ostale grupe indikatora imaju težinskikoeficijent 0%.

32

5. Grupa društvenih indikatora ima ukupno težinskikoeficijent 100% (svaki indikator ima težinski koeficijent50%), dok ostale grupe indikatora imaju težinski koeficijent0%.

Nakon sprovedene analize osetljivosti, rezultati pokazujuda je u slučajevima 1, 3, 4 i 5 Scenario 2 najbolje rangiran saaspekta održivosti, što pokazuje da je proces međusobnogupoređivanja važnosti indikatora i svih elemenatahijerarhijske strukture pravilno urađen. U slučaju 2 (koji ima9 podslučajeva), Scenario 2 je najbolje rangiran u 5podslučajeva, što takođe ukazuje na pravilno urađen postupakmeđusobnog upoređivanja važnosti indikatora.

5. ZAKLJUČAK

U ovom radu, primenjena je AHP metodavišekriterijumske analize za ocenu održivosti scenarija zatretman otpada. Izbor indikatora održivog razvoja izvršen jena osnovu prepoznatih prioriteta ekoloških, ekonomskih idruštvenih kriterijuma.

Dobijeni rezultati su pokazali da, u skladu sa odabranimindikatorima, najodrživiji scenario upravljanje otpadom jeScenario 2, reciklaža neorganskog otpada (plastika, staklo,papir i metal) i kompostiranje organskog otpada. Scenariokoji se pokazao kao najmanje održiv je Scenario 3(kombinacija reciklaže neorganskog dela otpada i insineracijapreostalog otpada), zbog visokih troškova i negativnedruštvene prihvatljivosti. Scenario koji predviđa najmanjukoličinu otpada za deponovanje na deponiju, Scenario 4(reciklaža neorganskog otpada i anaerobne digestijeorganskog otpada), nije najbolje rangiran u pogleduodrživosti, uglavnom zbog relativno visokih troškova i niskihprihoda.

LITERATURA

[1] E.J. Wilson, F.R. McDougall, J. Willmore, Euro-trash:searching Europe for a more sustainable approach towaste management, Resour Conserv Recy, vol. 31, pp327–346, 2001.

[2] P. Costi, R. Minciardia, M. Robba, M. Rovatti, R.Sacile, An environmentally sustainable decision modelfor urban solid waste management, Waste Manage, vol.24, pp 277–295, 2004.

[3] M.-L. Hung, H.-W. Ma, W.-F. Yang, A novel sustaina-ble decision making model for municipal solid wastemanagement, Waste Manage, vol. 27, pp 209–219,2007.

[4] S. Chenga, C.W. Chana, G.H. Huangb, Using multiplecriteria decision analysis for supporting decisions ofsolid waste management, J Environ Sci Heal, vol. 37, pp975-990, 2002.

[5] N. Roussat, C. Dujet, J. Mehu, Choosing a sustainabledemolition waste management strategy using multi-criteria decision analysis, Waste Manage, vol. 29, pp12–20, 2009.

[6] A. Karagiannidis, N. Moussiopoulos, Application ofELECTRE III for the integrated management of munici-

pal solid wastes in the Greater Athens Area, Eur J OperRes, vol. 97, pp 439-449, 1997.

[7] A. Karagiannidis, A. Papageorgiou, G. Perkoulidis, G.Sanida, P. Samaras, A multi-criteria assessment of sce-narios on thermal processing of infectious hospitalwastes: A case study for Central Macedonia, WasteManage, vol. 30, pp 251–262, 2010.

[8] M. Herva, E. Roca, Ranking municipal solid wastetreatment alternatives based on ecological footprint andmulti-criteria analysis, Ecol Indic, vol. 25, pp 77-84,2013.

[9] E. Triantaphyllou, S.H. Mann, Using the analytic hier-archy process for decision making in engineering appli-cations: some challenges, Int J Ind Eng-Appl P, vol. 2,pp 35-44, 1995.

[10] M.A.A Samah, L.A. Manaf, N.I.M. Zukki, Applicationof AHP Model for Evaluation of Solid Waste TreatmentTechnology, Int J Eng Tech, vol. 1, pp 35-40, 2010.

[11] J.D. Nixon, P.K. Dey, S.K. Ghosh, P.A. Davies, Evalua-tion of options for energy recovery from municipal solidwaste in India using the hierarchical analytical networkprocess. Energy; vol. 59, pp 215-223, 2013.

[12] D.G. Feo, D.S. Gisi, Using an innovative criteriaweighting tool for stakeholders involvement to rankMSW facility sites with the AHP. Waste manage, vol.30, pp 2370-2382, 2010.

[13] F. Contrerasa, K. Hanaki, T. Aramaki, S. Connors, Ap-plication of analytical hierarchy process to analyzestakeholders preferences for municipal solid wastemanagement plans, Boston, USA, Resour Conserv Recy,vol. 52, No 7, pp 979–991, 2008.

[14] T.L. Saaty, Decision making with the analytic hierarchyprocess, Int J Serv Sci, vol. 1, pp 83–98, 2008.

[15] G. Stefanović, D. Marković, Life cycle assessment ofmunicipal solid waste management: case study of Nis,Serbia, In Proc The 24th International Conference onEfficiency, Cost, Optimization, Simulation and Envi-ronmental Systems, pp 3930-3937, 2011.

[16] Integrated Waste Model – Available at:/http://www.iwm-model.uwaterloo.ca/ [accessed10.1.2013].

[17] K. Tsilemou, D. Panagiotakopoulos, Approximate costfunctions for solid waste treatment facilities, WasteManage Res, vol. 24, pp 310–322, 2006.

[18] Employment Effects of Waste Management Policies,Final Report – January 2001, Risk & Policy AnalystsLimited – Available at:http://ec.europa.eu/environment/enveco/waste/index.htm [accessed 8.2.2013].

33


DECEMBAR,2014.

ULOGA CAD SISTEMA U PROJEKTOVANJU PROIZVODA

THE ROLE OF CAD SYSTEM IN PRODUCT DESIGN PROCESS

Milan Pavlović, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.Miloš Ristić, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš

Vukašin Pavlović, Mašinski fakultet Univerziteta u Nišu, Aleksandra Medvedeva 14, Niš

Sadržaj - U ovom radu je prikazan proces projektovanja medicinskog uređaja beskonačnepokretne trake upotrebom CAD softvera SolidWorks. U procesu projektovanja, izvršeno jekonceptualno i funkcionalno definisanje konačnog proizvoda pomoću CAD softvera, odnosno,definisan je koncept uređaja i izvršeno je modeliranje i simulacija opterećenja kritičnih delovauređaja. Cilj simulacije bio je da se utvrdi da li kritični delovi mogu podneti odgovarajućeopterećenje koje potiče od kretanja pacijenta po pokretnoj traci. Rezultati simulacije su pokazalida je celokupan model proizovda, sa svim kritičnim podsklopovima, prihvatljiv sa aspektapouzdanosti i sigurnosti u radu. Na osnovu toga, a prema projektnoj dokumentaciji, uređaj jeproizveden i testiran u medicinskoj ustanovi, u realnim uslovima, gde su dobijeni zadovoljavajućirezultati, a uređaj i danas uspešno radi.

Ključne reči: Projektovanje. Pokretna traka. CAD. Simulacija.

Abstract - In this paper, design process of medical device treadmill, using of CAD softwareSolidWorks is presented. In framework of design process, concept and functional defining of finalproduct was performed, i.e. device concept was defined and modeling and load simulation of criti-cal device parts was performed. Goal of simulation was determining if critical parts can withstandload that comes from patient’s movement on treadmill. Results of simulations showed satisfyingcharacteristics of critical parts. Based on that and according to the design documentation, devicewas produced and tested. Testing process was performed in medical institution in real conditions,results were satisfying, and device successfully works.

Key words: Design process. Treadmill. CAD. Simulation.

1. UVOD

Danas, kada se proizvođači utrkuju u primeni inovacijakako bi finalni proizvod bio potpuno adekvatan zahtevimatržišta [1], proces projektovanja [2], razvoja i izradeproizvoda [3] je nezamisliv bez upotrebe računara isavremenih softvera [4, 5]. Kao rezultat stalnih težnji ka bržoji savremenijoj proizvodnji, razvijen je virtuelni razvojproizvoda (engl. virtual prototyping) [6, 7] kao metodprevođenja fizičkog proizvoda (sklopa ili mašinskog dela) izproizvodnog prostora u prostor projektovanja inženjerskogsistema, upotrebom računarom podržanih oblasti, tzv. CA(engl. Computer Aided) discipline. Tehnologije virtuelnogproizvoda [6] koriste tzv. integrisani model proizvoda npr.baza STEP1 zapisa, u kome treba da budu smešteni svirelevantni podaci ο proizvodu koji su potrebni za rad sistemaza računarom podržani razvoj proizvoda - CAPD2 (engl.Computer Aided Product Development).

1 STEP (engl. Standard for The Exchange of Product model data) je ISOstandard (ISO 10303) za razmenu podataka o proizvodima i procesima čija jeuloga obezbeđivanje podrške automatizaciji projektovanja u industrijskomokruženju. STEP uzima u obzir sve podatke iz životnog ciklusa proizvoda.2 U literaturi se pored akronima CAPD može naći i akronim CAx (engl.Computer-Aided Technologies). Oba akronima označavaju skup sistema zaprojektovanje proizvoda i proizvodnih procesa pomoću računara (CAD,CAE, CAPP, CAM, itd.).

Sa stanovišta teorije proizvoda [8] mogu se navesti brojnifaktori koji utiču na proces projektovanja proizvoda: porastdruštvenih potreba iskazan tržišnim zahtevima, skraćenjevremena projektovanja i izrade proizvoda, smanjenje vekatrajanja proizvoda, upotreba zahtevanih ili reciklažnoprihvatljivih materijala, zahtevi za kvalitetom rastu a troškoviproizvoda se moraju smanjivati, itd. Ovakav mnogostrukiuticaj na proces projektovanja za proizvodnju - DFM (engl.Design for manufacturing) [9, 10], kompleksnost procesa,kao i širina potrebnih znanja zahtevaju multidisciplinarnetimove stručnjaka koji će simultanim radom na razvojuproizvoda [11, 12], sagledati sve potrebne zahteve i ostvaritinajveće uštede u životnom ciklusu izrade proizvoda [13].

Rezultati istraživanja, kao i iskustva iz industrijenaglašavaju potrebu integracije informacionih tokova uproces izrade proizvoda (Slika 1), čiji je deo procesprojektovanja i konstruisanja [14]. Savremeno projektovanjese ne može zamisliti bez upotrebe CAD/CAE softvera.Računarom podržano projektovanje - CAD (engl. ComputerAided Design) je softverski alat [15], koji u kombinaciji sadrugim alatima, kao npr. CAE (engl. Computer-Aided Engi-neering) [16], predstavlja jedan deo celokupne aktivnostirazvoja digitalnih (virtuelnih) proizvoda u okviru upravljanjaživotnim ciklusom proizvoda [17].

34

Slika 1. Proces izrade proizvoda [14].

U ovom radu je predstavljen proces projektovanja i izrademedicinskog uređaja – beskonačne pokretne trake,korišćenjem CAD softvera za izradu 3D modela i simulacijuopterećenja određenih delova uređaja. Na ovaj način se, preizrade samog proizvoda, virtuelni proizvod ispituje usimuliranim uslovima rada, shodno realnim opterećenjima iuslovima eksploatacije, čime se ostvaruju znatne uštedeneizrađivanjem (velikog broja) prototipova.

U toku rada, izvršeno je konceptualno definisanjeproizvoda u saradnji sa stručanjacima iz odgovarajuće naučneoblasti. Zatim je medicinski uređaj funkcionalno definisankorišćenjem CAD softvera. Funkcionalnim definisanjem jeobuhvaćena izrada modela uređaja i simulacija opterećenjakritičnih delova uređaja. Nakon toga, izvršena je analizarezultata simulacije i diskutovana zaključna razmatranja.

2. PRIMENA CAD SOFTVERA NA MODELUBESKONAČNE POKRETNE TRAKE

Funkcionisanje moderne medicine bez upotrebe uređajakoji omogućavaju brže, bolje i sigurnije rukovanje jenezamislivo. Uloga modernih uređaja u medicini je veomavažna, pogotovu u rizičnim oblastima kao što su hirurgija,radiografija, rehabilitacija, itd. Sa druge strane, razvoj itestiranje medicinskih uređaja je veoma složen proces kojimora biti izvršen veoma brzo i kvalitetno, obzirom naspecifičnost njihove uloge i specijalnih uslova u kojima trebada rade. Zbog toga je upotreba CAD softvera u procesuprojektovanja i izrade medicinskih uređaja neophodna, jersmanjuje vreme projektovanja i testiranja kroz korišćenjemetoda ''virtual prototyping'' [18, 19, 20].

Značaj upotrebe CAD softvera se može istaći krozprikazan proces projektovanja i izrade medicinskog uređaja -beskonačne pokretne trake, koji se sastoji od konceptualnog ifunkcionalnog definisanja konačnog proizvoda [21]. Ciljkonceptualnog definisanja je da se utvrdi tehničko rešenjeproizvoda koje će izvršiti zadate zahteve, dok funkcionalnodefinisanje obuhvata korišćenje CAD softvera u procesuprojektovanja uređaja i njegovo testiranje u realnim uslovimanakon izrade.

Obzirom na primenu beskonačne pokretne trake ukardiologiji [22], definisanje koncepta beskonačne pokretnetrake je izvršeno na osnovu zahteva i konsultacija sa lekarom- specijalistom kardiologije. Definisane su dve funkcijeuređaja, rotacija beskonačne pokretne trake i elevatornokretanje (promena ugla) uređaja.

Nakon toga, izvršeno je funkcionalno definisanje uređaja.U okviru toga, određene su potrebne sile za izvršavanje

funkcija, i na osnovu toga su definisani i izabraniodgovarajući pogonski elementi, elementi za prenos snage,kao i izvršni i pomoćni elementi uređaja. U sledećoj faziizvršeno je potpuno definisanje i dimenzionisanje elemenata ipodsklopova uređaja, nakon čega je izvršeno modeliranjeuređaja korišćenjem softverskog paketa SolidWorks.

Modeliranje uređaja je izvršeno na osnovu multy-body-systems teorije [23], gde je mehanički deo sistema definisankao sklop tela koja su međusobno povezana zglobovima ikoji omogućavaju linearno ili rotaciono kretanje, u zavisnostiod definisanih stepena slobode kretanja. U skladu sadefinisanim funkcijama, uređaj je modeliran, tako da sesastoji iz dva podsklopa - podsklopa za rotaciju beskonačnepokretne trake i podsklopa za elevaciju, kako je i prikazanona slici 2.

Slika 2. Podsklopovi uređaja: 1) Podsklop za rotacijubeskonačne pokretne trake; 2) Podsklop za elevatorno

kretanje.

Glavni problem u procesu projektovanja uređaja je biodimenzionisanje podsklopa za elevatorno kretanje i tokonstrukcije i pogonskog elementa, s obzirom na to da jefunkcionalnim zahtevima predviđena potreba da ovajpodsklop podnese opterećenje nastalo od kretanja pacijentapo beskonačnoj pokretnoj traci u svim elevatornimpozicijama. Zbog toga je izvršena simulacija opterećenjakritičnih delova uređaja, korišćenjem modula SolidWorksSimulation. Ovaj modul koristi prethodno izrađen 3D model ivrši simulaciju korišćenjem metode konačnih elemenata(MKE) [24]. Kao rezultat simulacije, dobijeni su grafičkiprikazi naponskog stanja podsklopa za elevaciju (Slika 3) ipogonskog elementa (Slika 4).

Slika 3. Naponsko stanje podsklopa za elevaciju - Kritičnazona.

35

Na prikazima napona se mogu videti kritične zone, kojesu označene crvenom bojom, sa odgovarajućim vrednostimanapona.

Slika 4. Naponsko stanje pogonskog elementa.

Rezultati simulacije su pokazali da su dimenzionisanjepodsklopa i usvajanje vrste i tipa materijala izvršeni pravilno,pa je uređaj, prema projektnoj dokumentaciji, proizveden(Slika 5) i testiran u realnim uslovima u odgovarajućojmedicinskoj ustanovi, gde i danas, bez problema, radi.

Slika 5. Proizvedeni uređaj.

3. ZAKLJUČAK

Novi pravci u projektovanju i razvoju proizvoda,zahtevaju korišćenje bržeg i savremenijeg pristupa. Toobuhvata smanjenje troškova u svim delovima procesa,smanjenje vremena razvoja, izrade i ispitivanja proizvoda uzupotrebu kvalitetnijih materijala i korišćenje savremenihtehnologija. Iz tih razloga, dolazi do integracijeinformacionih tehnologija u proces projektovanja i izradeproizvoda. Savremeno projektovanje podrazumeva obaveznokorišćenje CAD/CAE softvera koje ima mnoštvo prednosti.Glavna prednost korišćenja CAD softvera u procesuprojektovanja proizvoda se ogleda u mogućnosti lakše i bržeizmene koncepta i karakteristika proizvoda bez prethodneproizvodnje prototipa.

Virtuelni ili digitalni model proizvoda zapisan u STEPformat, obezbeđuje da pored podataka o geometriji, u model

proizvoda unesemo i znanje o celokupnom životnom ciklusuproizvoda, čime CAD softver dobija svoju nadogradnjurazličitim modulima kao i pojedinim bazama znanja – štopredstavlja osnovu za rad ekspertnih sistema koji odlučuju omodelu proizvoda.

Upravo ta prednost je iskorišćena u ovom radu, gde jeprikazana primena CAD softvera u procesu projektovanjamedicinskog uređaja beskonačne pokretne trake. Nakonizvršenog konceputalnog definisanja konačnog proizvoda uzsaradnju stručnjaka iz oblasti kardiologije, izvršeno jefunkcionalno definisanje. U okviru toga, uređaj je modeliranu softveru SolidWorks i izvršena je simulacija kritičnihdelova uređaja upotrebom modula SolidWorks Simulation.

Rezultati simulacije su pokazali da kritični delovi uređajaimaju zadovoljavajuće karakteristike, pa je uređaj, premaprojektnoj dokumentaciji, proizveden i testiran u realnimuslovima gde i danas radi.

Na osnovu toga, može se zaključiti da je upotrebainformacionih tehnologija sastavni deo procesa savremenogprojektovanja i izrade proizvoda, a sama upotreba CADsoftvera ima značajnu ulogu kroz više prednosti koje utiču napoboljšanje karakteristika konačnog proizvoda.

LITERATURA

[1] G. Devedžić, CAD/CAM tehnologije, Mašinski fakultetu Kragujevcu, Kragujevac, 2006.

[2] G. Boothroyd & A. H. Redford, Mechanized Assembly,McGraw-Hill, London, 1968.

[3] Boothrody G., & Radovanovic P., Estimating the cost ofmachined components during the conceptual design of aproduct. Annals of CIRP, 38 (1), 157., 1989.

[4] U. S. Congress, Office of Technology Assessment,Computerized manufacturing automation, DIANE Pub-lishing, p. 48., 1994.

[5] M. Manić, D. Spasić, Numerički upravljane mašine,Mašinski fakultet Niš i Viša tehnička škola u Nišu, Niš,1998.

[6] Erastos F., and B. Eion, Towards the smart organiza-tion: An emerging organizational paradigm and thecontribution of the European RTD programs, Journal ofIntelligent Manufacturing 12, pp. 101–119., 2001.

[7] Lawrence A., VM User Workshop Final Report, V2,Virtual Manufacturing User Workshop, Dayton. pp. 2.,1994.

[8] V. Miltenović, Razvoj proizvoda: strategija, metode,primena, Mašinski fakultet u Nišu, Niš, 2003.

[9] Gupta S. K., Nau D. S., Systematic approach to analyz-ing the manufacturability of machined parts, ComputerAided Design, Volume 27, Issue 5, pp: 323-342., May1995.

[10] D. Hsiao, Feature Mapping and ManufacturabilityEvaluation with an open set feature modeler. PhD the-sis, Mechanical Engineering, Arizona State University,Tempe, Arizona, 1991.

[11] Domazet D., Concurrent Design and Process Planningof Rotational Parts, Annals of the CIRP, Vol. 41/1, str.181 – 184., 1992.

35





3. ZAKLJUČAK







LITERATURA












35





3. ZAKLJUČAK







LITERATURA












36

12 Shehab E. M., Abdalla H. S., Manufacturing cost mod-elling for concurrent product development, Roboticsand Computer-Integrated Manufacturing, Vol. 17, pp.341-353., 2001.

13 Lin A. C., Lin S., Lin Y., Cheng S. B., Extraction ofManufacturing Features from A Feature-Based DesignModel, International Journal of Production Research, 35(12), pp. 3249-3288., 1997.

[14] Ristić M., Projektovanje proizvoda sa aspektatehnologičnosti, Magistarski rad, Mašinski fakultet uNišu, 2012.

[15] Akman V., ten Hagen W.J.P., Tomiyama T., A funda-mental and theoretical framework for an intelligentCAD system, Computer-Aided Design, Vol. 22, No. 6.,pp. 352-367., 1990.

[16] Venkatachalam, A. R. Mellichamp, J. M. and Miller, D.M., A knowledge-based approach to design for manu-facturability, Journal of Intelligent Manufacturing, vol.4, pp. 355–366. 1993.

[17] Karthik R. et al., Integrated Sustainable Life Cycle De-sign: A Review, Journal of Mechanical Design, vol.139, Issue 9, ASME – The American Society of Me-chanical Engineers, 2010.

[18] M. Milošević, S. Mladenović, S. Popić, G. Đorđević,Contemporary Approach of Computer Aided Design ofUniversal Radiography System, In. Proc. of Interna-tional Scientific-expert Conference INFOTEH-JAHORINA 2011, pp. 59-63, 2013.

[19] M. Milošević, M. Tomić, A. Milojević, S. Mladenović,G. Đorđević, Application of CAD Software for Develop-ing new Radiography Positioner System, In. Proc. ofInternational Scientific-expert Conference INFOTEH-JAHORINA 2013, 2013.

[20] M. Milošević, V. Pavlović, M. Tomić, M. Pavlović, M.Banić, Utilization of CAD software for developing bloodfiltration system, In. Proc. of the Eight InternationalSymposium "KOD 2014", pp. 93-96, 2014.

[21] V. Pavlović, M. Milošević, M. Pavlović, G. Đorđević,Use of CAD software in developing mechatronic medi-cal devices in example of Treadmill, In. Proc. of Interna-tional Scientific-expert Conference INFOTEH-JAHORINA 2011, pp. 517-521, 2011.

[22] LM Giangregorio, AL Hicks, CE Webber, SM Phillips,BC Craven, JM Bugaresti and N McCartney, Bodyweight supported treadmill training in acute spinal cordinjury: impact on muscle and bone, Spinal Cord (2005)43, 649–657

[23] W. Schiehlen, Advanced Multibody Systems Dynamics,Kluwer Academic 1993.

[24] R. D. Cook, Concept and application of finite elementanalysis, New York: Wiley 1989.

37


DECEMBAR,2014.

PROCENA TEHNOLOGIČNOSTI KONSTRUKCIJEUPOTREBOM TEHNIČKIH ELEMENATA

CONSTRUCTION MANUFACTURABILITY ASSESSMENT USING FEATURES

Miloš Ristić, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš,Milan Pavlović, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj – Tehnologičnost konstrukcije kao mera izradljivosti proizvoda veoma je važna uuslovima današnje proizvodnje i potrebe da se proizvod nađe na tržištu u najkraćem vremenskomroku i sa konkurentnom cenom. U ovom radu biće opsisan značaj projektovanja proizvodaupotrebom tehničkih elemenata kako bi se izvršila rana procena tehnologičnosti adekvatnimsotverom. Savremni softveri omogućuju implementaciju znanja o proizvodu i procesima u sammodel, čime geometrijski model proizvoda postaje virtuelni model porizvoda sa svim neophodnimelementima da si isti može proizvsesti. Na kraju rada, dat je primer procene tehnologičnostikonstrukcije pomoću softvera koji pomaže projektantu u procesu donošenja konačne odluke.

Ključne reči: Procena tehnologičnosti, Tehnički element, Virtuelni model proizvoda.

Abstract - Construction manufacturability as a measure of product manufacturability is very im-portant in terms of contemporary production and the need that the product is on the market assoon as possible and with a competitive price. This paper will describe the importance of productdesign using features in order to perform early manufacturability assessment using adequate soft-ware. Modern software enables implementation of the knowledge about product and processes in-to the model itself, by means of which product geometrical model becomes product virtual modelwith all the elements necessary to produce the model. At the end of the paper, there is an exampleof construction manufacturability assessment using software which helps a designer in the processof final decision making.

Key words: Manufacturability assessment, Feature, Product virtual model.

1. UVOD

Projektovanje zasnovano na tehničkim elementima (engl.Feature) 1, 2, 3 sastavni je deo svakog savremenog procesarazvoja i izrade proizvoda 4. Upotreba savremenih CADsoftvera 5, 6 omogućuje projektantu da u geometrijski mod-el proizvoda unese i znanje o proizvodu 7. Na taj načinprojektant integriše izvesne osobine i atribute proizvoda satehnologijom izrade, procesima planiranja proizvodnihtokova, pa sve do same distribucije proizvoda, čineći takoranu procenu tehnologičnosti proizvoda dostupno svimčlanovima tima, što u mnogome olakšava svaki od procesadonošenja odluka o proizvodu 8, 9.

Sam tehnički element nije sam po sebi dovoljan.Preduslov kvalitetnom virtuelnom modelu proizvodazasnovan je na parametarskom projektovanju upotrebomtehničkih elemenata 10. Adekvatne relacije i drugezavisnosti obezbeđuju ugradnju znanja 7 čime se daljeobezbeđuje mogućnost simuliranja uslova eksploatacije iobavljanja potrebnih analiza i ispitivanja. Dodavanjemekspertnih sistema 11, 12 i različitih modela zaključivanjapomoću veštačke inteligencije 13, 14, savremeniCAD/CAM sistemi obezbeđuju ogromne uštede u razvojuproizvoda, a procenjivanje tehnologičnosti konstrukcije time

se podiže na viši nivo, pa same izmene ili varijacije idejnihrešenja postaju stalni predmet razmatranja.

Ovaj rad opisuje postupak pocene tehnologičnostikonstrukcije zasnovan na upotrebi tehničko tehnološkihelemenata (formi). Kreiranjem pravila pomoću VB skripta idodavanjem elektronskih kataloga u formi excel dokumenataobezbeđeno je da softver zaključuje i ponaša se savetodavno.U radu je prikazan proizvod modeliran pomoću CATIA V5sa pravilima unetim u modul Knowledger-a, što čini ovajsoftver savremenim PLM sistemom.

U radu su definisani atributi i prikazane određene osobinetehničkih elemenata. Zatim je izvršena podela sistema zaanalizu tehnologičnosti na osnovu odgovarajućihkarakteristika, prikazana upotreba tehničko-tehnološkihelemenata u proceni tehnologičnosti i primer rada virtuelnogtehnološkog savetnika. Na kraju rada su dati odgovarajućizaključci sa diskusijom.

2. ATRIBUTI I OSOBINE TEHNIČKOG ELEMENTA

Tehnički elementi sadrže određene osobine kojima sudetaljnije opisani ili povezani sa drugim tehničkimelementima u kompletan model proizvoda. Informacija oodređenim svojstvima tehničkog elementa zapisana je uatributu tehničkog elementa. Atributi objekta bi trebalo da

38

oblikuju „vrednosne“ osobine tehničkog elementa. Oveosobine menjaju vrednost (stanje) tokom vremena, čimeatributi postaju objekti nekog tipa atributa, koji definišemoguće vrednosti posmatranog atributa. Nasuprot tome,relacije se koriste da oblikuju osobine koje nisu sastavnidelovi tehničkog elementa. Pristup koji podrazumeva fizičkomodeliranje praćeno je većinom postojećih objektnoorijentisanih metoda, dok su objektno orijentisanomodeliranje i implementacioni jezici često bazirani naprogramskim pristupima orijentaciji objekta, sa naglaskom naobjektima kao bazama podataka i operacija, na enkapsulaciji ina ponovnom korišćenju programskog koda 15.

Atributi tehničkog elementa mogu biti lokacija (pozicija,koaksijalnost i simetričnost), orijentacija, dimenzije, oblik,hrapavost ili tolerancije. Atributi koji karakterišu vezu dvatehnička elementa nose informacije ο međusobnompostavljanju, geometrijskim uslovima ili kompatibilnosti.Atributi ο geometrijskim entitetima mogu da sadrže kvalitetodređene površine ili toleranciju oblika (pravost, ravnost,kružnost, cilindričnost, itd.). Primeri za relacije između dvaentiteta su susednost i međusobna orijentacija (paralelnost,upravnost i ugaonost) prikazani su na slici 1 15. Atributisklopova mogu, pored ostalog, da sadrže informacije kao štosu: sklopne površine, tolerancije sklopa dužinskih mera(složene tolerancije), naleganja, preklopi/zazori, međusobnaorijentacija. Atributi dela mogu da sadrže specifikacije οmaterijalu, broju dela, ili administrativne podatke.

Slika 1. Prikaz atributa tehničkih elemenata 15.

Asocijativnost između entiteta pri definisanju proizvodaposledica je primene tehničkih elemenata i odnosi se namogućnost da različite aplikacije koje rade sa modelomproizvoda mogu koristiti informacije i ograničenja koja seugrađuju u tehničke elemente tokom drugih CAPD (CAx)procesa. Postoje informacije (podaci) o tehničkimelementima koje nisu od velike važnosti u kontekstudefinisanja geometrije, ali mogu da budu od značaja u drugimaplikacijama. Ovi atributi mogu imati određene vrednosti ilitekstualni opis i mogu biti opisani u formi algoritamskihprocedura, implementirani kao referenti elementi ili u formimatematičkih izraza napisanih u interpretabilnom jeziku imogu se svrstati u grupu tzv. ostalih atributa.

2. PODELA SISTEMA ZA ANALIZUTEHNOLOGIČNOSTI

Postoje tri primarne karakteristike 8 prema kojima sevrši podela sistema za analizu tehnologičnosti:

pristup u razmatranju tehnologičnosti koji ovi sistemikoriste ugrubo se može podeliti na: direktan pristup koji je zasnovan na upotrebi pravila i

provera; i indirektan pristup je zasnovan na generisanju

tehnološkog postupka, a zatim na modifikaciji raznihpostupaka u cilju redukcije troškova tog postupka;

mere tehnologičnosti kojima utvrđuje stepentehnologičnosti Binarno ocenjivanje ( 0 ili 1 / ide ili ne ide / izradljiv

ili neizradljiv / ...); Kvalitativno ocenjivanje kojim se opisno ocenjuje

tehnologičnost virtuelnog prototipa (slabo, dobro,odlično – izradljivo, i sl.);

Abstraktno-kvantitativno ocenjivanje izražava stepentehnologičnosti dodeljivanjem numeričkih vrednostina abstraktnoj skali (npr. dodeljivanje indeksatehnologičnosti u opsegu vrednosti od 0 do 1 i njihovokombinovanje u konačnu ocenu takozvanom fazilogikom – engl. Fuzzy logic);

Vreme i troškovi kao mera tehnologičnosti oslanja sena praćenje dva najznačajnija parametra tehnološkogprocesa lako se kombinuju u zbirnu ocenutehnologičnosti, ali ne mogu direktno pomoćikonstruktoru u proceni da li je postigaozadovoljavajući stepen tehnologičnosti proizvoda; i

Nivo automatizacije procesa koji ukazuje na načinintereagovanja konstruktora sa sistemom (za proverutehnologičnosti) i koji tip povratnih informacija seprosleđuje prema konstruktoru.

U zavisnosti od trenutka u kome se vrši procenatehnologičnosti, možemo definisati dva pristupa: analizatokom procesa projektovanja (on-line); i procenatehnologičnosti nakon završetka procesa konstruisanja (off-line) 16.

3. PROCENA TEHNOLOGIČNOSTI POMOĆUTEHNIČKO – TEHNOLOŠKIH ELEMENATA

Smanjenje troškova i složenosti izrade proizvoda suuglavnom karakteristike određene odlukama koje donosikonstruktor, dok inženjer koji planira i projektuje tehnološkiproces može direktno uticati na veličinu troškova do 10%17. To je razlog, zbog koga se ranim analizama i procenamatehnologičnosti (koje imaju za cilj otkrivanje mogućihproizvodnih problema) posvećuje veliki značaj. Kako bi seizbegli problemi u fazi izrade prototipova ili tokompokretanja proizvodnje, pristupa se integraciji razvojnihposlova, od konstrukcije proizvoda do detaljnogprojektovanja tehnologije izrade proizvoda.

Integrisani razvoj proizvoda je sistemski pristup razvojukvalitetnih, tržišno konkurentnih proizvoda uz integrisanuprimenu celovitih i multidisciplinarnih metoda uz upotrebumanuelnih i kompjuterski podržanih alata, čime se osiguravaminimizacija pojava grešaka u svim, a posebno u ranimfazama razvoja, kao i projektovanje tehnologičnog proizvodaveć u prvoj iteraciji razvoja. I pored ovih prednosti, trebanaglasiti da integralni razvoj nosi sa sobom velika ulaganja,te nije posebno adekvatan za mala preduzeća.

Kod tzv. kvalitativnih tehnoloških analiza koje se običnokoriste zajedno sa tehnološkim elementima, razmatraju sesledeća pitanja:

39

Koji obradni procesi su neophodni da bi se izradioprojektovani model? ,

Da li su svi zahtevani proizvodni resursi (materijal,mašine, alati, stezni pribor, dodatni materijali itd.)raspoloživi? ,

Da li je fizički moguće primeniti sve potrebne obradneprocese? ,

Da li su utvrđeni parametri tehnoloških elemenata uskladu sa pozitivnim iskustvima?

Odgovori na ova pitanja mogu biti ili binarnog tipa(da/ne; 1/0) ili su fuzzy vrednosti [18]. Deo može bitiprocenjen kao „dobar" ili kao „loš", ali bez jasnog poređenja iuočavanja razlike između dva dela koliko je jedan bolji ililošiji od drugog.

Kvalitativne analize mogu biti sprovođene putem primenepravila koja sadrže znanja iz oblasti tehnologije obrade.Obično se upotrebljavaju if – then (ako-onda) pravila gdeAKO – deo određuje tehničko-tehnološki element ili skupelemenata na koji se pravilo primenjuje, a ONDA – deosadrži odgovarajuću akciju (direktni uticaj na menjanjeparametara tehnoloških elemenata ili savetodavnoizveštavanje korisnika). U najjednostavnijem slučaju pravilose odnosi na jednu tehnološku operaciju i jedan tehnološkielement. Na primer, pravilo:

AKO je tehnološki element N cilindrični otvor

Iprečnik otovora D je manji od odgovarajućeveličine alata koji bi mogli da se iskoriste zaizradu /prečnik burgije veći od prečnika otvora/

ONDA otvor N nije tehnologičan

određuje tehnologičnost izvesnog žljeba u odnosu namogući izbor alata. Ovakvo pravilo je primenljivo u slučajuda je obradna operacija glodanje žljeba zahtevana operacija unizu operacija koje čine proces izrade.

U zavisnosti od proizvodnog okruženja, deo pravila kojise odnosi na izbor alata može biti ograničen na izbor iz skupaalata koji su na raspolaganju u datom okruženju ili možeuključivati skup alata koji se uopšte mogu nabaviti.

Pored binarne reakcije, pravila u vezi sa utvrđivanjemtehnologičnosti konstrukcije mogu izražavati i fuzzy [19], ikvalitativne vrednosti:

AKOje tehnološki element S1 žleb na površini A delaD;

IS2 je tehnološki element žleb na površini A delaD;

I dubina elementa S1 nije isti kao dubina S2;

Ida je kvalitet obrađenih površina S1 i S2 uopsegu između N6 i N8;

ONDA je moguće izraditi deo D,

I(savet)

„razmotri mogućnost da dubine žlebova rupaS1 i S2 budu iste i istog kvaliteta obrade"

Ovakvo pravilo vrši procenu tehnologičnosti delakvalitativno u okviru mogućih vrednosti: „dobro", „moguće",„loše", odnosno u opsegu između N6 i N8; ali i daje savet zauvećanje tehnologičnosti.

4. PRIMER RADA VIRTUELNOG TEHNOLOŠKOGSAVETNIKA

Svaki razvojni proces koristi tačno definisan domenznanja, pri čemu se određena znanja nalaze u više domena,što zapravo znači da se to znanje istovremeno koristi u višerazvojnih procesa. Svaki od procesa koristi poseban CAxTemplate (novi CAx fajl) koji sadrži informacije i ugrađenoznanje koje je potrebno ekspertu u razvojnom procesu. Ovitemplejti, čija je uloga davanje virtuelnih saveta u razvojimprocesima, nazvani su obrascima sa ugrađenim znanjem(engl. Knowledge Embedded Template – KET) i predstavljajuodgovarajući CAx zapis sa inicijalno ugrađenimodgovarajućim sadržajem znanja (baza pravila i instanttabele) u formi korisnički definisanog tehničkog elementa(engl. User Defined Feature).

Primer rada savremenog PLM sistema, kakav je CATIAV5, zasniva se na parametarski projektovanom CAD modeluproizvoda u koji su, pored podataka o geometriji, unešeni iatributi o samom virtuelnom modelu proizvoda.

Implementacija pravila i provera na modelu vratila sazupčanikom izvršena je uz pomoć CATIA V5 integrisanogsoftverskog paketa za razvoj proizvoda koji poseduje modulKnowledgeware. Ovaj modul omogućuje projektantu dadefiniše određena pravila i procedure, s obziorm na to da je umodel proizvoda uneto znanje o proizvodu (baze znanje,atributi, i sl.) Ugrađivanje prihvaćenog znanja u modelzahteva potpuno razumevanje logike objektno orijentisanogprogramiranja i osnovno razumevanje objedinjenog jezika zamodeliranje (engl. Unified Modeling Language – UML).

Navedeni primer objašnjava postupak pronalaženjanajadekvatnijeg alata za proces obrade u fazi planiranjatehnološkog procesa. Projektant pokušava da na vratilupromeni širinu žleba za kiln (slika 2).

Slika 2. Promena širine žleba za klinna vratilu sa zupčanikom.

Kako je ovaj parameter (širina žleba) povezan adekvatnimpravilom sa bazom podataka o dostupnim alatima u samojfirmi, (u konkretnom slučaju reč je o bazi dostupnihvretenastih glodala koja postoji u formi elektronskihkataloga, slika 3), ovaj modul izvršiće proveru mogućnostizahteva i dati odgovarajući odgovor.

Ovde Knowledgeware upravo ukazuje kolika je ušteda urazvoju proizvoda njegovom upotrebom, odnosnoaktiviranjem pravila za pretraživanje baze alata.

40

Slika 3. Pravilo poziva prethodno kreiranu tabelu vretenastihglodala.

Baza alata je prethodno definisana u formi tabele (Excelbaza), a Knowledgeware modul daje savet koristećirezoluciju konflikta. Na osnovu definisanog pravila, i shodnoizvršenoj proveri, došlo se do toga da ne postoji odgovarajućeglodalo, pa je time i nemoguće smanjiti žirinu žleba sa 6mmna 5 mm. Kako je najmanje raspoloživo glodalo prečnika6mm, reakcija Knowledgeware-a, prema prethodnodefinisanom obliku ima oblik prikazan na slici 4.

Slika 4. Prikazivanje informacije o glodanju (nepostojanjuadekvatnog glodala).

Naknadnom izmenom i usklađivanjem parametara,projektant traži tehnologično rešenje i do njega dolazi. Uokviru dalje rezolucije konflikata moguće su i preporuke tipa“izvršiti nabavku glodala” ili da ako postoji adekvatan alatKnowledgeware proceni vreme obrade ili koliko je vremenaglodalo provelo u eksploataciji pa da na taj način dapreporuku koji alat koristiti iz grupe alata koji zadovoljavajukriterijume pretrage, shodno dodatnim parametrima irelacionim uslovima.

5. ZAKLJUČAK

Savremeni procesi razvoja proizvoda uključujumultidisciplinarne timove stručnjake koji svoje znanje iiskustvo integrišu u virtuelni model proizvoda. Na taj način,uključivanjem svih eksperata u najraniju fazu projektovanjaproizvoda, ostvaruje se najveće ušteda. Takav proces mora daprati adekvatna softverska podrška koja je zasnovana naCAD modelu i koja obezbeđuje da se u proizvod unesedodatno znanje o proizvodu. Kreiranjem adekvatnih pravila iprocedura zasnovanih na bazi unetih znanja obezbeđuje se dasoftver vrši procenu tehnologičnosti tokom samog procesaprojetovanja i razvoja proizvoda (on-line).

Dalje tendencije razvoja se mogu baviti semantikommodela ili uključivanjem paralelnih ekspertskih sistema zasloženije procene, što je svakako plan daljih istraživanja.

LITERATURA


2 Sreevalsan P. C., Shah J. J., Unification of Form Fea-ture Definition Methods, Intelligent Computer AidedDesign, Browns, D. C., Waldron, M. and Yoshikawa, H.eds. 83-106., 1992.

3 Devireddy C. R., Ghosh K., Feature-Based Modelingand Neural Networks-Based CAPP for Integrated Man-ufacturing, International Journal of Computer IntegratedManufacturing, 12 (1), pp. 61-74., 1999.


[5] Akman V., ten Hagen W.J.P., Tomiyama T., A funda-mental and theoretical framework for an intelligentCAD system, Computer-Aided Design, Vol. 22, No. 6.,pp. 352-367., 1990.

[6] Chandrasekaran B., A Framework for Design Problem-Solving, Research in Engineering Design, Vol. 1, No. 2,pp. 75-86., 1989.

7 Stojkovic M., Manic M., Trajanovic M., Knowledge-Embedded Template Concept, CIRP - Journal of Manu-facturing Systems, Vol. 34., No 1., 2005.

[8] Gupta S. K., Nau D. S., Systematic approach to analyz-ing the manufacturability of machined parts, ComputerAided Design, Volume 27, Issue 5, May 1995.

[9] Gupta S. K., Nau D. S., Regli W. C., Nau D., AutomatedManufacturability Analysis: A Survey. Research in En-gineering Design, 9 (3): 168-190., 1997.

[10] Manic M., Miltenovic V., Stojkovic M., Banic M., Fea-ture Models in Virtual Product Development, Strojišnivestnik, 56 (3). 2010.

[11] Miller G. S., Colton J. S., The Complementary Roles ofExpert Systems and Database Management Systems in aDesign for Manufacture Environment, Engineering withComputers, Vol. 8, No. 3, pp. 139-149., 1992.

[12] Studer R., Benjamins V. R., Fensel D., Knowledge En-gineering: Principles and methods, Data & KnowledgeEngineering, Vol. 25, pp. 161-197., 1998.

[13] Blount G. N., Clarke S., Artificial Intelligence and De-sign Automation Systems, Journal of engineering De-sign, Vol. 5, No. 4, pp. 299-314., 1994.

[14] Cagan J., Grossman I. E., Hooker J., A ConceptualFramework for Combining Artificial Intelligence andOptimization in Engineering Design, Research in Engi-neering Design, Vol. 9, No. 1, pp. 20-34., 1997.

[15] Ristić M., Projektovanje proizvoda sa aspektatehnologičnosti, Magistarski rad, Mašinski fakultet uNišu, 2012.

[16] Ristić M,, Manić M, Cvetanović B., ManufacturabilityAnalysis of Die-Cast Parts, 34th International Confer-ence on Production Engineering, Faculty of MechanicalEngineering Niš, 2011.

17 S. Kalpakjian, Manufacturing Engineering and Tech-nology, 3rd edition, Addison-Wesley Publishing Com-pany, 1995.

18 E. Cox, The Fuzzy Systems Handbook, AP Profession-al, 1995.

[19] Young R.E., Giachetti R.E., Ress D., Fuzzy constraintsatisfaction in design and manufacturing, Proceedingsof the fifth IEEE International Conference on FuzzySystems, 2, pp. 1106-1112., 1996.

41


DECEMBAR,2014.

RADNE POVRŠINE KAO REGULATOR BRZINE TEČENJA U ALATIMA ZAISTOSMERNO ISTISKIVANJE PROFILA OD AL LEGURA

WORKING SURFACES AS REGULATORS OF FLOW SPEED IN DIES FOR ONE-WAY EXTRUSION OF AL-ALLOY PROFILES

Tomislav Marinković, Visokate hničkaškola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj–U ovom radu posvećena je posebna pažnja konfiguraciji radnih površina alata zaistosmerno istiskivanje profila i u njemu se prezentuju neki rezultati teorijsko-eksperimentalnihistraživanja u ovoj oblasti. Konfiguracija radnih površina alata za obradu materijaladeformisanjem, odnosno njihov oblik, dimenzije i odnos segmenata radnih povšina utiču nanaponsko i deformaciono stanje koje se stvara u materijalu, što se sve odražava na pravilnostnjegovog tečenja.

Ključnereči:Matrice, radna dužina, radne površine, tečenje.

Abstract - In this paper is emphasized configuration of working surfaces of dies for one-way ex-trusion of profiles. There are also, some results of theoretical and experimental researches in thisfield. Configuration of working surfaces in dies for processing by deformation i.e., their shape,dimensions and segment ratio in working surfaces , have effect upon tension and deformation stateproduced in material, which is reflected upon regularity of material flow.

Key words: Dies, bearing, working surfaces, flowing.

1. UVOD

Projektant alata za istiskivanje profila od Al-legura uvrućem stanju polazi od zahteva kupca profila koji običnosadrži: definisan oblik profila, mere, tolerancije, kvalitetpovršine, vrstu i stanje materijala, elektrohemijsku zaštituprofilai sl. Projektant mora uzeti u obzir i elemente koji seodnose na raspoloživu opremu, tehnološke mogućnosti izradealata, troškove izrade i slično. Prema tome, pri razmatranju iodlučivanju o konceptu alata i njegovoj konfiguraciji, morajuse imati u vidu svi parametri koji proizilaze iz postavljenihzahteva i raspoloživih mogućnosti.

Kao prvi problem pri projektovanju alata, koji se namećeprojektantu je da izvrši ocenu deformabilnosti materijala kojise istiskuje. Ovo se može uraditi preko parametradeformabilnosti (fd), po Rajtbergu uz primenu istraživanjastepena složenosti koji je definisao prof. Popović [1].

Struktura rada je sledeća. U sekciji 2 opisane su mogućevarijante radnog otvora alata. Analiza tečenja materijala umatrici i upravljanje tečenjem radnim površinama prikaszanaje u sekciji 2. Sekcija 4 je zaključak a spisak korišćeneliterature je na kraju rada.

pa se u ovom radu razmatraju neki elementi konfiguracijealata koji utiču na tečenje materijala pri izradi profila od Al-legura istosmernim istiskivanjem, a posebno radne površine.

2. KONFIGURACIJA RADNOG OTVORA ALATA

Oblik, veličina i položaj radnog otvora u matrici zaistiskivanje određuju u osnovi, oblik i dimenzije profila.Međutim, na odvijanje procesa istiskivanja a time i nadobijanje krajnjeg rezultata – željenog profila utiče veliki

broj faktora a dominantan je koncept i konfiguracija matrice.Savremeni način izrade radnog otvora i cele matrice zaistiskivanje, posebno primenom elektroerozione obrade samasivnom i žičanom elektrodom, kao i primenom glodalicasa numeričkim upravljanjem, omogućuje da se dobiju radniotvori sa željenom tačnošću i sa mogućnošću relativno lakekorekcije.

Slika 1. Kompleksni model matrice za istiskivanje.

Primena mašinske obrade visoke tačnosti iziskuje potrebuda se i proračun potrebnih dimenzija radnog otvora sprovedesa zahtevanom tačnošću, tako da se ne bi prepustiloalatničaru da ručno doteruje alat po svom osećaju.

Slika 2. Konfiguracija ulivnog dela matrice za istiskivanje.

42

Pri projektovanju matrice za istiskivanje treba, poredostalog, obratiti pažnju na:

karakteristike prese za istiskivanje; izbor vrste alata; broj profila (žila) koji se istovremeno istiskuju; položaj profila na matrici za istiskivanje; oblik i dimenzije matrice; oblik ulazne površine otvora matrice za

istiskivanje; debljine zidova profila koji se dobija

istiskivanjem; veličinu kalibrirajućih (radnih) dužina. ukupnu visinu alata itd.

Tabela 1. Neki osnovni oblici matrice za istiskivanje

Radi omogućenja sistematizovanog istraživanjaoptimalnog rešenja, formiran je kompleksni model matrice zaistiskivanje, prikazan naslici 1, i u tabeli 1, dati su nekinjegovi osnovni oblici.

Konfiguracija ulivnog dela matrice za istosmernoistiskivanje profila od Al-legura zavisi od vrednosti iredosleda površina koje definišu parametri: α1,α2, R1, R2, lα1,lα2, lR1, lR2, Δr1, Δr2, Δr3, Δr4 kompleksnog modela, pri čemupostoje četiri generalna oblika, prikazana na slici 2, i to:

matrica bez ulivnog dela ili ravna matrica zaistosmerno istiskivanje, prikazana na slici 2a;

matrica sa ulivnim delom u obliku levka,prikazana na slici 2b;

matrica sa predkomorom, prikazana na slici 2c; kombinovana matrica, koja se sastoji od

predkomore i levkastog ulivnog dela, prikazanana slici 2d.

U pogledu izrade matrica može biti:

jednodelna i višedelna.

3. TEČENJE MATERIJALA U MATRICI ZAISTISKIVANJE

3.1. Položaj otvora koji formiraju profil

Jedinična masa profila, njegova geometrija i prečnikopisanog kruga, najzastupljenija debljina zida i raspoloživa

presa utiču na donošenje odluke koliko će se profilaistovremeno istiskivati iz iste matrice.

Neravnomerni raspored masa materijala u poprečnompreseku profila izaziva tendenciju ka neujednačenimbrzinama isticanja. Zbog toga se elementi profila sa većomkoncentracijom masa moraju postaviti u periferne zone alata,pošto material koji se istiskuje brže teče u središnjem delualata nego u perifernim zonama. Ovo je posebno važno zamatrice koje imaju veći broj žila, pa se stoga položaj žilatreba izvesti tako da se veći deo završetaka na profilimaokrene prema centru kako bi se ti delovi sa najvećimotporima tečanja stimulisali.

Slika 3. Raspored profila u matrici: a. – neispravan i b.-ispravan.

3.2. Upravljanje tečenjem materijala

U toku istiskivanja Al-trupac se zagreva do temperatureod 480ºC, za legure Al iz serije 6000. Usled deformacije iunutrašnjeg smicanja aluminijumske legure, izlaznatemperatura profila biće u granicama 520 do 530 ºC. Priovakvoj temperaturi i radnom pritisku od oko 200 bari dolazido tečenja metala kroz matricu.

Slika4. Tečenje metala pri istosmernom istiskivanju [2].

Ravnomernost tečenja materijala jednog profila u principuse postiže upravljanjem veličinom trenja između materijalakoji se istiskuje i radne površine kalibrirajućeg dela alata iograničenjem temperature u toj zoni. Pri tome se vodi računao rasporedu masa po preseku profila.Veličinom sile trenja seupravlja podešavanjem dužine pojasa za kalibrisanje (lk) –radnom površinom .

Radi lakšeg usaglašavanja brzine isticanja profila,preporučuje se da se njegova konfiguracija podeli nakarakteristične elemente - segmente, kako je pokazano naslikama 5 i 6.

Slika 5.Istisnuti profil od Al-legure.

42


























42


























43

Slika 6. Podela konture profila na elemente.

Poluhin [3] napominje da se za iznalaženje dužine pojasaza kalibrisanje na pojedinim segmentima profila možekoristiti teza prema kojoj su radne površine dva elementaprofila koji se istiskuje obrnuto srazmerne relativnimobimima tih elemenata. Treba se napomenuti i da ovaj izrazne uzima u obzir položaj elementa u odnosu na osu matriceza istiskivanje.

Na tečenje materijala prilikom istikivanja profila od Al-legura utiče veliki broj parametara. Među dominantnimmetodama za regulisanje brzine tečenja pojedinih segmenataprofila je metoda usaglašavanja radnih površina.

Slika 7. Elementi profila.

Radi iznalaženja korektnog izraza za određivanje dužinepojasa za kalibrisanje radne površine, sprovedena je analizatečenja materijala. Na slici 7 prikazan je otvor na ravnojmatrici koji se sastoji od dva elementa 0-tog i i-tog. Relativneobime elemenata možemo odrediti izrazima:

,0

000 A

Of (1)

,0i

ii A

Of (2)

Gde su:

Oo (Oi) – obim o-tog (i-tog) elementa i

Ao (Ai) – površina poprečnog preseka o-tog (i-tog) elementa.

Količine materijala Qo i Qi koje ističu pri istiskivanju krozelemente profila su:

,000 vAQ (3)

.iii vAQ (4)

Gde su: v0(vi)- brzine isticanja segmenata profila za slučajnezavisnih otvora.

Kako elementi profila nisu nezavisni, već se naslanjaju jedanna drugi, to njihove brzine istiskivanja moraju biti jednake jerbi u suprotnom došlo do krivljenja profila, nagomilavanjamaterijala u matrici pa čak i loma matrice.

,0 vvv i (5)

izrazi (3) i (4) dobijaju oblik:

,00 vAQ (6)

.vAQ ii (7)

Sile trenja materijala koji se istiskuje kroz otvore zakalibrisanje su definisane izrazima:

,000 Vkt RlOF (8)

. Vkiiti RlOF (9)

gde su:

lk0(lki)-dužina pojasa za kalibrisanje 0-tog (i-tog) elementa;

Rv - tehnička granica velikih izduženja;

µ - koeficijent trenja.

Ovde treba napomenuti:

da su, tehnička granica velikh izduženja i koeficijenttrenja isti za sve segmente profila, pošto se radi oistom materijalu;

sile trenja u svim segmentima profila moraju biti isteda bi se profil istiskivao sa željenom geometrijom.

Imajući u vidu predhodne napomene i sređivanjem izraza(8) i (9),može se dobiti zakon promene kalibrirajućeg pojasau obliku:

,00

ki

ki lO

Ol (10)

Iz izraza (10) proizilazi da su radne površine matriceobrnuto srazmerne relativnim obimima elemenata profila.

Izraz (10) daje mogućnost da se za zadatu vrednost radnepovršine referentnog elementa profila lk0 izračuna radnapovršina i-tog elementa lki.

Slika 5. Radne površine matrice[3]

Problem je kako zadati vrednost radne površine referentnogelementa i kako uzeti u obzir položaj elemenata profila uodnosu na središte matrice. U praksi su se pokazala kao dobrasledeća rešenja ovog problema:

kao referentni, bira se najudaljeniji element profilaod centra matrice sa najmanjom debljinom zida;

44

njemu se dodeljuje radna površina koja mora bitinajmanje 1.5 mm a najveća vrednost zavisi odgeometrije profila.

Za najudaljeniji referentni element, radna površinase računa po formuli (10).

Zbog različite udaljenosti elemenata profila odsredišta matrice neophodno je uvećati radnupovršinu za 0.5 mm na svakih 13 mm, počev odperifernih elemenata prema centru matrice.

Na osnovu navedenih napomena predlaže se formula zaodređivanje radnih površina i-tog elementa koja uzima uobzir rastojanje i-tog elementa od središta matrice.

.n0.5rjegder ii00 ki

ki lO

Ol (11)

U obrascu (11), vrednost za n uzeti kao broj deonica odreferentnog elementa do središta matrice (primer sl. 6).

Zbog složenosti problema, svaka presaonica koja se baviovom tehnologijom ima u svom sastavu službu korekcijealata. Naknadna korekcija dužine kalibrirajućeg pojasa možese izvesti skidanjem materijala sa čeone ili izlazne strane, štoje prikazano na slici 9.

Slika 9. Korekcija kalibrirajućeg pojasa: a.-matrica prekorekcije, b.-smanjenje kočenja i c.-povećanje kočenja.

4. ZAKLJUČAK

Na osnovu svega izloženog u ovom radu mogu se izvućisledeći zaključci:

1. Postavljena je funkcionalna zavisnost između dužinakalibrirajućeg pojasa matrice, sa jedne strane iparametra relativnog obima elemenata profila sadruge strane kao i položajnog parametra istihelemenata profila ri.

2. Na bazi eksperimentalnih istraživanja tečenjaodređenih legura može se naći korektivni faktor ri

koji uzima u ozir položaj elemenata profila u odnosuna središte alata, kao i optimalnu dužinukalibrirajućeg pojasa svih elemenata profila.

LITERATURA

[1] T. Marinković, D. Temeljkovski, Lj. Janković, D,Vukićević, P. Popović: Prilog istaživanju uticaja oblikaprofila na tečenje materijala pri istosmernomistiskivanju, Prvi međunarodni naučno-stručni skup izoblasti teške metologradnje, Kruševac, 7-8 oktobar1993.

[2] K. Müller i saradici: Fundamentals of extrusiontechnolog, Giesel Verlag Gmbh, 2004.

[3] P. Poluhin i dr,: Presovanie aluminievih splavov,Metalurgija, Moskva, 1993.

[4] D. Stöckel, K. Müller, H. Claus, Metall41,1987.

45


DECEMBAR,2014.

ANALIZA OSCILATORNE UDOBNOSTI TRAKTORA SA ASPEKTA SISTEMAELASTIČNOG OSLANJANJA

ANALYSIS OF THE OSCILLATORY COMFORT OF TRACTOR FROM ASPECT OFSUSPENSION SYSTEMS

Boban Cvetanović, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.Miljan Cvetković, Visoka tehnička škola strukovnih studija, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj – Smanjenje vibracija i amortizacija udara, kod poljoprivrednih traktora, izvodi se prekoodgovarajućih sistema elastičnog oslanjanja. Većina starijih modela traktora, osim sedišta ipneumatika, nemaju drugi efikasni sistem oslanjanja, dok proizvođači savremenih modelatraktora konstantno usavršavaju postojeće i razvijaju nove sisteme elastičnog oslanjanja. Ovajrad daje pregled različitih sistema elastičnog oslanjanja kod savremenih traktora sa analizomsposobnosti tih sistema da obezbedE oscilatornu udobnost vozila i komfor vozača.

Ključne reči: Vibracije. Traktori. Ogibljenje.

Abstract – The reduction of vibration and shock at agricultural tractors performed throughappropriate suspension system. Most of older tractor models, except in the seat and tires, don’thave other efficiency suspension system, whereas the manufacturers of modern models constantlyimproving and develop new solutions and suspension systems. This paper provides an overview ofthe different systems of suspension at modern tractors with the analysis of the ability of thesesystems to ensure oscillatory comfort of vehicles and driver comfort.

Key words: Vibrations. Tractors. Suspension system.

1. UVOD

Pri kretanju traktora u radnim uslovima, čitavakonstrukcija vozila, pogonski i pomoćni agregati izloženi susnažnom dejstvu vibracija. Vibracije su posledica delovanjasila i momenata nastalih u samom motoru u procesu rada,pomeranja i rotacije delova vozila, kao i obrtanja pneumatikau interakciji sa neravninama podloge po kojoj se vozilokreće. Radi se o vibracijama visokih intenziteta, širokogfrekventnog opsega, koje se od motora, preko transmisije išasije, putem elastičnih, poluelastičnih i krutih veza prenosedo kabine i dalje preko poda, sedišta i radnih komandi dodonjeg dela leđa ili stopala vozača. Ove vibracije mogunepovoljno uticati na vozača izazivajući kratkoročne idugoročne negativne efekte po zdravlje [1].

Iz ovih razloga se, danas, pri konstrukciji traktora, poredostalog, postavljaju sve stroži zahtevi u pogledu postizanjamaksimalne oscilatorne udobnosti vozila. Drugim rečima odvozila se zahteva da u toku vožnje, pri različitim uslovimakorišćenja, svede negativni uticaj oscilacija pojedinih delovakonstrukcije na čoveka, na najmanju meru i obezbedi komforvozača pri radu [2],[3].

Poboljšanje oscilatornog komfora na poljoprivrednimtraktorima ostvaruje se primenom odgovarajućih sistemaelastičnog oslanjanja, a značajnu ulogu igraju i pneumatici isedište traktora. Sistemi elastičnog oslanjanja nalaze se navitalnim delovima traktora koji trpe najveće udare i vibracije,a to su osovine i kabina [4],[5].

U radu će se izvršiti analiza sistema elastičnog oslanjanjakod savremenih traktora, sa akcentom na njihovu sposobnostobezbeđivanja oscilatorne udobnosti i komfora vozača.

Nakon uvoda, u drugom poglavlju, razmotriće se teorijskii praktični ravanski oscilatorni modeli traktora sa aspektaoscilatorne udobnosti. U trećem poglavlju će se dati pregledsistema elastičnog oslanjanja koji se ugrađuju u savremenetraktore (kabinski i osovinski). Na kraju je dat zaključak iliteratura.

2. TEORIJSKI MODEL TRAKTORA SA ASPEKTAOSCILATORNE UDOBNOSTI

Prve savremene konstrukcije poljoprivrednih traktora,koje su se pojavile pedesetih godina prošlog veka,predstavljale su značajan napredak u pogledu poboljšanjaperformansi kao što su snaga, prenos ili brzina. Ipak, većinapoznatih proizvođača traktora smatrala je optimiziranjesistema elastičnog oslanjanja na traktoru, složenim poslomkoji nema veliki ekonomski efekat. Kod ovih traktora,amortizovanje udara i obezbeđenje određene udobnosti privožnji, vršili su pneumatici (sa svojim prigušnim svojstvima)i uglavnom prosta mehanička sedišta, bez dodatnih sistemaelastičnog oslanjanja. U literaturi se ovakvi traktori nazivajuneogibljeni ili elastično neoslonjeni. Ravanski oscilatornimodel takvog traktora, prikazan je na slici 1.

46

Slika 1. Ravanski oscilatorni model traktora bez sistemaelastičnog oslanjanja [6],[7].

Sa c, c1 i c2 označeni su krutost sedišta i krutosti prednjihi zadnjih pneumatika dok su sa k, k1 i k2 označeni prigušenjasedišta, odnosno pneumatika. Iako bi ovaj model, sarazvojem traktorskih sistema, trebalo sada da bude teorijski,on je i dalje realan model jer dosta malih proizvođačatraktora (među njima i srpski proizvođač IMT) i daljeproizvodi modele traktora ovakvog tipa.

Drugi referentni slučaj je potpuno elastično ogibljentraktor. To je teorijski idealni poljoprivredni traktor, saaspekta udobnosti vozila i redukcije vibracija (slika 2.).

Slika 2. Teorijski idealni oscilatorni model traktora saaspekta oscilatorne udobnosti [6],[7].

Ovakav traktor bi imao odgovarajuće sisteme elastičnihoslanjanja (SEO) na svim kritičnim tačkama celekonstrukcije. Osim elastično-prigušnih svojstava pneumatika(SEOP1 i SEOP2) i elastično oslonjenog sedišta (SEOS) koji susastavni delovi svakog traktora (i možemo govoriti samo onjihovom kvalitetu tj. efikasnosti), ovakav traktor bi imaoelastično oslonjenu kabinu (SEOK) i elastično oslanjanje naprednjoj i na zadnjoj osovini (SEO1 i SEO2). U praksi ovakavtraktor ne postoji jer se smatra ekonomski neisplativim, a nijepraktično ni proverena efikasnost kombinacije ogibljenjasvih vitalnih delova sa strane redukcije oscilacija.

Danas svi značajni proizvođači traktora (Massey Fergu-son, John Deere, Class, Fendt, CAT, Case, New Holland,Fendt, Kubota, Valtra, JCB …), u skladu sa specifičnomnamenom traktora, razvijaju veoma različite koncepte i

konstruktivne izvedbe sistema za elastično oslanjanje iamortizovanje dinamičkih opterećenja. Tako se danasproizvode traktori sa ogibljenom kabinom, sa ogibljenimosovinama, kao i kombinovani sistemi (npr. ogibljena kabinai prednja osovina).

3. SAVREMENI SISTEMI ELASTIČNOGOSLANJANJA KOD TRAKTORA

Tokom sedamdesetih godina prošlog veka razvijani sueksperimentalni sistemi ogibljenja traktora i to samo kaodokaz da takvi sistemi mogu postojati kod ovakvih vozila.Nakon ostvarenja značajne redukcije nivoa vibracija nasedištu, pokušalo se da takve sisteme uklope u postojećekonstrukcije traktora. Nažalost, iako je nekoliko proizvođačatraktora razmatralo uvođenje ovih sistema u svoje proizvode,većina nije ništa konkretno uradila sve do kraja osamdesetihgodina, smatrajući da ne postoje zahtevi za ovim segmentomkonstrukcije na tržištu.

Međutim, od devedetih godina prošlog veka svi vodećiproizvođači traktora počeli su da razvijaju različite koncepte ikonstruktivne izvedbe sistema za elastično oslanjanje. Kodvećine proizvođača traktora, aktivnosti su, uglavnom, bileusmerene ka razvoju i primenu sekundarnih elastičnihoslanjanja, tj. ogibljenja kabine i u određenoj meri sedišta, a umanjoj meri razvoju primarnog oslanjanja, tj. oslanjanjuosovina. Naime, ugradnja efikasnog oslanjanja na osovinamatraktora predstavlja skupo rešenje i težak konstruktorskizadatak jer traktor treba da vuče oruđa koja zahvatajuzemljište, da ima stabilan sistem za nošenje priključnihmašina i da vuče težak teret u nepovoljnim, terenskimuslovima (sa gumama velikog prečnika), a pri tom imajednodelnu konstrukciju za prenos snage motor-menjač-zadnja osovina. Zbog toga su, mnogi proizvođači traktorakoji su uspeli da smanje nivoe vibracija pomoću sedišta, kaonaredni, logični korak (a potencijalno i najekonomičniji)videli ugradnju elastičnog oslanjanja na kabini vozača.

3.1. Kabinski sistem elastičnog oslanjanja

Tokom 70-ih prošlog veka brojni istraživački instituti iuniverziteti su razvijali eksperimentalne sisteme elastičnogoslanjanja na kabinama, u početku kao prototipove. Nakonšto su postignuta značajna sniženja nivoa vibracija, narednisistemi su konstruisani na takav način da bi mogli da budujednostavno ugrađeni u tadašnje traktore. Na žalost, u tovreme (kasne 80-te), zbog male potražnje na evropskomtržištu, mali broj proizvođača je razmatrao ugradnju sistemaoslanjanja kabine, bez obzira na njihovu efikasnost. Unarednih 10 godina, nijedan od poznatih proizvođača traktora(Ford, John Deere, Massey Ferguson, International Harvest-er) nije nudio ovo konstruktivno rešenje. Međutim, danassvaki ozbiljniji proizvođač traktora nudi neki oblik oslanjanjana kabini ili se trudi da razvije neko drugo rešenje kako bizadovoljio potražnju na tržištu.

Prvi poznati sistem elastičnog oslanjanja koji je ušao umasovnu proizvodnju, razvio je i ponudio tržištu Renault(danas Claas). Radi se o, sada već čuvenom, “Hydrostable”kabinskom sistemu oslanjanja (slika 3.). Od 1987.godine,kada se prvi put pojavio, našao je primenu u mnogimmodelima traktora [5].

47

Slika 3. Renault ‘Hydrostable RZ’ kabinski sistem elastičnogoslanjanja [5].

Ovaj sistem oslanjanja sastoji se od zavojnih opruga iteleskopskih amortizera (4) na koje se oslanja kabina nasvakom svom uglu (3), dok se bočni položaj kabineobezbeđuje putem poprečnih Panhard stabilizacionih poluganapred i nazad (5), a međusobno identične stabilizacionepoluge (7) obezbeđuju uzdužno pomeranje. Prevrtanje okopoprečne y-ose se sprečava pomoću stabilizacione poluge (6)koja je ugrađena pozadi.

Većina evropskih proizvođača traktora bira jednostavnijesisteme oslanjanja na kabinama, kod kojih je zadnji deokabine oslonjen o zadnju osovinu traktora, s tim da su prednjipivoti postavljeni na elastične oslonce, a bočni položaj uzadnjem delu se obezbeđuje Panhard stabilizacionimpolugama. Ovo rešenje je standardizovano i primenjuje sekao sistem oslanjanja kabine ''Comfort ride'' kod traktoraserije TM, proizvođača New Holland (slika 4.).

Slika 4. New Holland ‘Comfort Ride’ kabinski sistemelastičnog oslanjanja [5].

Neki proizvođači u ovim sistemima koriste hidro-pneumatske elemente, omogućujući na taj način kontroluklirensa kabine kada vozači imaju različitu težinu. Međutim,većina proizvođača bira jednostavnija rešenja koja se sastojeod kombinacije mehaničke opruge i hidrauličnog amortizera,kao što se vidi iz primera traktora proizvođača New Holland(slika 5.).

Slika 5. New Holland ‘Comfort Ride’ kabinski sistemelastičnog oslanjanja- detalj [5].

3.2. Osovinski sistem elastičnog oslanjanja

Tokom 1980-ih, za mnoge proizvođače je ugradnjaelastičnog oslanjanja na osovine bila složeni konstruktorskizadatak i neizvesna ekonomska investicija. Većina ovihrešenja je činilo elastično oslanjanje samo na prednjojosovini, dok je ugradnja oslanjanja na zadnju osovinu bilaznatno složeniji zadatak, s obzirom na promenljivu težinupriključnih mašina i jednodelnu konstrukciju traktora u tomperiodu.

Jedan model traktora Trantor (proizvođač Trantor Inter-national Ltd.), konstruisan i prodavan tokom 1970-ih, bio jedokaz da je moguće napraviti traktor sa elastičnimoslanjanjima na obe osovine. Međutim, ovaj traktor je imao idosta ograničenja u pogledu konstrukcije i raspoloživostidelova. Pored toga, verovatno je napravljen bez proverepotražnje na tržištu, tako da je bio finansijski promašaj. Ostalitraktori sa oslanjanjima na obe osovine, (kao što je bio traktorUnimog, proizvođača Mercedes-Benz), su imali prodajumeđu poljoprivrednicima, ali nisu ispunjavali neke osnovnezahteve koji se stavljaju pred traktor.

Nakon višegodišnjih pokušaja krajem 1980-ih, firmaJCB je napravila model traktora ''Fastrac'', sa pogonom na svačetiri točka, sa elastičnim oslanjanjem na obe osovine, koji jebio u stanju da obavlja sve radne operacije i bude voženbezbedno po putevima brzinom do 65 km/h. Neopterećeniprethodnim pokušajima, u JCB su prvo napravili vozilo saoslanjanjem na obe osovine (verovatno koristeći principe zakonstruisanje komercijalnih vozila), a zatim su ga doradilikako bi vozilo radilo kao traktor. Nakon što se jednodelnakonstrukcija više nije izrađivala, spojene su pogonjeneosovine, preko delova za vešanje, sa šasijom koja ima profilkao merdevine (sl. 6.).

Slika 6. JCB Fastrac osovinski sistemelastičnog oslanjanja [5].

48

Zakrivljene stabilizacione poluge, zavojne opruge,teleskopske opruge i Panhard stabilizaciona poluga (nijeprikazana na slici) čine oslanjanje prednje osovine.Samoravnajući hidro-pneumatski sistem oslanjanja podupirezadnju osovinu, dok gornje i donje stabilizacione polugeobezbeđuju položaj osovine. Poluge protiv prevrtanja (takođenisu prikazane na slici) su spojene i sa prednjom i sa zadnjomosovinom kako bi se obezbedila bočna stabilnost naprevrtanje. Sistem priključivanja u tri tačke i kuka zaprikolicu su vezani direktno za zadnju osovinu. Više od dvedecenije unazad, sa osnovnim konstruktivnim rešenjima kojanisu menjana i ponudom od 6 modela, JCB sa pravom možeda tvrdi da je u pogledu vešanja na obe osovine, Fastracnajuspešniji traktor koji je ikada napravljen.

3.2. Kombinovani sistem elastičnog oslanjanja: kabina-prednja osovina

Ostali glavni proizvođači traktora nisu previše istraživaliopcije sa elastičnim oslanjanjem na obe osovine koji bi naevropskom tržištu bio konkurencija Fastracu, već supočetkom dvadesetog veka na tržište izbacili traktore sapogonom na sva četiri točka, a koji su imali ''opciono''oslanjanje na prednjoj osovini (slika 7.).

Slika 7. New Holland ‘Terraglide’ sistem elastičnogoslanjanja na prednjoj osovini

Njihova konstrukcija je, inače, bila ''konvencionalna'' iimali su snagu veću od 70 kW. Potražnja na današnjemtržištu za ovim rešenjem je takva da se oslanjanje o prednjuosovinu i kabinu mogu smatrati kao standardna ponuda kodsvih traktora za profesionalnu upotrebu. Dva velikaproizvođača traktora New Holland i John Deere, imaju usvojoj ponudi standardni primer ''konvencionalnog''oslanjanja o prednju osovinu traktora sa pogonom na svačetiri točka. Oba modela koriste samoravnajuće hidro-pneumatske elemente u oslanjanju, koje pokreće traktorskihidraulični sistem i koje služe kao opruge i amortizeri.Uzdužno pomeranje osovine se obezbeđuje preko cevastestabilizacione poluge koja pivotira i koja obuhvata prednjuosovinu, a njen zadnji deo je spojen sa centrom šasije traktorapreko sfernog ležaja. Panhard stabilizaciona poluga utiče nabočni položaj osovine, ali je osovina slobodna i može daosciluje na isti način kao i kod konstrukcije bez elastičnogoslanjanja, ali ne može da spreči prevrtanje.

4. ZAKLJUČAK

Bez obzira na kvalitetno sedište i efikasne pneumatike,traktori koji ne poseduju neki od sistema elastičnogoslanjanja (kabine ili na osovinama) imaju zabrinjavajućevisoke nivoe vibracija koje štetno deluju na vozača traktora.Ti nivoi su, kod savremenih traktora sa sistemima elastičnogoslanjanja, osetno manji.

Vodeći proizvođači traktora u svetu, danas, velikupažnju posvećuju usavršavanju postojećih i razvijanju novihsistema oslanjanja traktora sa ciljem obezbeđenja oscilatorneudobnosti vozila. Razlozi ulaganja u ove traktorske sistemesu, pored obezbeđenja komfora vozača i produženja radnogveka vozila, i vrlo stroga zakonska regulativa koja se odnosina nivoe dnevne izloženosti vozača vibracijama.

LITERATURA

[1] P. Servadio, A. Marsili, N. P. Belfiore, Analysis of driv-ing seat vibrations in high forward speed tractors,Biosystems Engineering 97, pp. 171-180., 2007.

[2] B. Cvetanović, Uporedna analiza nivoa vibracija kodtraktora, u zavisnosti od sistema ogibljenja, Zbornikradova Visoke tehničke škole strukovnih studija u Nišu,Niš, 2013.

[3] B.Cvetanović, M. Cvetković, D. Cvetković, M. Ristić,Effect of the suspension on whole body vibration:Comparison of high power agricultural tractors, VIII In-ternational Conference “Heavy Machinery-HM 2014”,Zlatibor, 2014.

[4] A. Marsili, L. Ragni, G. Santor, P. Servadio, G.Vassalini, Innovative System to reduce Vibrations onAgriculture Tractors: Comparative Analysis of Acceler-ation transmitted through the Driving Seat, BiosystemsEngineering 81 (1) pp. 35-47. 2002.

[5] A. J. Scarlett, J. S. Price, D. A. Semple, R. M. Stayner,Whole-body vibration on agricultural vehicles: evalua-tion of emission and estimated exposure levels, Re-search report by Silsoe Research Institute and RMS Vi-bration Test Laboratory for the Health and Safety Exec-utive, 2005.

[6] R.Radonjić i os., Optimiranje traktorskih sistema saaspekta opterećenja ljudskog operatora, Poljoprivrednatehnika 37 (4) pp. 13-22., 2012.

[7] R.Radonjić, Prilog analizi nelinearnih oscilacija traktora,Traktori i pogonske mašine 10 (4), pp. 47-51., 2005.

49


DECEMBAR,2014.

TEHNOLOGIJE RECIKLAŽE OTPADNIH OLOVNIH AKUMULATORA

RECYCLING TECHNOLOGIES OF WASTED LEAD BATTERY

Petar S. Đekić, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.Slađana Nedeljković, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj - Od ukupne svetske proizvodnje, oko 70 % olova se koristi za proizvodnju akumulatora.Ako se uzme u obzir da su akumulatori proizvodi sa kratkim vekom trajanja i da su sastavni deosvih motornih vozila, onda je jasno zašto se generišu značajne količine otpadnih akumulatora.Ukoliko se njima nepravilno rukuje pri odlaganju, otpadni olovni akumulatori zbog svojihsastavnih elemenata (olovo i sumporna kiselina) predstavljaju veliku opasnost po ljudsko zdravljei životnu sredinu. U radu je dat pregled postupaka koji se koriste pri reciklaži otpadnihakumulatora u cilju iskorišćenja sirovine i smanjenja štetnog uticaja na životnu sredinu i ljudskozdravlje, kao i njihove prednosti i nedostaci.

Ključne reči: Opasan otpad, olovo, akumulatori, reciklaža

Abstract - Of the total world production, about 70% of lead is used for battery production. If wetake into consideration that the batteries are produced with a short lifespan and are an integralpart of all motor vehicles, it is clear why generate significant amounts of waste batteries. If theyare improperly handled at the landfill, waste lead-acid batteries because of its constituent ele-ments (lead and sulfuric acid) pose a significant threat to human health and the environment. Thepaper gives an overview of the procedures used in the recycling of waste batteries in order to utili-zation of raw materials and reducing the harmful impact on the environment and human health aswell as their advantages and disadvantages.

Key words: Hazardous waste, lead, batteries, recycling.

1. UVOD

Zaštita životne sredine i očuvanje prirodnih resursapostali su jedan od najvećih izazova naučne i svetskejavnosti. Razvoj tehnologije i neprestano ulaganje uproizvodnju novih hemijskih proizvoda stvara sve većekoličine opasnog otpada koji predstavlja potencijalnu pretnjuživotnoj sredini i ljudskom zdravlju. Zbog toga se posebnapažnja poklanja pronalaženju različitih načina tretmanaopasnog otpada (insineracija, reciklaža, solidifikacija itd.).

Pod reciklažom opasnog otpada se podrazumeva procesprikupljanja opasnog otpada, sortiranje i prerada otpada usekundarnu sirovinu. U najčešće reciklirani opasan otpadspadaju: električni i elektronski otpad, otpadna ulja, otpadnegume i otpadni olovni akumulatori.

Olovni akumulatori spadaju u visoko reciklabilneproizvode, a jedini problem u vezi sa njima je toksičnostolova (Pb) i agresivnost sumporne kiseline (H2SO4) .

Činjenica da se 60-70% od ukupne svetske proizvodnjeolova koristi za proizvodnju akumulatora i da su akumulatoriproizvodi sa kratkim vekom trajanja, ukazuju da su onidominantni opasan otpad koji sadrži olovo. Od proizvoda kojisadrže olovo, a koje se recikliraju najkompleksniji su otpadniakumulatori čiji sastav varira u zavisnosti od vrste starihakumulatora. Najveći deo otpadnih akumulatora (oko 80%)

nastaje od tzv. "lakih" starter akumulatora koji sadrže 8-10 kgolova. Ostalih 20% odnosi se na tzv. "teške" akumulatore kojisadrže 20-35 kg olova [1].

Procenat reciklaže olova razlikuju se u svetu, tako da sena primer u Japanu se reciklira 80-90% otpadnihakumulatora, u zemljama EU 30-40%, a u Srbiji samo 6-8%.

Reciklaža starih akumulatora se u Srbiji za sada vrši utopionici u Zajači (kapacitet od oko 10.000 t/god) i u fabriciakumulatora u Somboru (kapacitet od 2.000 t/god) [1,2].

U ovom radu je prikazana mogućnost recilkaže otpadnihakumulatora radi dobijanja sirovina koje se mogu ponovoiskoristiti i da se promoviše recilkaža starih akumilatora.

U drugoj sekciji opisan je princip rada olovnihakumulatora. U trećoj sekciji su prikazani postupci reciklažeotpadnih akumulatora dok je u poslednjoj sekciji datzaključak.

2. PRINCIP RADA OLOVNIH AKUMULATORA

U prirodi se olovo najčešće javlja u vidu sulfida (PbS),kao deo rude galenit. Topljenjem rude galenita se prevodi uoksid čijom redukcijom nastaje neprerađeno olovo. Čistoolovo je plavičastobele boje, samo na svežem preseku jemetalnog sjaja, a potom brzo potamni od stvorenog slojaoksida i baznog olova (II) karbonata Pb(OH)2*2PbCO3, koji

50

ga štite od dalje oksidacije. To je mek, otrovan, teški metal,velike gustine i niske temperature topljenja.

Olovo se u destilovanoj vodi ne rastvara, dok se rastvara ukiselinama sa oksidacionim dejstvom. Pri dejstvu razblaženesumporne kiseline stvara se zaštitni sloj olovo-sulfata PbSO4

te rastvaranje prestaje. Hidroksidi alkalnih metala ne delujuna olovo.

Olovo se koristi za izradu limova, kanalizacionih ivodovodnih cevi ukoliko vode nisu kisele, a naročito zaizradu automobilskih akumulatora i akumulatora za teretniprogram.

2.1. Pločasti akumulatori

Akumulator je uređaj koji služi za prozvodnju električneenergije neposrednim pretvaranjem hemijske energije uelektričnu, a fizički se temelji na principu rada galvanskogćelija (baterije) koji se u najjednostavnijem obliku sastoji od2 elektrode i elektrolita. Akumulator spada u sekundarnegalvanske ćelije, tj. one u kojima su promene reverzibilne, štoznači da se postupcima punjenja akumulator vraća u početnostanje i tako ponovno čini sposobnim za stvaranjejdnosmerne struje. Elektrode u akumulatoru su sunđerastaolovna ploča (elementarno olovo sive boje, negativnaelektroda) i rešetka s olovnim dioksidom (tamno smeđapozitivna elektroda), dok je elektrolit razređena sumpornakiselina (33% kiseline i 67% destilisane vode) [1-3].

Na temelju razlike potencijala između te dve elektrodedolazi do toka struje među njima. Osnovni elementakumulatora je ćelija (dve elektrode u elektrolitu međusobnoodvojene pregradom) čiji je nazivni napon 2V i kojih imaviše, a međusobno su spojeni serijski. Tako su napravljeniakumulatori koji sa 6 ćelija daju napon od 12V. Kada se naakumulator priključi potrošač elektrode od olovnog dioksidase naelektrišu pozitivno, a one od elementarnog olovanegativno. Hemijskom reakcijom se na površini obeelektrode stvara olovni sulfat, pri čemu se sumporna kiselinaveže s pločama, a elektrolit se pretvara u vodu. Kada seaktivna supstanca obe elektrode u potpunosti pretvori uolovni sulfat akumulator je prazan. Prilikom punjenjaakumulatora električnom strujom događa se upravo obrnutareakcija. Vremenom se na površinama elektroda u ćelijamapočinje da hvata kora olovnog sulfata i akumulator postepenopostaje neupotrebljiv, odnosno, nije ga više moguće napuniti[1-3].

Slika 1. Sastavni elementi pločastog akumulatora

Prilikom pražnjenja odvijaju se sledeće elektrohemijskereakcije:

Anoda:

Pb(s)+ SO242- →PbSO4(s) + 2e- (oksidacija pri kojoj olovo

prelazi u olovo-sulfat)

Katoda:

PbO2(s) + 4H+(aq) + SO4

2-(aq) + 2e- → PbSO4(s) + 2H2O(l)

(redukcija pri kojoj olovo-dioksid prelazi u olovo-sulfat)

Ukupna reakcija

PbO2(s) + Pb(s) + 2H2SO4(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O(l)

Kada postanu neupotrebljivi, olovni akumulatorizahtevaju poseban tretman deponovanja i reciklaže. Zbogsvog sastava (olovnih ploča, sumporne kiseline i kadmijuma)akumulatori spadaju u grupu opasnih otpada sa toksičnim inagrizajućim svojstvima opasnim po životnu sredinu izdravlje ljudi.

2.2. Spiralni akumulatori

Tehnologija spiralnih ćelija je radikalna rekonstrukcijaklasičnih pločastin olovnih akumulatora koji je prikazan naslici 1. Primenom olovnih ploča visoke čistoće, koje suproizvedene u obliku spirale, izrađuju se akumulatori kodkojih je površina olova vrlo velika. Specijalna staklena vunakoja se nalazi između ploča, upija elektrolit i na taj način sestvara mali unutrašnji napon [1].

Zahvaljujući jedinstvenoj konstrukciji, akumulatori saspiralnim ćelijama daleko nadmašuje veće klasične pločasteakumulatora u ekstremnim temperaturnim okolnostima (od -40ºC do +40ºC). Snaga startovanja akumulatora na hladnoćiizražava se u CCA (struja hladnog starta), je merilo kojim seizražava koliko ampera se može proizvesti za 30 sekundi natemperaturi od -18ºC. Što se tiče te karakteristike,akumulatori sa spiralnim ćelijama imaju najboljekarakteristike. Visoka temperatura je drugi faktor kojinepovoljno utiče na rad akumulatora. Kada se akumulatorzagreje, elektrolit isparava i kapacitet akumulatora sesmanjuje. Što se tiče ovog problema, akumulatori saspiralnim ćelijama manje su podložni štetnim uticajimavisokih temperatura u odnosu na klasične pločasteakumulatore. Izgled spiralnog akumulatora prikazan je naslici 2.

Slika 2. Presek spiralnog olovnog akumulatora1-kompaktni, liveni priključci, 2-liveno plastično kućište, 3-olovneploče velike čistoće, 4-sigurnosna slavina protiv požara, 5-polovizaštićeni protiv korozije, 6-kompaktno umotane spiralne ćelije, 7-specijalna mikroporozna staklena vuna.

Specijalna mikroporozna staklena vuna u celosti upijaelektrolit između spiralnih ploča, zbog toga i prilikomfizičkog oštećenja akumulatora, elektrolit ne može da iscuri,što predstavlja daleko veću sigurnost za ljudsko zdravlje i zaživotnu sredinu.

51

Akumulatorska posuda osigurava dobru zaštitu, tako dabaterija nastavlja sa radom čak i ako je jedna od ćelijaoštećena. Ne zahteva održavanje, vodonik i kiseonik koji sestvara unutar akumulatora, automatski se pretvara u vodu.Zato nema potrebe dopunjavati ćelije vodom. Akumulatori saspiralnim ćelijama zbog minimalnog "samopražnjenja",mogu se skladištiti više od godinu dana, bez dodatnogpunjenja [3].

3. POSTUPCI PRIMARNE PRIPREME I RECIKLAŽEOTPADNOG OLOVA

Iz gore navedenog, zaključuje se da je olovni akumulatorsložen proizvod koji se sastoji od olova, olovnih legura,olovnih oksida, olovosulfata, delova od plastike (polietilen,polipropilen, polivinilhlorid, tvrda guma), kiseline i bakarnih,odnosno mesinganih delova.

Reciklaža otpadnih akumulatora se danas realizuje na dvanačina:

direktnim topljenjem i topljenjem posle prethodne pripreme - separacije,

odnosno posle razlaganja starih akumulatora na različitekorisne frakcije odvojene od nekorisnih frakcija.

3.1. Direktno topljenje

Direktno topljenje je najstariji način reciklaže otpadnihakumulatora. Prvi uređaji za reciklažu bile su šahtne peći,koje se u metalurgiji olova koriste za redukciono topljenjeolovnog aglomerata. Razlomljeni akumulatori dodavani su ušaržu ovih peći u mnogim topionicama olova. Kasnije su ovepeći podešene za čisto pretapanje otpadnih akumulatora.Nastajanje sve većih količina otpadnih akumulatora dovelo jedo razvijanja i usavršavanja procesa prerade. Danas sedirektno topljenje realizuje u šahtnim pećima, elektropećima ikratkim bubnjastim pećima. Samo u šahtnim pećima mogućeje direktno pretopiti otpadne akumulatore bez ikakveprethodne pripreme. Za druge agregate potrebno je šaržiratiprethodno "razgrađene" otpadne akumulatore. Sam procesrazgrađivanja je spor i skup, bilo da se obavlja ručno iliupotrebom testera za otsecanje glave akumulatora ipražnjenje kutija. Sva tri načina topljenja zahtevaju dodatakgvožđa za vezivanje sumpora iz akumulatora. Zbog toganastaje međuprodukt - olovni kamen sa 5-15% olova koji sedalje teško prerađuje [2].

Suština ovih postupaka je da se metalne komponentepretope, oksidne redukuju do metala, a sulfatne prevode usulfide. Kao korisni proizvod dobija se olovo sa manjimsadržajem antimona koje se mora dalje prerađivati uodgovarajuću leguru. Najveći nedostatak ovih postupaka ješto u procesu topljenja sagorevaju PVC-separatori, paprodukti sagorevanja sadrže veliku koncentraciju hlora (do25%), što stvara velike teškoće pri prečišćavanju produktasagorevanja.

Izneti nedostaci direktne metalurške prerade otpadnihakumulatora doveli su do razvijanja postupaka za prethodnupripremu otpadnih akumulatora.

3.2. Tonoli postupak

Tonoli postupak koristi teško-topljivu separaciju sa suvimusitnjavanjem. Preko uređaja za doziranje materijal dospevau bubanj za sušenje. Sušnica se greje protivstrujno i

istovremeno se vrši i drobljenje. Na izlazu iz bubnja-sušnicematerijal prelazi preko dva sita (otvori 10x10 i 100x100 mm).Kroz prvo sito ispada sitan materijal, tj. osušeni mulj, dokkroz drugo sito prolaze izlomljene kutije, separatori i metalnidelovi. Fina frakcija (pasta) odvodi se na pretapanje u kratkububnjastu peć, gruba se još priprema i onda se daje na teško-topljivu separaciju u kojoj se odvoje plastični delovi odmetalnih. Za stvaranje teške sredine služi sam mulj (pasta) izakumulatora. Proizvodi separacije su: metalni deo, pasta(mulj) i izlomljene kutije sa separatorima [2].

Prerada proizvoda separacije izvodi se prema lokalnimuslovima. Metalni deo se pretopi i po skraćenom postupkurafiniše (odbakri i oslobodi arsena), dolegira se antimonom ilije. Nemetalni oksidni deo (pasta), dodaje se šarži zaaglomeraciono prženje, ili se pak prerađuje u kratkimbubnjastim pećima, uz dodatak reducenta i topitelja. Finafrakcija (pasta) pre pretapanja u kratkim bubnjastim pećima,može se prethodno peletizirati ili iz nje proizvesti olovo-sulfat. Oksidni deo može da posluži i kao sirovina zadobijanje visokokvalitetne olovne gledi i Pb-minijuma.

Slika 3. Aparativna tehnološka šema Tonoli - postupka zapripremu olovnih akumulatora

1-uređaj za šaržiranje, 2-bubanj za sušenje i drobljenje, 3-bubnjastasita 10 i 10 mm i 100x100 mm, 4-TTseparator, 5-sito za plastiku, 6-sito za olovo, 7-vibrododavač, 8-taložnik, 9-vakuum filtri, 10-taložnik, 11-medjurezervoar, 12-posuda za vodu.

U "RMHK-Trepča" u Kosovskoj Mitrovici instalirano jepostrojenje za reciklažu otpadnih akumulatora Tonolipostupkom kapaciteta 20 000 t/god.

3.2. Kontinuirana prerada

Kontinuirana prerada otpadnih akumulatora umetalurškim agregatima za proizvodnju antimona je takođejedna od metoda prerade otpadnih akumulatora. Osnovninedostatak ovih agregata jeste njihova dispozicija, štopovećava transportne puteve, kako sirovina i međuprodukata,tako i produkata sagorevanja. Priprema otpadnih akumulatoraizvodi se tako što se testerom odseče poklopac akumulatorazajedno sa gornjim delovima "češlja", spojnicama i polovima.Sledeća operacija je istresanje elektroda, tako što se kutijapostavi tako daje dno okrenuto nagore. Povlačenjem nagorekutija se skine i ispere vodom. Posle skidanja kutijerazmaknu se elektrode i povade separatori. Elektrode bezseparatom se odlažu, a zatim prenose do mesta ispod kratkihbubnjastih peći. Sve operacije se izvode nad prvim taložnimdelom neutralizacione jame, tako da se sva tečnost (elektroliti voda od ispiranja) sliva u taložni deo jame. Ovaj deo jame

51




















51




















52

se povremeno čisti, a mulj odnosi na redukciju u kratkebubnjaste peći, dok se drugi deo jame se dodaje isitnjenikalcijum-oksid dok se ne dostigne pH 7-8. Deponovanimetalni materijal (češljevi, spojnice, polovi, rešetke i traka iznegativne elektrode), olovni oksidi (PbO) i olovo- sulfat(PbS04) prikuplja se u zagrejanoj peći uz dodatak koksa [3].

Na konstantnoj temperaturi u rasponu od 480°C do500°C, pretapa se metalni deo i izliva olovo-antimon legura uodgovarajuće kokile. Posle izlivanja metala, izlivni otvor sezatvori, uključi elektromotor za rotiranje peći, doda topitelj ipeć zagreva do temperature od 1000 do 1100°C. Posleodređenog vremena se obustavi zagravanje, izlivni otvornamesti u najnižu tačku i metal izlije u kokile. Nakonizlivanja metala, u lonce se izlije šljaka koja se posle hlađenjai razbijanja odnosi na deponiju. Ohlađeni metal dobijen uprvoj fazi bogat antimonom, vadi se iz kokila i u datommomentu podvrgava dolegiranju. Metal dobijen redukcijompredstavlja veoma siromašnu legura antimona tako da seoksidnom rafinacijom lako može doći do tzv. mekog olova.Produkti sagorevanja koji nastaju u kratkim bubnjastimpećima sadrže mnogo prašine. Odstranjivanje prašine izprodukata sagorevanja vrši se kroz filter vreće i ona se vraćana redukciju u kratke bubnjaste peći. Dobijena šljaka zavreme redukcionog topljenja akumulatorskog otpada, zavisnood načina vođenja procesa, sadrži veći ili manji procenatantimona. Ukoliko hemijske analize pokažu daje sadržajantimona iznad 10%, to se ova šljaka podvrgava posebnojpreradi 3.

3.2. Hidroseparacija

Hidroseparacija je visoko automatizovan postupak.Olovni akumulatori sadrše dve osnovne frakcije tešku(metalno Pb, Pb-Sb legura, sulfati i oksidi) i laku (plastika,ebonit, polietilen, polihlorvinil, fenolit, polipropilen i sl.).Nakon drobljenja akumulatora, ove dve frakcije se mogurazdvojiti u suspenziji određene gustine (hidroseparacija). Prigustini suspenzije od 1800 kg/m3, razdvajaju se laka i teškafrakcija u hidrociklonu. Na ovaj način se dobijaju triproizvoda Pb-Sb legura sa 91-92 % olova, oksidno-sulfatnapasta i mulj sa 62-68 % olova i laka nemetalna frakcija 4.

Tabela 1. Tehnološki parametri prerade otpadnih olovnihakumulatora hidroseparacijom 4.

Produkt Udeo[%]

Sadržaj [%] Izvlačenje [%]

Pb Sb Cl Pb Sb Cl

Krupnije Pb 16.0 91.35 3.27 0.01 23.84 28.6 0.09

Sitnije Pb 17.3 89.26 5.80 0.08 25.23 54.7 0.79

Pasta 21.1 71.01 0.80 0.61 24.50 9.1 6.91

Mulj 23.1 66.88 0.57 0.35 25.28 7.1 4.47

Kutije 15.1 2.37 0.03 0.64 0.58 0.3 5.18

Separatori 7.4 4.73 0.05 20.71 0.57 0.2 82.61

Treba napomenuti da je usitnjavanje akumulatora veomatežak posao, jer imamo više vrsta plastike čija se sposobnostusitnjavanja menja sa promenom temperature. Postojiproblem i kod usitnjavanja metalnih delova koji su skloniplastičnoj deformaciji. Samim tim proizvodi usitnjavanja sukrupna zrna koja zahtevaju upotrebu robusnih uređaja zatešku sredinu.

U daljoj preradi paste i oksida iz otpadnih akumulatora,postoji zahtev da prečišćeni gasovi ne sadrže u sebi SO2 i SO3

u količinama većim od dozvoljenih. Taj problem se rešavaprocesom desulfuracije, tako da 97% količine sumpora kojise nalazi u pasti (PbSO4) prelazi u Na2SO4, a svega 3% sevezuje u šljaci u obliku dvojnog sulfida. Na ovaj način seneutrališe i mala, zaostala količina sumporne kiseline, pa se itaj opasni zagađivač tako eliminiše [5].

4. ZAKLJUČAK

Otpadni olovni akumulatori spadaju u opasan otpad kojise generiše u velikim količinama obzirom da su akumulatoriproizvodi sa kratkim vekom trajanja a sastavni su delovi svihmotornih vozila. Otpadni akumulatori su visoko reciklabilniproizvodi, a jedini problem u vezi sa njima je toksičnostolova (Pb) i agresivnost sumporne kiseline (H2SO4) .

U cilju smanjenja negativnog uticaja koje ovaj otpad imana ljudsko zdravlje i životnu sredinu, do sada su razvijenirazličiti postupci za reciklažu otpadnih akumulatora: direktnotopljenje, Tonoli postupak, kontinuirana prerada,hidroseparacija.

Prednosti reciklaže otpadnih akumulatora su sledeće:

Štednja prirodnih resursa, Štednja energije (nema trošenja energije u primarnim

procesima prerade sirovine, kao ni u transportu koji teprocese prati, a dobija se dodatna energija sagorevanjematerijala koji se ne recikliraju),

Zaštita životne sredine (otpadni materijali zagađujuživotnu sredinu, pa se reciklažom smanjuje negativanuticaj na životnu sredinu),

Otvaranje novih radnih mesta (procesi u reciklažimaterijala podrazumevaju ulaganje znanja i rada, štostvara potrebu za radnim mestima).

LITERATURA

[1] A. Stojanov, D. Ugrinov, Problematika prikupljanja ireciklaže istrošenih olovnih akumulatora, Zaštitamaterijala, Vol. 51, No. 4, 2010.

[2] R. Vračar, B. Nikolić, Ekstraktivna metalurgija olova,Beograd 1995.

[3] I. Ilić, Z. Gulišija, N. Radovanović, M. Sokić, V.Matković, J. Marinković, Resursi i reciklažasekundarnih sirovina obojenih metala, RTB Bor,Institut za bakar, Indok centar, Bor, 2002.

[4] J. Milivojević, S. Arsovski, M. Đorđević, Pristup ocenipostojećeg sistema reciklaže motornih vozila na krajuživotnog ciklusa u Srbiji, Kvalitet, Vol. 18, No. 7-8, pp.74-77, 2008.

[5] Jakšić LJ., Vračar R., Janušević Z., Čikara D.,Mogućnosti prerade paste i oksida iz starihakumulatora bez zagađenja atmosfere, Zbornik radovaEko-konferencija “Ekološki pokret grada Novog Sada”;2003.

53


DECEMBAR,2014.

HIDROGEOTERMALNI POTENCIJAL NIŠKE BANJEHYDROGEOTHERMAL POTENTIAL OF NIŠKA BANJA

Anica Milošević, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.Mladen Tomić, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj - Geotermalni resursi termalnih i termomineralnih voda se u Srbiji simbolično koriste, iako naša zemlja po geotermalnom potencijalu spada u bogatije zemlje. Veliki značaj za Srbijuimalo bi korišćenje geotermalnih resursa termalnih i termomineralnih voda za potrebe grejanja itoplifikaciju područja, što predstavlja sigurnu energetsku alternativu. U ovom radu je izvršenaanaliza postojećih hidrogeotermalnih izvora u opštini Niška banja, na bazi ostvarene uštede uenergiji i smanjenja emisije CO2.

Ključne reči: hidrogeotermalni potencijal, energija, emisija CO2

Abstract - Geothermal resources of thermal and mineral waters in Serbia are only symbolicallyused, although Serbia has one of the highest potentials. Geothermal resources of thermal and min-eral waters could have significant importance for Serbia as a safe energy alternative for heating.This paper analyzes the existing hydrogeothermal resources in the municipality of Niska Banja, onthe basis of actual energy savings and CO2 emission reductions .

Key words: hydrogeothermal potential, energy, CO2 emission

1. UVOD

Republika Srbija se nalazi u zoni povoljnih geotermalnihpotencijala i resursa, sa petrotermalnim i hidrogeotermalnimenergetskim izvorima kojima obiluje u značajnoj meri.Korišćenje ovog vida energije za proizvodnju električne itoplotne energije je nedovoljno iskorišćeno u odnosu naprocenjeni potencijal i resurse, obzirom na veliki broj banja iprirodnih izvora sa vodama temperature većim od 30°C irazličitim stepenom prirodne izdašnosti. Na osnovu urađenihmerenja toplotni tok je iznad prosečnog za Evropu (60mW/m2), odnosno od 80 do 120 mW/m2 [1,2,3].

U strukturi domaće proizvodnje primarne energije za2013. godinu, obnovljivi izvori energije učestvuju sa 1.835Mtoe što je 16 %, u domaćoj proizvodnji primarne energije.U ovoj strukturi najveće je učešće čvrste biomase 58 %,hidropotencijala 41 %, dok biogas, energija vetra, sunca igeotermalna energija učestvuju sa manje od 1% [4]. S drugestrane, u domaćinstvima u Srbiji se troši približno 40%finalne energije, od čega skoro polovina otpada na grejanje(slika 1) [5,6]. Struktura potrošnje energije za grejanje jeizuzetno nepovoljno: 14 % stanova su povezani na cenralnogrejanje; 12% je povezano na lokalne kotlarnice, 14 %domaćinstava koristi električnu energiju za grejanje, 10%prirodni gas, dok 50% koristi čvrsto gorivo [7].

U ovom radu je izvršena analiza potencijalahidrogeotermalnih izvora u opštini Niška banja. Rad imasledeću strukturu: u drugom poglavlju je dat pregledhidrogeotermalnih potencijala u Republici Srbiji, u trećempoglavlju je analiziran potencijal opštine Niška Banja i učetvrtom poglavlju je data diskusija rezultata.

Slika 1. Potrošnja finalne energije u domaćinstvima [5]

2. GEOTERMALNI IZVORI U REPUBLICI SRBIJI

U Republici Srbiji postoji 160 izvora geotermalnih vodasa temperaturama većim od 15°C, pri čemu je najtopliji izvoru Vrnjačkoj banji sa 96°C [1,2,3,8,9]. Ukupna snaga tihizvora na teritoriji Vojvodine i centralne Srbije zavisno odprocene iznosi 158÷216 MW i potencijalom od 0,18 Mtoe,odnosno oko 2100 GWh [1,2,3,8,9]. Generalna karakteristikageotermalnih izvora je [1,2,3,8,9]

izdašnost je 10÷20 l/s, temperature vode je 40÷60°C, geotermalni gradijent je 4.5÷7.5°C/100 m voda najčešće sadrži primese gasova (metan), količina suvog ostatka varira 0.42÷13.94 g/l.

Energetski potencijal je uglavnom niskotemperaturni, tako dase hidrogeotermalna energija može koristiti, sa izuzetkomnekoliko izvora, primenom toplotnih pumpi (slika 2.).

54

Slika 2. Odabir sistema za korišćenje geotermalne energije uzavisnosti od temperature [1,10]

Toplotna snaga koja se može iskoristiti iz jednog izvorase može sračunati pomoću izraza = , (1)

odnosno = , (2)

gde su: -maseni protok u kg/s, - zapreminski protok ul/s, - gustina u kg/l, - toplotni kapacitet u kJ/kgK, -razlika temperatura vode na ulazu i izlazu iz sistema u K iliºC.

Za temperaturu na izlazu je usvojeno da iznosi 10°C.

3. POTENCIJAL HIDROGEOTERMALNI IZVORA UOPŠTINI NIŠKA BANJA

U opštini Niška Banja postoje tri izvora: Glavno vrelo,Školska česma i Suva banja, čije su karakteristike date utabeli 1.

Tabela 1 Karakteristika hidrogeotermalnih izvora u opštiniNiška banja [11]

Izvorište Izdašnost[l/s]

Temperatura[°C]

Mineralizacija

Glavnovrelo

35 39 slaba

Suva banja 25 39 slabaŠkolskačesma zanemarljive osobine

Toplotna snaga ovih izvora na osnvu izraza (2) je jednaka = 60 ∙ 4,19 ∙ (39 − 10) = 7290 . (3)

Na osnovu sračunati vrednosti toplotne snage, godišnje semože proizvesti 63860 MWh, odnosno 5491 toe energije.Istraživanje koje je sprovedela opština Niška banja, izdašnostizvora je moguće povećati na 100 i 500 l/s, međutim u tomslučaju dolazi do zamućenja izvora i pada temperature na21°C, odnosno 11°C [11].

Specifična snaga grejne instalacije po metru kvadratnomiznosi 150 W, što u odnosu maksimalnu moguću toplotnusnagu samog izvora daje približno 48600 m2. Sa ukupno258400 m2 stambenog prostora i 15400 stanovnika, prosečna

stambena površina po glavi stanovnika iznosi 17 m2 [12], teje toplotna snaga izvora dovoljna za toplifikaciju naselja od2900 ljudi, što iznosi približno jednu petinu potreba Niškebanje.

4. DISKUSIJA REZULTATA

Specifična toplotna snaga od 150 W/m2 odgovara približnouslovima spoljne projektne temperature, koja je za Niš iokolinu -14.5ºC [13,14]. Kako je potrebna toplotna snaga usrazmeri sa razlikom između spoljašnje i unutrašnje tempera-ture, odnosno ∼ ∆ , (4)

može se na osnovu spoljnih temperatura procenitimaksimalna površina koja se može grejati pri datimuslovima. Rezultati dobijeni za srednju temperaturu zimi,spoljašnju projektnu temperaturu, srednju temperaturu ujanuaru i najnižu zabeleženu temperaturu u januaru su dati iprikazani u tabeli 2.

Tabela 2. Odnos spoljašnje temperature i kapaciteta grejanjatsp ºC ∆t/∆tpro. Populacija

sr. temp. 5.4 0.42 ≈7000sp. proj.

temp.-15.6 1 ≈2900

sr. temp.u jan.

-2.3 0.5 ≈5900

najnižatemp. u

jan.-23.7 1.23 ≈2400

Sa stanovišta projektovanja relevantni su rezultati kojiodgovaraju spoljašnjoj projektnoj temperaturi. Međutim, uslučaju viših spoljašnjih temperatura višak energije odhidrogeotermalnih izvora može da zameni konvencionalneizvore energije za korisnike priključene na daljinski sistemgrejanja. S druge strane, u slučaju kratkotrajnog padaspoljašnje temperature u trajanju od nekoliko dana,domaćinstva bi mogla manjak energije da nadoknadeeventualnim uskladištenjem toplotne energije.

Prema procenama, godišnja potrošnja energije za grejanjestanova u Srbiji kreće se između 150÷250 kWh/m2 god uzavisnosti od starosti i stanja objekata [16,17]. Kao referentnavrednost uzima se 172 kWh/m2prosečne potrošnje energije zagrejanje [17]. Na osnovu ovog se može proceniti ukupnapotrošnja energije za grejanje kao= 4860 ∙ 172 = 836 ℎ, (5)

Ukupna emisija CO2 pri proizvodnji toplotne energije data jeizrazom= = 227.2 2, (6)

gde je Ei - količina i-tog energenta, FEMi faktor emisije i-tog energenta [14].

Energija potrebna za pokretanje toplotnih pumpi za grejanjena hidrogeotermalnu energiju se računa deljenjem vrednostiod 836 MWh sa vrednošću COP-a, koja se kreće od 3 do 5.Potrošnju električne enenergije za rad toplotnih pumpi je stoga= = = 209MWh, (7)

55

Razlika vrednosti energije za grejanje i potrebne električneenergije iznosi 627 MWh i predstavlja ostvarenu uštedu.

Na osnovu faktora emisije za električnu energiju, koji iznosiFEM=0.53 kg/kWh dobija se godišnja emisija CO2 za slučajkorišćenja hidrogeotermlnih izvora= = 110,7 . (8)

Iz ovoga se vidi da je smanjenje godišnje emisije CO2 skoro117 t.

Takođe treba istaći da je energetska efikasnost naših objekatana jako niskom nivou, pri čemu oni mahom spadaju u klasuE. Ako bi se dodatnim izolovanjem objekata smanjilapotrošnja energije u individualnim kućama i u objektima zakolektivno stanovanje na 80 kWh/m2 god moglo bi seuštedeti približno 100 kWh/m2god, odnosno oko 40%trenutne potrebe, a time bi se dodatno povećali kapaciteti zagrejanje i dodatno smanjila emisija CO2.

5. ZAKLJUČAK

U ovom radu je razmatrana mogućnost za korišćenjeniskotemperaturnih hidrogeotermalnih izvora za grejanje nateritoriji opštine Niška banja. Analizom izvorišta se došlo dozaključka da postoje znatni potencijali za grejanje, kao i zasmanjenje emisije ugljendioksida, što pored ekonomskih dajei ekološko opravdanje za njihovo korišćenje.

LITERATURA

[1] Dušan Marković et al., Development of system for ex-ploitation of hydrogeothermal resources of thermo-mineral water of the Niška banja muncipality, IRMES,2011.

[2] http://www.jeffersoninst.org/sites/default/files/Geotermalna%20energija.pdf

[3] http://www.bogatic.rs/index.php?&sectid=3&listpage=9&pgconid=72Republički zavod za statistiku, Energetskibilans Republike srbije za 2013.

[4] Energetski bilans 2008., Ministarstvo za infrastrukturu ienergetiku

[5] Mladen Josijević, Dušan Gordić, Milun Babić, Indikatoripotrošnje finalne energije: poređenje potrošnje energije uKragujevcu, Srbiji, Evropi i Svetu, Festival kvaliteta,2013.

[6] Miletić M., Lukić N., Korišćenje finalne energije udomaćinstvima u Srbiji, 42. Međunarodni kongres KGH,Srbija, Decembar 2011.

[7] Golusin M. et al., Exploitation of geothermal energy as apriority of sustainable energetic development in Serbia,Renewable and sustainable energy reviews, 14 (2), pp.868-871, 2010.

[8] Milojević M, Martinović M., Geothermal energy possi-bilities, exploration and future prospects in Serbia, Pro-ceedings of World Geothermal Congress Kyushu - Toho-ku, Japan, 2000.

[9] Dejan Milenić, Petar Vasiljević, Ana Vranješ, Criteriafor use of groundwater as renewable energy source ingeothermal heat pump systems for building heat-ing/cooling purposes, Energy and Buildings, 42 (5), pp.649-657, 2010.

[10] Minić V., Hidrogeološki uticaj sliva rautovačkog potokana kvalitet termalnih voda niške banje, Acta medicaMedianae, 40 (4), pp. 5 - 37, 2001.

[11] Opštine i regioni u republici Srbiji, Republički zavod zastatistiku, 2012.

[12] http://www.eldi-nis.co.rs/projektovano_grejanje.html[13] Pravilnik o energetskoj efikanosti zgrada, Sl. glasnik RS,

061/2011[14] Holness G., "Energetska efikasnost u postojećim

zgradama-naša najveća šansa za održivu budućnost", 40.međunarodni kongres KGH, Beograd, Decembar, 2009

[15] Milićević D., Vranješ A., Utilisation of hydrogeothermalenergy by use of heat pumps in Serbia – current state andperspectives, World Renewable Energy Congres, Swe-den, 2011.

[16] Bajc T., Kotamina M., Todorović M., Manić D.,Racionalizacija potrošnje energije primenom mera zapoboljšanje energetske efikasnosti na primerupredškolske ustanove, KGH, pp. 65 - 70, 2012.

56


DECEMBAR,2014.

SMANJENJE KOLIČINE MINERALNIH MATERIJA U ZEMLJIŠTU PRIMENOM MODELACEMOS/BUCKETS

REDUCING THE AMOUNT OF MINERAL MATTER IN THE SOIL WITH MODELAPPLICATION CEMOS / BUCKETS

Danijela Zlatković, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj - Preterana upotreba mineralnih đubriva dovodi do promene klime, zagadjenja zemljišta ipodzemnih voda. Sa trenutnom tendencijim rasta stanovništva potrebe za hranom se svakodnevnopovećavaju. Bez primene mineralnih đubriva nemogu se očekivati adekvatni prinosi a primenommineralnih djubriva dolazi do degradacije zemljišta. Samo kontrolom unosa mineralnih đubrivadolazi do smanjenja zagađenja zemljišta i podzemnih voda.

Ključne reči: Zagadjenje zemljišta, kontrola zagadjenja, Cemos/Buckets,

Abstract - Excessive use of fertilizers leads to climate change, pollution of soil and groundwa-ter. With the current tendency of population growth the need for food is increasing daily. Withoutthe application of mineral fertilizers can not be expected to yield adequate and application of fer-tilizers leads to land degradation. Only the control input of mineral fertilizers leads to the reduc-tion of pollution of soil and groundwater.

Key words: Soil contamination, pollution control, Cemos / Buckets,

1. UVOD

Preterana upotreba mineralnih đubriva dovodi dopromene klime i promene količina padavina na zemlji, štopredstavlja najveću opasnost za opstanak živog sveta naplaneti. Iako se smatra da je najveci uzročnik promene klimeneumereno ispuštanje ugljendioksida u atmosveru, nesme sezaboraviti da je i ispuštanja drugih štetnih gasova – azotnihoksida (pretežno od azotnih đubriva u poljoprivredi) velikiproblem koji dovodi do stvaranja efekta staklene bašte.Mineralna đubriva proizvode azotne okside koji su 300 putaopasniji za klimu od ugljen-dioksida[1]. Ne samo dapoljoprivreda koja se zasniva na mineralnim đubrivimaprekomerno troši vodu i dovodi do iscrpljivanja podzemnihvoda, već isto tako razara i prirodnu plodnost zemljišta idoprinosi promeni klime. U ovom radu najveća pažnja biceposvećena degradaciji zemljišta hemizacijom izpoljoprivrede. U drugom poglavlju razmatraće se problemiopadanja plodnosti zemljišta sa primerima koji prikazujuveličinu problema. U sledećim poglavljima prikazuje semodel CEMOS/BUCKET koji predstavlja model koji pratikretanje mineralnih materija kroz zemljište. To je malipokušaj posmatranja kretanja mineralnih materija,korišćenjem jednačina Henderson-Hasselbach i pokušaj da seodredi količina proceđivanja, kao i sastav i količinamineralnih materija koja ostaje u sedimentu.

2. OPADANJE PLODNOSTI ZEMLJIŠTA

Posle relativno kratkog razdoblja, koje se meri udecenijama, intenzivna primena mineralnih đubriva povećavaprinose useva ali, ako se ona primenjuju u prevelikimdozama, dolazi do strukturnog propadanja zemljišta iopadanja njegove plodnosti. Prema ovogodišnjem izveštaju ostanju prirodne sredine [2], skoro polovina plodnog zemljištau Indiji je zahvaćena procesom degradacije. Uzroci ovakvogstanja su višestruki, ali jedan od osnovnih je neracionalnokorišćenje mineralnih đubriva. Korišćenje mineralnih đubrivaje poraslo sa 69,8 kg po hektaru u 1991-92 na 118,3 kg pohektaru u 2011-12 godini[2]. Sa povećanjem mineranihmaterija u tlu dolazi do povećanja nivoa azotnog taloga uplodnom zemljištu, što može da dovede do toksičnog nivoaacidifikacije i značajnog opadanja plodnosti zemljišta kao ido proceđivanja nitrita i naitrata kako u podzemne, tako i upovršinske vode. Obnova ovako zagađenog zemljišta može seočekivati samo u dužem vremenskom periodu, što jeneprihvatljivo sa ovakvom ekspanzijom rasta stanovništva naplaneti.

Nešto preciznija slika o stanju poljoprivrednog zemljištau Evropi može se dobiti iz dokumenata Evropske komisije iz2012 godine[3]. Prema ovoj proceni, degradacija zemljištauključuje više aspekata među kojima je najznačajnijismanjenje količine organske materije u zemljištu. Organskamaterija u zemljištu igra glavnu ulogu u ciklusu ugljenika

57

zemljišta. Zemljište je najveći rezervoar organskog ineorganskog ugljenika koji iznosi oko 1500 gigatonaorganskog i neorganskog ugljenika. Približno 45% zemljištau Evropi ima veoma nizak sadržaj organske materije (stoznači 0 – 2% organskog ugljenika) i 45% zemljišta imasrednji nivo ugljenika (što znači 2 – 6% organskogugljenika). Problem je naročito izražen u zemljama na juguEvrope ali isto tako i u delovima Francuske, Britanije,Nemačke i Švedske[3].

Da bi se bolje razumeli pravi razlozi degradacije zemljištau evropskim i drugim zemljama, od velikog značaja jenedavno objavljeno istraživanje grupe naučnika saUniverziteta Ilinoj u SAD[4]. Prema istraživanjima sintetičkiazot (u mineralnom đubrivu) ne povećava sadržaj ugljenika uzemljištu, odnosno da sintetički azot, smanjuje količinuorganske materije u zemljištu. Prema njihovimistraživanjima, sintetičko azotno đubrivo podstiče razvojmikroorganizama u zemljištu, koji se hrane organskommaterijom – čime se smanjuje sadržaj organske materije uzemljištu. Razlaganjem organske materije u zemljištunjegova sposobnost da zadrži organski azot opada,tako da seveliki deo azota proceđuje kroz zemlji[te i zagađujepodzemne vode u formi nitrata dok jedan deo odlazi uatmosferu u obliku azotnog oksida (N2O) koji je kao gas saefektom staklene bašte opasniji od ugljen-dioksida.Smanjivanjem sadržaja organske materije, zemljište ima svemanju sposobnost da zadrži vodu u svom sastavu i postajezavisno od navodnjavanja, što dovodi do novog proceđivanjaazotnih jedinjena, a u isto vreme takvo zemljište postajeosetljivo i na padavine zbog povećanog oticanje vode ipodložno eroziji.

3. CEMOS/BUCKETS – MODEL ZA TRANSPORTMINERALNIH MATERIJA U ZEMLJU

Povećanje količine mineralnih đubriva, neće povećatikoličine mineralnih materija dostupnih biljkama, već će sesamo povećati zagađenost zemljišta i podzemnih voda. Sakretanjem vode kroz sediment kreću se i mineralne materije.Model CemoS/Buckets[5] prikazuje proceđivanje azotnihđubriva kroz sediment, i njihov sadržaj po dubini. Osnovemodela zasnivaju se na zemljanim kolonama podeljenih na(n) kolona u zemljanom sloju. Hemijska distribucija u zemljipočinje sa međusobnom interakcijom. Pomoć kretanjumineralnih materija kroz zemlju je putem kiše. Količinamineralnih materija sadržana u vodi u svakom sloju posebno,računa se za svaki dan drugim jednačinama. Za početak, zasvaki vremenski korak, potrebno je sračunati vodeni bilans napovršini zemlje "WB". U slučaju pozitivnog vodenog bilansaprogram startuje proces infiltracije, a u slučaju negativnogproces evaporacije. Jednodimenzionalni hemijski transferračuna se sumom kretanja vode kroz proporcionalnu sredinu.

4. JEDNAČINA HENDERSON-HASSELBACH

Za podelu mineralnih materija na delove između zemljaneosnove i vode zavisiće od pH-vrednosti vode. Zbog toga tajkoeficijent se mora korigovati sledećom jednačinom,

baznasredinajeako101

neutralnasredinajeako1

kiselasredinajeako101

1

1

a

a

pKpH

pKpH

, (1)

gde je:

pKa – negativan logaritam od konstne upijanja

5. PROCEĐIVANJE

Količina mineralnih materija iz zemljanog sloja (j) uzavisnosti od Aold(j) kreće se iz tog sloja TL(j-1) u sloj TL(j).Kretanje će zavisiti od količine vode u tom sloju zemlje, tj.infiltriraće se u sledeći sloj.

Anew(j)=Aold(j)+TL(j-1)-TL(j), (2)

j1jeako1

1jjeako)(

jMjx

dLjFjMjxjTjA

jxinput

jTLold

L

, (3)

početni granični uslov je:

Aold(t=o)(j)=A0(j), (4)

gde je:

A0(j)- količina mineralnih materija u zemljinom sloju (j)pre početka simulacije, dL–debljina zemljanog sloja, F–poljski kapacitet, input – koncentracija mineralnih materija uposmatranom sloju, M(j) – sadržaj vode u sloju Mold(j) ikretanje do Mnew(j) sadržaj vode u zavisnosti od vremenskogintervala, n – broj slojeva zemlje, x(j) – količina vode kojainfiltrira iz sloja (j-1) u sloj (j).

6. DEO HEMIKALIJA KOJI OSTAJE U ZEMLJI

Količina mineralnih materija u sloju zemlje (j) zavisiće odAold(j) predhodne količine u tom sloju. TC(j-1)a je količinamineralnih materija u vodenom rastvoru koja kapilarno rastedo sledećeg sloja TC(j), a u zavisnosti je od porasta kapilarnevode u sledećem sloju XC(j) i u zavisnosti je od evaporacijeS(j).

n...1j1 jTjTjAjA CColdnew , (5)

gde je :

jS|jX |jako jejM

|jX|jA

|jX|jSjako jejM

jSjA

ako je j

jT

CC

old

ColdC

1

1

10, (6)

početni granični uslovi su:

Aold(t=0)j=A0j, (7)

gde je:

A0j– količina mineralnih materija u sloju (j),Mj– sadržajvode u zemlji, S– rastuća količina vode, XC(j)– količina vodekoja se uzdiže kroz sloj (j) do sledećeg većeg sloja.

7. ZAKLJUČAK

Zagađenje zemljišta, i zagađenje podzemnih voda kaouniverzalni problem zagađenja životne sredine, je moždajedan od najvećih problema čovečanstva. Degradacija tlakoju vrši čovek, a i priroda, postojeću količinu obradivih

58

površina svake godine sve više smanjuje. Istraživanjaukazuju i na povećanja procesa erozije zemljišta vetrom ismanjanja sloja plodnog zemljišta. Intenzivna primenamineralnih đubriva dovodi do uništenja površinskog slojazemljišta, zato što mineralno, hemijsko đubrivo razarabiofloru zemlje. Korišćenjem matematičkih modela može sepratiti kretanje zagađenja, kretanje vode kroz tlo, i prenošenjezagađujućih materija u dublje slojeve do podzemnih voda.Poznavanjem mehanizama kretanja mineralnih materija idegradacije tla, sama degradacija može se kontrolisatismanjenjem unosa većih količina mineralnih đubriva. Takoneće doći do proceđivanja hemikalija jer će njihova količinabiti smanjena.

LITERATURA

[1] Drought and India’s Looming Food and Water Crisis,Climate Change,

[2] The State of the Environment report 2013,[3] Thematic Strategy for Soil Protection - summary of the

impactassessment,ec.europa.eu/environment/soil/three_en.htm

[4] R. Mulvaney, S. Khan, T. Ellsworth, Synthetic nitrogendestroys soil carbon, Environ Qual, No.1, pp 1821-1832, 2010,

[5] Group of authors, Water management models supportedat Temple, Texas, 2012,.

59


DECEMBAR,2014.

RAZVOJ ZGRADA ZA PARKIRANJE OD NASTANKA DO SAVREMENIH ZGRADA

DEVELOPMENT OF PARKING STRUCTURES FROM THEIR APPEARANCE TOTHE LATEST EXAMPLES

Aleksandra Marinković, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj - U ovom radu je predstavljena forma, obrada fasadnih površina i ogranizacija kretanjakroz zgrade za parkiranje, od pojave ovog tipa zgrada do savremenih primera.

Ključne reči: zgrade za parkiranje, rampa/zavojnica, fasada.

Abstract - In this paper is presented the form, treatment of facades and organization of internalmovement through parking structures, since the appearance of this type of buildings to thecontemporary examples.

Key words: parking structures, spiral ramp, facade.

1. UVOD

Objekti zgrada za parkiranje decenijama se izdvajaju kaoprepoznatljivi arhitektonski sklopovi, karakterističnihlongitudinalnih formi i sa ujednačenim ritmom horizontalnihpunih i praznih traka na fasadama. Ovo su tradicionalnoobjekti čija forma je u potpunosti podređena funkciji i na njihse dugo gledalo kao na ruglo arhitekture koje treba sakriti.Ipak, od pojave do savremenih primera, objekti zgrada zaparkiranje su se menjali u skladu sa potrebama i brojemvozila, načinom doživljaja automobila u javnosti i kretanjemaktuelnih arhitektonskih tendencija. Često su bile deo većihcelina ili smeštene ispod nivoa terena, dok su poslednjihdecenija nihove fasade od prirodnih materijala, pokrivenesolarnim panelima ili predstavljaju zaseban ekosistem.

U ovom radu predstavljena je tranzicija zgrada od „stajeza automobile“ do održive višenamenske strukture primenom- istorijskog metoda u hronološkom prikazu nastanka ifasadne obrade zgrada, metode analize prilikom razmatranjaključnih uticaja na primenjenu formu zgrada i studija slučajau prikazu relevantnih primera objekata iz određenih perioda.

Nakon uvodnog dela, koji prikazuje metodologiju izraderada i upoznaje čitaoca sa pojmom i značajem zgrada zaparkiranje, u drugom delu dat je hronološki prikaz nastankaovih zgrada, od pojave preko prvih izvedenih objekata iobrade prvobitnih fasada do njihovog pozicioniranja kaoneizbežnih struktura u urbanističkim i arhitektonskimplanovima. U trećem delu govori se o dva osnovna načinakretanja kroz zgrade za parkiranje, koji su osnova zatipološku podelu ovih objekata. Četvrti deo predstavljapodzemne zgrade za parkiranje dok se u petom delu govori oobradi fasada nadzemnih objekata ove vrste, iza čega sledizaključak.

2. NASTANAK ZGRADA ZA PARKIRANJE

Termin garaža je u upotrebi od 1902. godine i preuzet jeiz francuskog jezika u kome glagol „garer“ znači „odlagati

robu, skladištiti“. Prvobitne zgrade za parkiranje upravo su iličile na skladišta, uklapane u stil okolnog urbanog tkiva, safasadama koje nisu odavale namenu objekta. Do prvogsvetskog rata izgrađen je mali broj zgrada čija je isključivanamena bilo deponovanje vozila, ovo je dugo bila samoprateća namena zgrada. Prvi automobili bili su bez krova, sakožnim sedištima a boje kojima su farbani nisu trpele duguizloženost suncu, što ih je činilo neotpornim na vremenskeuslove. Parkirani su u unutrašnjosti zgrada, kako bi bilizaštićeni od hladnoće, kiše, sunca i lošeg vremena. Često suparkirani u konjskim stajama i cena parkiranja je bila ista kaocena prenoćišta za konja [1].

Najstarijom višeetažnom zgradom za parkiranje na svetusmatra se Garaža automobilskog društva (sl. 1) koju jeprojektovao Pere a izgrađena je u Parizu 1905. U SAD jezatim izgrađena Garaža čikaškog automobilskog kluba 1907.Ovo je projekat Maršala i Foksa, kojim se vozilimaomogućava ulaz u zgradu sa ulice dok su parking mestadostupna stanovnicima sa svake od etaža zgrade. Fasada je ukolonijalnom stilu, obložena crvenom opekom. Sa početkomproizvodnje Modela T firme Ford, 1908. automobil ulazi umasovnu proizvodnju i broj ovog tipa zgrada naglo raste.

Garaža botaničke bašte, izgrađena 1912. godine (sl. 6) sesmatra najstarijom višeetažnom zgradom za parkiranje uBritaniji. Projektovao ju je arhitekta Vili koji je tokomkarijere projektovao stambene zgrade, fabrike, skladišta istaje za konje, dok je zgrada za parkiranje bila poslednjiprojekat na kome je radio i u njemu se ocrtava kulminacijaplodne karijere ovog arhitekte. Građena je namenski zaparkiranje, čelične je konstrukcije, sa ornamentima stilaBeaux Arts i fasadnom obradom od glaziranog fajansa,svetlozelene i mlečno bele boje. Veliki lukovi, vidljivi nafasadi, uokvireni su keramičkim pločicama u kombinaciji ovedve boje. Spoljni izgled zgrade je vrlo sličan arhitekturiskladišta, iz čijih fasada vuče korene fasadna obrada ranihzgrada za parkiranje. Ova zgrada je uz Blubrd garažu uČelsiju, iz 1924. i Leks garažu u Sohou jedna od retkihsačuvanih zgrada te vrste u Britaniji.

60

Sl. 1. Izgled fasade iz1905.

Sl. 2. Sistem rampi je prvi put primenjen 1918.Etaže u polunivoima upotrebljene su da bi se

rampa maksimalno iskoristila i dobio veći brojparking mesta.

Sl. 3. Enterijer sapodom u nagibu.

Sl. 4. Ulaz/izlaz preko rampi.

Sl. 5. Auto kaoornament kod obrade

prozorskih otvora.

Sl. 6. Fasada u stilu Beaux Arts.

Sl. 7. Osnova tipskeetaže sa zavojnicom.

Sl. 8. Maketa zgrade Melnikova.

Od pojave automobila na njih se gleda na dva načina. Zajedne su samo mašine dok ih drugi povezuju sa slobodom ipokretljivošću koja se ima dok se automobil vozi. Prvobitnosu automobili predstavljali statusni simbol pa ih u najranijimoblicima zgrada za parkiranje dovoze privatni šoferi. Blubrdgaraža je imala stambeni prostor za personalne šofere, koji sutada, kao stručni rukovaoci mašinom, bili nerazdvojni deovožnje automobilom. Kasnije, vozači nisu sami parkirali svojauto već su radnici u zgradi obavljali taj posao. Da suautomobili u početku tretirani kao mašine govori i podatak dau Britaniji toga doba nije bilo dozvoljeno parkiranje pouličnim površinama i na javnom prostoru. U Čikagu je već1918. uklanjanje vozila sa ulice, kako bi se zaštitile vizure„soliterskog grada“, postao prioritet. Holabird i Rošprojektuju vetrikalnu petoetažnu strukturu sa spiralnomrampom, koja će opsluživati Hotel La Sale. Uzani prostor ukoji je smeštena ova zgrada, i potreba da se vozila što bržeuvezu i izvezu iz zgrade za parkiranje, uslovila je vlasnikazgrade da uposli radnike koji su uparkiravali i isparkiravalivozila.

Do 1920. broj automobila u SAD se popeo na desetmiliona i javlja se potreba za parkiranjem u centru grada, jersve više ljudi vozilima svakodnevno dolazi u grad. Tokom1920-tih prvi put se pojavljuje zagušenje saobraćaja naulicama, izazvano velikim brojem automobila, koje narednihdecenija raste. Do 1929. na američkim putevima je bilo 23miliona automobila. Parkiranje je postalo problem i tražio senačin da se uparkira što je moguće više automobila na štomanjoj prostornoj površini. Korišćenje delova zgrada drugihnamena (skladišta, industrijskih zgrada i dr.) za parkiranje,prestalo je da pruža dovoljno mesta. Gradski planeri počinjuda traže nova rešenja za smeštanje vozila. Ovakvo stanjenavodi Enoa, planera poznatog po tome što je prvi uveopravila parkiranja u Americi, na odluku da se u njujorškomcentralnom delu poseče jedan broj stabala kako bi se oformiopraking prostor [1]. Ovo je prvi primer svesnog uništavanjazelene površine zarad formiranja parking prostora.

Nova vrsta zgrada privlači pažnju stručne javnosti, pa jetako u Bostonu, već 1927. prestižna nagrada za dostignuća uoblasti arhitekture dodeljena višeetažnoj zgradi za parkiranjeMotor Mart, sa fasadnim ornamentima, delu arhitekte Dana.U to vreme se aktuelni stilovi već uveliko primenjuju udetaljima ovih zgrada - garaža Rica u Hajd Parku, Čikago, ufasadnoj obradi ima ornamente od terakote u obliku guma ikrilatih točkova (sl. 5), detalje koji su u skladu sa aktuelnimEklektičnim stilom.

Masovna upotreba automobila inspiriše neke odnajpoznatijih arhitekata da se bave smeštanjem parking mestau osnove privatnih kuća. Rajt u projekat stambene zgrade uOak Parku unosi novinu primenom kombinovane namenezgrade. Garažu smešta unutar zgrade a skicira i radionicu zapopravku automobila kao prateći objekat. Arhitekta Flag je uprizemnoj etaži objekta projektovao prostor za automobil.Ovaj projekat je u javnosti postao poznat pod imenom „Novitip gradske kuće“. Le Korbizije 1928. u projekat vile Savojunosi parking mesta za tri vozila. Bel Ged 1931. projektuje„Kuću sutrašnjice“ kako je sam naveo „u duhu novog doba“.Ova zgrada je projektovana u stilu, tada aktuelne, Moderne iimala je aerodinamičnu polucilindričnu formu obavijenu okoparking mesta za dva vozila.

Posle II sv. rata i znatnog rasta broja vozila na ulicama,dolazi do popularizacije predgrađa i produžetka svako-dnevnog putovanja do gradskih centara. U ovo doba supojedine zgrade u SAD imale cele etaže u kojima su samožene mogle da parkiraju svoja vozila. Drugde je nuđenausluga čuvanja dece dok vozači kupuju u zgradi koju zgradaza parkiranje opslužuje. Automobili su u to vreme smatrani ijednim od simbola ženske nezavisnosti, jer je poslovna ženaili domaćica mogla samostalno da se odveze do posla,prodavnice ili centra grada. Sa povećanjem broja radnika kojivreme i novac troše u gradskim centrima povećava se ipotreba za novim parking mestima. Investitorima ipreduzetnicima postaje jasno da je „Dobro mesto zaparkiranje - dobro ulaganje“ i od 1952. dolazi do naglogporasta izgradnje zgrada za parkiranje.

3. KRETANJE UNUTAR ZGRADE

Organizacija prostora u zgradama za parkiranjetradicionalno je povezana sa asocijacijama koje idu uzautomobile te su ove asocijacije u osnovi nastanka dva

60







prozorskih otvora.











60







prozorskih otvora.











61

različita tipa zgrada za parkiranje – mehanizovanih i zgradasa rampama.

Mehanizovane zgrade se pojavljuju još 1920-tih godina.Automobil se ostavljao na ulazu u zgradu a radnici su gadovozili do lifta, koji ga je dalje smeštao u slobodno parkingmesto. Mehanizovane zgrade su preteča današnjihautomatizovanih zgrada za parkiranje. Ipak, ovom tipu zgradefalio je detalj koji je nekim vozačima jako važan – nisu imalislobodu da sami uparkiraju vozilo i da se uvezu i izvezu izzgrade kada požele.

Automatizovane zgrade su najskuplji tip zgrada zaparkiranje, no budući da se izvode na lokacijama sa velikomgustinom izgradnje i da najčešće opslužuju poslovne zgrade,ulaganje se isplati. Nemačke firme Klaus i Vor su lideri uproizvodnji sistema za automatsko upravljanje. Jedan odnajpoznatijih primera automatskog parkirališta su zgrade uVolfsburgu (sl. 9) koje u osnovi predstavljaju dve elipse kojese uzdižu nad pravougaonim vodenim ogledalom [2]. Uštedavremena korisnika, pri odluci da se parkira u automatizovanojzgradi, evidentna je kod garaže Ibn Batuta u Dubaiju, sa 765PM i srednjim vremenom čekanja na povratak automobila, odtrenutka kada se u aparat ubaci kartica sa podacima dopostavljanja vozila u položaj za vožnju, od samo 2,5 minuta.

Sl. 9. Situacioni prikaz zgrada.

Sl. 10. Poprečni presek.

Sl. 11. Brutalistički pristup fasadnoj obradi.

Projektovanje zgrade za parkiranje sa rampama, kojima secirkuliše između etaža, predstavlja za projektante uvek noviizazov, jer se lokacija i zahtevi razlikuju za svakupojedinačnu zgradu. Rampe ne smeju da budu predugačke jerse tako gubi površina korisnog prostora a time i jedan brojparking mesta. Međutim, ne smeju da budu ni previše strmekako bi vozila mogla da se uspnu uz njih. Jedan od najvećihnedostataka ovog tipa zgrade je što se na istoj površini izapremini prostora može smestiti znatno manje vozila negokod automatizovanih zgrada, jer rampe zauzimaju značajniprocenat površine osnove. Ipak, od nastanka do danas, velikavećina ovih zgrada je sa rampom. Razlog tome može biticena zemljišta u gradskim centrima, koja je prethodnihdecenija bila manja od cene izgradnje automatizovane zgrade

[3]. Zagovornici ideje o osećaju slobode, koji ide paralelno savožnjom, pak tvrde da je ovo zbog toga što je mogućnostparkiranja vlastitog vozila jako važna vozačima. Parkingstrukture sa rampom, prema njihovim tvrdnjama, vozačidoživljavaju kao produžetak autoputa.

Zgrada za parkiranje sa rampama predstavlja sistemrampi, pravih ili zavojnih, koji vodi do mesta i kroz nizovemesta za parkiranje. Ovo je tip objekta koji je maksimalnopodređen formi - fasada je najčešće svedena na minimum, savidljivim barijerama za zaustavljanje vozila, dok jeorganizacija objekta u potpunosti definisana kretanjem kroznjega. Možda najefikasniji i svakako jedan od najatraktivnijihprimera zgrade za parkiranje sa rampom je neizgrađeniprojekat Melnikova, iz 1925. (sl. 8). Zgrada je trebalo dabude smeštena iznad jednog od pariskih mostova preko Sene.Longitudinalna forma zgrada za parkiranje, uslovljena pravimrampama duž kojih su nizovi parking mesta, koja vremenompostaje prepoznatljiva odlika ovih struktura, definisana je1948. na zgradi za parkiranje Lu Rida u Majamiju.

Tipičan predstavnik parkinga sa zavojnom rampom sudva tornja, Marina Siti, u Čikagu, (sl. 7) izgrađena 1962.Izgledom asociraju na klipove kukuruza i evociraju dugutradiciju američkih farmera u uzgajanju kukuruznih polja.Zgrade su kružnih osnova, prečnika 32m, sa parkingprostorom u prvih 19 etaža i stambeno/komercijalnimprostorom u narednih 40 etaža. Forma zgrade podređena jekretanju po zavojnici toliko da, iako se radi o zgradi sakombinovanom namenom, do danas ni kod jedne zgrade zaparkiranje nije do te mere naglašena. Duž spirale koja spaja19 etaža, radijalno je poređano 32 PM pa svaka od dvezgrade ima ukupno po 450 PM. Spirala je dvosmerna, uzana,dužine 1 km od nivoa terena do poslednje etaže parkinga, štodovodi do čestih zastoja pri uspinjanju i silasku. Poslednjihgodina aktuelna je inicijativa za revitalizaciju ovih betonskihstruktura, kako bi se učinile energetski efikasnim.

4. PODZEMNE ZGRADE ZA PARKIRANJE

Zgrade za parkiranje se često umeću u osnove većpostojećih stambenih i komercijalnih zgrada i često se gradekao deo suterenskog prostora, što je jeftinije i praktičnije odizgradnje zasebne zgrade za parkiranje. Ovakav pristup štitikorisnike i vozila od nepovoljnih vremenskih uslova kojismanjuju/povećavaju temperaturu u vozilu do nivoa koji jeneugodan za boravak. Podzemnom gradnjom se parkingprostor smešta ispod zemlje, ostavljajući slobodnu površinu uravni terena, što pruža mogućnost korišćenja zemljišta udruge svrhe. Još pre II sv. rata, ideja da je jedina dobra zgradaza parkiranje ona koja se ne vidi imala je pristalice. Na UnionTrgu u San Francisku je 1942. izgrađena podzemna zgrada zaparkiranje sa četiri etaže. U ovoj zgradi je bilo mesta za 1700vozila i mogla je da služi, po predratnim standardima, kaosklonište u slučaju vazdušnog napada. I u drugim američkimgradovima zgrade za parkiranje su čak i u doba najvećeekspanzije, 50-tih i 60-tih godina prošlog veka, građene podzemljom dok je površinski prostor pretvaran u parkove.

Podzemni parking sa samo dve etaže je smatraninovativnim konceptom kada ga je izvođač Leser izgradio1964. ispod desetoetažne stambene strukture na UniverzitetuKalifornija u Los Anđelesu. Razlog za ovakav izbor je bionedostatak prostora za horizontalno proširenje zgrade.

61














61














62

Selestinski Park (sl. 10) izgrađen 1994. u Lionu je zgradaprojektovana tako da se teatralnost njenog enterijera poigravasa vozačevim osećajem stvarnosti i fantazije. Ova građevina,sa 435 PM, smeštena je 22m ispod zemlje i predstavljasedmoetažnu „igru svetlosti i senke“ kroz koju se prolazi upotrazi za slobodnim mestom [2]. Konstrukciju čine tribetonska cilindra i dve spirale. Prvi je obimni cilindar,prečnika 53m, a između ovog i srednjeg cilindra je silaznazavojna rampa sa obostranim nizovima PM. Uzlazna zavojnarampa je između srednjeg i centralnog cilindra i služi samo zaizlaženje iz zgrade parkinga.

5. OBRADA FASADNIH OBLOGA

Tokom 70-tih i 80-tih godina arhitekte projektuju sveveće i sve ogoljenije strukture zgrada za parkiranje. Rudolfprojektuje masivnu individualnu betonsku strukturu u NjuHejvenu (sl. 11). Takav Brutalistički pristup projektovanjuzgrada za parkiranje učinio je da se na ovaj tip zgrada gledakao na objekte koji ruže ulične vizure. Ipak, pojedinearhitekte i tih godina kreiraju projekte koji ostaju zapamćeni.Sa približavanjem XXI veku pojavljuju se fasade kojeskrivaju unutrašnjost zgrade a od njene spoljašnosti praveumetnično delo. Ovakva je fasada koja predstavlja prednjideo Rols Rojs automobila, delo Tigermana iz 1986. (sl. 12).

Svaka od pet platformi Parkhaus Zoo u Lajpcigu, iz 2002.(sl. 13), koje nosi čelična konstrukcija, podeljena je na dvepolovine po kojima se kreću automobili i svaka je sa pojednom prilaznom rampom, postavljenom po kraćoj straniobjekta. Cela struktura je obavijena „velom“ od bambusovogpruća, obuhvatajući i konveksne i konkavne fasadne ravni.Naizgled kompaktna fasadna obloga sastavljena odbambusovog pruća širine 110mm sa razmacima od 75mm,zaklanja automobile od sunčevih zraka i omogućavaventilaciju objekta, pritom formirajući razigrane senke napovršinama enterijera. Primena bambusa aludira napovezanost sa prirodom, što je i glavna premisa zgrade Zoovrta koji ovo parkiralište opslužuje [2].

Sl. 12. Fasada u obliku prednješasije Rols Rojsa.

Sl. 13. Fasadna obloga od bambusovogpruća.

Sl. 14. Izgled zgrade. Sl. 15. Presek kroz višenamenske etaže.

Pletena žica i perforirani metalni paneli su relativnojeftino rešenje za prikrivanje glomaznih betonskih površinana fasadama zgrada za parkiranje, ako pritom ispunjavajuuslove o sigurnosti i bezbednosti zgrade. Atraktivna fasadnaobloga često izdvaja prepoznatljive zgrade od onih drugih, afasada LAPD Motor Transport Divižna iz Los Anđelesa, sa

800 PM karakteristična je po načinu na koji je upotrebljenmetalni omotač. Paneli od pletene mreže, naglašenevertikalnosti, prostiru se preko četiri gornje etaže zgrade. Onisu po vertikali presavijeni ka, od i oko konzolne nadstrešnicekoja natkriva prilaz zgradi i glavne ulaze i izlaze. Pažljivimrazmeštanjem horizontalnih čeličnih šipki različitih dužinapostiže se vizuelni efekat uvijanja vertikalnih mreža. Panelisu obojeni u zelenu boju, čije dve nijanse se preplićuformirajući šare nalik listovima, koji se presijavaju kadasvetlost padne na njih.

Velika gustina naseljenosti u Hong Kongu, rastući brojnebodera i skolonost projektanata ka inovacijama, izvori suinspiracije za projekat kule za parkiranje iz 2011. (sl. 14).Kako bi optimalno iskoristili lokaciju na kojoj je kulagrađena, projektanti su se odlučili za automatizovanoparkiralište na čijim se najnižim etažama nalaze punktovi zaostavljanje i preuzimanje vozila. Prve tri etaže su delimičnoukopane u tlo i mešovite su namene, sa velikim unutrašnjimprostorom koji po potrebi može biti korišćen kaokomercijalni prostor ili za parkiranje (sl. 15). Odavde se, došezdesete etaže, uzdižu četiri tornja sa po 7 PM na svakojetaži. Vrhovi tornjeva su zasečeni kako bi na solarne panelepo njihovoj površini pala što veća količina sunčeve svetlosti,ali i da usmere pešaka, pokazujući stranu sa koje se nalaziulaz u zgradu. Parkirana vozila su vidljiva kroz staklenufasadu, dok su tornjevi međusobno povezani mrežomhorizontalnih i vetikalnih šipki od eloksiranog aluminijuma.Ova mreža služi i kao ram za biljke penjalice, koje se zalivajuatmosferskim vodama. Ideja o održivosti zgrade je bilapokretač za većinu odluka u vezi sa projektnim rešenjemovog objekta. Fotoćelije su utisnute u južnu fasadu zgrade ipredviđa se da će u budućnosti energija koja se akumuliraputem njih moći da se koristi za punjenje parkiranih vozila naelektrični pogon. Ova energija se koristi za višebojnoosvetljenje fasada zgrade, kako bi vozači sa velike udaljenostimogli da se orijentišu ka njoj ali i kako bi se razaznavala usilueti grada.

6. ZAKLJUČAK

Forma i fasadna obrada zgrada za parkiranje znatno jeizmenjena tokom veka njihovog postojanja. Od preuzimanjaforme i fasade postojećih tipova zgrada drugih namena dopotpunog podređivanja forme nameni. Kombinovanje ovenamene sa drugim namenama, u sastavu jednogvišenamenskog objekta, primenjivano je zbog atraktivnihfasadnih površina koje se dobijaju promenom ritma punih ipraznih delova fasade. Na obradi fasada novijih zgrada moguse prepoznati arhitektonski trendovi koji su aktuelni u vremenjihove izgradnje, od prirodnih materijala i organskih formi,preko atraktivnog osvetljenja i razigranih fasadnih površinado fasadnih obloga koje svojim performansama – primenomsolarnih panela i mikro ekosistema, doprinose samoodrživostinovijih zgrada.

LITERATURA

[1] Holtz Kay, J., A Brief History of Parking: The Life andAfter-life of Paving the Planet, Architecture Magazine,Februar 2001.

[2] Henley, S., The Architecture of Parking, Thames &Hudson, Njujork, 2007.

[3] McDonald, S., The Parking Garage: Design andEvolution of a Modern Urban Form, Urban LandInsitute, 2007.

63


DECEMBAR,2014.

VARIJACIJA NORMALNE KRIVINE USLED BESKONAČNO MALOG SAVIJANJAPOVRŠI

CHANGE OF THE NORMAL CURVATURE UNDER THE INFINITESIMAL BENDINGOF A SURFACE

Milica Cvetković, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj - Koristeći osnovnu definiciju normalne krivine u datoj tački p površi S , u pravcu

proizvoljnog vektora iz tačke p , i koristeći vektor koji opisuje sve te pravce, možemo izrazitinormalnu krivinu preko koeficijenata druge kvadratne forme i odrediti njenu varijaciju usledbeskonačno malog savijanja površi date u eksplicitnom obliku.

Ključne reči: Operator oblika. Normalna krivina. Beskonačno malo savijanje. Varijacija.

Abstract - Using the basic definition of the normal curvature at a given point Sp , associated

with every direction from p , and using the vector to represent all these directions, we can ex-

press the normal curvature by coefficients of the second fundamental form, and find its variationunder infinitesimal bending of a surface given in an explicit form.

Key words: Shape operator. Normal curvature. Infinitesimal bending. Variation.

1. UVOD

Operator oblika je vektorska funkcija koja meri savijanjepovrši u različitim pravcima, o čemu je bilo reči u radu [1].Međutim, korisno je imati i realnu funkciju sa istom svrhom.Upravo takva je normalna krivina. U ovom radu je normalnakrivina izražena preko koeficijenata druge kvadratne forme irazmatrana njena varijacije usled beskonačno malog savijanjapovrši date u eksplicitnom obliku.

Poznato je da je varijacija geometrijskih veličina kojezavise od koeficijenata prve kvadratne forme površi, to jest,od objekata unutrašnje geometrije površi, jednaka nuli priinfinitezimalnom savijanju [2].

Varijacija operatora oblika, glavnih krivina i Vilmoroveenergije u tački površi razmatrane su u radovima [3], [4] i [5]redom. Varijacija krivina i funkcija krivina Gaudijeve površidata je u radu [6].

U ovom radu je, najpre, izražena normalna krivina površipreko koeficijenata druge kvadratne forme (poglavlje br.2.),koristeći pritom vektor koji opisuje sve pravce iz date tačkepovrši. Zatim su u poglavlju broj 3. dati osnovni pojmovi uvezi sa beskonačno malim savijanjima površi. U 4. poglavljudata je suština ovog rada: izražena je varijacija normalnekrivine usled beskonačno malog savijanja površi, i na kraju(5. poglavlje) dat je zaključak.

2. NORMALNA KRIVINA IZRAŽENA PREKOKOEFICIJENATA DRUGE KVADRATNE FORME

Jedna od fundamentalnih funkcionala koja meri savijanjepovrši je normalna krivina. Koristeći vektore u standardnojbazi svu xx },{ :

)1,0()(,)0,1()( svsu xx , (1)

i operator oblika S , izrazićemo normalnu krivinu prekokoeficijenata druge kvadratne forme.

Definicija 2.1. [7] Neka je pu tangentni vektor površi3RS , tako da je 1|||| pu . Tada je normalna krivina

površi S u pravcu vektora pu jednaka:

.)()( pppn uuSuk (2)

Može se pokazati sledeća Lema:

Lema 2.1. Normalna krivina površi S u tački Sp , u

pravcu vektora stu )( , jednaka je:

tNttMtLtkn22 sincossin2cos)( , (3)

gde vektor stu )( predstavlja sve pravce:

s

s t

ttu

sin

cos)( , (4)

)2,0[ t i indeks "s" označava vektor u standardnoj bazisvu xx },{ .

Dokaz: Neka je )(STp skup svih jediničnih tangentnihvektora površi S u tački p . Pokazaćemo najpre da skalarniproizvod dva proizvoljna vektora )(, STba p uključuje

64

matricu prve kvadratne forme I (vidi [1]). Posmatraćemovektore a i b u nestandardnoj bazi },{ vu xx :

vu xaxaa 21 , vu xbxbb 21 , (5)

i izračunati njihov skalarni proizvod.

.

)()(

)()(

22122111

2212

2111

GbaFbaFbaEba

xxbaxxba

xxbaxxbaba

vvuv

vuuu

(6)

Odnosno,

bab

b

GF

FE

a

aba I

TT

2

1

2

1. (7)

Koristeći da se matrica operatora oblika može izrazitipreko matrica prve i druge kvadratne forme (rad [1]):

IIIS 1 , i jednačine (2) i (7), za normalnu krivinuvaži sledeće:

.)()(

)(

)()(

1

1

pIT

pIII

ppIII

pppn

uu

uu

uuSuk

(8)

Kako je TTT ABBA )( za proizvoljne matrice A i B ,

i kako su I i II simetrične matrice, sledi da je:

.)()()(

)()(

)()()()(1

1

ppIIpIIT

p

pIIIIT

p

pIT

IT

IIT

ppn

uuuu

uu

uuuk

(9)

U datoj tački Sp normalna krivina se posmatra u

odnosu na određeni pravac koji polazi iz tačke p . Dakle, u

datoj tački p treba izabrati neku vrstu "mernog alata" koji bi

obuhvatio sve pravce u datoj tački p , odnosno, pametno

izabrati vektor koji će predstaviti sve pravce. Neka je, zato,vektor oblika:

s

s t

ttu

sin

cos)( , )2,0[ t . (10)

U ovom slučaju je:

suss xu )()0,1()0( , (11)

svss xu )()1,0(2/( , (12)

i važi da je 1|||| u za svako t. Sa ovakvim izborom vektora,

koristeći (9), važi:

.sincossin2cos

sin

cos

sincos

sincos

sin

cos

sin

cos)(

22 tNttMtL

t

t

tNtM

tMtL

t

t

t

t

NM

MLtk

ss

ss

n

(13)

Normalna krivina služi da izmeri savijanje regularnepovrši S u svakoj tački Sp (sl.1., sl.2., sl.3.).

Slika 1. Pozitivna normalna krivina.

Slika 2. Negativna normalna krivina.

Slika 3. Normalna krivina jednaka nuli.

3. BESKONAČNO MALO SAVIJANJE POVRŠI

Geometrijske veličine, usled beskonačno malog savijanjapovrši, se menjaju i tu promenu meri varijacija geometrijskihveličina. Definisaćemo, najpre, beskonačno malo savijanjepovrši prema [8], a varijaciju geometrijskih veličina prema[9].

Definicija 3.1. Neka je ),(rr: vuS vektorska

jednačina regularne površi S i neka je površi S pridruženafamilija površi:

),(z),(r),,(r~: vuvuvuS , (14)

gde je 0, R , a )3(z mC m je neprekidno

diferencijabilna vektorska funkcija, definisana u tačkamapovrši S i predstavlja polje infinitezimalnih deformacijapovrši S . Familija površi S je infinitezimalnadeformacija površi S .

Definicija 3.2. Infinitezimalna deformacija površi S kodkoje važi:

)(22 odsds , (15)

naziva se beskonačno malo savijanje površi S . Polje),( vuz je polje beskonačno malog savijanja površi.

65

Definicija 3.3. Polje savijanja je trivijalno, to jest,predstavlja polje kretanja površi kao krutog tela bezunutrašnjih deformacija, ako se može predstaviti u obliku:

,braz (16)

gde su ba, konstantni vektori.

Definicija 3.4. Površ je kruta ako dopušta samo trivijalnapolja savijanja. U suprotnom, površ je nekruta ili fleksibilna.

4. VARIJACIJA NORMALNE KRIVINE

Koristeći Lemu 2.1., odnosno, izražavajući normalnukrivinu preko koeficijenata druge kvadratne forme,odredićemo njenu varijaciju usled beskonačno malogsavijanja površi.

Definicija 4.1. Neka je ),( vu veličina koja

karakteriše geometrijsko svojstvo na površi S , a ),,(~

vu

odgovarajuća veličina na površi S , koja predstavljabeskonačno malo savijanje površi S . Tada je

0|),,(~

vudd

(17)

varijacija geometrijske veličine usled beskonačno malogsavijanja S površi S .

Poznato je da je varijacija geometrijskih veličina, kojezavise od koeficijenata prve kvadratne forme površi, jednakanuli pri infinitezimalnom savijanju [2]; na primer,Kristofelovi simboli, prva kvadratna forma, determinantaprve i druge kvadratne forme, dužina luka krive, ugloviizmeđu krivih na površi, površina oblasti na površi, Gausovai geodezijska krivina, su stacionarni usled beskonačno malogsavijanja površi.

Neka je S površ zadata parametrizacijom:

)),(,,(),(r vufvuvu , (18)

i polje beskonačno malog savijanja površi S :

)),(),,(),,((),( vuvuvuvuz . (19)

Tada je beskonačno malo savijanje površi S :

)).,(),(),,(),,((

),(z),(r),,(r~:

vuvufvuvvuu

vuvuvuS

(20)

Koeficijenti druge kvadratne forme površi S imaju oblik:

,)1(~1

~,~,~~

1~

23

1222 AAfff

g

rrrg

L

vuuuuu

vuuu

(21)

,)1(~1

~,~,~~

1~

23

1222 BBfff

g

rrrg

M

vuuvuv

vuuv

(22)

.)1(~1

~,~,~~

1~

23

1222 CCfff

g

rrrg

N

vuvvvv

vuvv

(23)

Funkcije 2,1,,, iCBA iii dobijamo u razvoju

odgovarajućih determinanti a

......1~~~~ 42222 vu ffFGEg (24)

Lema 4.1. Varijacija koeficijenata druge kvadratne formedata je jednačinama:

gL uu , (25)

gM uv , (26)

gN vv . (27)

Dokaz: Koristeći koeficijente druge kvadratne formepovrši S , odnosno jednačine (21-23) i definiciju varijacijeveličina (17), dobijaju se jednačine (25-27).

Direktno iz Leme 4.1. dokazuje se sledeća teorema.

Teorema 4.1. Varijacija normalne krivine površi (18)usled beskonačno malog savijanja površi (20) data jejednačinom:

ttttgtk vvuvuun22 sincossin2cos)( ,

(28)

gde je .1 22vu ffg

Posledica 4.1. Varijacija normalne krvine površi (18)usled beskonačno malog savijanja površi (20), biće jednakanuli ako je treća koordinata odgovarajućeg polja savijanjaz linearna funkcija.

Primer 4.1. Hiperbolički paraboloid (sl.4.) je površ dataparametrizacijom:

),,(),(r: vuvuvuS , (29)

a njegovo polje savijanja određeno je jednačinom:

).,,(),( vuvuvuvuz (30)

Slika 4. Hiperbolički paraboloid.

66

Ako izračunamo parcijalne izvode treće koordinate poljasavijanja z :

,1,1 vu (31)

,0,0,0 vvuvuu (32)

dobijamo:

0)( tkn , (33)

odnosno, normalna krivina u svakoj tački hiperboličkogparaboloida je stacionarna usled beskonačno malog savijanjahiperboličkog paraboloida.

5. ZAKLJUČAK

Kao jedna od fundamentalnih funkcionala koja merisavijanje površi, normalna krivina ima veliku ulogu kako uanalizi postojećih, tako i u modelovanju novih oblika površi,posebno u projektovanju komplikovanih geometrijskihstruktura u arhitekturi.

U novije vreme, korišćenje geometrije i kompjuterskematematike zajedno, doprinosi unapređenju modernearhitekture, a kao rezultat toga proističe nova oblast, poznatakao arhitekturalna geometrija, koja predstavlja tanku granicuizmeđu diferencijalne geometrije, kompjuterske matematike iarhitekture/građevine.

LITERATURA

[1] M. Cvetković, "Operator oblika", Zbornik radova 2013,VTŠ Niš, pp. 88-91, 2013.

[2] N. Efimov, "Kachestvennye voprosy teorii deformaciipoverhnostei", UMN 3.2., pp. 47-158, 1948.

[3] Lj. Velimirović, M. Cvetković, M. Ćirić, N.Velimirović, "Variation of shape operator under infini-tesimal bending of surface", Applied Mathematics andComputation, Vol. 225, pp. 480-486, 2013.

[4] M. Cvetković, "Curvature based functions variations",FACTA UNIVERSITATIS (Niš), Ser.Math.Inform. 28,No 1, pp. 51-63, 2013.

[5] Lj. Velimirović, M. Ćirić, M. Cvetković, "Change ofthe Willmore energy under infinitesimal bending ofmembranes", Computers and mathematics with applica-tions, Vol. 59, No 12, pp. 3679-3686, 2010.

[6] Lj. Velimirović, M. Cvetković, "Gaudi surfaces andcurvature based functional variations", Applied Mathe-matics and Computation, Vol. 228, pp. 377-383, 2014.

[7] A. Gray, "Modern differential geometry of curves andsurfaces with Mathematica", 2nd ed. CRC Press, 1998.

[8] Lj. Velimirović, "Infinitesimal bending", Faculty ofScience and Mathematics, Niš, ISBN 86-83481-42-5,2009.

[9] I. Vekua, "Obobschennye analiticheskie funkcii",Moskva, 1959.

67


DECEMBAR,2014.

DIGITALNI VODENI ŽIG U FUNKCIJI PRAVNE ZAŠTITE SVOJINE

DIGITAL WATERMARK IN THE FUNCTION OF THE LEGAL PROTECTION OFPROPERTY

Milica Mladenović, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš, Srbija.Zoran Milivojević, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš, Srbija.

Sadržaj - U ovom radu analiziran je digitalni vodeni žig i njegov pravni aspekt u cilju zaštiteautorskih i svojinskih (distributerskih) prava kod multimedijalnih dokumenata (audio, slika, vid-eo). Najpre je analiziran istorijski aspekt vodenog žiga kao i zaštita papirnatih dokumenata. Udrugom delu rada analiziran je digitalni vodeni žig. Na kraju je razmatran pravni scenario koddokazivanja prava svojine.

Ključne reči: Vodeni žig, Digitalni vodeni žig.

Abstract - This paper brings the analysis of the digital watermark and its legal aspect for the pur-pose of protection of the copyrights and property (distribution) rights in media documents (audio,picture, video). First of all the historical aspect of the watermark was analyzed as well as the pro-tection of the paper documents. In the second part the digital watermark was analyzed and in theend the legal scenario of proving the property rights was taken into consideration.

Key words: Watermark. Digital watermark.

1. UVOD

Problem zaštite autorskih i svojinskih pravamultimedijalnih sadržaja (audio, slika, video,...) izuzetno jeaktualizovan sa pojavom digitalnih sistema za snimanje ireprodukciju, medijuma za memorisanje, sistema za prenos idistribuciju. Pojava Interneta je omogućila relativno lakurazmenu multimedijalnih sadržaja, a samim tim i dovela domogućnosti zloupotrebe. Problem zaštite autorskih isvojinskih prava danas je vrlo specifičan i oslanja seprvenstveno na primeni visoko sofisticirane tehnike [1].

Video materijal je se u početku snimao filmskimkamerama na specijalnim trakama i emitovao pomoću kinoprojektora (od 1895. god.). Mogućnost zloupotrebe autorskihi svojinskih prava je svedena na malu mogućnost (zbogpotrebe korišćena specijalnih uređaja) dok je sa pravne stranedokazivanje prava svojine bilo lako. Situacija je počela da sekomplikujem konstrukcijom uređaja za memorisanje videomaterijala na magnetnim trakama. Prvi uređaj za snimanjeslike konstruisan je u firmi Ampex (USA) 1956. god. podnazivom VTR (engl. Video Tape Recorder). U početku jeovaj uređaj bio izuzetno skup dok je početkom osamdesetihgodina XX veka počeo da se masovno proizvodi i, samimtim, dolazi do drasticnog smanjenja cene. Poznat je podimenom rikorder ili magnetoskop [2]. U ovoj etapi je već bilomoguće praviti kopije kopija i neovlašćeno raspolagati videomaterijalom. Problem koji se javljao kod pravljenja kopija jetaj što se sa svakom novom kopijom dolazilo do neizbežnedegradacije video sadržaja. Pojavom sistema za digitalnosnimanje video materijala (devedesete godine XX veka)došlo se do situacije da su sve kopije praktično jednakeoriginalu. Samim tim je bilo teško dokazati svojinu. Sličan

put su prošli i sistemi za snimanje audio materijala, počev odmagnetnih žica, preko magnetnih traka, gramofonskih ploča ikompakt diskova (engl. Compact Disc, CD). Pojava internetaje dodatno uprostila mogućnost kopiranja materijala i,praktično, neograničenu i teško kontrolisanu distribuciju (naInternetu nema ambalaže! Uobičajeno označavanje vlasnika(tekst na kutiji ili nosiocu – gramofonskoj ploči, traci,...) nepostoji [3]). Samim tim teško je zaštititi kao i pravno dokazatiautorska i svojinska prava [4].

U početnim danima Interneta je se u cilju zaštite vršilokriptovanje multimedijalnog sadržaja. Samo je zakonit kupacznao ključ za dekriptovanje. Svima drugima sadržaj bi bionedostupan bez posedovanja ključa. Međutim, kupac kojiposeduje ključ, nakon dekriptovanja može neovlašćeno dadistribuira materijal. U cilju pravnog dokaza intelektualnesvojine počele su da se primenjuju različite metodeoznačavanja, odnosno obeležavanja dokumenata.Obeležavanje podrazumeva ubacivanje vidljive ili nevidljiveoznake vlasnika. Po ugledu na vodene žigove kojima seoznačava proizvođač papira, oznake kod multimedijalnihsadržaja nazvane su elektronski vodeni žigovi (engl. water-mark).

U ovom radu prikazane su oblasti primene vodenih žigovakao i primeri insertovanja digitalnih vodenih žigova. Nakontoga je analiziran pravni aspekt vodenih žigova kodmultimedijalnih sadržaja.

Organizacija ovog rada je sledeća. U sekciji 2 opisani suvodeni žigovi. U sekciji 3 opisani su digitalni vodeni žigovi.U sekciji 4 opisan je pravni aspekt digitalnih vodenih žigova.

68

2. VODENI ŽIG

U ovom poglavlju je prikazan nastanak vodenog žiga kaoi nekoliko oblasti primene.

2.1 Istorijat

Vodeni žig je počeo da se primenjuje u Italiji pre više od700. god. Njegova primena je bila da označi vrstu papira kaoi radnju koja ga je proizvela. Preciznije, prvi vodeni zigutisnula je radionica za izradu papira u gradu Fabriano 1292.god. U to vreme u okolini ovog grada bilo oko 40 fabrikakoje su proizvodile papire različitog oblika, kvaliteta i cene.Proizvedeni papir je imao grubu površinu i kao takav nije biopogodan za pisanje. Zbog toga su ga zanatske radnje dodatnoobrađivale procesom omekšavanja sa ciljem dobijanjaglatkije površine kao i dalje prodaje. Sve to je dovelo dopotrebe jednoznačne identifikacije proizvođača papira. Tajproblem je rešen na taj način što je na površinu papira u tokuproizvodnje, dok je papir još mokar, pomoću prese utisnut žigproizvožača. Na mestu pritiska žig je prozirniji(transparentniji) i lako uočljiv. Tako utisnut žig obezbedio jejednoznačno određivanje, odnosno prepoznavanje marke ilifabrike papira. Na taj način utisnut žig nazvan je vodeni žig[4].

Ubrzo nakon toga vodenim žigom počinju da seoznačavaju i drugi podaci kao što su: a) kvalitet, b) čvrstoća iformat papira, c) datum proizvodnje i dr. Zbog svojeefikasnosti kod označavanja i identifikacije proizvođača imarke, papira princip vodenog žiga se relativno brzo proširioEvropom [5]. Na sl. 1. prikazani su vodeni žigovi iz XVIIveka.

a) b)

Slika 1. Primeri vodenih žigova iz XVII veka: a) vodeni žig uobliku zmije (1618. god.) i b) vodeni žig u obliku srca (1656.

god.).

2.2 Zaštita novčanica

Kao dodatni vid zaštite papirnih novčanica odfalsifikovanja, pored umetnutih obojenih vlakana,siguronosnih niti, holograma, nevidljivih oznaka, kinegrama,optički promenljivih boja, površina osetljivih na ultravioletnusvetlost, i dr., primenjuje se i vodeni žig. Na delu površinenovčanice, gde je smešten vodeni žig, vidi se portret, tekst ilislika kada se gleda prema svetlosti [6]. Na sl. 2. prikazani sudelovi novčanica gde su utisnuti vodeni žigovi.

a) b)

Slika 2. Vodeni žig na novčanicama od: a) 50E i b) 10E.

2.3 Zaštita poštanskih maraka

Poštanske marke pojavile su se četrdesetih godina XIXveka u Engleskoj sa idejom rešavanja velikih korupcija upošti. Poštanska usluga se plaćala na predajnoj strani, što jepotvrđivano lepljenjem poštanske marke koja je overavanapečatom pošte, i, samim tim, označena da je markaupotrebljavana. U cilju dodatne zaštite od falsifikovanjapoštanskim markama se dodaju vodeni žigovi. Vodeni žigmože biti utisnut pod različitim uglovima što marki dajeodređenu filatelističku vrednost. Kao motiv na žigu koriste sesimboli povezani sa poštom, državom, istorijski simboli i dr.[7]. Na sl. 3. prikazane su poštanske marake sa insertovanimvodenim žigom.

a) b)

Slika 3. Primeri poštanskih maraka sa insertovanim vodenimžigom.

2.4 Zaštita dokumenata

Dokumenta od važnosti (diplome, obveznice,...) mogu se,pored suvog žiga koji se utiskuje naknadno pomoćuspecijalne prese ili kleštima, i koji dokumentu daje ozbiljnost,dodatno štititi i vodenim žigom. Kao primer na sl. 4.prikazane se delovi površina obveznica Jugoslovenskeudružene banke na kojima se vide vodeni žigovi podinfracrvenom svetlošću [8].

2.5 Zaštita ličnih dokumenata

Kod ličnih dokumenta (lične karte, pasoši, vozačkedozvole,...) kao dodatni vid zaštite koriste se vodeni žigovi.Kod pasoša se na praznim listovima gde se postavljaju vize,odnosno udaraju granični pečati, insertuju vodeni žigovi.

69

Slika 4. Detalji dionica Jugoslavenske udružene banke.

3. DIGITALNI VODENI ŽIG

Digitalni vodeni žig predstavlja niz informacija utisnutihu multimedijalni podatak, kojima vlasnik dokazuje svojeautorsko pravo [9, 10]. Utiskivanje žiga vrši se algoritmom zainsertovanje žiga, i to tako da utisnuti žig bude nevidljiv uslici (da nema vidljive degradacije slike kao poslediceprisustva vodenog žiga), odnosno da ne izaziva audio efektekod audio materijala gde se utiskuje žig. Izdvajanjem žigaalgoritmom za ekstrakciju autor može dokazati autorskopravo. U daljem delu rada analiziraju se samo vodeni žigovi uslici.

a)

b)

c

d

Slika 5. Primeri vidljivog žiga za označavanje televizijskihstanica: televizijske slike (a, c) i vidljivi žigovi (b, d).

Utiskivanje digitalnog vodenog žiga može se realizovatiu: a) prostornom i/ili b) transformacionom domenu. Uprostornom domenu utiskivanje se vrši direktnommodifikacijom vrednosti piksela originalne slike, dok se utransformacionom domenu žig utiskuje modulacijomkoeficijenata transformacije i, u tu svrhu, se koriste složenetransformacije poput SVD (engl. Singular Value Decomposi-

tion) transformacije [9, 11], diskretne kosinusnetransformacije DCT [12, 13], diskretne wavelettransformacije DWT [14, 15].

Prema kriterijumu vidljivosti žigovi se dele na: a) vidljivei b) nevidljive. Vidljivi žig je oznaka na slici pomoću koje jevidljivo i jasno naznačen vlasnik. Primer vidljivih žigova jelogo televizijske stanice koji je insertovan, najčešće, ugornjem levom ili desnom uglu slike. Na sl. 5 prikazane suslike i izdvojeni vidljivi žigovi nekih TV stanica. Za zaštituautorskih prava koriste se isključivo nevidljivi žigovi.

Kod nevidljivih žigova ne sme da dođe do narušavanjavizuelnih karakteristika slike, kao i da se ni na koji način neukazuje da postoji nevidljivi žig. To je osnovni zadatakalgoritma za utiskivanje i, na osnovu toga, vrši se procenakvaliteta algoritma. Na sl. 6. prikazana je slika pre (a)insertovanja žiga, (b) žig, (c) slika posle insertovanja žiga i(d) izdvojeni žig koji se može koristiti u pravnom procesudokazivanja prava svojine nad slikom (a) [10]. Rezultatiprikazani na sl.6 dobijeni su primenim modifikovanog LiTalgoritma [9].

a) Originalna slika. b) žig.

c) slika sa žigom. d) izdvojeni žig.

Slika 6. Primeri nevidljivog žiga .

Mogućnost neovlašćene eliminacije žiga u slučajevimaataka na sliku deli digitalne vodene žigove na: a) robusne i b)slabe (engl. fragile). Da bi se postigla veća otpornost žigovana raznovrsne atake primenjuju se složeni algoritmi zautiskivanje i izdvajanje. Robusni žigovi se, po pravilu,realizuju utiskivanjem u transformacionom domenu.Robusnost podrazumeva da žig u slici bude otporan nanamerno ili nenamerno dejstvo na sliku kao što je filtriranje,geometrijske transformacije, superponiranje šuma ili slično.U svim ovim slučajevima žig ne sme da bude eliminisan izslike bez značajne degradacije originalne slike. Jednostavnijerečeno, sve dok je slika posle gore pomenutih atakaupotrebljiva, žig mora da bude sačuvan i da postojimogućnost njegovog izdvajanja iz slike.

Prema načinu izdvajanja utisnutog žiga algoritmi se delena tri klase: a) non-blind metod, koji u procesu detekcije

70

zahteva originalnu sliku i, u nekim slučajevima, originalnižig; b) semi-blind metod, koji u procesu detekcije koristisamo originalni žig ili neku drugu informaciju; i c) blindmetod koji u procesu detekcije ne koristi ni originalnu slikuni originalni žig [10].

4. PRAVNI ASPEKT VODENOG ŽIGA

Nosioci prava (intelektualnog, autorskog) nadmultimedijalnim sadržajem imaju poteškoće kod kontrolekorišćenja zaštićenog sadržaja, kod savremenih digitalnoinformatičkih sistema. Vlasnici (nosioci) autorskih pravapored ostalih načina zaštite (kriptografija, digitalni potpisi,steganografija,...) imaju na raspolaganju i digitalni vodeni žigkod multimedijalnog sadržaja. Digitalni vodeni žig jeneupadljivi element koji je ugrađen u elektronski sadržajtokom njegove proizvodnje ili distribucije u cilju praćenja ikontrole njegove upotrebe [4]. Tehnologija vodenog žiga sekoristi u različite svrhe, a najvažnije su: a) označavanjevlasnika autorskih prava, b) označavanje distributera, c)označavanje distributivnog lanca i d) identifikovanje kupca.Insertovani vodeni žig ne štiti multimedijalni sadržaj odneovlašćenog kopiranja, distribuiranja i korišćenja već zaprikupljanje dokaza u sudskim postupcima vezanim zaupravljanje digitalnim pravima.

Sa pravne tačke gledišta multimedijalni sadržaj sainsertovanim vodenim žigom se može koristiti za: a)dokazivanje autentičnosti sadržaja, b) praćenje emitovanja(putem radija, televizije,...), c) ostavljanje otisaka (zapraćenje ilegalno proizvedenih kopija, poznato pod imenompraćenje izdajica (engl. traitor tracing)), d) zaštite autorskihprava (vodeni žig sadrži informaciju o vlasniku autorskogprava), i dr.

U slučaju spora oko prava svojine nad multimedijalnimsadržajem gde je utisnut vodeni žig, legalni vlasnik treba nasudu da ima mugućnost dokazivanja prava svojine. To jemoguće realizovati na taj način što stvarni vlasnikdokumentuje originalni dokument kao i detektor vodenogžiga. U slučaju detektovanja vodenog žiga u spornomdokumentu, sa pravne tačke gledišta, smatra se da jedokazano pravo svojine. Posebni uslovi se predviđaju zaalgoritme za insertovanje i detekciju vodenog žiga u smislupouzdanosti kod donošenja pravne odluke. Prvenstveno semisli na pojave eventualnih grešaka koje se manifestuju kao:a) detektovanje vodenog žiga u dokumentu u koji nijeinsertovan i b) nemogućnost detekcije u dokumentu u komepostoji a razlozi mogu biti određeni ataci na integritet slike(superponiranje šumova, promene dimenzije, odsecanje,kompresije i dr.).

5. ZAKLJUČAK

U radu je analiziran digitalni vodeni žig kao sredstvodokazivanja prava svojine nad multimedijanim sadržajem.Ukazana je veza između vodenog žiga koji se koristi zaoznačavanje proizvedenog papira i digitalnog vodenog žiga.Veza se ogleda prvenstveno u pristupu insertovanja vidljivogi/ili nevidljivog podatka kao sredstva dokazivanja prava

svojine. Osim toga ne postoji nikakva veza ovih vrsta žigovajer se radi o tehnološki sasvim različitim principimautiskivanja i čitanja žiga. Ukazano je na pravnu procedurudokazivanja prava svojine kao i na uslove koje žig treba daispuni da bi pravna odluka bila pravno valjana. Najznačajnijiuslov je pouzdanost odluke, koja podrazumeva detektovanježiga kada je stvarno prisutan kao i odluka da žig ne postojikada stvarno nije insertovan.

LITERATURA

[1] M. Gajić, A. Hadrović Hasanefendić, D. Mićunović,Kako da zaštitite prava intelektualne svojine, EXITCentar , Banjaluka, 2006.

[2] Z. Milivojević, Analogni televizijski sistemi, Punta, Niš,2010.

[3] D. Vučković, Digitalni vodeni žig i njegova uloga udigitalizaciji kulturne baštine, Pregled naučnog centraza digitalizaciju, br. 7, str. 8-13, 2005.

[4] V. Spasić, Digitalni vodeni žig u funkciji zaštitedigitalnog sadržaja, Zbornik radova Pravnog fakulteta,str. 59-81, Niš, 2009.

[5] NCERT-PUBDOC-2010-08-310, Digitalni vodenižigovi, Fakultet elektrotehnike i računarstva Sveučilištau Zagrebu, 2013.

[6] http://www.numizmatika.rs/index.php?option=com_content &view=article&id=56&Itemid=64&lang=sr

[7] http://www.haoss.org/t8991-postanske-marke[8] http://www.tiskarstvo.net/tiskarstvo2011/

clanciWeb/Matas/Matas.html[9] R. Liu, T. Tan, A SVD-based watermarking scheme for

protecting rightful ownership, IEEE Trans. Multimedia,Vol. 4, No. 1, pp. 121–128, March 2002.

[10] Z. Stevanović, Z., Milivojević, Algoritam za utiskivanjebinarnog vodenog žiga zasnovan na SVDtransformaciji, TELFOR'09, Sekcija: Obrada signala,OS 5.29, Beograd, 2009.

[11] A. Mohammad, A. Alhaj, S. Shaltaf, An improved SVD-based watermarking scheme for protecting rightfulownership, Signal Processing Vol. 88, pp. 2158-2180,2008.

[12] J. Hernandez, M. Amado, F. Perez-Gonzalez, DCT-domain watermarking techniques for still images: detec-tor performance analysis and a new structure, IEEETrans. Image Processing, Vol. 9, No. 1, pp. 55-67, Jan-uary 2000.

[13] W. Chu, DCT-based image watermarking using sub-sampling, IEEE Trans. Multimedia, Vol. 5, No. 1, pp.34–38, March 2003.

[14] A. Reddy, B. Chatterji, A new wavelet based logo-watermarking scheme, Pattern Recognition Letter, Vol.26, pp. 1019–1027, May 2005.

[15] P. Kumsawat, K. Attakitmongcol, A. Srikaew,Multiwavelet-based image watermarking using geneticalgorithm, in: Proceedings of the IEEE TENCON Con-ference, pp. 275–278, November 2004.

71


DECEMBAR,2014.

ЈАВНИ НАСТУП У ПОСЛОВНИМ КОМУНИКАЦИЈАМАPUBLIC APPEARANCE IN BUSINES COMMUNICATIONS

Станиша Димитријевић, Висока техничка школа, Александра Медведева 20, Ниш,Ана Симонов, Филозофски факултет, Ниш,

Драгана Цветковић, Висока школа за пословну економију и предузетништво, Београд,Милан Димитријевић, Висока техничка школа, Александра Медведева 20, Ниш,

Садржај - Пословно комуницирање представља важан фактор успешности организације,која се остварује, поред осталог, пословном стратегијом односа са јавношћу. Значајнуулогу у томе имају јавни наступи. Сврха јавних наступа је стварање, задржавање и пове-ћање наклоности јавности који су значајни за живот организације непосредним јавнимконтактом. Успешни јавни наступи захтевају говорнике који поседују одређене психоло-шке, социолошке, економске, политиколошке, а посебно комуниколошке способности.

Кључне речи: пословно комуницирање, јавни наступ, излагање на јавном наступу.

Abstract - Business communication is an important factor in the success of the organization,which provides, among other things, the business strategy of public relations. Public appearanceshave an important role in this. The purpose of public performance is the creation, retention, andincrease of all forms of public affection, which are important for the life of the organization by di-rect public contact. Successful public performances require speakers who have certain psycholog-ical, sociological, economic, politicological, and most of all outstanding communication skills.

Key words: business communication, public speaking, presentation at the public speaking

1. УВОД

Нема сегмента друштвеног живота, професије и дела-тности у којој комуникација није важна. Вештином кому-никације појединац утиче на саговорнике – на породицу,пријатеље, сараднике, пословне партнере, подређене инадређене. Комуникација има кључну улогу у стварањуповољних или неповољних утисака о појединцу и орга-низацији, што може утицати на њен успех и неуспех.

Комуникација (communicare лат. - учинити општим),је размена информација, идеја и осећања вербалним и не-вербалним средствима, прилагођена природи друштвенеситуације у којој се налазе њени учесници[5].

Један од веома значајних видова пословне комуника-ције је јавни наступ. Овај облик комуникације се можеприменити са било којим поводом – на састанку, на инте-рвју за посао, као промоција на терену, на семинару - и умногим другим случајевима[4].

У овом раду се говори о начину припреме, садржају иизвођењу јавног наступа у пословном комуницирању.Најпре је дат преглед врсти комуницирања у организаци-ји, затим, појам, припрема, структура и општи утисак ко-ји се може постићи јавним наступом у пословном кому-ницирању у и ван организације.

2. ПОСЛОВНА КОМУНИКАЦИЈА ОРГАНИЗАЦИЈЕ

Пословна комуникација организације се реализујеунутар и изван саме организације. У зависности од при-роде делатности организације – производња или услуге,

унутрашња комуникација обухвата: вертикалну комуни-кацију наниже – издавање налога, упутстава; вертикалнукомуникацију навише – повратне информације примље-них налога и упутстава, мишљења, притужби; као и хори-зонталну и латералну комуникацију - размену информа-ција међу свим запосленима у организацији.

Комуникација организације са спољшњим окруже-њем, тј. пословним партнерима, потрошачима и широмдруштвеном заједницом, обухвата комуникацију (непо-средну усмену, телефонску, писану, електронску итд.), увези с настајањем/пласманом производа и услуга. У овукатегорију улазе и односи с јавношћу, маркетиншка ко-муникација, као и комуникација менаџмента са ширимдруштвеним окружењем[5].

Пословно комуницирање представља важан факторуспешности организације. Оно се реализује одговарају-ћом пословном стратегијом односа са јавношћу. Значајнуулогу у томе имају јавни наступи, не само управљачог ируководећег дела организације, него и свих који јавнимнаступом остварују одређене циљеве организације. Сва-како, то се односи и на инжењерску професију.

3. ЈАВНИ НАСТУП У ПОСЛОВНОЈ КОМУНИКА-ЦИЈИ

Без обзира да ли се ради о унутрашњој или споља-шњој комуникацији организације, веома значајан обликпословног комуницирања представља јавни наступ којисе доноси на све нивое у хијерархијској структури орга-низације. То значи, да јавни наступ могу имати сви запо-

72

слени који у одређеном моменту имају потребу некогпрезентовања пред мањом или већом радном групом. Тусвакако спадају и инжењери, као врло значајна социо-професионална група у организацији. Потребе њиховогјавног наступа могу да се односе на презентовање упу-тстава за реализацију појединих операција своје раднегрупе, као и на представљање одређених квалитета и пре-дности своје организације у односу на друге.

Јавни наступи су свакодневни и различити видови ко-муникације са којима се одређена политичка, друштвенаили пословна организација непрекидно сусреће. Најбољеидеје организације немају изгледа на успех уколико сециљаној јавности не представе на разумљив и прихва-тљив начин. На основу анализе дефиниција[3] о појму ја-вног наступа, може се закључити да су јавни наступи деоодноса са јавношћу. Они као вештина користе одређенаисторијска и научна достигнућа комуникологије, психо-логије и социологије. Основни циљ јавног наступа јестварање позитивног имиџа организације у јавности радистицања угледа, успеха, међусобног разумевања, као испречавања евентуалних негативних ставова који постојео организацији. Сврха јавних наступа је стварање, задр-жавање и повећање наклоности јавности, од значаја заживот организације непосредним јавним контактом.

4. ПЛАНИРАЊЕ И ПРИПРЕМАЊЕ ЈАВНОГ НА-СТУПА

У првој фази припреме за јавни наступ, потребно јеодредити циљ и сврху, као део стратегије говорника, пре-двидети понашање публике, обликовати садржај поруке,осмислити идеје и створити структуру излагања. Сем то-га, конципирање јавног наступа подразумева примену на-чела доброг писања.

Дикција као вештина говорног израза је такође важна:треба обратити пажњу на паузе, прелазе, наглашавања, даби излагање било течно, јасно, разумљиво и занимљиво.Али, она не подразумева само правилно изговарање речии реченица, већ обухвата низ гласовних својстава: арти-кулацију – начин изговарања гласова са правилним диса-њем; акцентуацију – правилно изговарање слога унутарједне речи на који пада издисајни удар и који ће бити по-јачан; акустичне елементе – различита гласовна нијанси-рања помоћу којих се разбија монотонија: интензитет,интонацију, гласност, темпо говора, боју гласа[2].

Јавни наступ се најчешће презентује говором и презе-нтацијом на видео биму. Због тога је потребно обратитипажњу на граматику и стил излагања. Људи пишу друга-чије него што говоре. Зато је важно прилагодити писанистил говорном изразу говорника.

Пре састављања излагања за јавни наступ, треба узетиу обзир следећа питања: Које су основне тезе које се пла-сирају публици? Колико је времена на располагању? Кочини публику и колика је она по обиму? Шта публика знао теми која се излаже?

После прилагођавања материјала за јавни наступ сарасположивим временом, треба кључне тезе поређати поважности. Оне мање важне задржати као резерву у случа-ју да нема довољно материјала пре истека времена за ја-вни наступ и по потреби смањити или додати неке дета-ље којима се објашњавају поједине тезе.

Анализа публике код јавног наступа је изузетно ва-жна. Зато треба сазнати колико је публика упозната саподручјем излагања. То се остварује анализом структуреи карактеристика публике пре извођења јавног наступа,што ће помоћи у предвиђању њене реакције и евентуалнекорекције материјала за излагање. Посебно је важна ве-личина публике, јер ће она утицати на стил излагања. Увеликој групи користи се микрофон и формални стил,док је у малој групи довољан глас, а стил може бити ма-ње формалан.

5. СТРУКТУРА И САДРЖАЈ ЈАВНОГ НАСТУПА

Структура и садржај - Добар распоред материје -план говора, од великог је значаја за успех јавног наступау целини. Распоред делова јавног наступа не подлежеунапред утврђеним и крутим правилима, а све више сеприлагођава разноврсним потребама у зависности од ка-рактера наступа, склоности говорника, врсте аудиторију-ма, расположивог времена и низа других околности[2].

Сваки јавни наступ има почетак средину и крај: увод –introduction. разраду – naratio и закључак – conclusion. Ууводу и закључку, говорник је усмерен претежно емоци-јама публике, а у разради – главном делу, обраћа се разу-му слушалаца. Публика се најбоље сећа онога што је ре-чено на почетку и на крају. Зато је потребно: 1. скренутипажњу публике својом сугестивношћу и појавом, 2. напочетку изложити суштину теме и на средини излагањаподсећати публику о томе, 3. на крају публици треба ре-ћи шта је био циљ јавног наступа.

Увод има двоструку функцију: с једне стране треба дапривуче наклоност и пажњу слушалаца, а с друге, да ихпостепено веже за предмет говора и полако ''увлачи'' упроблем и главни део говора. Увод садржи оквир, циљ исадржај онога што се излаже у јавном наступу и његовојструктури. То је посебно важно код публике која не по-знаје добро подручје о којем се говори.

Allun – Bacon Public Speaking Website, даје користансписак могућих добрих почетака за говор: испричатипричу или шалу, навести кратак цитат, поставити пита-ње, навести статистички податак, поменути лично иску-ство, позвати се на осећања слушалаца[6].

Главни део јавног наступа има два задатка: да отворипроблем у свим његовим важним аспектима, као и дапонуди разлоге због којих одређеном питању треба при-ћи на начин који говорник сугерише – да у свест слуша-лаца усади своје становиште. Ово се постиже предста-вљањем проблема – изношењем чињеница од општих, капосебним, познатих ка непознатим и обрнуто и докази-вањем – аргументисањем – саопштавањем уверљивих ипроверљивих доказа - аргумената. ''Idem est non probari etnon esse'' – ''Што није доказано, исто је као и да не по-стоји[2].'' Као веома упечатљиви аргументи, могу се ко-ристити примери на које публика најдиректније реагује.Данас се, у циљу ефикаснијег доказивања, усвајају сазна-ња модерне психологије да ''један грам добрих примеравреди више него килограм и гомила добрих речи''[6].

Због тога, главни део треба логички и јасно изложити,при чему се за прелаз из увода у тај део могу користитифразе као што су: 'Мој опис указује на...', или 'Стога је ја-сно да...'. водећи при томе рачуна да прелази приликом

73

промене теза које се објашњавају буду јасни. Публикатреба ''да осети'' када се заврши с објашњавањем теме. Аи прелази на објашњење теме Б, нпр: 'Управо сам доказаода... стога можемо прећи на...'.

Закључак представља вероватно ипак најважнији деоговора. Давно је речено: ''Finis coronat opus'' – ''Конац де-ло краси''. Он се изводи по завршетку излагања. Потре-бно је укратко сажети главне тезе и јасно и ефективно за-вршити закључном реченицом везаном уз основну пору-ку. Рецимо: 'Овога пута сам говорио о..., што јасно пока-зује да...'. Добар завршетак може бити повезивање завр-шетка излагања с уводом. На тај начин се прави 'ментал-ни круг' који ће пажњу публике вратити на почетак изла-гања. Закључак треба завршити обраћањем емоцијамаслушалаца ради остваривања непосредног говорниковогциља: да освежи памћење и делује на афекте слушалаца,дакле, представља ''страсни део'' – ''pars pathetica''.

Крај закључка – epilogos, последња реченица говора јеизузетно важна, јер представља завршни удар на разум иемоције. Он може добити облик изазовног питања: ''Хо-ћете ли и даље трпети ту неправду'', ''Не заборавите Хера-клитову мисао: Све тече!''. Међутим, никако не треба за-вршити реченицом: ''То би било све што сам хтео да вамкажем'', ''Хвала на пажњи'', ''Не знам шта ми је данас''.

Оно што је битно – бољи је макар и недовољно сна-жан крај, него говор без икакве завршне поруке, јер какоби Римљани рекли: ''totum laudatur, si finis laude beatur''. –''све ће бити хваљено, ако крај заслужи похвалу''[2].

6. ОПШТИ УТИСАК ЈАВНОГ НАСТУПА

Пет основних фактора[1] утиче на општи утисак којисе оставља на публику током јавног наступа: структураи садржај излагања, стил излагања, изглед и држање,коришћење визуелних помагала, одговарање на питања.

Излагање – Публика утисак о јавном наступу форми-ра на основу аудитивних и визуелних елемената – гово-рничке технике и начина презентације. ''Ниједан доказговорника није сам по себи чврст, уколико не буде потпо-могнут уверљивим гласом говорника, а сва осећања слу-шалаца ће ослабити, ако не буду пропраћена изразом ли-ца и читавим држањем тела''[2].

Због тога, излагање треба вежбати, читајући наглас,мерењем времена, а чак се то вежбање може снимати. Та-кође, помаже вежбање пред пријатељем, колегом иличланом породице који могу пружити и повратну инфор-мацију. Уколико се ради о посебно важном јавном насту-пу, вежбање се може организовати пред неколицином по-знатих људи, који ће ''симулирати'' будућу публику.

Постоји неколико честих, мање или више делотво-рних техника за памћење материјала који се излаже: по-моћне картице с кључним речима главних и помоћних те-ма, структура идеја; слајдови ППТ презентације; писањекраће скрипте која се чита реч по реч; учење напамет.Најмање пожељне могућности су читање реч по реч изприпремљене скрипте и ослањање на памћење. Читањеизлагања звучи монотоно, па ће публика брзо изгубитиинтересовање, јер се приликом читања не гледа у публи-ку и стога добија мало повратних информација од ње. Та-кође је врло ризично ослонити се само на памћење, осим

ако излагач одлично не познаје материјал или га је већмного пута излагао. Упамћене презентације такође могузвучати врло монотоно.

Приликом излагања, потребно је гледати у публику, ане у под, плафон, задњи зид или слику коју пројектује ви-део бим. Пожељно је уочити да поједини присутни обра-ћају више пажње од других – покретима главе у знак одо-бравања онога што се излаже, записивањем или покази-вањем интересовања на други начин. Усредсређивањемна такве људе, стиче се већа сигурност у излагању, збогсазнања да садржина излагања ипак интересује публику.Такође је веома важан и језик излагања, посебно кодстручне тематике да би слушаоци могли да разумејуодређене стручне изразе.

Ритам и брзину говора треба прилагођавати премареакцији публике да би се одржало њено интересовање.То се може постићи променом висине и јачине гласа,чиме ће се одржавати константна пажња публике. Требаимати на уму да нижи гласови обично звуче аутори-тативније, али они морају бити довољно чујни. Збогмонотоности говора, публика ће изгубити интересовањепа је зато потребно стално мењати ритам свог говора. Намање важним деловима се убрзава, а код наглашавањакључних теза говор се успорава.

Јачина гласа треба да одговара величини просторије ибројности публике, тако да сваки члан публике добро чу-је излагање. То се такође постиже увежбавањем у просто-рији у којој ће бити одржан јавни наступ. Код извођењанаступа у великој просторији с лошом акустиком, поже-љно је користити микрофон. У том случају такође требавежбати коришћење микрофона.

Неискусни говорници често говоре пребрзо. Нервознису, па и не користе паузе због чега публика пропусти ве-лики део говора. Владање собом је потребно свима, апосебно онима који желе да изговореном речју делују надруге. Како ће завладати туђим мислима и осећањимаонај који није у стању да влада собом[2]?

Одређено и најављено време за извођење јавног на-ступа треба поштовати. Не треба говорити дуже од тогвремена, али ни завршити прерано. Уколико се говорибрже од планираног темпа, може понестати материјала,па је говорник принуђен да импровизује, што може датилош утисак публици. Невешто импровизовање готово ни-кад не успева. У таквим случајевима је боље дати могућ-ност да публика постави питања и онда и раније заврши-ти, него импровизовати.

Зависно од величине просторије и публике, треба иза-брати седећи или стојећи став приликом излагања. Ако сеу публици налази више од 15 људи, пожељан је стојећистав. При томе се треба лагано кретати и користити при-годну гестикулацију за илустровање говора, чиме ће сеодржавати стално интересовање публике. Без обзира наизбор става, потребно је бити природан и смирен, чак иако се јави доза нервозе. Познато је да је готово свакаособа нервозна док држи излагање, али ће вежбање изла-гања смањити нервозу.

Успешност јавних наступа постиже се што чешћимизвођењем. Ма колико звучало невероватно, најчешће јепублика на страни говорника, самим тим што је уопште

74

дошла, она жели успех његовог јавног наступа. Грешкекоје говорнику изгледају велике, публика често и не при-мети. Ако се ипак направи нека грешка, много је бољестати на тренутак, смирити се, погледати подсетник илибелешке и наставити. Оно што се мора знати приликомдржања сваког јавног наступа је да нико од говорника неочекује савршенство.

Изглед и држање - Истраживања показују да сеутисак који оставља презентација вероватно више засни-ва на изгледу и држању говорника, него на садржају. Из-глед захтева краћу припрему, али он не сме да одвуче па-жњу од говора. Зато одећу за јавни наступ треба прилаго-дити на темељу анализе публике и карактера садржинеговора. Позитиван утисак се постиже темељном припре-мом. Публика очекује некога ко је самопоуздан, аутори-тативан и стручан. Укоченост публика примети, зато тре-ба опуштено гледати напред, и стално одржавати контакточима с публиком. Прикладно држање, које није превишекруто или претерано опуштено, и дотеран изглед, сигна-лизирају да је говорник занимљив и способан да аутори-тативно говори о својој теми.

Психолози кажу да начин како говорник стоји, можепоказивати самопоуздање и индуковати сигурност наслушаоце, али и обрнуто. Говорник треба да стоји чврстои усправљено, не ''клатећи'' се са ноге на ногу и не савија-јући главу у погрбљен став. И пре него што проговори,говорник самом својом појавом и ставом шаље одређенисигнал слушаоцима. Он пре почетка говора мора оства-рити пријатељски визуелни контакт са публиком[2].

Визуелна помагала помажу за преношење идеја и ин-формација на разумљивији начин који публика лакшесхвата и усваја. Она се користе како би поткрепила изго-ворени део презентације, па их зато треба користити самокада доприносе излагању. Зато је потребно савладати ко-ришћење визуелних помагала, као и најчешће кварове насредствима за презентовање, који се могу десити у токуизлагања.

Одговарање на питања - На самом почетку требаобјаснити публици када ће имати прилике да постављапитања. Треба рећи да ће та могућност бити дата на кра-ју, и ако се деси да неко постави питање у току излагања,подсетити га да ће одговори на питања бити по заврше-тку излагања. Такође треба одредити време за одговорена питања, и ограничити број питања, да не би говорникдошао у могућност расправе са једном особом. Да биодговори на питања били валидни, потребно је инсисти-рати на њиховом јасном и прецизном формулисању. Уко-лико излагач не зна одговор на постављено питање, сигу-рније је то искрено признати, него ''симулирати'', посебнокада се говори пред публиком која познаје тему. Понекадсе може догодити да нико из публике нема питање. У томслучају говорник сам унапред припреми неколико пита-ња и каже да ће навести најчешћа питања која се обичнопостављају из те области и на њих одговорити. Други на-чин решавања овог проблема је, да је у публици пријатељс којим се говорник претходно договори да он почне сапостављањем питања, ако нико други то не уради. Ако нито није могуће, треба завршити говор и напоменити, да сенајзанимљивија питања увек могу поставити након одре-ђеног времена после јавног наступа.

Повратна информација - Свака комуникација - а по-себно усмено излагање – ослања се на повратне информа-ције које помажу у побољшавању јавног наступа. Успе-шан говорник треба бити свестан повратних информацијакоје добија од публике током свог јавног наступа. Важноје запамтити да у усменим излагањима невербални знако-ви имају већи утицај од садржаја. Већина повратних ин-формација које се примају долази из невербалних сигна-ла. На основу истраживања, невербални знакови у пре-зентацијама имају четири до пет пута јачи ефекат од ре-чи: 50% утицаја заснива се на изгледу, 40% на самопоу-здању, 10% на ономе што се говори[3].

Због тога је потребно проучити невербално понашањесвоје публике, бити флексибилан и прилагодити свој ја-вни наступ уколико се примети да је публика изгубилаинтересовање. Говорник који прилагоди своје излагањепрема реакцији повратних информација публике, моћи ћепотенцијално лоше излагање да претвори у успешно. По-вратна информација је позитиван процес и она је потре-бна да говорник схвати да ли обавља посао добро или ло-ше. Она је интегрални део сваког јавног наступа и знача-јан чинилац успеха јавног наступа.

7. ЗАКЉУЧАК

Успешни јавни наступи захтевају говорнике којипоседују одређене психолошке, социолошке, економске,политиколошке, а посебно комуниколошке способности.Поред тога, потребно је мултидисциплинарно познавањедруштвених збивања, као и основне циљеве и стратегијупостојања организације коју представља. Само тако ћеорганизација и њено пословање бити представљено наразумљив и прихватљив начин. Савладавање вештине ја-вног наступа је императив стратегије односа са јавношћу.Све организације које размишљају стратешки, морајууважити принцип осмишљеног и систематског прено-шења јавности квалитета и вредности које реално стојеиза организације коју представљају праћени ентузија-змом и високом мотивацијом.

У практичном смислу, јавни наступи представљајуспровођење усвојене стратегије односа са јавношћу којомтреба да се унапреди углед, и побољша публицитет и на-клоност јавности према организацији. Јавни наступ пре-дставља традиционалну вештину која обухвата широкдијапазон способности и наслања се на знања из бројнихнаука, применом савремених метода комуникације.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Michael J, Rouse, Sandra Rouse, Пословне комуника-ције, Масмедиа, Загреб, 2005.

[2] Обрад Станојевић, Сима Аврамовић, Ars rhetorica –Вештина беседништва, Службени лист СРЈ, Бео-град, 2002.

[3] Прдић Недељко, Милановић Тамара, Јавни наступикао промотивна активност организације, Култураполиса, , вол. 10, бр. 22, стр. 271-288, 2013.

[4] Аврамовић, Сима: Rhetorike techne – вештина бесе-дништва и јавни наступи; Правни факултет у Бео-граду & Службени гласник, Београд; 2008.

[5] Рената Фоx, Пословна комуникација, Хрватска свеу-чилишна наклада, Загреб, 2006.

[6] www.abacon.com/pubspeak/organiye/begend.htlm

75


DECEMBAR,2014.

EVALUACIJA STUDENATA U OKVIRU ENGLESKOG JEZIKA ZA POSEBNENAMENE

STUDENT ASSESSMENT IN THE FIELD OF ESP

Danica Milošević, Visoka tehnička škola, Aleksandra Medvedeva 20, Niš.

Sadržaj - U ovom radu dat je prikaz osnovnih strategija evaluacije studenata koji pohađajunastavu engleskog jezika za posebne namene. Rad ima za cilj da predoči prednosti i mane ovihstrategija u pogledu formiranja kriterijuma za evaluaciju i da predloge kako efikasno sprovoditievaluaciju u praksi uzimajući u obzir brojne specifičnosti vezane za ovakav tip kursa.

Ključne reči: Evaluacija. Strategija testiranja. Kriterijumi ocenjivanja.

Abstract - In this paper an overview of the basic student evaluation strategies is given for the stu-dents who are taking the English for Specific Purposes (ESP) course. The paper points out ad-vantages and disadvantages of these strategies in view of establishing the evaluation criteria andsuggests the ways of efficient implementation of evaluation in practice taking into account veriousspecificities related to this type of a course.

Key words: Evaluation. Assessment strategy. Assessment criteria.

1.INTRODUCTION

No serious language course can be imagined without awell-devised strategy for testing the knowledge and skills ofstudents who are involved in the process of language learn-ing. ESP courses are no exception in this respect and manyauthors starting from Hutchinson and Waters [1] who werethe pioneers in studying ESP in the mid 70s when ESP cours-es appeared for the first time over Dan Douglas who gavesignificant contribution to the study in the beginning of the21st century and finally Day and Krzanowski who have donerecent studies in this area have all recogized the importanceand specificity of testing students in ESP. Hutchinson andWaters [1] emphasized almost fourty years ago that evalua-tion requirements in ESP ‘’are brought sharpely into focus bythe fact that the ESP course normally has specified objec-tives’’ and this attitude towards ESP testing has been main-tained until the present day by many of contemporary ESPauthors. Testing in ESP is an integrative part of the overallteaching/learning process which due to the specific nature ofthe ESP teaching concept asks from examiners to be particu-larly sensitive, believes Tratnik [3], while Dudley Evans asquoted in [3] adds that ESP testing contributes to the overalllearning process. Many authors have made it clear that sus-ceptible character of ESP requires ESP tests to be aimed atmeasuring the specific language abilities and skills of exami-nees to comprehend and reproduce the specialized languageitems of professional English as second language with thehigh level of precision. However, in order to meet the objec-tives of the desired performance in the specific vocationallanguage use, a carefull design of ESP tests must be ensuredand the criteria for student assessment must be firmly andjustly established, which implies that the well known con-cepts of testing principles in ESP established by renowned

linguists in the area of ESP need to be adapted to the specificneeds of the ESP classroom and flexible enough to take intoaccount the specific needs of students as well as the specificconditions under which the ESP tuition is taking place. Thispaper is trying to present how well-known principles of ESPtesting have been adjusted to suit the needs of ESP students atthe College of Applied Technical Sciences in Niš, bearing inmind not only the target language needs of students but alsothe conditions under which the students study English lan-guage for specific purposes. First, the paper discusses whyESP placement tests cannot be used to serve fully their pur-pose at the College of Applied Technical Studies, then howachievement tests can be beneficial to all students in generaland in particular to those with low language proficiency, andhow the final test can be devised to incorporate strict but justcriteria for evaluating student results.

2. ASSESSMENT STRATEGIES

Hutchinson and Waters [1] have indicated the three mainassessment strategies in ESP. According to them, each ESPcourse should encompass a placement test, achievement testsand the overall proficiency test. The purpose of the placementtest is to determine the current level of knowledge and skillsin L2 which is a pre-requisite for a successful follow-up of aspecifically profiled ESP course. Given prior to the start ofthe ESP course, a placement test is a sort of classifying testwhose successful completion can grant student a chance toattend ESP classes on a certain level of difficulty but at thesame time it is a diagnostic test which can undoubtedly indi-cate to the teacher which language areas are strong and/orweak points in their future students. In this respect, a place-ment test from the view point of ESP practitioner is a goodintroduction for conducting a needs analysis which is in itselfa crucial impact factor in the process of designing a course

76

and selecting the teaching material. However, in vocationalhigher education in Serbia it is often not possible to useplacement tests with the purpose of allocating students toESP classes of different level of dificulty within one highereducation institution and organize ESP tuition on differentlevels of proficiency. The curriculum simply cannot take sucha great number of ESP classes since the focus of curriculumin a vocational higher education institution is normally onclasses covering the problematics specific for a certain pro-fession. The fact that all students are asked to follow an ESPcourse together no matter what their previous English learn-ing background is presents a stumbling block for the studentswho do not have enough language competence but alsoproves to be a tough case for teachers who find it difficult tomanage such heterogeneous classrooms, which demand formuch more investment in class interaction. Furthermore, thisalso leads to a slow down effect in more advanced studentswho can be prone to stagnation in language aquisition lackingenough language challenge and motivation in such a learningenvironment. Although, it is in general pre-supposed that anESP course should be taken by candidates who are at least atthe intermediate level of English or preferebly a higher one,in reality, no distinction is made among students at the Col-lege of Applied Technical Studies in Niš due to the restraintsplaced before ESP practitioners who are required to adjust tothe given resources and respect the alloted time and space inthe curriculum and the financial assets provided. It is quitecommon then to encounter inside the ESP classroom absolutebeginners who have never studied English before throughtheir primary or secondary education, who currently consti-tute the minority; then students who have very basicknowledge and face difficulties in the use of English, andfinally a small percentage of students who have satisfactorylanguage skills and knowledge, with just few of them whohave at some point obtained a language diploma as a result ofcompleting a language course in some other than publicteaching facility, investing that way more into their Englishlanguage knowledge. The disbalance in the English langugecompetence in the ESP classroom creates another no lessimportant problem which is the setting of assessment criteriafor the ESP course itself. Administration of placement testsamong heterogeneous groups of ESP students thus proves notto be an adequate tool which can account for a fair testingmethod at the beginning of a course since some students tendto be discredited at the start. Thus placement tests in our casecan be used solely with the diagnostic purpose. They are notand cannot be used to grant attendance to an ESP coursesince the policy is such that an ESP course is obligatory forall the students no matter how competent they are in usingEnglish. This kind of practice is applied at the College ofApplied Technical Sciences in Niš but the same practice canprobably be found at majority of vocational colleges in Serbi-an system of education.

The second group of tests are so called achievement tests,which should be according to Hutchinson and W. [1] con-ducted throughout the semester on continual bases with theaim to monitor the pogress and performance of students regu-larly and collect feedback not only on the achieved level ofESP competence but also on the quality of the course itselfand the adequacy of the teaching material applied. These testsfall within the requirements of the Bologna declaration prin-ciples which have been already intoduced in our system of

higher education in the form of continual student assessmentand are universally applied in practice. Findings stemmingfrom the results of the achievement tests are useful signals tothe ESP practitioners who can become more aware of theimprovements that need to be made in each area of the teach-ing process. Assessment tests are of particular importance atthe level of the College of Applied Technical Sciences in Nišsince they offer a number of opportunities to students to showtheir knowledge and skills and work on improving their lan-guage competence. For the students at the beginner level the-se tests are very significant since they form in them the habitfor learning the language and motivate them to build theirknowledge gradually and systematically.

From the perspective of Dudley-Evans who claims thatESP tests are ‘’an aid to learning’’ or the standpoint ofTratnik who emphasizes the importance of ESP tests in giv-ing learners a sense of accomplishment, it must be kept inmind that ESP tests should be desinged in such a way so as toinitiate flesh back effects in examinees by insisting exclusive-ly on the areas of ESP language that have been previouslyencountered and processed in class and the ones exclusivelyaimed at the specific target langugage areas of professionaldiscourse. An ESP test needs to refer to authentic materialsand be based on real-life language situations which learnersare likely to encounter during their future careers, since onlythen it will serve its purpose and the purpose of the ESPcourse itself. Although all of the above mentioned aspects ofgood testing practice are taken into consideration at the Col-lege, the students of the College of Applied Technical Sci-ences are usually asked to undergo testing of their speakingabilities during their pre-exam activities. During interviewsstudents can more easily get flesh-backs on their study mate-rial than if they were doing a written test where they wouldbe asked to provide specific and concrete answers. Assistedby their teachers/examiners who can help them by askingadditional questions, students can achieve much better re-sults.

Day and Krzanowski [2] who have more empirical ap-proach to ESP testing suggest introduction of role plays orsimulations in the oral testing of ESP candidates but oralpresentations on professional topics seem also to satisfy thecriteria of both autenticity and specialized language use andthus prove to be more than welcome. Achievement tests atthe College of Applied Technical Sciences mainly consist oforal presentations and seminar papers of students on differentprofessional topics and they offer a great opportunity forchecking students’ knowledge of the specialized language, itsaccuracy and fluency. Written tests which can on their partinclude examination of vocabulary, grammatical structures,useful phrases, check on the appropriate use of register andthe discourse also take place but not on such regular bases.However, inclusion of regular mock tests and skill checks ofthis kind is not to be regarded upon as an additional nuisancefor students but rather a valuable component of ESP tuitionwhich can be beneficial to everyone. These additional testswould only create new opportunities for students and helpthem master the material for their final exam and thus shouldbe introduced more often during the tuition process.

Proficiency test, unlike achievement test which may focuson only one language skill or a specific area of content shouldas a rule be comprehensive and systematic, trying to encom-

77

pass the entire study material covered throughout ESP lan-guage course. Thus, it is normal to organize a proficiency testfor students upon completion of the ESP tuition to scan theoutcomes and results of the teaching process and get an in-sight into individual competence of each student, which is inour teaching conditions what we basically call the final exam/test. This kind of testing can also prove to be unfair in class-room situations in which students are on a different level ofEnglish knowledge. It is highly unlikely for the absolute be-ginners to attain in such a short notice that level of proficien-cy that the students possess after gaining much more experi-ence and accumulating language knowledge over the years ofstudying. This makes it hard to define assessment criteriawhich therefore have to be flexible enough but valid and con-sistent. At the College of Technical Sciences all the studentsdo the same kind of final test which can take the form of anessay, a translation of a scientific text, or a written test eachfollowed by an oral interview so that in each of these formsof testing it is possible to take into consideration personaltraits of a student and specific competences and define marksbased on a holistic approach to each student and an overallobservation of his/her capacities, skills and knowledge.

Lack of knowledge in GE can indeed create a serious ob-stacle in achieving perfection in ESP for which reason not allstudents stand equal chances when taking the final test.However, if less-competent students are encouraged to reachgood results on achievement tests throughout the academicyear, they will find it less stressful and much easier to copewith the final test of their proficiency. For the sake of theseless experienced language users the rule, the more achieve-ment tests organized the better, seems to be quite reasonableand should be firmly grounded in the testing practice.

Although Hutchinson and Water insist on no pass/fail dis-tinction in ESP proficiency tests but rather a descriptive as-sessment of candidates, such distinction is necessary andmust be made at the end of the ESP course since each studentmust be evaluated and his/her knowledge must be assessed asqualifying for a pass or failure. For that reason, it is not pos-sible to label students as, for instance, extremely limited user,modest user, competent user, good user or expert user aspointed in [1].

3. CONCLUSION

The most important characteristics of either placement,achievement or a proficiency test in ESP are, as Tratnik [3]says, to test content, vocabulary and cohesion first andforesmost in the specific context of professional languageapplication and then no less importantly to test languageskills through situations and activities closely related to thearea of ESP expertise in question. Such tests can be a goodlearning device according to Dudley Evans which can facili-tate the process of learning and help students to internalizethe subject matter more easily. It is of greatest importancethen that all the tests ‘’ reflect the nature and content of thecourse itself’’, test exactly what the learners have learnt notrequiring any additional knowledge outside the course mate-rial and measure specialized language skills in authentic tar-get language situations. This kind of testing practice is indeedestablished at the College of Applied Technical Sciences inNiš with the significant difference that the assessment hasbeen adjusted to all the specificities of the ESP course, bear-ing in mind the profile of each individual student who is tak-ing the ESP course and respecting competences of each indi-vidual student.

LITERATURE

[1] Tom Hutchinson and Alan Waters, English for SpecificPurposes: A Learning Centered Approach, Cambridge:Cambridge University Press, 1975.

[2] Jeremy Day and Mark Krzanowski, Teaching Englishfor Specific Purposes: An Introduction, Cambridge:Cambridge University Press, 2011.

[3] Alenka Tratnik, ‘’Key Issues in Testing English forSpecific Purposes, ‘’Scripta Manent 4(1)3-13, pp. 3-12,2008.

[4] Dan Douglas, ‘’Language for Specific Purposes assess-ment criteria: where do they come from?, ‘Languagetesting 18(2), pp. 171-185, 2001.

Documents

ZBORNIK RADOVA - vtsnisvtsnis.edu.rs/wp-content/uploads/2017/05/VTSNIS_Zbornik...Diskretizacija signala po amplitudi, tj. kvantovanje signala predstavlja korak u procesu digitalizacije