Изотова Маргарита Александровна 7 страница

На глазах ныне живущего поколения людей было создано великое множество машин и сложных технических устройств, прекрасных с позиции решения чисто инженерных задач. Между тем, отсутствие экологических подходов к решению технических задач привело к тому, что годами эксплуатирующаяся техника и крупные промышленные комплексы способствовали накоплению в природной среде факторов, угнетающих своими отравлениями жизнедеятельность биосферы. Все чаще стали возникать ситуации, ведущие к аномальным явлениям в природе, а также и к экологическим катастрофам. Особого внимания заслуживают такие на первый взгляд "парадоксы", когда деятельность талантливых инженеров и изобретателей приводила впоследствии к экологическим бедствиям. Причина таких бедствий – отсутствие у разработчиков необходимых экологических знаний и опыта защиты природы.

Один из реальных путей разрешения противоречий между развитием техники и экологией природной среды заключается, очевидно, в том, что сегодня разработчик технических средств должен обладать современным уровнем экологических знаний. В проектировании и конструировании эргономических систем возникла неотложная потребность в специалистах – инженерах-экологах, синтезирующих высокий профессионализм инженера-разработчика технических средств с опытом и знаниями эколога.

Экология как наука опирается на такие отрасли биологии, как биофизика, биохимия, генетика, физиология, а также на другие науки: физику, математику, химию, геологию, метрологию, географию и другие. На методах и понятийном аппарате этих наук основываются экологические исследования.

Взаимоотношения человека и машины в условиях промышленных предприятий, где имеют место ионизирующие, электромагнитные и шумовые излучения, перепады температурных режимов, давления, влажности, скорости движения воздуха и других характеристик среды на рабочем месте весьма многообразны. Наука о взаимодействии человека и машины получила название эргономики и входит в комплексную науку – безопасность жизнедеятельности. Эргономика тесно связана с техническими и математическими науками (кибернетикой, общей теорией системы, исследованием операций и др.) путем применения их методов для математического моделирования, анализа и оптимизации систем "человек - машина". Умение пользоваться экологическими знаниями при создании технических средств любых уровней и отраслей, обязательно для каждого специалиста. Многообразные задачи экологии как науки рассмотрены в главе книги "Краткие сведения об экологии". Но задачи экологии как учебной дисциплины в техническом вузе должны быть непосредственно связаны с тем, чтобы на основе понимания законов природы специалист мог свести к минимуму негативное влияние на природу разрабатываемого им объекта.

В результате тесной взаимосвязи производственных и природных процессов происходит слияние объектов хозяйственной деятельности и окружающей среды обитания человека в единые системы. Развитие этих систем происходит по сложным, во многом еще не изученным законам. Для изучения состояния окружающей среды, причин ее ухудшения и прогнозирования изменений, а также управления процессами оптимального развития таких систем сформировалась новая научная дисциплина – промышленная экология. Эта наука изучает единство материального промышленного производства, человека, живых организмов и среды их обитания. Есть и другие определения, которые мы рассмотрим ниже.

Задачи экологии в деятельности инженера-эколога промышленного производства или проектно-конструкторской организации можно сформулировать следующим образом:

1. Мониторинг, прогнозирование и оценка возможных негативных последствий действующих, вновь строящихся и реконструируемых предприятий для здоровья человека, среды обитания, всех живых организмов и растений.

2. Оптимизация технологических, инженерных и проектно-конструкторских разработок, исходящих из минимального ущерба окружающей среде и здоровью человека.

3. Выявление и корректировка технологических процессов, наносящих ущерб человеку и природе.

В последнее время получили распространение такие понятия, как "инженерная экология", "инженерная защита окружающей среды", "промышленная экология", "техническая экология", которые объединяет общая цель – решение проблем сохранения качества окружающей среды.

^ Инженерная экология – есть научная дисциплина, изучающая объективные закономерности процессов и средств системного взаимодействия человека, технических средств и природной среды с целью создания безопасных для человека и природы систем "человек – техника – среда". Существуют и другие определения, как например, под инженерной экологией понимается система инженерно-технических мероприятий, направленных на сохранение качества среды в условиях растущего промышленного производства.

Таким образом, экологические задачи решаются с помощью инженерных задач, поэтому речь идет не о дифференциации экологии на новые отрасли, а об инженерной защите окружающей среды. Решение экологических проблем с помощью инженерных методов возможно только тогда, когда специалист владеет методологией и достаточными знаниями в экологии, иначе говоря, обладает экологическим мышлением.

Предметом инженерной экологии является система "человек – техника – среда" (ЧТС), ее исследование и оптимизация в стадии проектно-конструкторских разработок сложных эргатических комплексов. Методологическую основу инженерной экологии представляет системный подход, включающий в спектр своих исследований человеческий фактор оператора, управляющего системой (повышение эффективности, качества труда, сохранение здоровья и трудоспособности, развитие личности и удовлетворение творческих потребностей человека), и проектирование технических средств и охрану окружающей природной среды.

Проблемы инженерной экологии составляют весьма широкий круг вопросов, связанных с развитием гуманизированных, экологичных, эргатических систем. К основным проблемам относятся: анализ процессов совместимости человека, технических средств и экологических систем биосферы и других планетарных систем; анализ проектных и конструкторских задач взаимодействия человека-оператора, технического средства и окружающей природной среды, а также оптимизация распределения функций между элементами системы ЧТС; исследование деятельности человека-оператора и систем управления техническим средством; анализ конструкторских характеристик технических средств, включая комплексы управления и оборудования рабочего места оператора; исследование сложных процессов адаптации человека, управляемой техники и природной среды, а также разработка принципов и методов приспособления конструкции к возможностям человека и к функциям, обеспечивающим экологическую чистоту данного устройства на уровне современных достижений науки и техники. Научные данные инженерной экологии внедряются в практику разработки технических средств в стадии начального проектирования, в процессе которого важное место отводится решению задач взаимной адаптации человека, техники и среды. В данном случае нас интересует экологическая сторона адаптации всех элементов системы ЧТС.

Система управления адаптивная – это система, в процессе функционирования которой происходит адаптация, направленная на улучшение качества управления.

Адаптация – процесс, имеющий большое значение в функционировании эргатической системы, определяющий эффективность работы всей системы и, что не менее важно, безопасность жизнедеятельности человека.

Адаптация (от лат. – приспособляю) – одно из уникальнейших свойств живого: приспособление организмов к условиям среды. Способность к адаптации, к саморазвитию, усовершенствованию в широко изменяющихся условиях окружающей среды при постоянном воздействии многообразных возмущающих факторов является существенным отличием всего живого от самых гениальных творений человека. В кибернетике под адаптацией понимают процесс накопления и использования информации в системе, направленный на достижение определенного состояния или поведения системы при начальной неопределенности и изменяющихся внешних условиях. При адаптации могут претерпевать изменения параметры и структура системы, алгоритм функционирования, управляющие воздействия и т.п.

Перед наукой и практикой создания новой техники стоит сложная задача – проникнуть в тайны биологических процессов и использовать выработанные природой в ходе тысячелетий свойства для поиска и разработки принципиально новых технических решений. При разработке технических средств интересы социально-экономического прогресса требуют, чтобы новая техника обладала качеством "вариации структур", т.е. свойством гибкого регулирования конструкции для обеспечения высокой приспособляемости к условиям среды и возможностям организма человека. Не менее важна также приспособляемость конструкции к выполнению регламента предельно допустимых концентраций загрязняющих выбросов в окружающую среду.

В технике все чаще появляются попытки использования принципа эффективного построения системы с определенными ограничениями на надежность. Надежное функционирование системы "человек – техника – среда" немыслимо на основе жестких, неизменных или слабо регулируемых связей между ее элементами. В примерах организмов природа демонстрирует нам эффективные принципы построения систем с высокой приспособляемостью. Некоторые решения, найденные природой, могут быть применены в инженерной экологии путем использования их технических аналогов. Между тем, создание эргатических систем с высокой взаимоприспособляемостью их составных частей требует глубокого изучения механизмов адаптации и разработки теоретических принципов сложных систем с применением новейших математических методов, с использованием имитации живого организма, а при необходимости и экологической ситуации. Таковы некоторые творческие перспективы инженерной экологии.

Развитие инженерной экологии направлено на комплексное решение проблем повышения производительности труда, всестороннего и гармоничного развития личности человека и окружающей природной среды, улучшения условий и гуманизации труда человека, управляющего современной сложной техникой.

Современная самая сложная техника создается для человека, для социально-экономического развития общества. Создание наиболее благоприятных условий жизнедеятельности человека и всего живого на нашей планете сегодня является важнейшей задачей человечества.

Решать эту задачу, вместе с другими науками, помогает и инженерная экология. Изучение этой науки необходимо каждому современному инженеру и организатору производства.

^ 7.2. Задачи инженерной экологии

Инженерная экология возникла на стыке технических и экологических наук, поэтому для нее являются характерными черты обеих. Актуальнейшей проблемой этой новой прикладной науки является преодоление узости взглядов на принципы как инженерных, так и экологических явлений.

Как экологическая наука инженерная экология исследует экологические процессы, на которые оказывают влияние современные технические устройства и производственные комплексы, изучает требования к конкретным техническим средствам и построению системы ЧТС, которые вытекают из особенностей жизнедеятельности человека и биосферы. Иначе говоря, решает задачу приспособления техники, сложных производств к естественным условиям жизни и деятельности человеческого общества и экосистем планеты.

Как техническая наука инженерная экология изучает принципы построения сложных систем, технологические процессы для изучения и выполнения требований, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности человека и биосферы. Сложные системы следует понимать как эргатические системы "человек – техника – среда", сущность которых и их роль в разработке новых технических средств рассматривается подробно в последующих главах книги. Сложность и многообразие развития технических средств и техносферы в целом порождает много проблем, в решении которых принимает участие инженер. Многие из этих проблем, вырастающие до уровня чрезвычайных экологических ситуаций, появляются в результате частных позиций, одной из которых является ориентация предпринимателя на достижение прибыли.

В ходе технического прогресса мы все лучше понимаем необходимость целостного охвата решения разных технических задач. Технические науки подошли сегодня к рубежу необходимости решения различных задач не только с позиции удовлетворения потребностей человека в общественной жизни, но и обеспечения естественных, чистых экологических условий для окружающей нас природы и всего живого.

Анализ традиционных программ высших технических учебных заведений позволяет достаточно обоснованно утверждать, что в них преобладает частный подход в изучении технических проблем. В них не достает таких общетехнических дисциплин, которые могут стать основой комплексного поиска необходимых решений. Одной из таких новых дисциплин и является инженерная экология.

Проблематика инженерной экологии может быть разделена на несколько направлений. Основные из них: методологическое, экологическое, системотехническое, эргономическое, эксплуатационное и мониторинговое.

Методологические проблемы позволяют выделить предметы в объект исследований, определить методы их изучения, установить принципы раскрытия закономерностей в исследуемой области, определить место инженерной экологии в системе наук, а также ее значение для обыкновенной практики. Методология инженерной экологии – это ее идейные позиции. Основой ее является подход, рассматриваемый в отдельном разделе книги.

Экологическое направление связано с изучением тех свойств биосферы и отдельных экосистем, а также лимитирующих факторов, которые имеют большое значение в процессе эксплуатации технических средств и производственных комплексов. Частные задачи экосистемы, лимитирующие факторы и примеры подробно будут рассмотрены ниже.

Системотехническое направление инженерной экологии связано с изучением инженерно-экологических вопросов разработки эргатических систем ЧТС. В это направление входят следующие основные группы задач:

1. Разработка инженерно-экологических принципов построения технических элементов системы ЧТС, включая разработку принципов конструирования средств защиты окружающей среды и обеспечения безопасности жизнедеятельности человека.

2. Инженерно-экологическое проектирование, анализ и оценка проектируемой эргатической системы. Сюда относится распределение инженерно-экологических задач по стадиям проектирования системы.

3. Проектирование и разработка принципов и методов инженерной эргономики, оценка условий труда оператора эргатической системы, рабочего места и всего комплекса управления, анализ и проектирование деятельности оператора (группы людей), управляющего системой на разных уровнях решения задач.

Термин системотехника появился в 60-е годы XX века в связи с развитием автоматизированных систем управления предприятием и отраслями народного хозяйства. Системотехника в настоящее время находит применение в автоматизации проектирования, автоматизации сложных научно-экспериментальных работ, автоматизации управления производством, отраслями промышленности и систем и т.д. Системотехника является прикладной научной отраслью, теоретическую основу которой составляет общая теория (более подробно об этом см. разд.7.3.3).

4. Определение экономической эффективности и оценка социальных характеристик, а также разработка методов и критериев оценки надежности и эффективности системы ЧТС в целом.

Прогрессивное эргономическое направление инженерной экологии характеризуется изучением и учетом человеческого фактора при проектировании и эксплуатации технических систем. В настоящее время развивается инженерная эргономика – научная дисциплина, исследующая объективные закономерности процессов и средств взаимодействия человека, техники и среды с целью приложения их к проектированию и конструированию сложных технических средств, предусматривающих повышение эффективности и качества труда, всестороннее развитие личности, защиту здоровья человека в техносфере.

Эксплуатационное направление инженерной экологии связано с обеспечением эффективности и безопасности функционирования эргатической системы. Дело в том, что чрезвычайные ситуации, аварии и катастрофы, приносящие огромный ущерб окружающей среде и ставящие под угрозу здоровье и жизнь человека, обусловлены эксплуатационными причинами. Среди этих причин большую роль играют ошибки человека, связанные с недостатками в подготовке оператора, слабыми знаниями и навыками в управлении и безопасности обслуживания техники, плохой организацией его труда.

В задачи эксплуатационного направления входят: профессиональная подготовка операторов для работы в системе ЧТС, инженерно-экологическое обеспечение научной организации труда операторов, вопросы групповой деятельности операторов, инженерно-экологические и технологические методы повышения экологической чистоты в процессе эксплуатации технических средств.

Новейшим направлением в проблематике инженерной экологии является мониторинг, который позволяет выявлять факторы воздействия данной эргатической системы, в частности технических средств системы, на окружающую среду, производить оценку экологичности эксплуатируемых систем и влияния объектов техносферы на среду. К этим функциям мониторингового направления относится, в частности, и моделирование антропогенных загрязнений среды, связанных с работой технических средств.

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.