А.Е. Аствацатуров
Инженерная экология Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ. 2006
Глава 7. Предмет и задачи инженерной экологии
7.1. Основные термины и определения
Предмет инженерной экологии –
инженерное творчество, оно может быть признано полезным, если проекты и
конструкции технических устройств предусматривают сохранение экологического
равновесия и обеспечивают безопасность жизнедеятельности экологических систем.
Однако многие годы технические средства разрабатывались сами по себе, без
научного анализа и учета экологических стрессов и деформаций в экосистемах
биосферы. И сегодня мы часто можем видеть технику, совершенно неоправданно
загрязняющую, если не говорить отравляющую, окружающую природу из-за того, что
при разработке этих технических средств не учитывались современные
научные знания о взаимосвязи инженерных разработок с лимитирующими факторами
природной среды и естественными возможностями саморегуляции экосистем биосферы.
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.
|