Изотова Маргарита Александровна 8 страница

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.

Можно показать, что многие трудности творчества инженера сегодня вытекают из частных подходов, один из которых заключается в ориентации предпринимателя на достижение прибыли. Перед нами стоит задача преодоления узости взглядов на предметы и явления. Не следует допускать преобладания частного подхода в изучении технических проблем. Сегодня необходимость целостного охвата многообразных технических задач приобретает особую актуальность, мы все лучше понимаем, что создание сложных технических средств связано с учетом безопасной жизнедеятельности человека и экосистем, понимаем и то, что сущность создания таких систем (человек – техника – среда) заключается в удовлетворении человеческих потребностей в условиях общественной жизни. Основой создания системы ЧТС должен стать комплексный поиск необходимых решений конструкторских задач.

Объектом проектирования является система, тогда как объектом конструирования становится конструкция разрабатываемого изделия. Единство целей и действий в отношении проектов и изделий привело к необходимости иметь средства общения между инженерами. Этим средством является всевозможного рода проектная и конструкторская документация, строго разграниченная по стадиям разработки.

Теоретические аспекты моделей различных стадий разработок рассматриваются в специальной литературе.

^ 7.6. Связь инженерной экологии с другими науками

Инженерная экология развивается в тесной взаимосвязи с другими фундаментальными и прикладными науками.

Любая ветвь науки способна распасться на множество самостоятельных отраслей. Из любой отрасли перед нами открывается необъятность. С увеличением в арифметической пропорции горизонтов известного увеличиваются и горизонты неизвестного, но в геометрической пропорции. "Наше знание определяется отношением к нашему незнанию: прогресс углубляет бездну незнания…" – писал А. Белый в 1910 году. Однако есть существенные детали, которые в этих справедливых замечаниях не учтены.

Наука – это всегда знание, даже там, где она раскрывает нам бездны незнания. Без этого не было бы стремительного развития мысли. А. Эйнштейн считал одним из главных побуждений к творчеству – ощущение тайны. "Самое прекрасное и глубокое переживание, выпадающее на долю человека – это ощущение таинственности. Оно лежит в основе религии и всех наиболее глубоких тенденций в искусстве и науке. Тот, кто не испытал этого ощущения, кажется мне, если не мертвецом, то во всяком случае слепым… Я довольствуюсь тем, что с изумлением строю догадки об этих тайнах и смиренно пытаюсь мысленно создать далеко не полную картину совершенной структуры всего сущего". Он признавал величайшей радостью "…воспринимать то непостижимое для нашего разума, что скрыто под непосредственными переживаниями, чья красота и совершенство доходят до нас лишь в виде косвенного слабого отзвука" (см. Баландин Р.К., 1973, с.218).

Однако вернемся к знаниям и еще непознанным явлениям, связанным с инженерной экологией.

Развитие прикладной науки, инженерной экологии, происходит прежде всего во взаимной связи с экологической наукой в целом и, разумеется, всего комплекса инженерных наук. Без такой связи развитие инженерной экологии невозможно. С одной стороны, инженерная экология использует научные данные, а с другой – инженерно-экологические знания влияют на широкий круг отраслей экологической науки. В результате этого в инженерной экологии вскрываются внутренние связи между компонентами изучаемых систем "человек – техника – среда" с их качественной и количественной оценкой.

Изучая процессы информационного взаимодействия человека, техники и окружающей природной среды, инженерная экология опирается на методологический принцип – системный подход, на теоретические концепции, разработанные в общей теоретической экологии, с одной стороны, и теоретические основы инженерных наук, ставших фундаментом проектирования и конструирования сложных технических устройств, - с другой. Однако следует отметить, что инженерная экология рассматривает все эти проблемы в плане деятельности человека-оператора (или группы людей), управляющего сложными техническими устройствами или их комплексами, во взаимосвязи с окружающей природной средой.

В современных условиях важной тенденцией развития научного знания стала интеграция наук, изучающих различные проблемы деятельности сложных систем на основе комплексных подходов. Среди таких научно-практических комплексов, составляющих интересы инженерной экологии, является инженерная эргономика, изучающая объективные закономерности процессов и средств взаимодействия человека, техники и среды с целью приложения их к проектированию и конструированию эргатических систем.

В инженерно-эргономический комплекс входят физиология и гигиена труда, антропометрия, биомеханика, проектирование и конструирование технических средств, техническая эстетика, дизайн и другие дисциплины, круг которых пока еще окончательно точно не определен.

Инженерная экология имеет тесную связь с экономикой, организацией труда, социологией, социальной экологией и рядом других дисциплин, изучающих социотехнические системы, на основе которых зарождается новый научный комплекс – наука управления. Основным направлением в этих вопросах должно быть глубокое изучение механизмов управленческих процессов, структур и управленческой деятельности в целом в тесной взаимосвязи и с учетом человеческих факторов и состояния экологических систем.

Инженерная экология связана также с кибернетикой и системотехникой. Кибернетика изучает общие законы получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах. Значение кибернетики для инженерной экологии заключается в том, что она открывает возможности изучения и описания с единых системных позиций таких качественно разнородных компонентов системы ЧТС, какими являются человек, техническое средство и экологическая система. Вместе с тем, нельзя не учитывать специфичность каждого из компонентов: человека, подчиняющегося психофизиологическим и биологическим законам, техники, подчиняющейся физическим и химическим законам, и экологии, подчиняющейся физическим, химическим и биологическим законам. Напомним, что при изучении инженерной экологии рассмотрение человека, техники и природной среды является абстрактно-искусственным методом, не более чем методическим приемом, дающим возможность рассматривать различные составляющие системы ЧТС во взаимосвязи и совместном действии.

Системотехника – новое научное направление, это техническая наука об общих принципах разработки, совершенствования и использования технических систем. Разумеется, системотехническое проектирование широко использует принципы и методы инженерной эргономики, учитывающей характеристики человеческого фактора в человеко-машинных системах.

В инженерной экологии широко используются математические методы, в частности, при изучении деятельности человека-оператора или для построения моделей экосистем, планирования и обработки данных динамики состояния экосистем в условиях антропогенных загрязнений, при получении различных количественных характеристик и соотношений параметров технических средств в стадии их проектирования и конструирования.

Особой темой научно-технического применения инженерной экологии являются работы, связанные с созданием космических эргатических систем. Исследование космических пространств – передний край сегодняшней науки – имеет прямое отношение к основам инженерной экологии. Решение прикладных задач создания космических ракет, межпланетных станций, равно как глубоководных океанских технических устройств, т.е. различных эргатических систем, требует дальнейшего развития инженерной экологии. Тем более, что сегодня уже можно говорить о реальном переходе от чистого исследования космического пространства к его освоению человечеством, начатому несколько десятилетий назад в нашей стране российскими учеными и инженерами. Интересно вспомнить, что об этом говорят ученые-фантасты, соединяя научную ответственность с художественной проницательностью. В прогностической таблице английского ученого и писателя-фантаста Артура Кларка, увидевшей свет в 60-х годах, на 2060 год прогнозируется "разрушение пространства-времени", подразумевающее, по всей вероятности, овладение контролем над пространственно-временным континуумом. Ближайшие прогнозы Кларка на 70-е годы – "космическая лаборатория, посадка на Луну" - стали фактом. Далее А. Кларк прогнозирует в 2020 году "межзвездный зонд", а "межзвездный полет" - на 2070 год. В 2050-2060 годах этому сопутствует "планетная инженерия", а с 2090 года - "астроинженерия", которые опережает в 2020-2030 годах "космическая геология".

Прогноз А. Кларка совмещает на 2000 год "колонизацию планет" и "освоение морского дна", или на 2010-й "путешествие к центру Земли" с "контролем погоды". "Контроль над климатом" прогнозируется на 2070 год одновременно с "околосветными скоростями" и "искусственной жизнью", а "передача материалов" в 2090 г. – с "бессмертием".

В части духовных ресурсов человечества Кларк считает: уже в 2000 году за "искусственным разумом" будет создана "всемирная библиотека", в 2010-м – "телепатические устройства" и "логический интеллектуальный потенциал человечества". Изучение измерений гравитационной постоянной русским ученым профессором А. А. Силиным прокладывает канал связи к предсказанному Кларком контролю над "гравитационными волнами".

Вернемся к вопросу о взаимной связи инженерной экологии с другими науками. В последние годы наметилось усиление связи инженерной экологии с экономикой, открывающее огромные резервы роста производительности труда и эффективности производства.

Какое же место занимает инженерная экология в системе подготовки современного инженера?

Изучение инженерной экологии опирается на некоторые разделы, как уже было отмечено, фундаментальных и прикладных дисциплин. Знания из области физики, химии и биологии необходимы при проведении инженерно-экологических исследований и экспериментов. Математические знания нужны при изучении количественных характеристик экосистем, а в эргатических системах - также при изучении деятельности человека-оператора. Общая теория надежности помогает изучать надежность оператора и эргатической системы "человек – техника – среда". Знание возможностей и принципов построения ЭВМ позволяет изучать вопросы распределения функций между человеком и машиной и моделирования экологической ситуации, деятельности оператора и всей системы в целом.

Инженерная экология в учебных программах технического университета является базой для изучения таких дисциплин по профилю подготовки студентов, как конструирование машин, станков, агрегатов, приборов и другого технического оборудования, эксплуатация технических средств, охрана окружающей среды, экономика и организация промышленного производства, инженерная эргономика и др.

Полноценная инженерная деятельность в наше время может быть обеспечена лишь на базе широкого образования, включающего не только фундаментальную математическую, прикладную, но и столь же основательную методологическую подготовку в области техники и технических наук.