А. Е. Аствацатуров. Инженерная экология 8 страница

Изложенная классификация задач инженерной экологии в какой-то мере условна, но она в методическом отношении удобна, так как позволяет раскрыть направления, по которым эти задачи решаются.

^ 7.3. Методологическая основа

создания средств инженерной экологии

При проектировании и конструировании технических средств защиты окружающей среды серьезным подспорьем в деле повышения качества и эффективности разработки должны служить основы философии техники.

В настоящее время философы анализируют феномен техники. Хотя существуют различные концепции техники и философии техники, есть необходимость в их методологическом осмыслении как феноменов сегодняшней культуры.

^ 7.3.1. Философия техники и оценка экологичности

инженерных средств.

Судя по тем противоречиям, которые возникли между техносферой и жизнедеятельностью биосферы, традиционная инженерия требует серьёзной корректировки. Основная проблема заключается в том, чтобы дать правильное решение задачи, отвечающей на вопрос: как использовать силы природы для человеческого общества, обеспечив одновременно безопасное развитие цивилизации, высвобождение человека из-под власти техники, улучшение качества жизни?

Существует ещё одна проблема: как контролировать изменения, происходящие в результате современной инженерной деятельности путём проектирования технических средств и технологических процессов. Трудности заключаются в том, что большинство изменений, природных процессов не поддаются расчётам за пределами локальных зон. Например, выполнить расчёты или контролировать экологические характеристики (выбросы тепла, вредных веществ и отходов, загрязнения грунтовых и подземных вод, почвы и т.д.) регионов, а тем более континентов планеты современными средствами невозможно. В такой ситуации необходимо, с одной стороны, сводить к минимуму отрицательные последствия инженерной деятельности, а с другой – интенсивно развивать уровень современных технологий инженерной защиты окружающей среды. Необходимо отказаться от создания технических средств, последствия воздействий которых на природу невозможно точно прогнозировать, и которые могут вести к экологическим и антропологическим катастрофам.

Современная инженерия и техника предполагает новую картину мира, которая не может строиться на идее свободного, бесконтрольного использования природных ресурсов.

Философия техники как отдельная дисциплина читается в вузах США, Франции, Англии, в России, в частности в Институте философии РАН студентам преподают курс «Философия науки и техники». В области философии техники получены определенные знания и формируются различные понятия, требующие очередного осмысления возникающих проблем и выработки новых путей развития.

В центре внимания исследователей в области философии техники находятся основные методологические проблемы: соотношение науки и техники, естествознания и технических наук, развитие фундаментальных исследований в современных технических науках и, в частности, в инженерной экологии; проблемы историко-культурного понимания сущности техники, социальной и гуманитарной оценки инженерной деятельности и ее экологических и других последствий. Это направление характеризуется стремлением к оптимистическому осмыслению и разрешению проблем, порожденных развитием новой техники, направленной на защиту окружающей среды с самых рационалистических и гуманистических позиций.

Главная задача философии техники – это исследование технического отношения человека к миру, т.е. технического миропонимания. Философия техники с самого своего возникновения ориентирована на гуманизацию техники.

Методологической основой проектирования и конструирования технических средств защиты окружающей среды является системный подход, закладывающий общий теоретический фундамент под такие, ранее разобщенные технические дисциплины, как детали машин, теория машин и механизмов, основы конструирования. Особое место в системном подходе отводится информации. Поток информации сделался фактором, значение которого все еще не понято до конца и не оценено надлежащим образом. Это касается, прежде всего, техносферы, т.е. совокупности технических средств, в настоящее время представляющей собой существенный элемент мира.

Человек, биосфера и техносфера образуют в совокупности экосферу, которая во все большей степени превращается в замкнутый комплекс. Эта замкнутость требует от нас осуществлять поиск философских и технических решений, направленных на возможно более полное замыкание круговорота материи, что, в свою очередь, уменьшает опасное рассеивание отбросов и снижает возможность катастрофы нашей цивилизации.

^ 7.3.2. Философский подход к проектированию

природозащитной техники

Традиционные методы часто становятся тормозом и задерживают развитие науки технического творчества. Вокруг нас становится все больше инженеров, которые начинают замечать трудности в своей творческой работе именно тогда, когда ограничиваются традиционными методами.

Человек создан для творчества. Этот тезис должен стать основополагающим для проектировщика и конструктора. Творчество требует от специалиста, в частности инженера-эколога, познавательной позиции, которая должна основываться на сознательной открытости потоку информации и всему, что может питать и развивать это творчество. Человек представляет собой важный элемент социально-космического глобального комплекса. Именно в человеке происходит многосложное преобразование информации от ее принятия и накопления, переработки и выдачи в процессе творческой деятельности. И для того, чтобы эффективно связать знания о том, что существует, с тем, что должно быть создано, мышление проектировщика должно быть открытым для потока информации.

Сегодня в потоке быстро происходящих изменений в сфере развития технических средств резко проявляется потребность развития общетехнических дисциплин, среди которых важное место занимает наука технического творчества – проектирование и конструирование эргатических систем.

Наука технического творчества есть рациональная основа проектирования и конструирования. По существу, само техническое творчество состоит из проектирования и конструирования. Понятно, что знание методологии технического творчества представляет собой интерес для разработчиков технических средств.

Методология творческой технической деятельности содержит:

1. Описание творческой деятельности с выделением операций, составляющих проектирование и конструирование.

2. Методы творческой деятельности.

Поскольку наука технического творчества на сегодняшний день находится еще на начальной стадии развития, точность определения существующих понятий различна. Любой метод претерпевает влияние субъективных факторов разработчика. Ведь всякий метод есть единство объективного и субъективного, так как в нем обычно сочетаются объективные закономерности и выработанные на основе профессионального опыта субъективные приемы исследований. Поэтому в техническом творчестве приемы целесообразной организации деятельности специалиста во многом зависят от его личности, знаний и опыта. Однако в 60-е годы начала развиваться новая наука - праксеология, изучающая целесообразность организации любой человеческой деятельности независимо от ее назначения. Польский философ Т. Котарбиньский, родоначальник праксеологии – социологической науки, в известном труде "Трактат о хорошей работе" (1955) говорит, что во все более усложняющемся процессе труда наступает такое явление, которое он называет "минимализацией интервенции", то есть уменьшением физического вмешательства человека в процесс производства.

Знаменательно, что идея рационализации практической деятельности и понятие «Конструктивное действие в процессе технического творчества» нашла поддержку в "Трактате о хорошей работе".

^ Разнообразие методов проектирования и конструирования. Техносфера в последнее время приобретает все большее значение в жизни людей. Разработка и изготовление технических средств и сложных эргатических систем, необходимых обществу, становятся все более сложной задачей. Вместе с тем, все больше и острее проявляются экологические проблемы. Одной из причин возникающих сложностей является частный подход к проектированию. Этот подход определяется критериями, вытекающими из частных, а иногда и антисоциальных интересов. Основой же системного проектирования являются критерии, принятые с позиции соблюдения социальных интересов общества.

Системное проектирование – это творческая деятельность по созданию технических средств как фактора оптимизации техносферы, в которую входит техническое средство. В свою очередь, техническая деятельность характеризуется взаимным переплетением различных проектных операций.

Практика показывает, что попытки формализации деятельности проектировщиков и конструкторов и навязывание им строгой пооперационной программы (то, что хорошо применимо к ЭВМ) не приносят положительных результатов. Гораздо более эффективно стремление уподобить действия вычислительной техники действию нашего мозга, а не наоборот.

Методы проектирования и конструирования зависят от многообразных ситуаций в процессе творческого проектирования. Поэтому целесообразно не практиковать применение одного метода как основного. В процессе разработок с самой ранней стадии проектирования полезнее и удобнее использовать разнообразные методы как одно из условий развития.

^ 7.3.3. Методология исследования системы

Любой сознательный научный поиск всегда базируется на определенных философских предпосылках. И инженерная экология, к которой мы обращаемся в процессе исследования, так или иначе, затрагивает вопросы, относящиеся к категории философских.

Обострение экологической обстановки на всей планете придает особую значимость философской, методологической основе проблемы взаимодействия человека, техносферы и природной среды. В изучении проблем системы ЧТС наблюдается тенденция к переходу от локальных исследований ее частей к их целостному системному философскому толкованию.

В настоящее время наиболее прогрессирующим методом изучения экологической проблемы является метод экологического компьютерного моделирования. В этой связи большое значение имеет разработка методологических принципов решения экологической проблемы, а также ее имитационного и оптимизационного моделирования. Важной гносеологической и гуманистической особенностью системно-экологичес-ких моделей является познание возможных опасностей, связанных с изменениями, вносимыми техникой в биосферу. Речь идет об изменениях в биосфере, связанных с ее антропогенными загрязнениями, несущими вред всему живому на планете.

Методологическую основу инженерной экологии образует системный подход, изучающий весь спектр факторов, входящих в эргатическую систему ЧТС. Инженерная экология, как уже отмечалось, ставит своей целью оптимизацию технических средств и процессов производства, условий труда и жизнедеятельности человека, а также окружающей его природной среды и техносферы.

Понятие "проектирование и разработка системы" в настоящее время широко используется многими отраслями промышленности, разрабатывающими и поставляющими сложную техническую продукцию.

Системный подход связывают с развитием направлений построения и изучения формальных и абстрактных систем и систем общей теории. Системный подход в научном плане опирается на законы взаимосвязи и взаимообусловленности в мире и обществе. При этом должно соблюдаться требование – рассматривать изучаемые явления и объекты не только как систему совершенно самостоятельную, но и как подсистему некоторой большой системы. Это положение легче воспринимается при рассмотрении эргатической системы, ее структуры и принципов построения.

При использовании системного подхода следует учесть, что принимать решение при небольшом числе факторов системы опасно. По этому поводу специалисты, изучающие проблемы и трудности системного подхода, предостерегают от допущения ошибок и получения неверных результатов. При высокой степени специализации и координации и глубокой интегрированности производственных, информационных и социальных процессов были случаи, когда принимались неэффективные и социально опасные решения не преднамеренно, а из-за недостаточности информации для принятия правильных решений (перестройка структуры управления хозяйством, загрязнение атмосферы, гидросферы и т.д.). Системный подход в этом аспекте подчеркивает необходимость прежде всего учитывать социально-экономические, экологические и прочие факторы, особенно при создании или изменении организационных систем (Блауберг И. В. и др. Системный подход: предпосылки, проблемы, трудности. М, 1969.)

Отсюда вытекает важность понимания того, что система - это не просто объединение некоторых элементов и составных частей. Системный подход требует изучения, отбора и прослеживания как можно большего числа связей, внутренних и внешних. Не упустить действительно существенные связи и факторы и своевременно оценить их эффекты – это одно из важных требований при системном подходе.

Примером несистемного подхода является абсолютизация роли техники в решении проблемы охраны окружающей природной среды. Подчас высказываются предположения, что охрана окружающей среды в современных условиях – проблема в основном техническая. В оправдание такой позиции приводят особую роль техники в создании малоотходных технологий, замкнутых циклов производства, использование технических средств для очистки атмосферы от пыли и промышленных газов, очистки сточных вод, рекуперации, регенерации и утилизации отходов производства. Такие технические меры, вне всякого сомнения, имеют большое значение. Но в общем плане экологическая проблема не техническая, а комплексная (политическая, социологическая, биологическая, психологическая и т.д.) и в то же время - системная. Практически системный подход представляет собой системный охват различных элементов, системные представления, системную организацию исследований. Системный охват предполагает изучение проблемы и подход к ней с разных сторон. Это зачастую требует участия в разработке системы различных специалистов: инженеров, экологов, эргономистов, инженеров-психологов и многих других. Системное представление – это построение единой модели изучаемых явлений и объектов. Она может быть либо реализованной технически, либо - как натурный эксперимент. Системная организация требует непрерывного планирования и управления разработкой с использованием современных методов координации работ, какими являются, например, программное управление и сетевое планирование.

Инженер-эколог имеет дело с проектированием, как правило, сложной эргатической системы, разработка которой должна быть организованным процессом. Прежде всего, следует определиться с понятием системы "человек – техника – среда" и всем, что связано с ним.

Концепция системы. Система "человек – техника – среда" по сути - абстракция, внефизическая конструкция или какой-то вид организации. Это, прежде всего, структура, включающая в себя составные элементы, которые также представляют собой системы (подсистемы). Система ЧТС представляет собой концепцию, потому что она связана с ненаблюдаемыми изменениями (входных сигналов в выходные). Наблюдать можно только результаты преобразований. В антропотехнической системе "человек – машина" или в еще более сложной антропотехноэкологической системе “человек – техника – среда” то, что происходит внутри этих систем, мы можем знать по предшествующим входным и последующим выходным характеристикам. Отметим особо, что во всех указанных системах особую (главенствующую) роль играет информационная система, включающая получение, хранение и переработку информации. Поэтому большое значение в системе имеет человеческая память. Существуют различные определения систем, однако все они носят общий характер. Попытка дать более строгое определение системе может обрести смысл только тогда, когда известна конкретная система. По этому поводу весьма ценными являются высказывания и определения крупных ученых, изучающих системные подходы. Общим элементом для всех определений антропотехнической системы, считает Д. Мейстер (1979), является понятие целенаправленности. Система представляет собой искусственное образование, поэтому ее характеристики зависят от цели, поставленной разработчиком. Аналогом же целей человека может служить определенная совокупность требований к системе. На основе этих требований можно воссоздать конфигурацию системы, а также ее функции и операции. Рассматриваемые нами системы отличаются тем, что имеют возможность обеспечения связи с внешней средой с помощью электронного или механического интерфейса (средства сопряжения), дающего возможность умножить количество типов преобразований, а также значительно расширить окружающую человека среду.

Не углубляясь далее в разбор более широкого понятия системы, учитывая, что структура, проектирование, анализ и оценка рассматриваются в следующей главе, обратим внимание лишь на выделенное выше определение системы. Оно отражает свойства любых эргатических систем, в которых реализуются сложные преобразующие действия (человека-оператора, технического средства, экологической системы), например, действия логические и математические.

^ 7.4. Принципы инженерной экологии

При решении задач инженерной экологии используются различные методологические принципы, выполнение которых на практике помогает повысить эффективность инженерно-экологических исследований. К основным из них относят следующие.

Принцип комплексности. Использование этого принципа связано с необходимостью развития междисциплинарных связей инженерной экологии, взаимодействия ее с другими науками о человеке, технике и окружающей природной среде. Этот принцип опирается на данные информационного воздействия всех компонентов системы и тщательное изучение и применение других функциональных особенностей систем, в частности, антропометрических, экологических, физиологических, гигиенических, психологических, технических, биологических и т.п. Основой для практической реализации этого принципа является системный подход.

Принцип гуманизации труда. Этот принцип исходит из требований, предъявляемых человеком к технике и организации труда, и учитывает такие важнейшие практические стороны процессов труда, как повышение производительности, качества и эффективности труда, а также творческую роль человека в процессе труда.

Принцип экологичности техники. Согласно этому принципу выполнение инженерно-экологических требований не должно представлять одноразовое мероприятие по созданию проекта экологически совершенного (чистого) технического средства, а должно быть обеспечено на всех этапах существования данной системы: проектирования, производства и эксплуатации. Это позволяет разработать и внедрить единое инженерно-экологическое обеспечение системы ЧТС на всех этапах ее создания и эксплуатации.

Принцип конструкции технического средства. Традиционно комплекс принципов конструкции включает принципы оптимального нагружения, оптимального материала, стабильности, оптимальных соотношений взаимосвязанных величин. Но на современном этапе техносферы этого недостаточно. Принцип конструкции относится к существенным свойствам и особенностям технического средства. Одним из главенствующих особенностей конструкции должно быть обеспечение, с одной стороны, безопасности жизнедеятельности человека, с другой - полное соответствие современным нормам и требованиям экологичности изделия. Любая конструкция в какой-то мере - следствие знаний конструктора и его отношения к реальной действительности. Человек создает все то, что мы называем техносферой. Однако слишком часто нам приходится удивляться тому, что возникло при нашем же участии. Отсюда вытекает еще одно существенное свойство принципа конструкции – необходимость исследовательского подхода к конструкции технических средств, входящих в эргатическую систему. Такой подход дает ключ к своевременному устранению всякой случайности в процессе создания новой техники.

Принцип ответственности за новое техническое средство. Техническое средство осуществляет всевозможные воздействия на техносферу и биосферу на основе энергии, информации. В том случае, когда разработчик не учитывает возможные последствия существования создаваемого им технического средства, его воздействия на окружающую среду, возникает угроза дляу биосферы. Примером такой деятельности может служить частное предпринимательство, ускользающее из-под госконтроля. Обеспечение высоких знаний, профессионального опыта, кругозора, высокой ответственности и добросовестности отражают суть требований принципа ответственности за новое техническое средство, имеющее социальное значение. Этот принцип отражает главные качества инженера-эколога.

^ Принцип эмерджентности. Содержание современной экологии можно определить, исходя из концепции уровней организации, составляющих биологический спектр: сообщество, популяция, организм, орган, клетка и ген, представляющие основные уровни организации жизни. Эти уровни располагаются ступенчатым рядом – иерархией, каждая ступень которой характеризуется своей функциональной системой, возникающей в результате взаимодействия той или иной ступени с окружающей физической средой. Поскольку каждый уровень в спектре биосистемы интегрирован, т.е. взаимосвязан со смежными или другими уровнями, постольку здесь не может быть строгих границ, разделяющих эти уровни или ступени. Например, сообщество теряет свою жизнеспособность и прекращает существование, если отсутствует круговорот веществ и энергия не поступает в это сообщество. Организм не проживет долго, будучи изолирован от популяции, точно так же, как отдельный орган не может жить без своего организма.

Характерной особенностью иерархической организации является то, что объединение различных составляющих биологических уровней в новые функциональные единицы приводит к возникновению у этих единиц качественно новых, эмерджентных, свойств. Новые единицы, возникшие при объединении разных составляющих, проявляют свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Эмерджентные свойства можно выразить через понятие о несводимых свойствах, смысл которого заключается в том, что свойства целого не могут быть представлены в виде суммы свойств его частей. Этот принцип несводимости свойств целого к сумме свойств его частей – принцип эмерджентности - служит одной из основных заповедей специалиста, инженера-эколога.

Приведем примеры принципа эмерджентности. Соединение водорода и кислорода в определенной пропорции образует воду, жидкость, обладающую совершенно новыми свойствами, непохожими на свойства составляющих газов. Эмерджентные свойства воды характерны только для этой жидкости – вещества нового уровня. Другой пример – некоторые водоросли и кишечнополостные животные в процессе совместной эволюции образуют систему кораллового рифа. Появляется рациональный механизм круговорота элементов питания, позволяющий этой новой системе поддерживать высокую продуктивность в водоемах с низким содержанием этих элементов. Эти эмерджентные свойства принадлежат только лишь уровню рифового сообщества.

Каждый из уровней биосистемы отличается свойствами, присущими только ему, и еще обладает суммой свойств, входящих в него составляющих. Иллюстрируя на примерах принцип эмерджентности и известное в биологии понятие о несводимости свойств целого к сумме свойств его частей, следует подчеркнуть, что знание этого принципа обязательно для инженера-эколога.

Современная техника позволяет на высоком уровне изучать большие сложные системы, включая экосистемы. Совершенными инструментами для этого сегодня служат автоматический мониторинг, математическое моделирование, компьютерная техника, новые физико-химические методы, такие, как спектрометрия, колориметрия, хроматография. Первостепенной задачей инженера-эколога является использование техники в качестве средства изучения гармонического взаимодействия человека и природы, недопускания использования знаний и самой техники как средства противопоставления общества и природной среды, ведущего, в конечном счете, к уничтожению цивилизации.

7.5. Методы инженерной экологии

Метод (греч. methodos – путь, способ исследования, обучения, изложения) – система правил и приемов подхода к изучению процессов и закономерностей природы, общества и мышления. В инженерной экологии метод используется как прием теоретического исследования или практического осуществления чего-нибудь исходя из знаний закономерностей развития объективной действительности и исследуемого предмета, системы, процесса.

Методы, будучи рациональной основой способа действия, как и все в этом мире, совершенствуются, меняются и отживают свой век, уступая место другим, более новым, прогрессивным и рациональным методам.

Научный метод. Независимо от объекта исследований, научные исследования имеют общие черты. При создании системы ЧТС, естественно, разработчик стремится к порядку в действиях, а это ведет к использованию приемов, соответствующих научному методу. Как знать, возможно, многие из нас в своей профессиональной деятельности, стремясь к творчеству, не раз подсознательно шли путями правил научного метода. Хотя это и не исключает риска в творческом созидании.

Общие черты любого научного исследования наглядно показаны в модели использования научного метода Я. Дитриха. Модель показывает единый путь во всех научных исследованиях, который определяется циклическим использованием в определенной последовательности процесса, опирающегося на рациональный метод логического рода: наблюдение – гипотеза – эксперимент – теория (рис.7.1) и далее, новые теории, раскрывая новые пласты знаний, формируют новые наблюдения и цикл вновь и вновь повторяется.

Рис.7.1. Модель процесса, проводимого на основе научного метода

Модель процесса, соответствующего правилам научного метода, представлена в виде спирали – символа развития. Деятельность разработчика системы “человек – техника – среда”, как и творчество в любой отрасли, расширяет наш кругозор, открывая новые проблемы неизвестного.

Модели процесса, проводимого на основе научного метода, предшествует какая-либо потребность, которая возбуждает упорядоченное наблюдение. Исходя из цели исследования, выдвигается гипотеза (утверждение или предположение, тормозимые нехваткой знаний), которая используется в качестве методической основы для проведения эксперимента. Здесь исследователь получает возможность соизмерять положения гипотезы с результатами эксперимента. Наконец, эксперимент позволяет сделать умозаключение о свойствах гипотезы. В том случае, когда результаты эксперимента подтверждают гипотезу – налицо новое звено теории. В этом суть модели процесса, проводимого по правилам научного метода.

Системный подход, используемый как методологическая основа для инженерной экологии, требует применения широкого спектра методов, учитывающих многомерный и многоуровневый характер системы ЧТС. Основной целью этих методов является полное изучение функций всех компонентов системы. Поэтому в большом разнообразии методов и отдельных методик, связанных с антропологическими, психофизиологическими, техническими, кибернетическими, математическими и другими исследованиями, мы можем видеть как фундаментальные дисциплины, направленные на выявление в первую очередь информационных процессов в эргатической системе, так и инженерно-экологические знания, получаемые при испытании с целью оценки экологической чистоты и эргономичности.

Для правильного понимания и использования методов, применяемых в инженерной экологии, нужна прежде всего их классификация. В основу такой классификации целесообразно положить способы получения данных о деятельности человека-оператора, работе технического устройства и изменения экологических характеристик среды. При таком подходе удобно выделить методы: проектно-конструкторские (с использованием достижений науки технического творчества), экологического мониторинга, изучения экосистем, эргономические, математические, имитационные и кибернетические.

^ Проектно-конструкторские принципы и методы. Задачи проектирования систем. Современные темпы развития технических средств, рост сложности и разнообразия техносферы ставят перед инженером множество трудностей. Задача конструктора состоит в создании техники, которая будет полностью отвечать современным потребностям индустрии: давать наибольший экономический эффект и обладать высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями. Но этим задачи не исчерпываются. Инженеру-разработчику системы “человек – техника – среда” предстоит решать задачи, вырастающие до уровня экологических проблем, когда создаваемая им техника, загрязняя природу, будет нарушать нормальную жизнедеятельность экологических систем. Природа, в свою очередь, оборачивает наносимые ей экологические стрессы острием к человеку, в конечном счете, ставя под угрозу жизнедеятельность общества.