А.И. Сафонов
Техноэкология. Курс лекций
Донецк: ДонНУ, 2014. – 107 с.
1. Предмет и задачи техноэкологии (инженерной экологии)
1.1. Основные термины и определения
Предмет инженерной экологии (техноэкологии, технической 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 «техноэкология», «инженерная экология», «инженерная
защита окружающей среды», «промышленная экология», «техническая экология», которые
объединяет общая цель – решение проблем сохранения качества окружающей среды.
Инженерная экология (техноэкология) – 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.
|