Исходные данные для проектирования

 

В общем, мотивом для проектирования изделия, может быть все, что угодно (см.п. 1.1.1).

Если выражаться по-научному, то создание нового изделия является, как правило, результатом большой предварительной работы, включающей прогнозирование, патентный поиск, научные, технико-экономические исследования, оценку технологических возможностей предприятия и отрасли, учет конъюнктуры как национального, так и международного рынка и ряд других факторов (фа́ктор (лат. factor «делающий, производящий») — причина, движущая сила какого-либо процесса, определяющая его характер или отдельные его черты).

Расширение учета факторов влияния при проектировании, появление профессии проектировщика и ИТ-технологий привели к возникновению новых форм и методов проектной деятельности (системный и сетевой социально-экономический анализ, программно-целевое планирование и управление, экономико-математические и другие инженерно-экономические методы).

 

 

 

 

Рис. 4. Основные этапы разработки проекта вагона

При проектировании реализуются не только творческие планы, но и решаются такие приземленные задачи, как потребность в капитальных вложениях и сроки их окупаемости, возможность выделения этих средств на разработку и освоение новых изделий.

В настоящее время каждое проектируемое и внедряемое изделие должно удовлетворять техническим, социально-экологическим и экономическим требованиям. Часто многочисленные требования и ограничения носят противоречивый характер, и проектировщик вынужден оптимизировать получаемые решения для выбора варианта, наиболее полно отвечающего указанному комплексу требований.

Из вышесказанного отчетливо проступает роль, значение и квалификация инженерно-технических работников, занятых при создании современных изделий, постановки их на производство и их эксплуатации.

 

2.3.1. ТРЕБОВАНИЯ К СОЗДАТЕЛЯМ ВАГОНОВ

 

Создатели вагонов – это, прежде всего, инженеры. Они вовлечены, как правило, во все процессы жизненного цикла технических устройств, являющихся предметом инженерного дела, включая прикладные исследования, планирование, проектирование, конструирование, разработку технологий, подготовку технической документации, производство, наладку, испытание, эксплуатацию, техническое обслуживание, ремонт и утилизацию устройств и управление качеством.

Для того, чтобы понять, какими из себя должны представлять эти люди, представим их квалификационную характеристику, опираясь, как у нас уже заведено, на зарубежные "авторитеты".

Инженер (фр. ingenier думающий) – обобщенное наименование выпускника технических вузов.

В определении Национального научного фонда США (как же без них) необходимые качества инженера:

- хорошие знания соответствующей области науки и техники;

- умение вести самостоятельные исследования;

- постоянная активность, нацеленность на изыскание, на получение новых результатов;

- нестандартность мышления, умение подвергать сомнению общепринятое;

- способность видеть проблему там, где другие ее не замечают;

- умения делать неожиданные сопоставления и находить оригинальные связи между явлениями;

- способность к комбинированному синтезу идей; компетентность и гибкость в восприятии новой информации;

- сочетание сильной внутренней мотивации к исследованиям с эмоциональной увлеченностью.

Европейская федерация национальных ассоциаций инженеров предусматривает следующие требования для инженеров:

- иметь целостное знание принципов инженерного искусства;

- иметь общие знания передовой практики инженерного творчества, а также свойств, поведения производства и использования материалов, оборудования и техники, ее узлов и соответствующих алгоритмов и программ;

- уметь пользоваться технической информацией и статистикой;

- быть способным применять принципы прогрессивных концепций, облегчающих производство, обслуживание, обеспечение высокого качества с учетом экономики; обладать чувством промышленных отношений и принципов управления, принимая во внимание технические, финансовые и человеческие условия;

- быть способным работать над многодисциплинарными проектами;

- понимать существо инженерной профессии так же, как ответственность по отношению к обществу и окружающей среде;

- быть способным создавать теоретические модели, позволяющие прогнозировать физические явления, и использовать указанные модели;

- уметь свободно выражать свои суждения по техническим вопросам на базе научного анализа и синтеза;

- уметь учитывать требования окружающей среды;

- уметь мобилизовать человеческие ресурсы;

- владеть устной и письменной речью, в частности, уметь составлять ясные и убедительные технические отчеты;

- свободно пользоваться (для маленьких стран Европы) одним из европейских языков, кроме родного;

- учитывать технический прогресс и эволюцию потребителей, чтобы не базироваться только лишь на установившейся практике, но и принимать в исполнении профессии инженера новаторскую и созидательную позицию;

- быть способным найти разумный компромисс между различными, порой противоречивыми требованиями, например, стоимости, качества, безопасности и сроков исполнения, как при долгосрочном, так и при краткосрочном планировании и предложить оптимальные решения;

- знать технику и технологии, относящиеся к области специализации (специальности).

Всемирный конгресс по инженерному образованию (1992 г., Портсмут, США) определил следующие требования к выпускнику инженерного вуза:

- профессиональная компетентность (сочетание теоретических знаний и практической подготовленности, способность осуществлять все виды профессиональной деятельности, определяемые образовательным стандартом по направлению или специализации);

- коммуникативная готовность (владение и деловой письменной и устной речью на родном языке, владение одним из наиболее распространенных в мире иностранном языке, умение разрабатывать техническую документацию и пользоваться ею, умение пользоваться компьютерной техникой и другими средствами связи и информации, включая телекоммуникационные сети, знать психологию и этику общения, владеть навыками управления профессиональной группой или коллективом); 

- развитая способность к творческим подходам в решении профессиональных задач, умение ориентироваться в нестандартных условиях и ситуациях, анализировать проблемы, ситуации, задачи, а также разрабатывать план действий; готовность к реализации плана и ответственность за его выполнение; устойчивое, осознанное, позитивное отношение к своей профессии, стремление к постоянному личностному и профессиональному совершенствованию;

- владение методами технико-экономического анализа производства с целью его рационализации, оптимизации и реновации, а также методами экологического обеспечения производства и инженерной защиты окружающей среды;

- понимание тенденций и основных направлений развития науки и техники.

Ценность инженеров у нас, в России, например, нашего ВУЗа (Петербургского университета путей сообщения) в начале ХIХ века оценивалась по-русски просто и емко – приданное при его женитьбе составляло не менее 15 тыс. рубл. золотом; первые дипломы об его окончании создавались лучшими российскими художниками, а академические знаки отливали виднейшие медальеры). 

Другой оценки инженера, как человека, обладающего энциклопедическими знаниями и опытом, быть и не может.

Большая Советская Энциклопедия (1970-78) дает следующий примерный список должностных обязанностей инженера, он:

- с использованием средств вычислительной техники, коммуникаций и связи, выполняет работы в области научно-технической деятельности по проектированию, строительству, информационному обслуживанию, организации производства, труда и управления, метрологическому обеспечению, техническому контролю и т. п.;

- разрабатывает методические и нормативные документы, техническую документацию, а также предложения и мероприятия по осуществлению разработанных проектов и программ;

- проводит технико-экономический анализ, комплексно обосновывает принимаемые и реализуемые решения, изыскивает возможности сокращения цикла выполнения работ, содействует подготовке процесса их выполнения, обеспечению подразделений предприятия необходимыми техническими данными, документами, материалами, оборудованием и т. п.;

- участвует в работах по исследованию, разработке проектов и программ предприятия (его подразделений), в проведении мероприятий, связанных с испытаниями оборудования и внедрением его в эксплуатацию, а также в выполнении работ по стандартизации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов, в рассмотрении технической документации и подготовке необходимых обзоров, отзывов, заключений по вопросам выполняемой работы;

- изучает и анализирует информацию, технические данные, показатели и результаты работы, обобщает и систематизирует их, проводит необходимые расчеты, используя современную электронно-вычислительную технику;

- составляет графики работ, заказы, заявки, инструкции, пояснительные записки, карты, схемы, другую техническую документацию, а также установленную отчетность по утвержденным формам и в определенные сроки;

- оказывает методическую и практическую помощь при реализации проектов и программ, планов и договоров;

- осуществляет экспертизу технической документации, надзор и контроль над состоянием и эксплуатацией оборудования;

- способствует развитию творческой инициативы, рационализации, изобретательства, внедрению достижений отечественной и зарубежной науки, техники, использованию передового опыта, обеспечивающих эффективную работу предприятия.

Инженеру необходимо знать:

- директивные и распорядительные документы, методические и нормативные материалы по вопросам выполняемой работы; перспективы технического развития и особенности деятельности предприятия (его подразделений);

- принципы работы, технические характеристики, конструктивные особенности разрабатываемых и используемых технических средств, материалов и их свойства;

- современные средства вычислительной техники, коммуникаций и связи;

- методы исследования, правила и условия выполнения работ;

- основные требования, предъявляемые к технической документации, материалам, изделиям;

- действующие стандарты, технические условия, положения и инструкции по составлению и оформлению технической документации;

- методы проведения технических расчетов и определения экономической эффективности исследований и разработок;

- достижения науки и техники, передовой отечественный и зарубежный опыт в соответствующих областях деятельности;

- основы экономики, организации труда и управления;

- основы трудового законодательства;

- правила и нормы охраны труда.

 Основным содержанием деятельности инженера является разработка новых и/или оптимизация существующих инженерных решений. Новые инженерные решения зачастую выливаются в изобретения. В своей деятельности инженер опирается на фундаментальные и прикладные науки.

На рубеже ХХ-ХХI веков слово «техника» — как термин для обозначения инженерного дела — в русском языке стало выходить из употребления в пользу заимствованного термина «инженерия» и «инжиниринг», а слово "инженер" в высшем образовании было заменено словом "специалист".

Однако при переводе на русский "специалист" - это тот, кто обладает значительными знаниями и умениями в какой-либо области. В англоязычной должностной сетке слово "специалист" употребляется редко. Часто под ним подразумевают человека, находящегося на довольно невысоких должностях, ниже "аналитика", "инженера" и т.п. По западным меркам они - не инженеры.

Надо быть готовым к тому, что дословный перевод слова "специалист" на другие языки воспринимается не адекватно. (Произошло то, о чем мы говорили в [6], когда в роли переводчиков выступают только лингвистические теоретики. Получилась полная неразбериха: в начале, иностранным выпускникам наших вузов, инженерам, выдавался магистерский диплом. Затем после принятия Болонской системы им выдавалось три диплома: бакалаврский, магистерский и инженерный. Сейчас же готовим бакалавров и магистров по Болонской системе и по "инженерной" - специалистов, оставляя прежней подготовку научных работников – кандидатов и докторов наук).

Техническая деятельность существовала всегда, но чтобы инженерному делу выделиться среди прочих, человечеству пришлось пройти долгий путь развития. Лишь разделение труда положило начало этому процессу, и только появление специального инженерного образования зафиксировало становление инженерной деятельности.

Множество технических решений и изобретений создавали как материальную базу для последующего развития, так и формировали передаваемые из поколения в поколение навыки и умения, которые, накапливаясь, становились основой для последующего теоретического осмысления.

Возведение городов, защитных сооружений, культовых построек всегда требовало самых передовых технических знаний. Так, в строительстве впервые появилось понятие проекта, так как потребовалось отделить идею от непосредственного производства, для возможности управлять этим процессом.

Сложнейшие сооружения древности требовали не только рабочей силы, но и умелой организации технического процесса, требовался инженерный талант, который совмещал в себе способности философа, учёного, политика, писателя.

Первой попыткой рассмотреть инженерное дело как особый род деятельности считают труд М. Витрувия «Десять книг об архитектуре». В нём даются попытки описать процесс деятельности инженера, показать такие важные для инженера черты как «размышление» и «изобретение» и указывается необходимость создания чертежа будущего сооружения.

Важнейшим этапом в инженерном деле стало применение масштабных чертежей. Этот способ развился в XVII веке и оказал сильнейшее влияние на дальнейшее инженерное творчество. Это привело к разделению инженерного труда на разработку идеи и её техническое воплощение. Имея проект возводимого, инженер получал возможность целостного взгляда на него и его оценки. Дальнейшее развитие привело к объединению инженерного дела с научным прогрессом, без идей которого современное инженерное дело стало уже невозможным.

Для контроля и регулирования инженерной деятельности в 1557 году в России создается первое учреждение в этой области - Пушкарский приказ.

Первым инженерно-техническим учебным заведением России стала Школа математических и навигационных наук, основанная в 1701 году Петром I. Затем в 1715 году создается Морская академия, в 1725 году открывается Петербургская академия наук с университетом и гимназией.

В 1809 году в Санкт-Петербурге император Александр I основывает Корпус инженеров путей сообщения, при котором был учреждён институт (ныне Петербургский государственный университет путей сообщения).

Так появилось высшее техническое образование, было создано промышленное законодательство, контрольные органы деятельности инженеров, был выделен особый инженерный род войск.

В течение XIX века продолжалось создание различных специализаций и направлений высшего инженерного образования, заимствовался передовой опыт других стран и народов, создавались собственные программы по новым направлениям, открывались новые ВУЗы, составившие впоследствии гордость России.  

В современной экономической системе, деятельность инженера комплексная; она в общественном производстве является производительным трудом, отличным от деятельности других представителей творческой интеллигенции. Она участвует в создании национального дохода, так как инженер реализует свои научные знания и практический опыт для решения конкретной реальной технической задачи. С расширением и углублением научных знаний произошла профессиональная специализация инженерной профессии. Она привела к образованию творческих коллективов по определенным областям инженерии.

Инженеры объединяются в национальные, региональные и международные научные общества и профессиональные ассоциации такие как, например, UIC, Российская инженерная академия, Российский союз инженеров, Ежегодные (с 1879 по 1927 гг.) Совещательные съезды общества российских инженеров тяги, Некоммерческое Партнерство "Объединение Производителей Железнодорожной Техники" (2016), Американское общество инженеров-механиков и Институт инженеров электротехники и электроники (США) и др. 

Сейчас на рынке инженерных услуг действуют инженерные организации, которые принимают форму научно-исследовательских институтов, проектно-конструкторских бюро, научно-производственных объединений (НПО) и т. д. Посредством этих организаций осуществляется координация научных исследований, разработка технических стандартов, повышение квалификации, защита и представление интересов инженерного сообщества и другая деятельность.

Основной формой обмена идеями, информацией и опытом для инженерного сообщества являются публикации в профессиональных изданиях, а также научные и научно-практические форумы — съезды, конференции, семинары и т.п.

 

 

2.3.2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИХ РАБОТ

 

Проектирование современного вагона не следует рассматривать в виде труда избранных творцов, как это часто и небезосновательно представляется. Существует тесная связь между процессом разработки вагона нового типа и уровнем и темпами развития науки и техники. В целом это творческий процесс. Однако и он в определенной степени все-таки формализован. Представим ниже некоторые обобщения этого труда.

Важной особенностью всего процесса разработки вагона является последовательная цикличность его этапов, в процессе каждого из которых проект вагона прорабатывается в целом с одинаковой степенью детализации для всех узлов, систем и элементов оборудования.

Прежде чем приступить к проектированию, необходимо:

- оценить важнейшие решения – исходные допущения, поставленные цели, выбранные модели, а также основные направления проектирования, возможности и методы их изменения;

- определить целесообразность проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, добиваясь, чтобы убытки от незнания не превышали затрат на НИР и ОКР;

- распределить задания в соответствии с возможностями исполнителей, имея в виду, что наибольших успехов в проектировании добивается тот, кому присущи следующие качества:

- грамотность – знание основ фундаментальных наук;

- мастерство – способность разрабатывать и непрерывно совершенствовать аналитические, обобщающие, экспериментальные и информационные методы решения задач, способы передачи идей;

- заинтересованность – обладание конструктором вниманием и активной любознательностью, гибкостью мышления, научной добросовестностью, ответственностью за разрабатываемую конструкцию, способностью охотно принимать решения, излагать и отстаивать свои идеи и быть готовым выносить на обсуждение свой опыт;

- творчество – умение избегать традиционных решений, стремление добиваться оригинальных результатов и искать области применения разрабатываемых устройств, а также иметь убежденность в том, что творческое решение всегда существует;

- определить полезные источники информации, имея в виду, что, прежде чем, обратиться к важной или дорогостоящей информации, следует проверить ее надежность. Консультант лишь тогда даст правильный и исчерпывающий ответ, когда он будет знать по возможности все о проекте, о его хороших и плохих сторонах. Информация должна быть полной не только в основной области, но и в смежных областях знаний;

- оценить взаимодействие между новой конструкцией, окружающей средой и обществом, установить их чувствительность на возможные обоюдные изменения.

На начальной стадии проектирования, на основе разносторонних исследований оценивается вероятная потребность в новом вагоне. Очень важно, чтобы на этом этапе активное участие принимали конструкторы с целью полного изучения технических требований для ясного представления того, что требуется заказчику.

Изучение потребности приводит к выработке первоначальных требований, которые будут ограничены факторами влияния (см. п. 1.1.3).

С самого начала должно быть установлено/определено, каким эксплуатационным требованиям должна соответствовать новая конструкция вагона.

Чрезвычайно важно влияние Норм…[8] на весь процесс разработки вагона. Они являются основой при принятии каждого конструктивного решения.

Для успешной разработки проекта конструктор должен знать соответствующие типы подвижного состава и нереализованные проекты, которые наилучшим образом соответствуют заданным техническим требованиям, критически оценивать их решения, учитывать опыт эксплуатации, производить систематизацию имеющейся информации и т.п.

Поскольку процесс проектирования вагона не является строго упорядоченным, то в начале, когда происходит выработка концепции, возможно появление нескольких схемных вариантов. Если, основываясь на интуиции и опыте конструктора, невозможно выбрать из этого набора наиболее приемлемую его схему, следует произвести их сравнительный анализ. Обычно полная конструктивная проработка всего практически невозможна, поэтому анализ производят по результатам параметрическим исследований, на основании которого рождается первоначальный базовый вариант схемы будущего вагона. Затем производится оценка соответствия параметров и характеристик вагонов предъявленным требованиям.

В результате может появиться семейство однотипных конструкций, легко сравнимым как друг с другом, так и с первоначальным базовым вариантом. Их целесообразно систематизировать и исследовать, так как это даст возможность улучшить данные, которые не соответствуют требованиям и исследовать наиболее вероятные пути поиска лучшего варианта. Такая проработка часто приводит к тому, что, изменив некоторые требования к новому вагону, удается найти наиболее сбалансированную со всех сторон его схему.

Проработка общей схемы вновь проектируемого вагона должна основываться на требованиях к нему как транспортному средству и анализе влияния этих требований на конструктивные особенности вагона. Результат такого анализа играет решающую роль в создании нового вагона. Четких методических указаний на этот счет не существует. Поэтому выбор общей схемы вагона представляет собой сложную творческую задачу.

Схема созданного вагона часто определяется традициями и преемственностью методов проектирования. Накопленный опыт создания вагонов одного типа может оказаться определяющим фактором. Даже при разработке вагона принципиально нового типа конструктор возвращается к результатам проработок, полученным ранее [3]. Из этого следует, что первым шагом при выборе принципиальной схемы нового вагона является здравая оценка конструктивных решений, нашедших успешное применение в прошлом. Выбор удачной начальной схемы вагона не означает также, что она может быть при необходимости изменена в процессе дальнейшей разработки.

В некоторых случаях на конструкцию вагона и его общую схему влияют производственные возможности разработчика.

Говорить о твердых и установившихся правилах выбора схемы вагона вряд ли возможно. Поэтому даже некоторые очевидные рекомендации требуют осторожного подхода, так как иногда даже небольшие различия приводят к противоположным результатам.

При выборе схемы вагона все эскизы должны выполняться с соблюдением масштаба, так как без правильного представления основных размеров элементов и узлов проект вагона превращается в рисунок, отражающий лишь идеи конструктора. Таким он бесполезен для дальнейшей разработки.

Несмотря на то, что в настоящее время не существует строгих, установленных приемов и методов проектирования вагонов (на это указываем неоднократно), этот процесс будет успешным, если:

- проектирование будет последовательно приближаться к нужному решению, начиная с проработки схемы, ее анализа и проверки на соответствие заданным требованиям и до получения конечного результата. Каждый этап после внесения очередных изменений повторяется до тех пор, пока не будет достаточной уверенности в удовлетворительном решении, и проект можно будет разрабатывать дальше. При этом конструктор должен обладать достаточной смелостью при принятии важных решений, а его записи и расчеты быть в полном порядке;

- конструктор уже в начале проектирования предвидит возможное влияние экспериментальных работ на последующий ход разработки проекта. Организация проектно-конструкторских работ должна предусматривать решение любой серьезной проблемы по возможности на более ранних этапах проектирования;

- информация по новым разработкам и результатам исследований должна быть собрана вся и соответствующим образом обработана;

- в процессе разработки проекта возникает необходимость его периодической переоценки, поскольку следует помнить, что новый вагон будет удачным, если выполнит работу лучше старого, на смену которого он готовится;

- в процессе разработки проекта будет соблюдаться строгая координация всех работ, поэтому разработчики должны иметь широкие и разнообразные знания во многих областях науки и техники.

 

 

2.3.3. О ПРИНЦИПАХ И МЕТОДАХ ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА

 

В настоящее время сформировались основные взгляды, которым должен соответствовать новый вагон, основанный на выборе оптимальной структуры и параметров всех его элементов, на базе выбранных критериев оптимизации с учетом большого количества ограничений, определяемых факторами влияния (п.1.1.3) и в рамках существующей еще пока сейчас концепции вагоностроения 1933 года. Им соответствуют также и принципы проектирования, которые условно разделяются на технические, экономические и социально-экологические [2, 3, 11].

На сегодня среди технических, нисколько не уменьшая важности остальных, мы выделяем принцип обеспечения заявленной работоспособности конструкции, согласно которому все структурные элементы изделия должны обладать равной прочностью, жесткостью, устойчивостью, надежностью, долговечностью и другим частным критериям, так как от этого зависит необходимость конструкции, безопасность ее работы и весь процесс последующего содержания вагонов (см. п. 1.1).

Опять же на сегодня среди всех экономических принципов, нужно основываться на главных, на целесообразности и выгодности, которые следуют из принципов Бритвы Оккамы (не усложняй сущее без надобности) и Козьмы Пруткова (не тронь работающее).

Из социально-экологических наиважнейшим является принцип достижения максимального соответствия конструкции вагона, социуму и окружающей среде.

Представленные принципы составляют естественнонаучные основы науки и практики проектирования вагонов.

Методы проектирования вагонов разнообразны: существуют самые примитивные и используются наиновейшие комплексные [2, 3, 11]. Нам представляется, что значительную помощь проектировщику вагонов может оказать нами разработанный и представленный ниже метод классификационного конструирования [16].

 

 

2.3.3.1. Общие положения по обеспечению заявленной

работоспособности

 

Работоспособность — это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданную функцию с параметрами, соответствующими требованиями нормативно-технической документации (НТД). Это сложное многокритериальное комплексное состояние, обеспечивающее коммерческое предназначение изделия, без признания/оценки которого теряется весь смысл его создания. Многие составляющие этого явления имеют выработанные и устоявшиеся понятия, "гостированны" и применяются. Ниже мы представляем лишь те из них, которые с нашей точки зрения в наибольшей степени соответствуют такому изделию, как вагон.

Свойство элемента или системы непрерывно сохранять работоспособность при определённых условиях эксплуатации называется безотказностью (отказ — это нарушение работоспособности). Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Работоспособность зависит от внешних условий деятельности и внутренних ресурсов изделия. Её критериями являются:

- прочность – способность детали сопротивляться разрушению или деформированию под действием приложенных нагрузок. Прочность является главным критерием работоспособности, поскольку непрочные детали не работают. Методы расчетов производят по допускаемым напряжениям, коэффициентам запаса прочности и по вероятности безотказной работы.

Нарушением прочности считают возникновение в детали предельных напряжений, которые соответствуют пределам текучести, прочности (при расчетах на статическую прочность) или выносливости (при расчетах на усталостную прочность/выносливость). Допускаемый коэффициент запаса прочности (коэффициент незнания) учитывает несовершенство расчета, неоднородность механических свойств материалов, внешние условия и специфические требования безопасности;

- жесткость – способность деталей сопротивляться изменению формы под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих деформаций деталей в пределах установленных норм;

- устойчивость – свойство изделия сохранять первоначальную форму. Устойчивость является критерием работоспособности длинных и тонких стержней, работающих на сжатие; тонких пластин, подверженных сжатию и оболочек, испытывающих внешнее давление или осевое сжатие. Потеря устойчивости происходит при достижении критических нагрузок;

- теплостойкость – способность детали работать при высоких температурах, которые образуются под воздействием рабочих процессов и от трения в кинематических парах. В результате снижаются прочностные характеристики материалов, возникает ползучесть, происходит изменение физических свойств трущихся поверхностей, снижается точность, защитная способность масляных пленок, увеличивается изнашивание, зазоры в сопряженных деталях и т.д.;

- износостойкость – свойство деталей сопротивляться изнашиванию. От этого зависят зазоры в кинематических парах, нарушается точность, появляются динамические нагрузки, уменьшается поперечное сечение, снижается прочность, КПД, возрастает шум. Современные вагоны на 85...90 % выходят из строя по результатам изнашивания. Все это удорожает эксплуатацию и увеличивает стоимость нового вагона;

- виброустойчивость – способность конструкции работать в нужном диапазоне частот, которое достигается путем ликвидации источников колебаний, устранением резонансов, созданием эффективных средств виброзащиты человека – оператора;

- надежность – это вероятность сохранения конструкции в заданных сроках службы. Она достигается, если будут выполнены следующие требования:

- схема вагона выбирается из минимального числа элементов;

- надежность каждого элемента должна быть достаточно высокой;

- расчетные схемы должны соответствовать действительным условиям работы, а качество изготовления - намеченному;

- широкое использование унифицированных и стандартизованных элементов;

- произведена защита от вибрации, высоких температур, окислительных сред, пыли, использована эффективная система смазки и т.п.;

- расширены допускаемые пределы для параметров, определяющих работоспособность изделий;

- обеспечение легкой доступности к узлам и деталям для осмотра и замены;

- использование резервирования.

Если будут выполнены выше перечисленные требования, то изделие будет обладать: повышенной производительностью (чем она выше, тем ниже себестоимость продукции), экономичностью (машина будет иметь большой коэффициент полезного действия, занимать меньшую площадь, использовать меньше энергии, топлива, обеспечивать повышенную точность, требовать меньших затрат труда на обслуживание и ремонт и т. п.) и эксплуатационной надёжностью (способностью выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в пределах НТД).

Показателями надёжности при этом являются: вероятность безотказной работы при минимальных ремонтных издержках; долговечность (способность машины и её узлов противостоять старению, износу, коррозии и т. д.); технологичность (степень соответствия конструкции машины оптимальным условиям производства); экологичность (способность выполнять свои функции без вредного воздействия на окружающую среду); безопасность (при нормальной эксплуатации в течение заданного срока службы); стоимость (затраты определяемые степенью совершенства технологического процесса производства, унификации конструкции машины, стоимостью материалов и покупных изделий и т. д.).

Машина при этом должна, безусловно, полностью соответствовать требованиям и нормам конструкторской документации, технических условий и стандартам.

 

 

2.3.3.2. Функциональные признаки предназначения

 

В п. 1.1.2 мы, приводя пример нахождения на рынке покупателей разного достатка, говорили, что все они, желая осуществлять перевозки, по-разному видят себя как владельца вагон, если рассматривать сегодняшние условия по владению вагонами. Поэтому общая функциональная принадлежность вагонов, как перевозочного средства для них общая, а функции содержания – разные:

- для богатого покупателя вагон, как правило, не будет достигать физического старения; его содержание станет определяться факторами морального состояния (модой, престижностью, приверженностью к новациям, коллекционированию и т.п.);

- для человека среднего достатка содержание будет определяться экономическими соображениями между факторами морального и физического старения;

- для малоимущих,- определяющими в содержании будут факторы физического старения вплоть до разрушения вагона.

В соответствии с этим на первый план выдвигается и стратегия создания трех (как минимум) разновидностей конструкций для каждого, находящегося на рынке, типа вагонов. Их процесс создания будет отличаться незначительно, то "философия" содержание будет принципиально разной.

Постараемся объяснить это на ниже следующем.

Как известно в структуру машины по функциональными признакам входят взаимосвязанные механизмы, на каждый из которых возложена определенная функция. Все они разные и с точки зрения функционального назначения они объединяются в следующие группы:

- двигатели и преобразователи;

- передаточные структуры (редукторы,  передачи и т.п.);

- исполнительные устройства (прессы, рабочие органы, механизмы перемещения инструмента и т. п.);

- средства управления, контроля и регулирования (датчики, контроллеры, системы ЧПУ и т.п.);

- механизмы транспортировки, подачи, питания и сортировки;

- структуры автоматического учета, дозировки и упаковки готовой продукции и т. п.

В зависимости от назначения, конструкции и принципа работы конкретной машины в её состав могут входить несколько различных механизмов. Она, чаще всего, состоит из трёх основных механизмов: двигателя, трансмиссии и исполнительного, или рабочего органа, и ими определятся специализация и условия, ради которых машина и создаётся.

В общем, работоспособность машин зависит от скорости изменения параметров технического состояния, стабильности и продолжительности их сохранения в заданных пределах. Достижение хотя бы одним параметром предельного значения означает нарушение исправности или работоспособности машины.

Как правило, работоспособность машины можно обеспечить за счет:

- улучшения материалов и конструкции трущихся деталей - применение износостойких материалов, точная обработка деталей, создание условий, уменьшающих изнашивания изменяют параметры технического состояния машин, увеличивают ресурс составных частей, сокращают появление отказов;

- оптимизации параметров, периодичности и условий технического обслуживания и ремонтов - качественное обслуживание при ремонте, предупредительная замена деталей, способных к отказу в предстоящий период работы, увеличивают наработку в межремонтный срок, уменьшают среднюю скорость изменения параметров состояния, улучшают техническую эксплуатацию машин, обслуживание и ремонты;

- правильного подбора обслуживающего персонала.

Техническая эксплуатация машин рассматривается с теоретической и практической сторон. Как наука она изучает пути и методы наиболее эффективного управления техническим состоянием и надежной работой машин. Как область практической деятельности техническая эксплуатация обеспечивает технические, экономические, организационные и другие мероприятия, поддерживающие машины в работоспособном состоянии без простоев.

Техническая эксплуатация включает различные работы:

- обкатку - приработку трущихся деталей для увеличения срока службы; 

- техническое обслуживание – комплекс работ, поддерживающих работоспособность изделия во время его полезного использования (очистка, контроль, диагностика, проверка крепления, регулирования, смазывания, замена некоторых составных частей машин и т.д.);

- снабжение (экипировку) машины всем необходимым для осуществления перевозок (топливом, смазочными материалами и рабочими жидкостями, приспособлениями, оборудованием и материалами для обслуживания пассажиров и пр.);

- хранение - выполнение мероприятий в соответствии с установленными правилами до использования машины по назначению;

- технические осмотры - комплекс операций, проводимых перед началом использования изделия, для проверки его готовности к использованию;

- диагностирование машин - предупреждение неисправностей при эксплуатации (процесс контроля технического состояния с определенной точностью).

Ремонт — комплекс работ по восстановлению исправности машин или работоспособности по восстановлению ресурса.

Различают техническую и производственную (использовании машин по назначению) эксплуатации.

Производственная эксплуатация – это использование машин по назначению.

Техническая эксплуатация заключается в создании работоспособной или исправной по техническому состоянию машины.

Обычно под техническим состоянием подразумевают совокупность изменяющихся в процессе эксплуатации свойств машин. Они характеризуют пригодность машины к использованию и определяются значениями параметров и качественными признаками, состав которых устанавливается НТД.

Различают исправное и неисправное, работоспособное и неработоспособное технические состояния.

Исправность — состояние объекта, при котором он удовлетворяет всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.

Под системой технического обслуживания и ремонта машин понимают совокупность взаимосвязанных средств, документации и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества машин.

К техническим средствам относят: технологическое оборудование, приборы, приспособления, инструмент, сооружения, запасные части и материалы для проведения операций технического обслуживания и ремонта.

Нормативно-техническая документация регламентирует периодичность, последовательность, технологию выполнения этих операций, а также технические требования на восстановление параметров технического состояния с указанием их допускаемых значений.

Существует три основных стратегии выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту машин:

а) по состоянию после отказа;

б) планово-предупредительная в зависимости от наработки;

в) по техническому состоянию, с периодическим или непрерывным контролем.

Согласно первой, - ремонтно-обслуживающие работы проводят после отказа. К таким работам относят замену, ремонт, регулирование составных частей после внезапного отказа, а также отказа, устранение последствий которого сопровождается относительно небольшими потерями (обычно на практике это то, что принято называть текущими или малыми ремонтами (ТО или М).

Работы второй стратегии носят планово-предупредительный характер и их производят до появления отказов. Их проводят периодически в зависимости от наработки (срока службы) без учета состояния изделий. К таким работам относят средний (С) или деповской (ДР) и капитальный (К) или заводской ремонты. Первые, - как правило производят в депо и обеспечивают гарантированную безотказность работы вагонов в межремонтный, между ДР, срок. Капитальный или заводской ремонты в настоящее время производят на вагоноремонтных заводах, ранее принадлежащих МПС (Министерство путей сообщения СССР (РФ) и на лицензированных вагонных депо. Эти работы должны восстанавливать ресурс вагона до исходного после изготовления состояния. 

Работы третьей стратегии, имеют также планово-предупредительный характер, их проводят в зависимости от состояния машины или ее составных частей. Контроль в этом случае осуществляют постоянно или дискретно, в плановом порядке, для установления состояния машины. Сейчас на такую стратегию переведен практически весь вагонный парк РФ.

По мере развития методов и средств технического диагностирования область распространения третьей стратегии расширяется.

При обслуживании и ремонтах сложной машины могут применять несколько стратегий в зависимости от вида составных частей.

Система технического обслуживания (ТО) и ремонтов (М, ДР, КР) характеризуется видом, периодичностью и циклом. Под их видом понимают комплекс определенных операций, которые выполняют с заданной периодичностью.

 

 

2.3.3.3. Составные части механизма/машины

 

Конструктивно любая машина состоит из деталей, узлов и агрегатов. Каждый из этих элементов имеет предметную или функциональную специализацию, полное назначение согласуется со всеми элементами машины и образует в совокупности целостную действующую конструкцию.

Деталь — элемент машины, представляющий собой одно целое, который не может быть разобран без разрушения на более простые составляющие части. Количество деталей в современных машинах достигает десятков тысяч. Выполнение машин из деталей вызвано необходимостью обеспечения необходимых степеней свободы для подвижных частей и взаимной конструктивной связи – для неподвижных. Это дает возможность применять оптимальные материалы, быстро восстанавливать работоспособность изношенных машин, заменять только простые и изношенные детали. Это облегчает их изготовление, обеспечивает возможность и удобство сборки машин.

По применимости и распространённости детали делятся на:

- стандартные — изготавливаемые в соответствии с государственными, отраслевыми или местными стандартами;

- унифицированные — заимствованные от другого изделия;

- оригинальные — детали только данной машины; они, как правило, раньше не проектировались и не изготавливались.

Узел — часть машины, представляющая собой разъёмное или неразъёмное соединение нескольких деталей, которое можно собрать отдельно от других составных частей и которое способно выполнять определённые функции в изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями. Особенностью каждого конкретного узла является то, что он может выполнять свои функции только в составе определённой машины, для которой он предназначен.

Агрегат — нормализованный узел машины, который обеспечивает полную взаимозаменяемость и самостоятельно выполняет свойственные ему функции. Это даёт возможность использовать агрегаты не только в конструкции какой-то определённой машины, а составлять из них, в зависимости от потребностей производства, машины разных компоновок (машинные агрегаты). Типичными образцами агрегатов, входящих в состав машин, являются электрические двигатели, редукторы, насосы, различного назначения гидроусилители, генераторы электрического тока, компрессоры и многое другое.

Для обеспечения работы составных частей в машине их необходимо соединить, придать им необходимые свойства, обеспечить возможность работы, контролировать условия нагружения, получать нужные выходных характеристики, обеспечивать безопасность и исправную работу, пополняться расходными материалами, а также обеспечивать замену и ремонт вышедших из строя частей, не допускать ненормальную работу, сигнализировать о выходе машины на предельные режимы работы и при необходимости останавливать работу ее механизмов.

В целом это сводится к осмотру, проверкам, тестированию, контролю, к регулярному уходу и облуживанию, пополнению расходными, сменными, запасными материалами, заменой и устранением внезапных отказов, к производству плановых ремонтов, восстановлению полезной эксплуатации и утилизации^* и др.

В зависимости от того, для кого предназначается машина (богатого, среднего достатка или бедного покупателя) срок ее жизни будет составлять соответственно (приблизительно) 5 – 7 лет, до 15 и более 15 лет.

У богатого владельца - машина должна осматриваться, проходить проверки и тестирование, работа ее механизмов должна быть под постоянным контролем, она должна подвергаться регулярному уходу и облуживанию, пополняться расходными, а в случае устранения внезапных отказов, сменными материалами и запасными частями; текущее обслуживание, как правило, должно осуществляться у дистрибьютора.

Для владельца машины среднего достатка - к выше перечисленным работам будут добавлены один плановый капитальный и до трех средних ремонтов в условиях фирменных предприятий.

Машины бедных владельцев кроме перечисленных работ будут ремонтироваться несколькими капитальными и средними ремонтами до полного использования заложенного в машине ресурса в условиях ремонтных предприятий и у частников.

 

_____________________

^*/ Краткая характеристика представленных терминов:

осмотр – это обычное состояние визуальной оценки эксплуатантом состояния вагона/машины перед началом его/её полезного использования;

проверка – оценка действия наиболее ответственных частей машины перед началом ее полезного использования;

контроль – общая инструментальная или ручная оценка работы наиболее ответственных узлов во время эксплуатации;

уход – процедуры приведения машины в исходное состояние;

обслуживание - работы по поддержанию машины в исправном состоянии, не прекращая ее полезного использования;

расходными называются материалы, которые в процессе эксплуатации расходуются безвозвратно;

сменные – это материалы, которые после выработки положенного ресурса, заменяются новыми;

запасными называются такие части машин, которые заменятся новыми, предварительно для этого изготовленными и имеющимися;

внезапные – незапланированные отказы;

плановые – ожидаемые отказы;

ремонты – это восстановление работоспособности машины с выводом ее из полезного использования;

полезное использование или эксплуатация – это работа машины по ее основному предназначению;

утилизация или "смерть" машины – это исключение ее по основному предназначению из полезной эксплуатации.

 

2.3.3.4. Критерий оптимальности

 

Критерий оптимальности (критерий оптимизации) — характерный показатель общей оценки изделия, по которому оценивается оптимальность найденного решения и максимальное удовлетворение поставленным требованиям.

Оптимизация — процесс нахождения наилучшего или оптимального решения любой задачи при заданных критериях. Как правило, характеризуя объект, сложно выбрать какой-либо один критерий, который бы обеспечил всю полноту требований. Такая оптимизация называется скалярной.

Стремление к полному решению приводит к большему числу критериев и усложняет проблему. Такая оптимизация называется векторной.

В последнее время для оценки машины принято использовать двухкритериальную оптимизацию в понятиях «цена-качество». Это, как утверждается, позволяет учесть экономические (цена), и производственно-технические (качество продукции) требования.

Если цена – понятие, не требующее объяснений, то в отношении качества не все однозначно ясно и определено. На сегодняшний день нет единственного устоявшегося определения качества. Международный стандарт ISO 8402-94 определяет качество, как совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленным и предполагаемым потребностям. Стандарт ISO 9000:2008 под качеством понимает степень, с которой совокупность собственных характеристик выполняет требования. Эти и другие определения, так или иначе, указывают на «способность товара или услуги соответствовать», т.е. при определении понятия качества используют два аспекта (от лат. aspectus — вид, облик, взгляд, точка зрения): характеристика объекта и точка зрения лиц, которые используют объект.

Под влиянием развития технологий производства и потребностей человека значение и роль качества возрастает. Потребители становятся более требовательными к качеству продукции и услуг. С оценкой качества связаны кредитования, инвестиции, предоставления льгот. Дело дошло до того, что в ряде стран Европы существуют законы, по которым некоторые товары вообще не допускаются на рынок без сертификата качества, подтверждающего соответствие требованиям стандартов международной организации по стандартизации – ISO.

В современном машиностроении распространятся идеи бережливого производства. Её фундаментальной основой является ценность продукта и процесса его производства. На первый план выходит не проблема снижения себестоимости, а жесткая конкурентная борьба за потребителя, который отдает предпочтение более качественным продуктам. Поэтому и вся деятельность по обеспечению качества понимается уже как комплексный, систематический процесс, охватывающий все этапы формирования свойств выпускаемой продукции - от маркетинговых исследований до оценки полученного результата внешним и внутренним потребителем.

 Под внешним качеством понимается, в полном соответствии с идеологией современного менеджмента качества, совокупность свойств продукции, обуславливающих её способность удовлетворять потребности в соответствии с её назначением. Внешнее качество оценивается внешними потребителями по степени соответствия продукта производства их ожиданиям.

Под внутренним качеством понимается пригодность разрабатываемого технологического процесса удовлетворять внутренних потребителей в соответствии с назначением. Его определяют все участники производственного процесса изготовления изделий, обслуживания и ремонта, а также те из них, которые связаны с утилизацией отслужившей машины. При этом в неявном виде требования к качеству технологического процесса предъявляют и внешние потребители.

В целом, как и цену, качество изделия можно определить через затраты на обеспечение качества и на устранение последствий отказов в связи с низким качеством продукции. Заметим, что это далеко непростая задача, но она разрешима, Сейчас уже для многих изделий установлены затраты, связанные с их содержанием (например, OKO-TEST (ЭКО-ТЕСТ) – ЖУРНАЛ НЕМЕЦКОГО ОБЩЕСТВА ПО ЗАЩИТЕ ПРАВ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ) и в зависимости от предельного срока их работы определяется коэффициент "цена-качество". В зависимости от его величины покупатель выбирает наилучшую модель.

Для вагонов также в зависимости от покупателя (см. п. 2.2.3.3) наилучшим будет та его модель, которая обладает наилучшим коэффициентом оптимальности, исходя из минимальности затрат на достижение оптимального качества.

 

 

2.3.3.5. Принцип соответствия "человек-машина-окружающая среда"

 

Обычно этот принцип рассматривается несколько упрощенно в понятиях, обозначенных в названии этого раздела через инженерную психологию, эргономику, экологию и дизайн. Мы считаем это большим упрощением и предлагаем рассмотреть его через взаимодействие систем окружающей, социальной и технической сфер*.

 

______________________

 

*/ Данный раздел написан по материалам [17]. Он переработан применительно к выбору будущей машины, работающей в комплексе "социальная, техническая и природная среды".

А. Окружающая среда как система

 

Здесь мы введем основные понятия, рассмотрим устойчивость природной среды, систему «человек–среда обитания» и воздействие на человека потоков жизненного пространства.

 

Основные понятия

Природная среда (экосистема, природа, природная окружающая среда, природная система) – это любое сообщество живых существ вместе с его физической средой обитания, функционирующее как единое целое.

Техносфера – часть биосферы, коренным образом преобразованная человеком в природно-техногенные и собственно техногенные системы.

Техногенная среда – совокупность элементов среды, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в природе (здания, сооружения и т.п.).

Окружающая среда (environment) – среда обитания и деятельности человечества, окружающий человека природный и созданный им материальный мир.

 Окружающая среда включает природную среду и искусственную (техногенную) среду.

В широком смысле в понятие «окружающая среда» могут быть включены материальные и духовные условия существования и развития общества. Часто под термином "окружающая среда" понимается только окружающая природная среда. Окружающая среда представляет собой развивающуюся систему, которая испытывает воздействие разнородных природных и антропогенных факторов.

Таким образом, окружающая среда – это те неживые (абиотические) и живые (биотические) объекты, которые окружают человечество, воздействуют на него и, в свою очередь, испытывают воздействие с его стороны.

Другими словами, окружающая среда это совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, антропогенных объектов и социосферы.

Среда обитания – окружающая человека среда, обусловленная совокупностью факторов (физических, химических, биологических, информационных, социальных), способных оказывать прямое или косвенное, немедленное или отдаленное воздействие на жизнедеятельность человека его здоровье и потомство.

 

Социальная компонента окружающей среды

Как уже упоминалось, окружающая среда складывается из двух компонентов: природной среды и социосферы.

Вся совокупность взаимоотношений людей с природной и социальной средой рассматривается относительно человека. В процессе взаимодействия с социальной средой человек усваивает определенную сумму знаний, норм и ценностей, позволяющих ему функционировать как элементу общества в отношениях с природной средой и как элементу той или иной социальной группы – в отношениях с обществом. Общество образует с природой саморазвивающуюся систему, в которой оно играет все более активную роль, постепенно превращая ее в саморегулирующуюся систему. Взаимодействуя с природой, человек делает ее элементом общества.

На данном этапе развития этой системы человек и общество отошли от гармоничной эволюции, сойдя на дорогу технического прогресса, целью которого является экономический рост, а результатом – общество потребления со всеми губительными как для природы, так и для самого человека последствиями.

Скорость развития человека и общества не совпадает со скоростью развития природы. Ее следствием является разрушение устойчивости триады «природа-общество-человек», которые приводят к социальному, экономическому и духовному кризису. Источником нарушения системы стало превышение темпов техногенного развития над темпами эволюционного развития внешней среды и низкое нравственно-духовное состояние человека. В частности отставший в духовном развитии ограниченный и агрессивный человек получил доступ к ядерному оружию способному уничтожить все живое на Земле, имеет в руках генную инженерию, обрел возможность ведения экологической, радиологической войны.

 

Устойчивость природной среды. Условия существования и развития

Защитные силы природы велики. Биосфера устроена иерархично. Она состоит из ландшафтных зон, зоны – из биоценозов, биоценозы - из популяций и т.д. Низший уровень организации живого – молекулярный. Еще более низкий уровень - структурные организации не несут специфики живого. Существует иерархия защитных механизмов. Клетка отстаивает себя, отбрасывая ненужные структуры молекулярного уровня, организм для самосохранения отбрасывает ненужные клетки, популяция – наименее нужных особей, биосфера в целом сохраняет себя ценой потери недостаточно приспособленных видов и экосистем.

Таким образом, высокую стабильность биосферы обеспечивают:

- адаптивные возможности особей, входящих в состав любой популяции, в течение индивидуального развития. Внутренние адаптационные резервы активизируются в ходе стресса и иных генерализованных адаптационных синдромов;

- высокая потенциальная изменчивость любого вида, возможность подключения дополнительных источников изменчивости при попадании популяции в неблагоприятную среду;

- мощь геометрической прогрессии размножения, впервые оцененная Мальтусом и в ее биологических последствиях описанная Дарвином;

- многообразие видов в биоценозах, которые могут оказаться приспособленные к любым условиям.

Земля как единая термодинамическая система обладает защитными механизмами саморегуляции. Они способны компенсировать как недопустимую концентрацию углекислого газа в атмосфере, так и значительное повышение уровня моря при таянии льдов.

Устойчивость (жизнеспособность) – один из важнейших параметров любых систем, в том числе и экологических. Она определяет способность системы сохранять себя при изменениях среды. Экосистему можно сравнить со сложным биохимическим реактором, в котором происходит преобразование множества химических соединений. Устойчивыми являются экосистемы, находящиеся в естественном, ненарушенном состоянии. Экосистему можно вывести из этого динамического (безотходного) равновесия. Причины могут быть естественные (выбросы вулканов, пожары от молний и т.п. стихийные события) и антропогенные, т.е. связанные с деятельностью человека

Окружающая природная среда находится в динамическом равновесии, и обладает свойствами саморегуляции без корректирующего воздействия человека.

Динамическое равновесие природной среды – способность системы сохранять себя при изменениях среды (устойчивость системы) за счет реакции системы на воздействие, выводящее систему из положения равновесия.

Динамическое равновесие характерно не только для биосферы. В таком состоянии находятся атмосфера и ионосфера, а также вся земная кора и мантии Земли. Для геосфер, не охваченных жизнью, характерно устойчивое динамическое равновесие, а биосферы - неустойчивое. Это означает, что биосфера развивается в процессе работы, самосовершенствуется, активно и в большем масштабе накапливает, трансформирует энергию, усложняет свою организацию, обогащается информацией. Техносфера находится в состоянии устойчивого равновесия и не способна к самосовершенствованию и имеет тенденцию к деградации и разрушению.

Условия существования и развития жизни определяются сочетанием свойств природной среды, энергии и информации живых организмов, между собой и внешней средой. Они определяются наличием воды, минеральных веществ, соленостью и температуры внешней среды, содержанием в атмосфере кислорода и углекислого газа, а также обменом веществ. У каждого живого организма в отношении к различным экологическим факторам существуют пределы выносливости, между которыми располагается его экологический оптимум. Условия среды обитания, благоприятствуют возникновению, сохранению и развитию жизни.

Совокупность следующих условий, зависящих от человека, определяет существование живого вещества Земли:

- достаточное количество кислорода и углекислого газа;

- достаточное количество воды;

- благоприятные температуры для протекания биохимических реакций;

- необходимый минимум минеральных веществ в почвенном слое, доступных для освоения микроорганизмами и растениями;

- ограничение солености среды для сохранения жизни;

- отсутствие загрязняющих веществ, не превышающих допустимые для биосферных объектов уровни.

 

Взаимодействие в системе «человек – среда обитания»

В жизненном процессе человек неразрывно связан с окружающей средой, был и остается от нее зависимым, так как за счет нее он удовлетворяет свои потребности в пище, воздухе, воде, материальных ресурсах в отдыхе и т.д.

Человек и среда обитания непрерывно находятся во взаимодействии, образуя постоянно действующую систему «человек – среда обитания». В процессе эволюционного развития Мира составляющие этой системы непрерывно изменялись. Совершенствовался человек, нарастала численность населения Земли, уровень урбанизации, изменялся общественный уклад и социальная основа общества. Изменялась и среда обитания: увеличивалась территория поверхности Земли и ее недра, освоенные человеком; естественная природная среда испытывала все возрастающее влияние человеческого сообщества, появились искусственно созданная человеком бытовая, городская и производственные среды.

Естественная среда самодостаточна и может существовать и развиваться без участия человека, а все созданные человеком, самостоятельно развиваться не может. Они обречены на старение и разрушение.

В процессе эволюции человек удовлетворял свои потребности в пище, материальных ценностях, защите от климатических и погодных воздействий, повышении своей коммуникативности, непрерывно воздействовал на естественную среду, её биосферу. Для этого он преобразовал часть биосферы в области, занятой техносферой.

Техносфера, созданная человеком с помощью технических средств, представляет собой территории, занятые городами, поселками, сельскими поселениями, промышленными зонами и предприятиями. Это не саморазвивающаяся среда и после создания может только деградировать. Условия пребывания людей на ней относятся к техносферным.

В процессе жизнедеятельности человек непрерывно взаимодействует не только с естественной средой, но и с людьми, образующими так называемую социальную среду. Она формируется и используется человеком для продолжения рода, обмена опытом, знаниями, для удовлетворения своих духовных потребностей и накопления интеллектуальных ценностей.

 

 

Рис. 5. Структурная схема взаимодействия человека,

 био,- техносферы и социальной среды

Структурная схема взаимодействия человека современного индустриального общества с компонентами среды обитания - биосферой, техносферой и социальной средой показана на рис. 5.

Таким образом:

- современный человек непрерывно взаимодействует с окружающей средой обитания; её компонентами являются естественная, техногенная (техносфера) и социальная среды;

- техносфера и социальная среда непрерывно развиваются: возрастает доля преобразованных территорий, появляются демографический взрыв и урбанизация населения;

- развитие техносферы происходит за счет преобразования природной среды.

В жизненном процессе взаимодействие человека со средой обитания основано на передаче между ними потоков масс вещества, энергии всех видов и информации.

Человеку они необходимы для удовлетворения своих потребностей в пище, воде, воздухе, солнечной энергии, информации об окружающей среде. В то же время человек выделяет в жизненное пространство отходы биологического процесса, тепловую, механическую и интеллектуальную энергию.

Обмен вещества и энергии характерен и для процессов происходящих без участия человека. Естественная среда обеспечивает поступление на нашу планету солнечной энергии, она создает движение растительных и животных масс, потоки адиабатических веществ (воздух, вода), энергии различных видов, в том числе от стихийных явлений в природной среде.

В техносфере перемещаются сырьё и энергия, продукция и людские резервы, выбросы отходов в атмосферу и в воду. Она способна создавать спонтанно значительные потоки масс и энергий при взрывах, пожарах, при разрушениях и, авариях и т.п.

Социальная среда потребляет и генерирует все виды потоков, характерных для человека как для личности. Социум, кроме того, создает информационные потоки при передаче знаний, при управлении обществом, при сотрудничестве с другими общественными формациями. Социальная среда создает потоки, направленные на преобразование естественного и техногенного миров, формирует негативные явления в обществе, связанные с курением, употреблением алкоголя, наркотиков и т.п.

Основные потоки в естественной среде: солнечное излучение, излучение звезд и планет; космические лучи, пыль, астероиды; электрическое и магнитное поля Земли; круговороты веществ в биосфере, в экосистемах, в биогеоценозах; атмосферные, гидро- и литосферные, в т.ч. – стихийные явления и др.

Основные потоки в техносфере: потоки сырья, энергии, продукции отраслей экономики; различные отходы; информационные, транспортные, световые потоки (искусственное освещение); потоки вещества и энергии при техногенных авариях; другие.

В социальной сфере происходят взаимодействие информационных потоков, связанных с обучением, управлением, международным сотрудничеством и пр.; людских (демографический взрыв, урбанизация населения); потоков наркотических средств, алкоголя и др.

В процессе жизнедеятельности человек многое потребляет и выделяет: кислород, пищу, воду, алкоголь, табак, наркотики; потоки механической, тепловой, солнечной и др. энергий; знания и информацию и другое.

Потоки масс, энергий и информации распределяясь в земном пространстве, образуют среду обитания для живой природы – человека, фауны, флоры.

Человек и окружающая его среда гармонично взаимодействуют и развиваются лишь в условиях, когда эти потоки находятся в пределах, благоприятно воспринимаемых человеком и природной средой. Любое превышение привычных уровней потоков сопровождается негативными воздействиями на человека и/или среду. В естественных условиях такие взаимодействия наблюдаются при изменении климата и стихийных явлениях. В условиях техносферы негативные воздействия обусловлены ее элементами и действиями человека.

Результат влияния фактора воздействия потока на объект зависит от свойств и параметров потока, а также от свойств объекта. Изменяя величину потока, можно найти ряд характерных состояний взаимодействия в системе «человек – среда обитания»:

- комфортное (оптимальное), когда потоки соответствуют оптимальным условиям взаимодействия, создают оптимальные условия деятельности и отдыха; предпосылки для проявления наивысшей работоспособности; гарантируют сохранение здоровья человека и целостности компонентов среды обитания;

- допустимое, когда потоки, воздействуя на человека и среду обитания, не оказывают негативного влияния на здоровье, но приводят к дискомфорту, снижают эффективность деятельности человека. Соблюдение условий допустимого взаимодействия гарантирует невозможность возникновения и развития необратимых негативных процессов у человека и в среде обитания;

- опасное, когда потоки превышают допустимые уровни и оказывают негативное воздействие на здоровье человека, вызывая при длительном воздействии заболевания, и/или приводят к деградации природной среды;

- чрезвычайно опасное, когда потоки высоких уровней за короткий период времени могут нанести травму, привести человека к летальному исходу, вызвать разрушения в природной среде.

Из этих характерных состояний взаимодействия человека со средой обитания лишь первые два (комфортное и допустимое) соответствуют положительные условия повседневной жизнедеятельности, а два других (опасное и чрезвычайно опасное) – недопустимы для человека, сохранения и развития природной среды.

В естественных условиях поверхности Земли температура атмосферного воздуха изменяется от -88 до +60 ⁰С, в то время как температура внутренних органов человека за счет терморегуляции его организма сохраняется комфортной, близкой к +37 ⁰С.

При выполнении тяжелых работ и при высокой температуре окружающего воздуха температура тела человека может повышаться на 12 ⁰С. Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек +43 ⁰С, минимальная – +25 ⁰С.

Температура воздуха в рабочих и жилых помещениях, на улицах и в природных условиях существенно влияет на состояние организма человека, изменяя его жизненный потенциал. При низких температурах нам холодно, при высоких – жарко. При температуре наружного воздуха +30 ⁰С и более работоспособность человека значительно падает. Установлено, что у человека существует зависимость комфортных температур окружающей среды от категории тяжести выполняемых работ (легкая, средняя, тяжелая), от периода года и некоторых других параметров микроклимата.

Так, для человека, выполняющего легкую работу, комфортная температура: летом составляет 23-25 ⁰С, зимой – 22-24 ⁰С; для человека занимающегося тяжелым физическим трудом, летом – 18-20 ⁰С, зимой – 16-18⁰С. На рис. 6 показана зависимость жизненного потенциала человека от изменения температуры окружающего воздуха при длительном выполнении легких работ.

Отклонения температуры окружающей среды от комфортных значений на ± (2–5) ⁰С (зона II) считаются допустимыми, поскольку не оказывают влияния на здоровье человека, а лишь уменьшают производительность его деятельности. Дальнейшие отклонения температуры окружающей среды от допустимых значении (зона II) сопровождается тяжелыми воздействиями на организм человека и ухудшением его здоровья (нарушение дыхания, сердечной деятельности). При еще больших отклонениях температур окружающего воздуха от допустимых значений (зона IV) возможен перегрев (гипертермия) или переохлаждение (гипотермия) организма человека, а также получение им тепловых или холодных травм.

 

Работоспособность %

Рис.6. Зависимость жизненного потенциала человека от температуры

окружающего воздуха при длительном выполнении легких работ

 

 

Таким образом:

- взаимодействие человека с живой и неживой природой, с социальной средой и техносферой основано на обмене потоков веществ, энергий и информации;

- потоки отличаются многообразием и в большинстве случаев жизненно необходимы;

- техногенные отходы, потоки при стихийных явлениях, при взрывах и пожарах и т.п. носят негативный характер, представляют угрозу жизни человека, социальной среде, нарушают устойчивое состоянию биосферы и техносферы;

- характер взаимодействия потоков веществ, энергий и информации человека и среды обитания может носить негативным и позитивным характер;

- негативное воздействие зависит от интенсивности, продолжительности и способности восприятия потоков.

 

 

Б. Техногенные системы

 

Здесь рассмотрим: техногенные системы и окружающую среду; определения и классификации; техногенный путь развития; эволюцию окружающей среды в зависимости от наличия техногенных систем; влияние технического прогресса на социально-политическую природу; инфекционные болезни техногенного происхождения; техногенные системы и современный терроризм, комплексные природно-техногенные опасности (сейсмичность, космические природно-техногенные опасности) и их источники; город, как сложную техногенную систему, а также степень воздействий современных и прогнозируемых техногенных воздействий на человека.

 

Определения и классификация

Техногенная система – сложная, искусственно созданная человеком конструкция, которая работает в контакте с природной окружающей средой. Эта система, непрерывно развиваясь, оказывает на Землю растущее разрушительное воздействие.

Различают следующие типы техногенных систем: селитебная (относящаяся к жилой зоне и инфраструктуре городов), промышленная, транспортная, рекреационная, лесотехническая, водоохранная и сельскохозяйственная.

Природно-техногенные системы – совокупность природных объектов и инженерных сооружений, взаимодействующих с окружающей средой.

Современная научно-техническая революция (НТР) значительно усложняет взаимоотношения между обществом, производством и природой. Современные масштабы производственной деятельности, объемы которой удваиваются каждые 15 лет, обусловливают изменение качества природной среды и ее ресурсов. Многие результаты производственной деятельности имеют отрицательное воздействие на природную среду: загрязнение воздушного и водного бассейнов, почвы, тепловое загрязнение, повышенный уровень шума, ионизирующее излучение и многое другое.

Подход к решению данной проблемы состоит в том, чтобы определить пределы устойчивости биосферы, равновесие природных систем, выявить основные аспекты влияния хозяйственной деятельности человека на естественные процессы в биосфере и предотвратить их негативное воздействие.

В результате хозяйственной деятельности человека формируются своеобразные нообиогеоценозы. К ним относятся технобиогеоценозы, создаваемые в процессе развития промышленных предприятий; агроценозы, создаваемые в результате сельскохозяйственной деятельности; урбабиогеоценозы – образуются в результате строительства городов, поселков, транспортных коммуникаций.

При появлении в структуре экологической системы объектов промышленного производства, оказывающих влияние на ее функционирование, возникает новая искусственная экологическая система, называемая природно-промышленной системой.

Структура природно-промышленной или техногенной системы – промышленные, коммунальные, бытовые, природные, аграрные объекты, относительно устойчивые и самостоятельные, функционирующие как единое целое на основе определенного типа обмена веществом, энергией и информацией.

Главным компонентом техногенной системы, определяющим направление деятельности и характер ее воздействия на окружающую среду, является ее промышленное звено. В структурной схеме промышленного звена выделяются объекты основного и вспомогательного производств, объекты энергетики, организации по строительству и реконструкции действующих промышленных предприятий.

Продукцией промышленного звена считается вся продукция, которая отправляется за пределы природно-промышленного комплекса, а также предназначенная для удовлетворения собственных нужд и поддержания заданной продуктивности системы. К продуктам промышленного звена относятся и отходы производства (газообразные, жидкие, пылевидные промышленные выбросы, тепловые потоки и шум), загрязняющие окружающую среду.

Вспомогательные производства включают в себя организации, деятельность которых связана с обслуживанием основного производства. В него входят ремонтно-механическая база, промышленный транспорт, склады готовой продукции, сырья и оборудования, а также предприятия, обеспечивающие строительство новых и реконструкцию действующих основных предприятий, энергетических объектов, транспортных магистралей.

Коммунально-бытовое звено обеспечивает жизнедеятельность людей, занятых в промышленности и на предприятиях по производству продукции природно-промышленного комплекса. Основными объектами этого звена являются: селитебная зона, предприятия питания, торговли, медицинские учреждения, общественный транспорт, культурные и учебные заведения, рекреационные объекты (парки, стадионы, пляжи и т.д). Продукцией коммунально-бытового звена считаются продукты, потребляемые населением, а также отходы и выбросы коммунально-бытовых предприятий.

Границы техногенной системы определяются зонами влияния промышленных предприятий на окружающую среду, входящих в систему.

Основная особенность экологической системы, в составе которой функционирует природно-промышленный комплекс, состоит в том, что практически все компоненты этой системы находятся под постоянным воздействием промышленных предприятий и испытывают на себе их влияние. Сельскохозяйственные, лесные и другие угодья, расположенные на территории техногенной системы, как правило, снижают свою продукцию, а иногда полностью деградируют. В этой связи наиболее рациональным является выделение под промышленные комплексы неплодородных земель.

На территории природно-промышленных комплексов страдает, как правило, качество продукции. Это происходит потому, что определенная часть промышленных выбросов вовлекается в естественный круговорот веществ природных сообществ и попадает в организм человека, как звена в экологической цепи. Поэтому предприятия, расположенные на территории промышленных комплексов, должны оцениваться не только по продуктивности, но и по качеству получаемой продукции.

Техногенный путь развития

В процессе эволюции живой материи с появлением человека произошел революционный скачок. В результате была создана новая ветвь эволюции – техногенная среда, воплощающую мыслительную оболочку земли – ноосферу.

Современный этап развития планетарной системы характеризуется взаимодействием естественной природной среды, человеческого сообщества и техногенной среды.

Техногенная среда, созданная как средство удовлетворения потребностей человека стала сопоставимой с ним, обществом и природой. Кроме того, она превратилась в доминирующий фактор развития всей планетарной системы и определяет природу, общество и человека.

Техногенная среда оказывает влияние на:

 - общество – появились демографические проблемы (техногенная среда создала благоприятные условия для человечества; оно за последние 100–120 лет население увеличилось почти в 6 раз); произошла глобализация жизни, возникла конкуренция в материальной, энергетической, финансовой, информационной, культурной и других сферах, появились продовольственная, энергетическая, военная и ресурсная проблемы и т.д.;

- человека – возникли болезни, связанные с техногенной средой, о которых раньше никто не знал; стрессы; общество производящих и потребляющих людей; несвобода; изменение генофонда (растет количество людей с отклонениями в психическом и физическом развитии);

- природы – произошли нарушение баланса экосистем, изменение химического состава воздуха, воды и земли; изменения геологического и околоземного пространства (в настоящее время в космическом пространстве находится около 10 тысяч искусственных объектов).

Все кризисы общества, человека и природы являются следствием расшире-ния техногенной среды, которая неуправляема; общество все больше расходует средств на создание, поддержание в работоспособном состоянии и устранение её последствий.

Техногенная среда изменяет состояние человека, общества и природы. Такое развитие техногенной среды является следствием технократических подходов в деятельности, в соответствии с которыми считается, что все может быть достигнуто с помощью техники. Обладателю техники дается власть не только над природой и человеком, но и над всем остальным.

В современных условиях техногенная среда, развиваясь вначале в условиях информационной и территориальной разобщенности, сейчас представляет единую общепланетарную структуру. Островки техногенной среды, которые создавались в Китае, Египте, Японии, Америке или в Европе, сейчас слились и превратились в глобальную неуправляемую систему.

Человек оказался не способным предсказать и регулировать развитие технологического мира. Человек и общество сегодня не могут отказаться от комфорта и того благополучия, которое несет с собой техногенная среда. Эти потребности людей вступают в противоречие с неблагоприятным прогнозом развития техногенной среды - это одна из глобальных проблем современности.

Поэтому развитие, основанное на принципах технократизма, должно быть остановлено. Для этого:

- развитие человека, общества и техногенной среды должно контролироваться;

- человек обреченный на существование с техникой и внутри техногенной среды заменить ее не может; у него нет другого инструмента, кроме искусственных средств преобразования природных ресурсов и способов потребления;

- техногенная, овеществленная ноосфера, может изменяться только мыслительной оболочкой земли, то есть через изменение в сознании человека и в общественном сознании системы ценностей, морали, этики и приоритетов развития.

 

Влияние технического прогресса на социально-политическую природу

Побочные эффекты научно-технического прогресса и социального развития это непредвиденные, отрицательные результаты, связанные с появлением новых технологий и создающие серьезные угрозы жизни и здоровью людей. Они чаще всего определяются либо чисто экономическими соображениями, либо военными или политическими целями.

Существует огромная опасность, связанная с бесконтрольным использованием технологий. Мировое сообщество все еще не располагает эффективной властью над оружием массового уничтожения. Сходным образом, многие крупные достижения в генетике, биологии и медицине (биогенетическая инженерия, клонирование, трансплантация органов и другие) заключают в себе реальную опасность, хотя и открывают огромные возможности по улучшению здоровья и благосостояния человека.

 

Технологии и экология

Если бы наши предки ограничивали свою деятельность только приспособлением к природе и присвоением ее готовых продуктов, то они никогда не вышли бы из животного состояния, в котором находились изначально. Только в противостоянии природе, в постоянной борьбе с ней и преобразовании соответственно своим потребностям и целям могло формироваться существо, прошедшее путь от животного к человеку.

Человек не был порожден одной лишь природой, как это часто утверждается. Начало человеку могла дать только такая не совсем природная форма деятельности, как труд, главной особенностью которого является изготовление одних предметов (продуктов) с помощью других. Поэтому именно труд стал основой человеческой эволюции.

Трудовая деятельность, дала человеку колоссальные преимущества в борьбе за выживание перед остальными животными, но в то же время поставила его перед опасностью стать со временем силой, способной разрушить природную среду своей собственной жизни.

Человек создал опасные технологии, отрицающие формы жизни в природе. Их использование ведет к росту энтропии, отрицанию жизни, к конфликту между технологией и экологией. При этом источником конфликта является сам человек, как природное существо, так и носитель технологического развития. Наряду с этим прогресс позволяет создавать гигантские разрушительные силы, которые открывают колоссальные возможности для манипулирования сознанием людей.

Массовое создание технических приспособлений, их внедрение в производство и быт опережают интеллектуальный и особенно нравственный уровень массового сознания. Возникает необходимость включения в технические системы того, что англичане называют fool proof (защита от дурака). Насыщенность техникой всей жизни порождает катастрофы, аварии, трагические происшествия.

 

Техногенные болезни

В последнее время медицина все чаще говорит о способности микроорганизмов подстраиваться к изменяющимся условиям среды обитания. Техногенные факторы, воздействующие на природную среду, способствуют мутациям, отбору патогенных форм, появлению новых видов, опасных для человека. Появление таких заболеваний как СПИД, атипичная пневмония, птичий грипп, коровье бешенство – явное тому подтверждение. Ежегодно ученые отмечают появление 3–5 новых инфекционных болезней.

Новую страницу в истории эпидемий открыл вирус иммунодефицита человека, вызывающий СПИД. Это заболевание с трудом диагностируется, не лечится любыми доступными средствами и имеет особенный характер распространения – неторопливый, скрытный и практически необратимый.

Вирус ТОРС, который обычно называют «атипичной пневмонией», также постепенно обрастает легендами о его «человеческом» происхождении от нарушения экологического баланса, урбанизации и изменения климата. Однако, наличие у него признаков кори, свинки и короновируса трудно объясняется только природными мутациями. 

Прионовые инфекции – одни из самых загадочных «существ» нашей планеты. Они представляют собой класс измененных белковых молекул хозяина. Прионы не имеют нуклеиновых кислот и отличаются от всех известных микроорганизмов, вирусов и вирусоподобных существ. Прионовые заболевания являются одновременно и инфекционными, и наследственными болезнями. Они определяется тремя факторами: дозой, путем инфицирования и видовым барьером. Доза инфекционного агента зависит от количества ткани инфекта и его вирулентной способности. При повторной экспозиции существует риск кумулятивного эффекта. Прионовые инфекции вызывают «коровье бешенство» и другие заболевания мозга человека и животных. Клиника этих заболеваний развивается на клеточном уровне.

Все страны мира имеют предприятия по производству мясокостной муки. Она получается измельчением и особой обработкой мясокостных отходов (мертвых и подгнивших животных, жира, коммерческого мяса и пр.). Прошедшее повторную обработку это сырье используют в качестве «источника белка и других питательных веществ для птиц, свиней и для домашних животных. Их используют как энергетический источник для откормки скота и овец».

О том, что поедание себе подобных у высокоразвитых млекопитающих вызывает смертельные заболевания, было известно и до создания в США и Англии бизнеса повторного цикла. Давно известно заболевание Куру у дикарей, занимающихся каннибализмом или поеданием обезьян; у них быстро появляются признаки безумия, одна за другой отказывают жизненно важные системы организма, болезнь заканчивается мучительной смертью. В ряде стран Африки запрет ритуального каннибализма привел к полному исчезновению этой болезни.

Запрет поедать себе подобных был нарушен созданием промышленности повторного цикла.

 

Техногенный терроризм

Техногенный терроризм – использование или угроза использования ядерного, радиологического, химического, бактериологического (биологического) оружия или его компонентов, патогенных микроорганизмов, радиоактивных и других вредных для здоровья людей веществ, а также захват, выведение из строя и разрушение ядерных, химических или иных объектов повышенной технологической и экологической опасности, систем жизнеобеспечения городов и иных населенных пунктов. Чаще всего, техногенный терроризм направлен на нанесение максимального ущерба в густозаселенных кварталах мегаполисов.

Опасным проявлением высокотехнологического терроризма является компьютерный терроризм или кибертерроризм. Эта форма терроризма вызывает особую озабоченность в связи с высокой уязвимостью компьютерных систем управления критической инфрастуктурой (транспорт, атомные электростанции, водоснабжение и энергетика), подключенных к Интернету.

Под кибертерроризмом следует понимать преднамеренную атаку на информацию, обрабатываемую компьютером, компьютерную систему или сети, которая создает опасность для жизни и здоровья людей или наступление других тяжких последствий, если такие действия были совершены с целью нарушения общественной безопасности, запугивания населения или провокации военного
конфликта.

Более половины населения России проживает в районах, подверженных угрозам техногенного терроризма. На сегодняшний день на территории страны расположено 2,5 тыс. предприятий и объектов, представляющих химическую опасность, 1,5 тыс. - радиационную и около 1,5 тыс. – гидротехническую опасность.

На сегодняшний день только в химически опасных районах России проживают 57 млн. человек, а в 30-километровой зоне вокруг АЭС - около 1 млн. При аварии или теракте на химических предприятиях очаг поражения может составить 30 кв. км, а количество пострадавших может составить около 60 тыс. человек.

Техногенные, природные катастрофы и угрожающий рост терроризма в мире вовлекают в психическое нездоровье до 30 процентов населения мира.

Техногенные опасности

Негативный результат взаимодействия человека со средой обитания определяют внезапно возникающие опасности, периодически или постоянно действующие в системе «человек – среда обитания».

Опасность – негативное свойство живой и неживой материи, способное причинить ущерб самой материи, людям, природной среде, материальным ценностям.

Различают опасности естественного, техногенного, природно-техногеннного или антропогенного происхождения.

Негативное воздействие на человека и среду обитания не ограничивается естественными опасностями.

Человек, решая задачи достижения комфортного и материального обеспечения, непрерывно воздействует на среду обитания своей деятельностью и её продуктами (техническими средствами, выбросами различных производств и т.д.), генерируя в среде обитания техногенные антропогенные опасности.

Техногенные опасности – опасности, создаваемые элементами техносферы – машинами, сооружениями, веществами и т.п., а антропогенные опасности возникают в результате ошибочных или несанкционированных действий человека или групп людей.

Техногенные опасности во многом определяются наличием отходов, неизбежно возникающих при любом виде деятельности человека в соответствии с законом от неустранимости отходов или побочных воздействий производств.

Отходы сопровождают работу промышленного и сельскохозяйственного производства, энергетики, средств транспорта, жизнь людей и животных. Они поступают в окружающую среду в виде выбросов в атмосферу, сбросов в водоемы, производственного и бытового мусора, потоков механической, тепловой и электромагнитной энергии и т.п. Количественные и качественные показатели отходов, а также регламент обращения с ними, определяют уровни и зоны возникающих при этом опасностей.

Значительным техногенным опасностям подвергается человек при попадании в зону действия технических систем, к которым относятся транспортные магистрали, зоны излучения радио- и телепередающих систем, промышленные зоны. Уровни опасного воздействия на человека в этом случае определяются характеристиками технических систем и длительностью пребывания человека в опасной зоне.

Вероятно проявление опасности и при использовании человеком технических устройств на производстве и в быту: электрические сети и приборы, станки, ручной инструмент, газовые баллоны и сети, оружие и т.п. Возникновение опасностей в таких случаях связано как с наличием неисправностей в технических устройствах, так и с неправильными действиями человека при их использовании. Уровни возникающих при этом опасностей определяются энергетическими показателями технических устройств (рис. 7).

 

 

 

Рис. 7. Уровни энергии, которыми владеет человек

Энергетические уровни техногенных опасностей существенно возросли в XX веке, когда человек получил в свое распоряжение мощную технику, огромные запасы углеводородного сырья, химических и бактериологических веществ. В итоге история человечества породила очередной парадокс – в течение многих столетий люди совершенствовали технику, чтобы обезопасить себя от естественных опасностей, а в результате пришли к наивысшим техногенным опасностям, связанным с производством и использованием техники и технологий.

Антропогенные опасности в XX столетии также неуклонно нарастали и продолжают нарастать. Ошибки, допускаемые человеком, реализуются при проектировании и производстве технических систем, при их обслуживании (ремонт, монтаж, контроль), при неправильном выполнении обслуживаемым персоналом процедур управления, при неправильной организации рабочего места оператора, при высокой психологической нагрузке на них технических систем, их недостаточной подготовленности и тренированности к выполнению поставленных задач. Статистика свидетельствует, что неблагоприятные психологические качества человека достигают на отдельных производствах 40% от всех несчастных случаев.

Человеческий фактор все чаще становится определяющим при возникновении аварий в технических системах. По данным ИКАО в 1985-90 гг. около 80% авиакатастроф связаны с ошибочными действиями экипажей авиалайнеров; 60-80% случаев ДТП возникает из-за ошибок водителей автомобилей; свыше 60% аварий на объектах с повышенным риском происходит из-за ошибок персонала.

В настоящее время в перечень реально действующих негативных факторов значителен и насчитывает более 100 видов. К наиболее распространенным и обладающим достаточно высокими энергетическими уровнями относятся негативные производственные факторы. Это: запыленность и загазованность воздуха, шум и вибрации, электромагнитные поля, ионизирующие излучения, повышенные и пониженные параметры атмосферного воздуха (температура, влажность, подвижность воздуха, давление), недостаточное и неправильное освещение, монотонность деятельности, тяжелый физический труд и др.

Травмирующими факторами являются: электрический ток, падающие предметы, высота, движущиеся машины и механизмы, обломки разрушающихся конструкций и т.д.

Вредный фактор – негативное воздействие на человека, которое приводит к ухудшению самочувствия или заболеванию. В быту нас сопровождает множество негативных факторов: загрязненный воздух; вода с избыточным содержанием вредных примесей; недоброкачественная пища; шум и инфразвук, вибрации; электромагнитные поля от бытовых приборов; ионизирующие излучения (естественный фон, медицинское обследование, фон от строительных материалов, излучения приборов, предметов быта); медикаменты при избыточном и неправильном потреблении, табачный дым, бактерии и пр.

Мир опасностей, угрожающих личности, весьма широк и непрерывно нарастает. В производственных, городских, бытовых условиях на человека может воздействовать несколько негативных факторов, которые зависят от текущего состояния системы «человек – среда обитания».

Все опасности можно классифицировать по следующим признакам (табл. 1.).

 

                                            Таблица 1. Классификация опасностей

№ п/п	Признак	Вид (класс)
1	Источник опасности	Естественный Антропогенный Техногенный
2	Виды потоков в жизненном пространстве	Энергетические Массовые Информационные
3	Интенсивность потоков в    жизненном пространстве	Допустимые Предельные Опасные Чрезвычайно
4	Момент возникновения опасности	Прогнозируемые Спонтанные
5	Длительность воздействия опасности	Постоянные Периодические Кратковременные
6	Объект негативного воздействия	На человека На природную среду На материалы Комплексно
7	Количество людей, подверженных опасному воздействию	Личные Групповые Массовые
8	Величина зоны воздействия	Локальные Региональные Межрегиональные Глобальные
9	Вид зон воздействия	В помещении На территориях
10	Способность человека идентифицировать опасности органами чувств	Ощущаемые Неощущаемые
11	Виду негативного воздействия на человека	Вредные Травмоопасные
12	По вероятности воздействия на человека и среду обитания	Потенциальные Реальные  Реализованные

 

 

Потенциальная опасность – угроза общего характера, не связанная с пространством и временем. Например, в выражениях «шум вреден для человека», «углеводородные топлива пожаро-взрывоопасны» говорится только о потенциальной опасности для человека шума и горючих веществ. Наличие потенциальных опасностей находит свое отражение в аксиоме: «Жизнедеятельность человека потенциально опасна». Аксиома предопределяет, что все действия человека и все компоненты среды обитания, прежде всего технические средства и технологии, кроме позитивных свойств и результатов, обладают способностью генерировать травмирующие и вредные факторы. При этом любое новое позитивное действие человека или его результат неизбежно приводят к возникновению новых негативных факторов.

Реальная опасность – конкретная угроза воздействия на человека; она координирована в пространстве и во времени.

Например, движущаяся по шоссе автоцистерна с надписью «Огнеопасно» представляет реальную опасность для человека, находящегося около автодороги. Как только автоцистерна ушла из зоны пребывания человека, она превратилась в источник потенциальной опасности по отношению к этому человеку.

Реализованная опасность – факт воздействия реальной опасности на человека и/или среду обитания, приведший к потере здоровья или к летальному исходу, к материальным потерям. Если взрыв автоцистерны привел к ее разрушению, гибели людей и/или возгоранию строений, то это реализованная опасность. Их принято разделять на происшествия, чрезвычайные происшествия, аварии, катастрофы и стихийные бедствия.

Происшествие – событие, состоящее из негативного воздействия с причинением ущерба людским, природным и материальным ресурсам.

Чрезвычайное происшествие (ЧП) – событие, происходящее кратковременно и обладающее высоким уровнем негативного воздействия на людей, природные и материальные ресурсы. К ЧП относятся крупные аварии, катастрофы и стихийные бедствия.

Авария – происшествие в технической системе, не сопровождающееся гибелью людей, при которой восстановление технических средств невозможно или экономически нецелесообразно.

Катастрофа – происшествие в технической системе, сопровождающееся гибелью или пропажей без вести людей.

Стихийное бедствие – происшествие, связанное со стихийными явлениями на Земле и приведшее к разрушению биосферы, техносферы, к гибели людей или потере их здоровья.

Чрезвычайная ситуация (ЧС) – состояние объекта, территории или акватории, как правило, после ЧП, при котором возникает угроза жизни и здоровью для группы людей; наносится материальный ущерб населению и экономике; деградирует природная сфера.

Все опасности реальны тогда, когда они могут воздействовать на конкретные объекты. Объекты защиты, как и источники опасностей разнообразны. Каждый компонент окружающей среды может быть объектом защиты. Ими могут быть: человек, сообщество, государство, природная среда (биосфера), техносфера и т.д.

Основное состояние объектов защиты безопасное. Оно реализуется при полном отсутствии воздействия опасностей. Состояние безопасности достигается также при условии, когда опасности снижены до предельно допустимых уровней воздействия. То есть:

- техногенные опасности существуют, если повседневные потоки вещества, энергии и информации в техносфере превышают пороговые значения;

- источниками техногенных опасностей являются элементы техносферы;

- техногенные опасности действуют в пространстве и во времени;

- техногенные опасности оказывают негативное воздействие на человека, природную среду и элементы техносферы;

- техногенные опасности ухудшают здоровье людей, приводят к травмам, материальным потерям и к деградации природной среды;

- защита от техногенных опасностей достигается совершенствованием источников опасности, увеличением расстояния между источником опасности и объектом защиты, применением защитных мер.

Природно-техногенные опасности

Опасности и угрозы приобретают все более комплексный, взаимоувязанный характер. Одна угроза порою влечет за собой другие. Войны приносят чрезвычайные ситуации в техногенной, социальной, экологической сферах. Техногенные катастрофы индуцируют природные катаклизмы, и, наоборот, природные бедствия влияют на техногенную и пожарную безопасность.

Хозяйственная деятельность человека активизирует развитие природных процессов и вызывает новые, ранее несвойственные территории процессы. Это может привести к возникновению природно-техногенной опасности, т.е. к ситуации, когда относительно слабое природное воздействие вызывает серьезную технологическую аварию.

Наиболее опасные природно-техногенные процессы – наведенная сейсмич-ность, опускание территорий, подтопление, карстово-суффозионные провалы, наводнения вызванные нарушением целостности гидротехнических сооружений, обрушение земной поверхности над старыми горными выработками, в том числе в результате подтопления территории после ликвидации горных производств и остановки водоотлива, подтапливание территорий.

Можно выделить следующие основные виды воздействия человека на природу, которые способны спровоцировать землетрясения:

- строительство крупных водохранилищ;

- закачка флюида в недра Земли;

- откачка углеводородного сырья из пластов Земли;

- горные работы (шахты или карьеры);

- подземные ядерные испытания.

Известны техногенные землетрясения, вызванные нагнетанием жидкости под напором в глубокие скважины. Например, в районе Денвера (США) в трещины докембрийские породы с 1962 по 1966 гг. производилась закачка жидкости. При этом учеными была установлена прямая зависимость между периодами закачки и количеством сопровождающих их землетрясений.

Примером техногенных землетрясений многие ученые считают разрушительные Газлийские землетрясения в Узбекистане в 1976 и 1984 гг. в сейсмоопасном районе. Землетрясения произошли через 15 лет после начала добычи. В процессе эксплуатации было закачано огромное количество воды. После этого и последовали землетрясения.

Причиной землетрясения может послужить и непосредственно извлечение нефти и газа из Земли. Происходит изменение напряженно-деформированного состояния земной коры в окрестностях месторождений полезных ископаемых. При этом пластовое давление сильно снижается. Как свидетельствует практика, удаление флюида может иногда уменьшить давление в полости до такой степени, что изменение напряженного состояния в регионе может привести к землетрясению.

По мнению некоторых исследователей, причиной 7-балльного землетрясения, происшедшего в 1971 г. вблизи г. Грозного, явились резкое падение пластового давления в нефтяной залежи и снижение температуры нефти и газа.

Еще один тип воздействий – проходка горных выработок. Очаги землетрясений здесь, как правило, находятся на небольших расстояниях от выработки. Происходят не только микроземлетрясения, но и горные удары. Такие техногенные проявления неоднократно наблюдались, например, в Хибинах, где ежегодно извлекается около 100 млн. тонн горной породы и в Карагандинском угольном бассейне. Все горные удары произошли в непосредственной близости от разрывных тектонических нарушений. Изменение напряженного состояния в массиве в результате инженерной деятельности привело к образованию крупных трещин и значительным подвижкам.

Отмечается и влияние на сейсмичность подземных ядерных взрывов. Обычно, оно проявляется в первые 10 дней после взрыва в радиусе до 1500 км. В США (Невада) отмечалось несколько случаев следования землетрясений за ядерными испытаниями. Например, подземный ядерный взрыв 19 декабря 1968 г. нарушил естественное тектоническое напряжение в этом регионе и послужил причиной землетрясения, произошедшего в 13 км от места взрыва.

Из мировой практики можно заключить, что высокая чувствительность участков земной коры, находящихся в неустойчивом состоянии, проявляется в виде сейсмического отклика на воздействие, вызвавшее это изменение.

Первая попытка управления техногенными землетрясениями была предпринята в 1967 г. в США на месторождении компании Шеврон. Производилась закачка флюидов для увеличения вторичной добычи нефти. Напряженное состояние зоны было хорошо изучено. Были определены напряжения сдвига в плоскости скольжения разлома, нормально действующее напряжение, а также коэффициент внутреннего трения. Расчетным путем было определено критическое напряжение сдвига, после которого дальнейшая закачка флюида может вызвать землетрясение.

 

Космические опасности

Объекты современной и перспективной ракетно-космической техники (РКТ), являются основными и потенциально опасными, представляющими серьезную экологическую опасность вследствие значительных запасов высокоэнергетического химического топлива. РКТ оказывают негативное воздействие на приземную атмосферу, как при эксплуатации, так и при ликвидации и утилизации. Наличие на борту космических аппаратов ядерных источников энергии, ядерного топлива и радиоактивных материалов создает угрозу загрязнения приземной атмосферы, а также поверхности Земли при аварийных ситуациях.

РКТ не является оптимальной и экологически чистой, так как создается путем сложного компромисса в непростых и часто противоречивых условиях - технических, технологических и экономических. Достаточно сказать, что любая ракетно-космическая система имеет «массовую» эффективность (отношение полезного груза к общей стартовой массе – КПД) не более 3–5% (обычно – 1–3%). Остальные 97-99% массы – топливо, остатки конструкций. Все они, большей частью, одноразового назначения, сгорают и падают, ставясь отходами.

При пуске ракет, наибольшую опасность для растительного и животного мира представляет падение первых ступеней, в топливных баках которых находится достаточно значительное количество топлива и окислителя. Вторые ступени разрушаются на больших высотах (около 35-50 км) на мелкие обломки, а остатки топлива рассеиваются в атмосфере.

Разрушение топливных баков сопровождается интенсивным испарением горючего, загрязнением атмосферы, почвы, грунтовых и поверхностных вод. При этом следует помнить, что в топливе ракет содержится много опасных для человека и животных веществ. Они могут вызвать кислотные ожоги растений, гибель гидробиоты и микрофлоры почвы. В результате может возникнуть опасная экологическая цепочка «загрязненная среда обитания - растения - животные и рыба - человек».

Радиоактивное загрязнение околоземного космического пространства связано с широким использованием в космонавтике ядерных реакторов, работающих на сплавах или соединениях урана: U-238 с 90%-ным и более обогащением по U-235. Наибольшую опасность представляют выбросы радиоактивного плутония Pu-238, который выделяет в 280 раз больше энергии, чем Рu-239, и соответственно он в 280 раз более радиоактивен. 450-ти грамм Рu-238 достаточно, чтобы вызвать рак у всех людей, населяющих Землю. Выведение в космос 32,75 кг Рu-238 эквивалентно по опасности выведению 770 кг плутония-239.

 

Город, как сложная техногенная система

Урбанизация – это исторический процесс повышения роли городов в жизни общества, связанный с концентрацией и интенсификацией городского образа жизни.

Города можно рассматривать как наиболее сложные техногенные системы, в которых образуется множество прямых и обратных связей, возникающих в процессе антропогенного воздействия. Развитие городов приводит к глубоким изменениям природной среды. Появляются результаты мощного антропогенного воздействия на естественные природные процессы. Все компоненты биосферы в городских поселениях подвергаются прогрессирующему химическому, физическому и биологическому воздействию.

Человек создает в городах искусственную среду и резко видоизменяет окружающую природу, превращая биосферу в глобальный «транслятор» последствий урбанизации.

В целом несоответствие масштабов урбанизации и индустриализации природоохранным мерам по предотвращению и нейтрализации вредных экологических последствий является главной проблемой городов. Особую остроту проблема взаимодействия человека и окружающей среды приобретает в крупных городах, где в условиях высокой плотности населения, насыщенности промышленностью и транспортом, выделения значительного объема загрязняющих веществ создаются пространства, превышающие по площади сами города.

Рис. 8. Взаимодействие города и природной среды

Еще более значимые проблемы возникают, когда в процессе развития производительных сил развертывается гиперурбанизация – скопление огромного числа поселений, слившихся друг с другом и формирующих сплошные застроенные городские территории. Это сопровождается уничтожением растительного покрова внутри этих территорий, ухудшаются условия самоочищения атмосферы, сокращаются возможности реабилитации населения (рис. 8).

Между урбанизацией и природой существуют сложные диалектические связи. С одной стороны, процесс концентрации населения увеличивает силу антропогенного воздействия на природу и опасность ее разрушения. Города становятся источником глобальной экотоксикации из-за диффузии различных видов загрязнений. С другой стороны, в самой концентрации производства и населения заложены экономические выгоды, позволяющие осуществить комплекс инженерных, технологических и гигиенических мероприятий по охране воды, воздуха, почвенно-растительного покрова в урбанизированных зонах.

Городская экосистема характеризуется: полиморфностью, зависимостью от смежных экосистем, неуравновешенностью основных структур.

Полиморфность городской экосистемы заключается в том, что она не вписывается ни в одну из природных и техногенных подсистем города. Экосистема города как бы «врастает» во все его материальные структуры. Поэтому оптимизация городских систем должна быть комплексной.

Современный город существует за счет других экосистем. Он «дышит чужим воздухом», «пьет чужую воду», «ест чужую биомассу». Единственное в чем ему нет конкурентов среди природных экосистем, так это в умении «гадить». Город выделяет в окружающую среду огромное количество продуктов своего метаболизма.

Город активно обменивается веществом и энергией с окружающим его пространством. Он использует разные виды топлива и электроэнергии, сырья и полуфабрикатов, материалов для своих предприятий, продовольствие и товары народного потребления для населения, оборудованием для промышленности, транспорта, жилищно-коммунального хозяйства. Используя и перерабатывая все это, город выпускает продукцию, оказывает услуги и выбрасывает в окружающую среду огромное количество отходов в твердом, газообразном и жидком виде (рис. 9).

Городские атмосферные выбросы загрязняют площади в радиусе до 60 км от центра города (площадь загрязнения Москвы и других городов Центрального экономического района составляет около 180 тыс. км²; Екатеринбурга, - более 32,5 тыс. км²).

Водные загрязнения распространяется на десятки и сотни километров.

 

 

Рис. 9. Модель возможных негативных экологических и

 социальных последствий урбанизации

Крупные города представляют собой техногенные системы, которые по накоплению химических элементов превосходят иной раз запасы рудных полей и месторождений.

В городе невозможно создать экологическое равновесие, оно может быть достигнуто только в пределах достаточно обширного района.

Размер техногенных воздействий на человека и окружающую среду

Природные катастрофы являются источником глубочайших социальных потрясений, вызывая массовые страдания и гибель людей, приносят огромные материальные потери. Однако проявляется стремительный рост природных, технических и экологических катастроф, которые грозят превратиться в чудовищный механизм самоуничтожения самого человека и всего созданного им на Земле.

Геодинамические процессы на Земле и в прилегающих слоях атмосферы вызывают землетрясения, извержения вулканов, цунами, оползни, сели, наводнения, циклоны, ураганы и др.

Анализ данных позволяет говорить об определенных тенденциях в развитии природных опасностей в мире.

Важнейшая опасная тенденция развития природных катастроф на Земле –снижение защищенности людей и техносферы. По данным Всемирной конференции по природным катастрофам (Иокогама, 1994 г.), количество погибших возрастало ежегодно в среднем за период 1962-92 гг. на 4,3%, пострадавших – на 8,6%, а величина материальных потерь – на 6%. Количество погибших на Земле за 35 лет от семи видов катастрофических явлений составило 3,8 млн. чел.

Эпоха научно-технического прогресса и глобального техногенеза ознаменовалась климатическими изменениями, связанными с повышением температуры на Земле. Дальнейшее потепление может вызвать катастрофические процессы глобального характера. Одна из наиболее серьезных опасностей, которая может проявиться, – повышение уровня мирового океана в связи с таянием ледовых покровов высокогорных ледников в Гренландии.

Даже выполнение умеренного прогноза подъема уровня океана может привести к затоплению и подтоплению низменных прибрежных территорий в ряде стран, увеличению частоты наводнений и площади затопляемой территории, активизации береговой эрозии, разрушению сооружений береговой защиты, усилению волновых нагонов и т.д.

В основе современного кризиса – реакция биосферы на изменение ее структуры, вызванную антропогенной деятельностью. Происходит:

- количественное и качественное истощение природных ресурсов, наблюдается стагнация экономики, назревают конфликты за обладанием энергоносителей и питьевой воды;

- рост количества и интенсивности стихийных бедствий и катастроф (число пострадавших возрастает ежегодно примерно на 6 %);

- глобальное изменение климата и истощение озонового слоя планеты, чреватые значительными изменениями условий функционирования экосистем;

- постоянный рост числа и устойчивости к пестицидам сельско-хозяйственных вредителей вынуждает интенсифицировать химическую борьбу с ними, а это загрязняет окружающую среду новыми синтетическими токсическими веществами;

- негативное влияние загрязнения биосферы на здоровье человека, стремительная эволюция болезнетворных вирусов и бактерий, приводящая к новым, незнакомым медицине формам заболеваний;

- психофизиологическая переориентация человека, резко снижающая роль института семьи в обществе.

Природные катастрофы являются источником глубочайших социальных потрясений, вызывают массовые страдания и гибель людей, приносят огромные материальные потери.

Наступивший XXI век ожидается переломным в истории, если традиционные противоречия в сфере производственных отношений будут заменены на принципиально новые – в сфере "человек–природа–ресурсы".

 

                 В. Техногенные системы и безопасность человека.

 

В эту часть мы включили: основы оценки техногенных воздействий на окружающую среду; токсикологическое нормирование химических веществ; экологическое и санитарно-гигиеническое нормирование; пороговая и беспороговая концепции; предельно-допустимые концентрации.

 

Определения

Нормирование воздействия на окружающую среду – разработка и введение в действие нормативов воздействия на окружающую среду.

Предельно допустимые уровни – уровни физического воздействия на окружающую среду (шума, вибраций, ионизирующих излучений, напряженности электромагнитных полей и т.п.), которые не должны оказывать на человека прямого или косвенного вредного влияния при неограниченно долгом воздействии.

Предельно допустимый выброс (ПДВ) – экологический норматив: масса вещества в отходящих газах, максимально допустимая к выбросу в атмосферу в единицу времени, устанавливаемая из условия, что содержание загрязняющего вещества в приземном слое воздуха от источника или совокупности источников не должно превышать нормативов качества воздуха (ПДК) для населения, животного и растительного мира. Основные значения ПДВ – максимальные разовые – устанавливаются при условии полной нагрузки технологического и газоочистного оборудования при их нормальной работе. Они не должны превышаться его в любой 20-минутный интервал времени. Норматив ПДВ - обязательный элемент разрешений на выброс в окружающую среду, выдаваемых государственными органами предприятиям, организациям и т.д.

Предельно допустимый сброс (ПДС) – экологический норматив: масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению в установленном режиме в данном пункте водного объекта в единицу времени для обеспечения норм качества воды в контрольном пункте. 

ПДС – лимит по расходу сточных вод и концентраций, содержащихся в них примесей – устанавливается с учетом ПДК веществ в местах водопользования.

Нормирование токсичности

Токсичность – способность веществ вызывать нарушения физиологических функций организма, которые приводят к заболеваниям (интоксикациям, отравлениям) или, в тяжелых случаях, к гибели. Фактически токсичность - это мера несовместимости вещества с жизнью.

Степень токсичности веществ принято характеризовать величиной токсической дозы - количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект. Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность.

Различают среднесмертельные (ЛД50), абсолютно смертельные (ЛД100), минимально смертельные (ЛД0-10) и др. дозы. Цифры в индексе отражают вероятность (%) появления определенного токсического эффекта смерти, в группе подопытных животных.

Следует иметь в виду, что величины токсических доз зависят от путей поступления вещества в организм. Доза ЛД50 (гибель половины подопытных животных) дает значительно более определенную в количественном отношении характеристику токсичности, чем ЛД100 или ЛД0. В зависимости от типа дозы, вида животных и пути поступления, выбранных для оценки, порядок расположения веществ на шкале токсичности может меняться. Величина токсической дозы не используется в системе нормирования.

 

Экологическое и санитарно-гигиеническое нормирование

Нормирование санитарно-гигиеническое – разработка нормативов антропогенного воздействия на окружающую человека природную среду и нормативов качества окружающей среды на основе санитарно-гигиенического подхода (т.е. соблюдения санитарно-гигиенических норм, рассчитанных на человека).

Нормирование экологическое – научная, правовая, административная и иная деятельность, направленная на установление предельно допустимых норм воздействия (экологических регламентов, нормативов) на окружающую среду, при соблюдении которых не происходит деградации экосистем, гарантируется сохранение биологического разнообразия и экологическая безопасность населения. В узком смысле, это – деятельность, в результате которой происходит обоснование экологических норм (нормативов).

Санитарно-гигиенические и экологические нормативы определяют качество окружающей среды по отношению к здоровью человека и состоянию экосистем, но не указывают на источник воздействия и не регулируют его деятельность. Требования, предъявляемые к источникам воздействия, отражают научно-технические нормативы.

Научно-техническое нормирование – нормативы выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ и ПДС), а также технологические, строительные, градостроительные нормы и правила, содержащие требования по охране окружающей среды.

В основу научно-технических нормативов положен принцип, при котором в регионе содержание любой примеси в воде, воздухе и почве должно удовлетворять требованиям санитарно-гигиенического нормирования.

 

Пороговая и беспороговая концепции

Правило фазовых реакций («польза-вред») гласит, – «малые концентрации токсиканта действуют на организм в направлении усиления его функций (стимулирования»). Это дало основание для утверждений о полезности некоторых факторов в малых дозах (например, радиации). Однако это довольно спорное утверждение. Например, этологи знают, что увеличение плодовитости может быть сигналом биологического неблагополучия. У физиологов есть понятие о «цене адаптации». Если рассматривать стимулирование функций организма малыми дозами токсикантов как адаптацию к токсическому воздействию, то необходимо учитывать и цену такой адаптации: изнашивание адаптационных механизмов, ускорение старения и т.д.

Особенно спорно благоприятное действие малых доз радиации. Так, одни ученые утверждают о благоприятности воздействия малых доз радиации на те или иные функции (например, наблюдалось увеличение плодовитости мышей при облучении 0,1–1,5 Гр). Соответственно, эти ученые являются сторонниками пороговой концепции: можно выявить порог вредного действия радиации. Другие, - занимают противоположную точку зрения и указывают на то, что любое, даже незначительное, дополнительное к фону облучение приводит к дополнительным мутациям и канцерогенезам. Из этого ими выводится беспороговая концепция: нельзя установить какой-то порог и любое дополнительное (к фону) облучение следует признавать вредным.

Определенную сложность представляет и тот факт, что люди генетически разные, и те дозы, которые для подавляющего большинства могут оказаться допороговыми, для отдельных индивидуумов могут вредными.

Пороговая концепция утверждает, что эффект излучения появляется только при достижении определенной дозы. Это и есть порог. Пороговое действие характерно для многих химических веществ - в малых количествах они могут быть даже полезными, но есть какой-то предел, после которого их воздействие непременно нанесет вред.

Беспороговая концепция доказывает, что даже самые малые дозы вредны.

Почему?

Дело в том, что ионизирующее излучение не является четко направленным, оно хаотически распределено в пространстве. При попадании ионизирующей частицы в какую-то ответственную часть клетки даже при малых дозах возникает рак, причем полнота эффекта не зависит от дозы. Если заболевание уже возникло, то оно проявится в полной мере. Как раз радиационный канцерогенез, генетические нарушения относятся к повреждениям такого типа.

Принцип нормирования вредных веществ – пороговая концепция применяется по отношению к химическим загрязнителям и беспороговая – по отношению к ионизирующим излучениям.

Оценка канцерогенного риска

Для оценки канцерогенного риска применяется беспороговая модель, использующая величины потенциалов канцерогенного риска, которые являются индивидуальной характеристикой каждого вещества или иного агента.

Обычная размерность потенциалов канцерогенного риска: кг/мг-день или кг/мкг-день.

Обозначение потенциалов канцерогенного риска - SFi - для ингаляционного воздействия и SFo - для перорального. Значения потенциалов канцерогенного риска предполагается выпускать в виде отдельных списков или в составе приложений к нормативным документам Министерства здравоохранения РФ.

Оценка канцерогенного риска осуществляется либо по экспоненциальной модели, либо по линейной. Первая модель является универсальной и хорошо работает на уровне больших и малых доз воздействия. Вторая модель применима только при относительно малых экспозиционных нагрузках.

Получаемая величина риска показывает вероятность развития заболеваний раком при заданных уровнях дозовых нагрузок (индивидуальный риск). При умножении полученной величины на численность населения получаем число дополнительных случаев заболеваний в популяции от воздействия оцениваемого агента (популяционный риск).

 

Оценка неканцерогенного риска

Для оценки неканцерогенного риска в соответствии с неканцерогенным индексом применяется пороговая модель, использующая величины безопасных доз или концентраций, которые являются индивидуальной характеристикой каждого вещества или иного агента.

Обычная размерность безопасных: мг/кг-день или мкг/кг-день.

Обычная размерность этих концентраций: мг/м³-день, мкг/м³-день или мг/л-день, мкг/л-день.

Обозначение безопасных (реферетных) концентраций - R_fC, обозначение доз - R_fD. Значения этих величин определяют нормативные документы Министерства здравоохранения РФ

Процедура оценки неканцерогенного риска заключается в сопоставлении величины воздействующей концентрации (дозы) с референтной. Если отношение этих величин менее единицы, то риска нет, если больше - то риск есть.

 

Предельно-допустимые концентрации

Предельно допустимые концентрации (ПДК) – это приблизительные нормативы, устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема, массы или поверхности, которые при воздействии за определенное время не оказывают влияние на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий. Они устанавливается в законодательном порядке или рекомендуется компетентными учреждениями.

Нижних безопасных порогов (и ПДК) не существует. Любое превышение ими привычных природных фонов опасно для живых организмов.

Степень загрязнения определяется концентрациями загрязняющих веществ в воздушном бассейне, почве, растительности, водных источниках. Они могут быть безопасны для объектов живой природы, приводить к их угнетению и в крайних случаях к гибели. Максимальная концентрация загрязняющего вещества в природных средах, не влияющая на состояние природных объектов, называется предельно допустимой концентрации или ПДК. Для воздушной среды ПДК приводятся в мкг/м³ и мг/м³, а для водной - в г/дм³, мг/дм³ или мкг/дм³.

Учитывая производственные процессы и достаточно сложную и меняющиеся ситуации понятие ПДК к человеку дифференцированы. Различают предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ:

ПДК_рз– в рабочей зоне;

ПДК_сс – средние суточные;

ПДК_мр – максимальные разовые;

КЛ – летальные

Величины предельно допустимых концентраций определяются экспериментально и утверждаются МИНЗДРАВом. 

 

 

Г. Риски и безопасность

                                

Здесь разберем следующие понятия: понятие риска; риск и проблемы устойчивого развития; приемлемый риск; математическое определение риска; классификация рисков (индивидуальный и коллективный, потенциальный (территориальный) и социальный риски); сравнение и анализ рисков в единой шкале; региональная, геоинформационная и комплексная оценка рисков; восприятия рисков реакция общества на них.

 

Понятие риска

Под риском понимается возможная опасность потерь, вытекающая из специфики тех или иных явлений природы и видов деятельности человеческого общества.

В общем, риск выражает частоту реализации опасностей N (t) по отношению к их возможному числу Q (t):

 

                     (1)

 

Таким образом, риск – интегральный показатель вероятности и последствий.

Риск является наиболее емким интегрирующим понятием и служит мерой осознаваемой человеком опасности в его жизни и деятельности.

Опасность техногенного характера рассматривается как состояние, внутренне присущее технической системе, промышленному или транспортному объекту, реализуемое в виде поражающих воздействий, прямого или косвенного ущерба для человека и окружающей среды в процессе нормальной эксплуатации этих объектов. Это:

- причинение ущерба жизни и здоровью людей;

- экономические ущербы из-за повреждения сооружения или конструкции, а также косвенные убытки из-за выхода его из эксплуатации и остановки производства;

- ущерб и неблагоприятные последствия для окружающей среды и культурных ценностей.

 

Риск и проблемы устойчивого развития

На Второй Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.), в соответствии с основными идеями устойчивого развития, было принято, что «обеспечение безопасности» должно включать, прежде всего, те мероприятия нынешнего поколения, которые бы подвергали риску способность окружающей среды обеспечить безопасность человека будущего.

Переход на стратегию устойчивого развития означает постепенное обеспечение целенаправленной самоорганизации общества в экономической, социальной и экологической сферах. В этом смысле устойчивое развитие должно характеризоваться экономической эффективностью, экологической безопасностью и социальной справедливостью, т.е. становление такой системы должно быть сопряжено с обеспечением безопасности в любой сфере деятельности общества.

Развитие общества все в большей мере сталкивается с проблемами обеспечения безопасности и защиты человека и окружающей среды.

Устойчивое развитие общества и безопасность – два взаимосвязанных понятия, имеющих важное значение при выборе целей и путей достижения высокого материального и духовного уровня людей.

До недавнего времени в нашем государстве в основу концепции безопасности был положен принцип «нулевого риска». Как показывает практика такая концепция неадекватна законам техносферы. Нулевая вероятность аварии может достигаться лишь в системах, лишенных запасенной энергии, химических и биологических активных компонентов. Исходя из этого, было разработано несколько концепций безопасности, опирающихся на следующие принципы:

- безусловный приоритет безопасности и сохранения здоровья над любыми другими элементами условий и качества жизни членов общества;

- приемлемые опасность и риски, в соответствии с которым устанавливаются уровни безопасности, а между ними – приемлемый уровень с учетом социально-экономических факторов;

- минимальная опасность, исходя из реально достижимого уровня риска;

- последовательное приближение к абсолютной безопасности.

Сейчас в России принята концепция приемлемого риска, основанная на следующих принципах:

– оправданность деятельности по управлению риском, как стремления к обеспечению материальных и духовных благ, если выгода от неё не превышает вызываемого ею ущерба;

– оптимизация защиты по критерию ожидаемой продолжительности предстоящей жизни в обществе;

- учет всех опасностей и доступ к информации о принимаемых решениях широким слоям населения;

- не превышение предельно-допустимых экологических нагрузок на экосистемы.

Таким образом, приемлемый риск – это вероятность наступления события, негативные последствия которого настолько незначительны, что ради него общество может пойти на этот риск.

Уровень приемлемого риска устанавливается от сопоставления с риском повседневной жизни людей.

 

Математическое выражение риска

Для количественной оценки вводится понятие риска, определяемого как произведение вероятности P неблагоприятного события и ожидаемого ущерба Y от него, т.е.

(2)

 

В такой формулировке риск фактически определяется, как математическое ожидание ущерба, рассматриваемого в виде случайной величины (Y_i - ее возможные значения, а P_i - соответствующие им вероятности). Таким образом, один и тот же риск может быть вызван или высокой вероятностью отказа с незначительными последствиями (отказ какой-либо системы), или ограниченной вероятностью отказа с высоким уровнем ущерба (отказ всей системы).

Следует отметить, что сделанное определение, хотя и согласуется с интуитивным понятием риска, но обладает недостатками, характерными для точечных оценок случайных величин. Поэтому при таком рассмотрении риска учет неопределенности принципиально важен.

Процедура оценки риска (рис. 10) разделяется на два самостоятельных этапа: определение вероятностей (или интенсивностей) неблагоприятных исходов Pi и ущербов от них Yi .

Рис. 10. Блок-схема анализа техногенного риска

Классификация рисков

Принято различать риски, вызванные:

- происхождением:

- природные от действия стихийных сил природы - землетрясений, наводнений, подтоплений, бурь и т.д.;

- техногенные от технических объектов;

- экологические от загрязнений окружающей среды;

- коммерческие от потерь в результате финансово-хозяйственной деятельности;

- масштабом распространения - индивидуальный (потенциальный территориальный, социальный) и коллективный;

- приемлемым уровнем, с которым общество готово мириться в результате своей деятельности.

Наиболее частым является индивидуальный риск (individual risk). Он определяется потенциальным риском и вероятностью нахождения человека в районе возможного действия опасных факторов.

При этом индивидуальный риск во многом определяется квалификацией, подготовленностью человека к возможной опасной ситуации и его защищенностью.

Статистические данные об индивидуальном фатальном риске систематически собираются и публикуются в печати в большинстве промышленноразвитых стран.

На рис.11 показаны ориентировочные значения общегражданского (для каждого жителя страны, независимо от профессии и образа жизни), профессионального (от выбранной профессии) и комфортного (от условий проживания) индивидуальных рисков для жителей США, Канады, Великобритании и Норвегии.

 

 

Рис. 11. Категории индивидуального риска и его ориентировочные значения

 

Анализ показывает, что для нашей страны уровень риска (смерть от неестественных причин) близок к 10^-3. Это на 3-5 порядков больше установленного на Западе нормативного уровня. Поэтому риск гибели населения, превышающий 5•10^-5, должен рассматриваться, как неприемлемый.

При разработке проектов, потенциально опасных для населения, уровень риска целесообразно сравнивать с нормированным значением. В России он составляет от 10^-4 до 10^-6 чел/год (в Голландии – 10^-6 чел/год).

Количественной интегральной мерой опасности является коллективный риск (Potential Loss of Life), определяющий масштаб ожидаемых последствий для людей от возможных аварий. Фактически коллективный риск определяет ожидаемое количество смертельно травмированных в результате аварий на рассматриваемой территории за определенный период времени.

Наиболее удобно пользоваться этим понятием для сравнения различных территорий хозяйственной деятельности, однако для разработки мер безопасности применение коллективного риска неэффективно, так как из анализа аварийности и травматизма выявлено, что основной ущерб от несчастных случаев, как результатов событий, зачастую не рассматривается.

Как индивидуальный, так и коллективный риски могут быть переведены в сферу экономических и финансовых категорий, если установить стоимость человеческой жизни и использовать математическое определение риска. Однако такой подход только обсуждается. В большинстве промышленно развитых стран этот вопрос решается путем страхования индивидуальных рисков. Исходя из того, что при использовании индивидуального и коллективного рисков возникают значительные неопределенности, в настоящее время на практике стали применять другие категории риска (территориальный и социальный риск) как меры опасности, характеризующие риск не одним числом, а наборами чисел или функциональными зависимостями.

Комплексной мерой риска, характеризующей опасный объект, является потенциальный риск – пространственное распределение частоты негативного воздействия определенного уровня.

Эта мера не зависит от нахождения объекта воздействия (человека) в данном месте пространства. Потенциальный риск – это возможность максимального риска для конкретных объектов в данной точке пространства. Как правило, потенциальный риск – это промежуточная мера опасности для оценки индивидуального и социального риска.

Социальный риск характеризует масштаб возможных аварий и определяется зависимостью в координатах F и N. Где N - общее число пострадавших, число смертельно травмированных, или другой показатель тяжести последствий; F - частота событий, в которых пострадало N число людей. Поэтому критерий степени риска будет определяться для каждого события не числом, а кривой, построенной для различных сценариев аварии.

В настоящее время для определения приемлемости риска используют две кривые (приемлемого и неприемлемого социального риска смертельного травмирования). Область между ними определяет ту степень риска, которую следует снижать, исходя из специфики производства и местных условий.

Аналогично может быть определен материальный или экологический ущерб. Для них могут быть построены свои (F-N) кривые для оценки страхового или экологического риска.

Сравнение рисков выражается количественно или качественно.

В простейшем случае используется оценка двух факторов: вероятность происшествия и тяжесть возможных последствий. Обычно считается, что риск тем больше, чем больше вероятность происшествия и тяжесть последствий; это выражается следующей формулой:

 

РИСК = P _{происшествия} • ЦЕНА ПОТЕРИ

 

Если переменные являются количественными величинами, то риск — это оценка математического ожидания потерь. Если переменные являются качественными величинами, то метрическая операция умножения не определена. Таким образом, в явном виде эта формула использоваться не может.

Если производится оценка рисков по трем факторам: угроза (совокупность условий и факторов, которые могут стать причиной нарушения целостности, доступности, конфиденциальности информации), уязвимость (слабость в системе защиты, которая делает возможным реализацию угрозы) и цена потери, то вероятность происшествия будет зависеть от вероятностей угроз и уязвимостей:

 

Р _{происшествия} = Р _угрозы • Р _{уязвимости}

 

Соответственно, риск определяется следующим образом:

 

РИСК = P _угрозы • Р _{уязвимости} • ЦЕНА ПОТЕРИ

 

Данное выражение можно рассматривать как математическую формулу для количественных шкал, либо как формулировку общей идеи, если хотя бы одна из шкал – качественная. В последнем случае используются различного рода табличные методы для определения риска в зависимости от трех факторов.

 

Социальные аспекты риска

Социально приемлемый риск – средняя вероятность превращения разрозненных индивидуальных действий по преодолению опасности в коллективные. Он помимо факторов, характеризующих само общество, зависит также от особенностей опасности и ее оценки людьми. С этой точки зрения теория риска описывает опасность через ряд параметров: возможные ее последствия и их осознание; масштабы; возможность ее избежать или уменьшить; четкое понимание, в чем состоит опасность. Различные сочетания этих параметров по-разному отражаются на величине социально приемлемого риска.

Реальная величина риска слабо связана с ее восприятием социума. То, что мы размещаем в окружающей среде вредные вещества, разнообразные отходы, является не чем иным, как сознательным допущением вероятности причинения вреда окружающей среде ради достижения определенного (чаще всего – экономического) эффекта. То есть если размещение происходит в соответствии с установленными нормами и правилами, общество в лице государственных природоохранительных органов считает риск такого размещения и воздействия приемлемым.

Таким образом, при условии соблюдения законности, установленных норм и правил риск оценивается как более приемлемый.

Для предприятия это означает, что следовать установленным нормам и правилам важно не только с точки зрения взаимоотношений с властью, но и с точки зрения установления доверительных отношений с местным населением. Более того, если в каких-то случаях закон не оговаривает четких процедур, лучше установить ясные «правила игры», которые полезно оговаривать с общественностью, а затем придерживаться этих правил.

Населению нужна полная, доступная и достоверная информация об источнике риска. И если взаимоотношения предприятия с местным населением были далеки от доверительных, то надеяться на адекватное восприятие всех предлагаемых публике предложений не стоит. Нужно иметь в виду, что общественное мнение достаточно долго хранит отпечатки прошлых впечатлений, особенно если в прошлом в регионе возникали серьезные проблемы с тем или иным производства, или возникали нештатные ситуации с запоминающимися последствиями.

Хорошо известно, что естественные явления в отдельных случаях вносят намного больший вклад в загрязнение окружающей среды, чем антропогенные факторы. Поэтому общество, вынужденное мириться с опасностями естественного происхождения, не намерено мириться с опасностями «рукотворными». Так, повышенный радиационный фон в горной местности мало кого смущает. Но даже небольшие «добавки» к этому фону от техногенных источников могут приводить к возникновению конфликтов.

Таким образом, опасности природного происхождения более приемлемые, чем антропогенные.

На восприятие обществом экологического риска влияют местные традиции (этнические, национальные и пр. различия). Таким образом, степень опасности оценивается тем выше, чем более безнравственным представляется действие, послужившее ее причиной.

 

 

Д. Безопасность техногенных систем

Безопасность – состояние объекта защиты (техносферы, окружающей среды, человека, техногенных систем и т.д.), при котором, воздействие на него не превышает максимально допустимых размеров.

Основные факторы, влияющие на безопасность техногенных систем: человек, система управления, надежность системы «человек-машина», и техногенных систем, состояние производственных фондов и средств производства, соблюдение правил эксплуатации и техники безопасности.

 

Определения

Техногенная деятельность человека рассматривается как глобальная система преобразований на планете.

Если под средой обитания человека понимать окружающую его природную среду и системы, созданные самим человеком, то в географическом понятии Земли необходимо учитывать техносферу. Задачи оптимизации природопользования и охраны окружающей среды невозможно разрешить без учета техногенной безо-пасности техносферы.

Существует два подхода в рассмотрении категории «техногенная безо-пасность»:

а) в системе «человек – производство – среда обитания»;

б) в системе «общество – техносфера – природная среда».

Техногенная безопасность (ТБ) – совокупность свойств технических средств (оборудования, технологий, процессов) противостоять совместному воздействию всех факторов, приводящих к ухудшению состояния здоровья человека, а также вредному воздействию на природную среду.

Существуют два пути обеспечения ТБ:

- предотвращение нарушений нормальных режимов работы, защита от вредного воздействия эксплуатационных нагрузок, предотвращение отказов и сбоев в работе операторов;

- предотвращение опасного развития уже возникших нарушений нормальных режимов, исключение случаев перерастания таких нарушений в аварийные и катастрофические ситуации для человека и природной среды.

При глобальном рассмотрении сфера техногенных опасностей разделяется на три показателя техногенных рисков:

- вследствие аварий и катастроф;

- из-за изменений в биосфере;

- вследствие недостатка или исчерпания природных ресурсов.

Источником материальных и энергетических ресурсов является литосфера. Она является одновременно и объектом, и источником воздействия для многие отрасли мирового хозяйства.

 

Управление техногенной безопасностью

Техногенная безопасность должна быть встроена в социально-экономи-ческую систему государства. Основные проблемы с обеспечением безопасности техносферы возникают при эксплуатации таких критических систем, как энергетические системы, транспортные, военно-технические, финансовые системы, связь, медицина, биологическая промышленность, экологически опасные производства, системы управления государством и силовыми структурами, и др.

Критериями безопасности техносферы являются ПДК и ПДУ по концентрации веществ и энергетическим потокам в жизненном пространстве.

 

«Человек-машина» как техногенная система

В системе «человек-машина» (СЧМ) – человек-оператор взаимодействует с техническим устройством в процессе производства материальных ценностей, управления, обработки информации и т.д. Система «человек-машина» является предметом исследования системотехники, инженерной психологии, эргономики. Они относятся к классу сложных динамических систем различной природы с переменными структурой и связями. Это класс целеустремленных систем. Общими у них являются разветвленность структуры, разнообразие элементов и их изменчивость.

Особенностью целеустремленных систем является их способность получать одинаковые результаты различными способами. Как правило, человек в системе ставит цели, определяет задачи и выбирает средства ее достижения.

Системы «человек – машина» являются адаптивными. Они приспосабливаются к изменяющимся условиям работы. Они относятся к классу самоорганизующихся систем, способных к уменьшению неопределенности после вывода их из устойчивого, равновесного состояния.

Способность к адаптации и самоорганизации создает такое важное свойство, как живучесть системам «человек – машина.

В системах «человек-машина» для исключения иррационального поведения человека выработаны методики и ритуалы тестирования, проверки состояния человека для недопущения катастроф и обеспечения безопасности. В особо важных случаях в технические системы встраиваются дублирующие 2-х, 3-х, 4-х и более - контурные системы безопасности.

Человеческий фактор в технике

Для обеспечения безопасности технических систем большое внимание должно уделяться человеку, его подготовки к профессиональной деятельности, в том числе и в сфере обеспечения безопасной эксплуатации технических систем. Эта роль обычно определялась следующими моментами:

- инженер проектирует, создает и эксплуатирует опасные, критически важные объекты;

- эксплуатант (оператор) может быть инициатором и первопричиной многих аварийных и катастрофических ситуаций на потенциально опасных объектах;

- оператор, персонал и население в большинстве случаев оказываются жертвами или пострадавшими при возникновении и развитии аварий или катастроф.

 

 

Рис. 12. Степень влияния человеческого фактора на возникновение ЧС

 

 

Человеческий фактор исследуется и разрабатывается в биомеханике, эргономике, медицине катастроф, психологии и физиологии человека в чрезвычайных ситуациях. Используется для изучения систем «человек-машина-среда» путем математического и физического моделирования, диагностики и реабилитации операторов.

Степень влияния человеческого фактора на возникновение чрезвычайных ситуаций (ЧС) показано на рис.12. Аварии и катастрофы в строительном комплексе в значительной степени (более 70%) связаны с человеческим фактором – ошибками, браком, несоблюдением производственной дисциплины при проектировании, строительстве и эксплуатации.

В авиации (особенно военной) роль человеческого фактора еще выше. Более 80-85% аварий и катастроф связаны с пилотами и диспетчерами. Это объясняется быстрым прогрессом в авиационной технике, чрезмерной изменчивостью ситуаций в полете в боевых и тренировочных условиях, большими скоростями и маневренностью, ограниченным временем для оценки ситуаций и принятия решений.

В ракетно-космической технике, при масштабных авариях на АЭС, на магистральных трубопроводах и транспорте влияние человеческого фактора очень велико. Оно проявляется на всех стадиях жизненного цикла потенциально опасных объектов техногенной сферы – при проектировании, изготовлении, эксплуатации и утилизации. Это происходит вследствие:

- недооценки роли фундаментальных и прикладных исследований по комплексным вопросам защищенности от аварий и катастроф на федеральном, региональном, отраслевом и производственном уровнях;

- ухудшением социально-экономического положения научно-технических, производственных, надзорных работников и спасателей, непосредственно участвующих в работе этих систем;

- недостаточного внимания населения и специалистов на значение и роль защитных факторов критически важных объектов, как важного элемента национальной безопасности.

Техногенный риск

Техногенный риск зависит от надежности - одной из обязательных составляющих качества любого технического объекта. Надежность мы рассматривали в п. 2.2.3.4. Комплексность определения «надежность» заключается в том, что техническое устройство считается тем надежнее, чем реже оно отказывает, чем дольше работает до потери работоспособности, чем проще и дешевле восстанавливается после отказа.

Надежность и техногенный риск тесно связаны: повышение надежности уменьшает техногенный риск, но требует дополнительных материальных затрат; при низкой надежности стоимость конструкций и сооружений, как правило, меньше, но потребуется больше затрат на ликвидацию последствий аварий и катастроф.

Одним из факторов риска, оказывающие влияние на состояние промышленной безопасности производственных объектов является высокая степень износа основных производственных фондов.

Инвестиционная политика должна основываться на главном - определении остаточного ресурса технологического оборудования и в своевременной замене оборудования, отработавшего нормативный срок службы.

Реализация этого направления позволит минимизировать расходы на обновление основных фондов, ремонты, а также снизить плановые расходы, связанные с ликвидацией последствий промышленных аварий. И главное – позволяет постоянно работать на новом высокопроизводительном и безопасном оборудовании.

 

 

2.3.3.6. Принцип технологичности конструкции и

соответствия ресурсов его составных частей

 

Условия в стране после 1991 года существенно изменились, однако подходы к оценке большинства выполняемых производственных процессов и производимой продукции остались практически неизменными с советских времен. Мы об этом ранее говорили. Для их изменения необходимо время (годы, десятилетия, ...). 

Возникает вопрос: "Так ли уж нужны новые изменения, если старые были проверены временем, обычаями нашего народа, его традициями? "

Они работали и порой очень даже неплохо.

Нам советуют проанализировать зарубежный опыт и воспользоваться им. Рация в этом есть. Однако весь наш жизненный предыдущий опыт показывает, что почти все заимствования из-за границы у нас, как правило, не приживаются без серьезных изменений.

Что же делать?

Остается признать, что пренебрегать собственным национальным опытом нельзя – его нужно изучать и анализировать. В нашей, более чем одиннадцативековой истории, было все. Поэтому, постигая наш опыт, есть надежда в будущем сделать меньше ошибок. Тем более, в этом можно наглядно убедиться, просматривая, например, недавнюю военную историю, изложенную в серии изданных книг "Военная техника" [18]). Там она дана для наиболее развитых в военном отношении стран мира. Как видно, все передовое развивалось в мире практически одинаково и одном направлении – временной лаг – очень небольшой. Поэтому утверждение о нашей отсталости – пропагандистский миф наших недругов. Мы призываем наших ИНЖЕНЕРОВ изучать, анализировать и использовать отечественный опыт развития.

Исходя из сказанного, под технологичностью понимаем систему действий (ТриС), обеспечивающих для конструкции такую совокупность свойств, которая бы при минимальных затратах на её создание, содержание и списание/смерть (утилизацию), давала максимальный полезный эффект. Как видно (см.п.1.1), он закладывается при создании, а получается только при содержании вагонов и дополняется при утилизации. Поэтому нужно стремиться к тому, чтобы создаваемая конструкция была бы максимально работоспособной.

Вагон образован множеством составных элементов, находящихся в различных взаимных связях и отношениях. Их согласованная работа дает то, что, мы подразумеваем под понятием полезный эффект (для вагона – это перевозки). Такая работа по продолжительности зависит от того, кто использует этот вагон (богатый, среднего достатка или бедный покупатель). Одни элементы (детали, узлы, агрегаты) эту работу обеспечивают, если у машины есть топливо, другие,- если между ними неизменно нужное закрепление, третьи, - при наличии между ними смазки, четвертые, - если они будут своевременно заменены на новые, пятые, - если их прочность не нарушится раньше положенного срока и т.д., т.д.

Поэтому в вагоне, как и любой конструкции различают базовые элементы (рама); изнашиваемые; сменные (тележка, ударно-тяговое и тормозное оборудование, болты и гайки) части; расходные (топливо, смазка, тормозные колодки) материалы. Есть на вагоне и запасный части, которые используются в чрезвычайных обстоятельствах. Они дают возможность продолжить вагону работать, после непредвиденных отказов.

Базовые элементы образуют конструкцию как таковую, и пока они есть, работают, конструкция признается существующей.

Изнашиваемые, сменные части – это большой класс элементов, которые по продолжительности живут меньше базовых. Они в течении жизни базовых элементов несколько раз заменяются на новые или восстанавливаются до работоспособного состояния.

Расходные материалы – это также большой класс элементов, которые в результате эксплуатации изнашиваются и заменяются на новые, как правило, без восстановления. Их продолжительность "жизни" наименьшая из всех элементов, составляющих конструкцию. Ими она пополняется по мере использования в эксплуатации, как правило, без отрыва от получения полезного эффекта, эксплуатации.

Запасные части – это класс сменных элементов в нормальном эксплуатационном режиме не работающих и использующихся только при внезапном отказе и замене работающего аналога. Это, как правило, происходит в чрезвычайных обстоятельствах. Запасные части находятся на работающей машине или имеются в достатке на специальных пунктах по пути следования и заменяются при минимальном отвлечении вагона от получения полезного эффекта.

Как все сущее, так и вагоны, как сложная, многоэлементная конструкция, на практике без наблюдения и ухода работать пока не может.

Наблюдения или контроль осуществляется или непрерывно, или дискретно, через определенные интервалы времени. Их производят вручную или инструментально, приборами, зависимо и независимо от человека.

Уход – широкое понятие; в него входят:

- контрольная проверка работоспособности, "живучести" вагона;

- придание экс,- и интерьеру конструкции соответствующего вида;

- подготовка вагона к перевозкам;

- приемка вагона после осуществления перевозок грузов и т.д.

Как видно, все это, и многое другое, должен знать, предвидеть и учесть проектировщик на стадии создания вагона, превращая его в работоспособную конструкцию, соблюдая принцип технологичности. Ему надо так согласовать ресурсы составляющих элементов, чтобы они не превращали конструкцию в перманентно неработающую систему, а создавали бы эффективно работающую, приносящую максимальный положительный эффект машину.

Вагон должен работать и проектировщик для этого, так должен запрограммировать систему содержания, чтобы она покупателю вагона при этом максимально помогала.

 

 

2.3.3.7 Метод классификационного конструирования

 

Проектирование – это творческий процесс и методов его реализаций множество. На эту тему существует обширная библиография (см. п. 2). Не останавливаясь на этих методах, представим нами разработанный метод классификационного конструирования (а.с. № 462391, 1980). Он, по-нашему мнению, создает не только всю палитру разработок в этой области знаний, но и облегчает рациональный выбор нового конструктивного решения.

Рассмотрим этот метод на основе выбора вида транспорта в либерально-рыночном периоде развития России [6]. Представим его в виде табл. 2 и покажем, каким требованиям он должен соответствовать.

В левой части таблицы в порядке по убыванию важности приводятся классификационные признаки, определенные в зависимости от поставленной задачи.

Каждому классификационному признаку в правой части таблицы соответствуют возможные варианты его проявления, которые могут быть использованы в будущей конструкции. Соединяя ломаной линией, выбранные варианты, получаем полную характеристику будущей конструкции. В формализованном виде она представляется в виде логической формулы и показывается внизу правой части таблицы.

С учетом сказанного определим и сформулируем факторы влияния на развитие транспорта в либерально-рыночном периоде России. 

До сегодняшнего дня в РФ не выбран политический и экономический курс развития. Тем не менее, по многим уже проведенным действиям (приватизация, частная собственность, отсутствие единой экономики и пр.) можно заключить, что это путь капиталистического развития. Однако во многих частях нашего хозяйства и общества присутствуют и живут еще старые, социалистические направления и порядки.

У руля политической и экономической жизни в РФ находятся люди с либеральными взглядами. Их предложения по изменениям в стране базируются на рекомендациях МВФ. Реформа железнодорожного транспорта провалилась. Ждать окончательного выбора направления экономического развития в стране, видимо, еще не скоро. Но жизнь продолжается, выбирать направление развития транспорта придется и в очень неопределенных условиях. Если учесть его большую фондоемкость и влияние на другие отрасли хозяйства страны, то принять нужное и правильное решение очень не просто. Тем не менее, мы видим несколько направлений развития транспорта, из которых нам придется выбирать:

- корпорации советского периода;

- холдинги рыночной структуры;

- чисто пассажирские виды транспорта;

- транспорт только для грузовых перевозок;

- особые транспортные системы, работающие на специальных условиях и требованиях.

Транспорт советского периода, объединенный в Единую транспортную систему, развивался комплексно, планомерно, решал транспортные задачи страны и на фоне транспорта капиталистических стран выглядел вполне достойно. Наилучшие показатели железнодорожный транспорт имел в 1985 году.

Каждый вид транспорта имел отраслевое союзное министерство, в управлении представлял собой вертикальную жесткую командную систему, которая через Госплан СССР увязывалась друг с другом и с народным хозяйством в Единой системе. При этом каждый вид транспорта был автономен и самодостаточен. Их работа играла связующую роль в народном хозяйстве, выполняла социальные, военные и другие государственные функции, развивалась в соответствии с научно-техническим прогрессом и строилась на использовании минимальных затрат на себя (транспорт) и свою работу. При этом, как в хорошем хозяйстве, инвестиции в транспорт направлялись в количествах и в очередности, соответствующей жизни общенародного государства с учетом целесообразности и рациональности.

На языке капиталистических стран – советский транспорт 1 (табл. 2) можно представить как успешно работающую большую, разностороннюю, автономно работающую корпорацию (лат. corporatio, объединение – объединение организаций, фирм на основе общности профессиональных интересов).

 

 

 

 

Таблица 2. Факторы влияния развитие транспорта в либерально-рыночном периоде развития России

№	Наименование фактора влияния	Разновидности факторов влияния
1   2     3   4     5   6   7     8	Назначение или цель путей сообщения     Виды дорог     Требования к дорогам   Средства передвижения     Основа передвижения   Требование к подвижному составу     Причины распространения     Государственное устройство	Как корпорация со- Как рыночная Как пассажирский Как грузовой Другие цели   ветского периода (1) структуры (2)   транспорт (3)                                 транспорт (4)         (5)             Железные Автомобильные Водные Воздушное Трубопроводные Другие виды   дороги (6)  дороги (7)     пути ( 8) сообщение (9) системы (10)                     транспорта (11)     Безопасность (12) Доступность (13) Экономическая выгода (14)   Железнодорожный    Автомобили Суда Самолеты Трубопро- Другие          подвижной состав (15)     (16)      (17) (18)   воды (19)                                                 (20)                       На основе трения На основе трения Плавание Подъемная Другие способы         скольжения (21)       качения (22)          (23)        сила (24)          (25)   Надежность Комфорт Коммерческая Грузоподъемность Скорость Другие                 (26)          (27)    сохранность (28)                                                   (29)              (30)      (31)   Выгода (32) Социальные    Обживание   Полицейс- Развитие  Экономии-                             проблемы   незанятых тер- кие и воен- техники и ческая геог-                                  (33)           риторий (34) ные пробле- технологии рафия стра-                                                                                       мы (35)                                                                                (36)     ны (37)   Федеративное государство с республиканской формой правления (38)
Характеристика перспективного  вида транспорта		{{1^2^ 3^4 ^5}; {6^7^8^9^10^11}; {12^13^14}; Перспективный → {15^16^17^18^19^20};{21^22^23^24^25}; транспорт      {26^27^28^29^30^31}; {32^33^34^ 35^36^37}; 38}.

Мы наблюдали те усилия, которые прилагались "реформаторами" для убеждения специалистов-транспортников в необходимости изменения транспортной системы СССР. Никто не мог понять, почему успешно работающую отрасль необходимо реформировать. И только сейчас всем, по истечении более двух десятилетий, пришло реальное понимание неудачности реформ [6].

Однако многим видится успех использования рыночных механизмов хозяйствования на транспорте 2. Казалось бы, все просто, рынок – базар: есть деньги и желание сделать покупку, есть соответствующий товар, - покупай. На транспорте товаром выступает перевозка. Для ее совершения существуют оплата по тарифу, определяемому затратами транспорта. Транспорт очень фондоемкая система, затраты на него, особенно первоначальные, колоссальные, отдача длительная.

Например, в сооружение железных дорог в значительной мере вложились наши предки. Однако для многих это кажется не видимым, не существенным.

На сооружение железных дорог необходимы «длинные деньги», найти и получить которые не просто. К этому же плюсуются большие эксплуатационные и ремонтные расходы. Поэтому сооружение железных дорог чаще ведется на государственные, казенные деньги. В чистом виде рыночные отношения на транспорте встречаются не часто. Например, у нас тарифы на перевозку пассажиров поддерживались на приемлемом уровне только за счет перекрестного финансирования с использованием выручки от перевозки грузов. В единой системе это возможно, но сейчас ОАО РЖД – холдинг с автономными составляющими. В этой связи трудно себе представить, как будет работать автономная «Пассажирская компания» РЖД в рыночных отношениях по существующим тарифам, которые не окупают их затраты. Ей не состояться без поддержки государственных, региональных или муниципальных органов или без увеличения тарифов на перевозки – по-другому рынок работать не будет.

Анализ показывает, что, развивая прогрессивные методы организации грузовых перевозок 4 (маршрутизацию, использование контейнерных перевозок и др.) можно сделать грузовой железнодорожный транспорт рентабельным. Однако в целом величина прибыли, получаемая при грузовых перевозках не такая большая (это указывает на насыщение использования возможностей железнодорожного транспорта). Она зависит:

- от потока массовых грузов;

- от других, более выгодных видов транспорта (например, автомобильного).

При разбавлении потока массовых грузов готовыми товарами, рентабельность перевозок без использования новых подходов будет уменьшаться.

При сравнении железнодорожного и автомобильного транспорта их различие проявляется, прежде всего, в финансировании строительства пути: для железных дорог – это проблема самого железнодорожного транспорта и частных инвесторов, а автомобильных – государственная задача.

Обычно состояние дорог и насыщенность ими государства сегодня признается за оценку уровня его развития, «имиджа» в мире. Поэтому сравнение развития автомобильного транспорта и железнодорожного не вполне корректно. Даже явно не выигрышные показатели автомобильного транспорта приводят к тому, что полигон его рационального использования за последние годы вырос с 200 до 2000 км. Этому в значительной степени способствует подвижность, способность проезда (проникаемость, скважность), гибкость предлагаемых услуг, реакция на предложение, скорость перевозок и др., т.е. то, что входит в понятие качества перевозок для консумента (лат. consume, потребляю – качества потребителя). В этой связи, появляется еще один аргумент в пользу системного создания и использования транспорта, устраняющего ненормальную конкуренцию.

Пассажирский транспорт 3 появился через месяц после официального открытия первой коммерческой железной дороги. Тогда же появились первые пассажиры [16]. Правда, трудно себе представить, что в те времена тогдашний человек так нуждался в передвижениях, как сегодняшний. Человека, как и ко всему новому, приучали и приучают постепенно. Так последовательно, как сейчас, человеку показывают прелести транспорта, приучают его ценить время, возможность почувствовать очарование путешествия, скорость передвижения, организовывают своеобразные «тест-драйвы» (англ. test drive , пробная поездка — поездка для оценки ходовых качеств транспортного средства и общих его потребительских свойств) пассажирских перевозок. Люди настолько к ним привыкают, что сейчас при характеристике любого вида транспорта говорят о перевозках на нем «пассажиров и грузов» и именно в такой последовательности. 

Привычка человека к транспорту формировалась доступной стоимостью, комфортом и др. обстоятельствами. Таким образом, появлялись пассажиры (фр. passager, проезжающий – человек, совершающий поездку в общественном транспорте). Рыночные отношения в РФ заставили уравнивать стоимости проезда и затрат. Тогда выяснилось, что тарифы на пассажирские перевозки занижены. Повышение тарифов – социальная проблема, не всегда решаемая в пользу перевозчика. Поэтому старались найти ее решение в других областях. У нас она была найдена за счет использования перекрестного финансирования грузовых и пассажирских перевозок. На западе – в дотировании пассажирских перевозок из общественных и государственных фондов. Одним словом, решение проблемы не имеет пока рыночного характера. Поэтому появилось предложения - выделить пассажирский транспорт и грузовой, сделав их рыночно автономными. При этом разработать такие пассажирские перевозки, которые были бы рентабельными и пользовались бы не меньшим, чем сейчас, спросом.

Новых видов транспорта 5, которые бы использовались для перевозок известно в настоящем времени множество. Мы, например, предлагаем использовать на железнодорожном транспорте давно не применяемые в постоянной эксплуатации двухосные вагоны для перевозок грузов в стандартных большегрузных 20-ти тонных контейнерах в маршрутных поездах. Есть и другие предложения.

Традиционные виды дорог за прошедшее время принципиально не изменились. Сейчас они соответствуют существующими стандартами и требованиями. Это касается железных 6, автомобильных 7 дорог, водных путей 8, воздушных трасс 9 и трубопроводов 10, а также дорог других видов транспорта 11.

Требования безопасности 16, доступности 17 и экономичности 18 необходимы для любого вида транспорта. Без их выполнения  людские перевозки невозможны.

Здесь безопасность рассматривается, как с точки зрения пассажира, так и с точки зрения самого транспорта, его внутренних и внешних проблем, т.е. насколько он безопасен людям и окружающей среде. Несколько особняком стоит проблема безопасности автомобильного транспорта, от которого у нас в год гибнет в среднем около 30 тыс. человек и более 250 тыс. калечится.

Доступность транспорта, т.е. возможность пользоваться им многими слоями населения, рассматривается с позиций физической и экономической нагрузки. Если первая проблема решается выбором трасс перемещения, то вторая – определяется теми затратами, которые идут на их сооружение, эксплуатацию, а также на строительство инфраструктуры транспортной системы.

Экономичность транспорта рассматриваем здесь традиционно – через соотношение затрат и их покрытия. Редко все затраты на пассажирский транспорт покрываются сборами от его пользователей, чаще он дотируется государственными, региональными, муниципальными или общественными организациями, промышленными, сельскохозяйственными и др. предприятиями, либо, что значительно реже, частными инвестициями состоятельных граждан.

Средства передвижения меняются быстрее, чем сами дороги. Они должны соответствовать своему времени как по моде и дизайну, по развитию техники и технологий, так по безопасности и надежности. Этим и многим другим требованиям должен удовлетворять современный железнодорожный подвижной состав 15, автомобили 16, суда 17, самолеты 18, трубопроводы 19 и другие 20 средства передвижения.

Для передвижения транспортных средств используются многие физические явления:

- трение скольжения 21 икачения 22; их в той или иной степени используют железные и автомобильные дороги. Так, до Р. Тревитика (1801) многие сомневались в возможности передачи тяги от вращающегося колеса на рельсы;

- гидростатическое давление 23, обеспечивающего плавание тел по воде; его используют водные виды транспорта;

- подъемная сила 24, создающая условия для полета в воздухе тел тяжелее воздуха, самолетов, вертолетов и воздушных шаров;

- другие явления 25 – например, те, которые используют симбиоз различных принципов; так, например, гравитационное притяжение земли частично применяют отдельными сухопутными дорогами для ускоренного или замедленного движения, а также на канатных и подобных им дорогах.

Требования, предъявляемые к подвижному составу 26, 27, 28, 29, 30, 31 дополняются условиями соответствия самих дорог 12, 13, 14. Это надежность 26 – свойство подвижного состава выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах, при всех условиях работы, технического обслуживания, ремонта и транспортирования. Появилось желание осуществлять поездку с комфортом 27 (англ. comfort, уют – обобщенная характеристика благоустроенности и уюта в помещениях, зависящая от соответствия их размеров, планировки, оборудования и оформления, комплексу предъявляемых функциональных и психологических требований); в случаях перевозок больших партий грузов встала проблема грузоподъемности 29 (основная эксплуатационная характеристика транспортного средства, максимальная масса груза, которую транспортное средство способно в определенных условиях в один прием перевести); захотелось поездки осуществлять быстрее для удовлетворения физических, эмоциональных и коммерческих соображений – встала проблема скорости 30 (скорость - одна из основных характеристик движения материальной точки); перевозимый груз и люди обладают естественной стоимостью, для их сохранения 28 появились проблемы, которые уже в настоящее время связаны с широкими понятиями физической и коммерческой сохранности, и др. желания и услуги 31.

Подвижной состав любой транспортной системы – это сложное устройство, в котором размещается груз или пассажир, они изолируется от внешней среды, им внутри создаются необходимые условия грузосохранения и обеспечения жизнедеятельности, а он сам, сохраняя свою целостность и безопасность, обеспечивает передвижение по выбранной дороге. В дополнение к тем основным целям, для которых создавался определенный вид транспорта, к нему стали применяться и такие, как:

- выгода 32, которая рассматривалась не только с чисто экономических понятий, как прибыль, но и таких, как необходимость и социальная потребность;

- индустриализация страны вызвала к жизни геологическую науку. Оказалось, что по наличию полезных ископаемых 33 наша страна – богатейшая держава. Их используют для внутренних нужд, продают за границу, пополняя государственный бюджет. Полезные ископаемые должны быть доступными для добычи, обогащения и транспортировки;

- война показала преимущества рассредоточенного производства 34; оно способствовало повышению его жизнеспособности, делали его сильнее, а в некоторых случаях и богаче. Такой вынужденный подход к размещению производительных сил на территории страны, объединял ее и «укорачивал» за счет использования транспорта;

- полицейские и милитарные действия 35 транспорта нужны как для обычной жизни, так и в чрезвычайных обстоятельствах. Так вершиной героической работы железнодорожников до сих пор считается эвакуация в военные годы промышленности из временно оккупированных западных территорий СССР, переброска войск и снаряжения на Дальний Восток на завершающем этапе Великой Отечественной войны и др. Заметим также, что одной из целей сооружения БАМа, была милитарная – создание дублера Транссибу;

- мы уже отметили, что к этому временному периоду все признанные сегодня виды транспорта вышли из младенческого возраста и перешли в стадию использования, для которой внутреннее развитие и совершенство являются естественными. Поэтому научно технический прогресс техники и технологий 36  не мог не сказаться на его развитии. Внешний вид, техническое содержание, организация использования, культура обслуживания и т.п. показывают, как велики эти изменения;

- освоение, развитие, приближение и экономическое вовлечение всех наших необъятных территорий в хозяйственный процесс – это важнейшая задача не только экономической географии 37, но и транспорта. Только с его помощью «уменьшается и делается доступной» каждая точка нашей страны.

Человечество, как разросшаяся популяция людей, очень неспокойная. Для устранения негативных явлений предпринимаются различные объединения по национальному признаку, территории, экономике, физической силе и др. в различные государства, сообщества, союзы, империи и др. формы устойчивых и изменяемых слияний. 

Наша страна в начале и конце ХХ века находилась и находится в состоянии капиталистических отношений, а с 1917 по 1991 год - была социалистической. Сейчас наше государство называется Российская Федерация. По статусу - это Федеративное государство с республиканской формой правления 38.

Таким образом, произведенный системный анализ, дал возможность выявить причины и факторы, которые могут помочь нашей стране выбрать рациональный и эффективный транспорт, который бы на рыночных условиях решал многочисленные проблемы нашей экономики и общества. Он должен:

- удовлетворять человеческий интерес;

- способствовать расширению общения, торговли и отношений;

- решать военные задачи;

- обеспечивать разностороннюю связь;

- перевозить грузы и пассажиров и многое другое.

 Решение поставленных задач возможно только с использованием искусственных путей сообщения, обеспечивающих безопасность и доступность. Эти условия может обеспечить железнодорожный, водные, автомобильный, воздушный и трубопроводный виды транспорта. Они, используя законы трения, гидростатики, аэродинамики; обеспечивают надежность и комфорт, необходимую грузоподъемность и скорость, создают необходимые условия жизнеобеспечения и грузосохранения для грузов и пассажиров. 

 Распространению этих видов транспорта может способствовать: мода, выгода, реклама, поиск и открытие залежей полезных ископаемых, расширение производства, необходимость поддержания и обеспечения внутреннего и внешнего порядка, а также научно-технический прогресс и расширение экономической географии мира и стран и т.д.

В формализованном виде все выше сказанное может быть представлено для рассматриваемого периода в следующем виде:

 

                             {{1^2^ 3^4 ^5}; {6^7^8^9^10^11}; {12^13^14};

Перспективный → {15^16^17^18^19^20};{21^22^23^24^25};

транспорт      {26^27^28^29^30^31}; {32^33^34^ 35^36^37};

                                  38}.

 

 Думается, что именно этими отмеченными факторами в наибольшей степени будет удовлетворять в либерально-рыночном периоде развития России    железнодорожный, водные, автомобильный, воздушный и трубопроводный виды транспорта. Их развитие и становление в XXI веке найдет свое отражение в экономике нашей страны.

Заметим, что подобный анализ возможен для проведения любой системы, конструкции или детали. Во всех случаях получается развернутая характеристика нового решения поставленной задачи.

 

 

2.3.4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВАГОНАМ  [1]

 

Совершенно ясно, что при проектировании любого изделия требования будут своими и для вагонов также. Они будут изменяться в зависимости от развития науки, техники и технологий, пожеланий и наклонностей заказчиков. Здесь в качестве иллюстрации, примера приводим требования к рефрижераторному вагону. Они показывают насколько велик их объем, как разнородна структура, насколько они детализированы, как выдерживается комплексность этих требований и каким образом они создают единую конструкцию вагона.

1. Новые конструкции вагонов независимо от назначения необходимо создавать с учетом, как современных, так и перспективных требований эксплуатации и обеспечивать при этом безопасность движения, прочность и надежность. Кроме того, должны быть обеспечены максимальные удобства и наименьшие затраты при изготовлении, обслуживании в эксплуатации, а также предусмотрена возможность модернизации. Особое внимание при проектировании следует обращать на обеспечение техники безопасности обслуживающего персонала.

2. При проектировании новой конструкции необходимо соблюдать;

- требование типизации машин: машины одинакового назначения, но различной конструкции должны иметь одну и ту же базовую конструкцию, которая отражала бы главные черты машины этого класса (этот подход удешевляет стоимость новой техники и эксплуатационные затраты на ее содержание. На базе типизации в машиностроении создан скоростной метод проектирования - агрегатирование. Однако следует иметь в виду, что требование типизации не может способствовать прогрессу и приводить к консерватизму);

- требование технологичности конструкции; оно осуществляется за счет широкого использования нормализованных и унифицированных узлов (технологичность обладает определенной относительностью, так как в одних условиях конструкция технологична, а в других – нет);

- требование надежности, которая определяется безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью;

- требования эргономики, которые заключаются в комплексном изучении и проектировании трудовой деятельности с целью оптимизации орудий, условий и процесса труда, а также профотбор;

- требование существенного снижения массы машины, уменьшения их металлоемкости;

- требование максимальной автоматизации, проектирования, производства и управления;

- требования безопасной работы машины.

3. Вагоны по своей прочности, конструкции ходовых частей, креплению оборудования и приборов должны удовлетворять требованиям "Норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)" [8], утвержденным в 1996 году, обеспечивать безопасное движение со скоростью 120 км/ч и допускать соударение вагонов со скоростью 12-15 км/ч.

Вагоны должны иметь конструкцию, обеспечивающую безопасную эксплуатацию, а также прочную и по возможности простую конструкцию кузова и элементов оборудования.

Конструкция вагона должна обеспечивать неповреждаемость и сохранность перевозимых грузов при их перевозках и маневровых работах.

Вагоны должны быть максимально подготовлены для комплексной механизации погрузо-разгрузочных работ, а их конструкция – позволять рационально использовать существующие и разрабатываемые на перспективу погрузо-разгрузочные средства.

При расчете вагонов и их частей на прочность должны учитываться: полезная нагрузка и собственный вес конструкции; силы взаимодействия между вагонами при движении поезда или маневровой работе; усилия, связанные с торможением поезда; инерционные нагрузки, вызванные колебаниями подвижного состава и изменением скорости движения вагонов; нагрузки, возникающей при вписывании вагона в кривые и переходные участки пути; силы давления ветра; усилия распора жидких, сыпучих и других подобных грузов; внутреннее давление в резервуарах; нагрузки, возникающие при механизированной погрузке - выгрузке и ремонте вагона; а также нагрузки, вызванные технологическими факторами при изготовлении.

При проектировании вагонов и их узлов должна быть обеспечена несущая способность всех элементов, предназначенных для восприятия эксплуатационных нагрузок.

Несущая способность вагонных конструкций должна оцениваться по допускаемым напряжениям, запасам статической, усталостной прочности и устойчивости, деформациям, требуемой долговечности. В каждом конкретном случае несущая способность должна оцениваться по тем критериям, которые являются наиболее характерными для условий работы данного элемента.

4. Кузов вагона должен выполняться цельнонесущей конструкции, которая предусматривала бы максимальное снижение тары вагона, экономное расходование материала, а также обеспечение технологичности конструкции. Применяемые материалы должны быть коррозионно-устойчивыми, а ответственные свариваемые детали должны изготавливаться из сталей с содержанием углерода не более 0,23% с гарантией свариваемости. При этом целесообразно изготавливать:

- основные несущие узлы и детали рамы, стойки и дуги - из стали 09Г2 12 категории ГОСТ 19281-73, 19282-73, 17066-71;

- средние листы боковых и лобовых стен, крыши – из гофрированного проката стали 10ХНДП, толщиной 2 мм;

- верхние гофрированные листы боковых и лобовых стен, гладкие листы скатов крыши – из стали 09Г2, толщиной 2 мм;

- нижние листы боковых и лобовых стен, а также металлический настил рамы – из стали 10ХНДП, толщиной 3 мм;

- прочие узлы и детали – из сталей группы В ГОСТ 380-71.

Для учета влияния сил, не предусмотренных в расчетах при проектировании кузовов, должны быть выполнены следующие дополнительные условия:

- сумма моментов сопротивления всех стоек концевой части вагона, изготовленных из стали Ст.3 должна быть не менее 1000 см³; в случае применения других материалов указанные величины изменяются пропорционально отношению предела текучести стали Ст.3 к соответствующему пределу нового материала;

- момент сопротивления сечения стоек боковой стены из стали Ст.3 в наиболее слабом сечении должен быть не менее 10 см³ на 1 м длины стены;

- момент сопротивления сечения дуг крыши из стали Ст.3 должен быть не менее 3 см³ на 1 м² горизонтальной проекции половины площади участков крыши между расчетной и прилегающим дугами.

5. Вагоны должны устанавливаться на тележки двухступенчатого подвешивания с суммарным статическим прогибом под нагрузкой брутто не менее 100 мм. При этом целесообразное распределение прогиба между буксовой и центральной ступенями подвешивания составляет 4 : 6.

В целях повышения плавности хода частота первого тона изгибных колебаний кузова вагона в вертикальной плоскости должна быть не менее 8 Гц.

Все элементы вагонов и подвешенное к вагонам оборудование, имеющее относительно малые массы, должны проверяться на отсутствие резонансных колебаний в интервале эксплуатационных и максимальных скоростей. Рекомендуется, чтобы собственная частота этих элементов, упруго подвешенных к кузову или к тележке, была больше частот вынужденных колебаний, по крайней мере, в 2 раза.

6. Принятые при проектировании параметры вагона и ударно-тягового оборудования должны быть проверены на условие устойчивости вагона от выжимания продольными силами. Кроме того, они должны удовлетворять требованиям автоматической сцепляемости и прохода как сцепленных, так и одиночных вагонов в кривых участках пути.

7. Конкретные требования к тормозному оборудованию определяются техническим заданием на проектирование и исходят из предполагаемых условий эксплуатации вагона. При этом должны обеспечиваться необходимое тормозное замедление и тормозной путь, а также плавность процесса торможения и надежность работы тормозных систем.

8. Холодильно-отопительное оборудование, система циркуляции воздуха и конструкция ограждений должны поддерживать в грузовом помещении в любое время года оптимальную (для перевозимого груза) температуру воздуха, постоянную в процессе перевозки и равномерную по всему грузовому объему вагона. Работа холодильно-отопительных установок должна быть полностью автоматизированной. Силовые агрегаты могут иметь только защитную автоматику.

В грузовом помещении вагона должна обеспечиваться заданная скорость охлаждения овощей и фруктов, загружаемых в неохлажденном состоянии. Так охлаждение 30 тонн плодоовощей с температуры +30⁰ до +4 ⁰С должно быть осуществлено в течении 48 часов при температуре окружающего воздуха +36⁰С.

Система циркуляцию должна обеспечивать заданную кратность циркуляции воздуха в грузовом помещении, необходимую при перевозках плодов и овощей с отоплением, и непрерывную достаточно интенсивную циркуляцию воздуха в нем, позволяющую ускорять охлаждение груза, замедлять развитие микроорганизмов на его поверхности и поддерживать равномерную температуру по всему грузовому объему вагона.

Конструкция кузова вагона должна обеспечивать максимальную плотность ограждения грузового помещения, препятствующую воздухообмену. Предельные значения расхода воздуха через неплотности грузового помещения не должны превышать 40 м³/час при избыточном внутреннем давлении 5 мм в.ст.

Система приточно-вытяжной вентиляции должна обеспечивать 5-ти кратный за час воздухообмен в грузовом помещении.

Разность температур воздуха по грузовому помещению при перевозках мороженного и охлажденного грузов, а также грузов, перевозимых с отоплением, не должна превышать 3 ⁰С в установившемся режиме. Система циркуляции при перевозках неохлажденных "живых" грузов должна исключать подмораживание верхних слоев груза при высоте загрузки 2,4 м. Установленная суммарная мощность электродвигателей вентиляторов-циркуляторов не должна превышать 2 кВт. При перевозках грузов со средней температурой + 3 ⁰С и при наружной температуре – 50 ⁰С на уровне напольной решетки должны быть положительные температуры вне зависимости от дальности перевозок.

В качестве хладоагента в холодильных установках целесообразно применять дифтордихлорметан или его аналоги.

Снятие инея с поверхности воздухоохладителя должно производиться горячими парами хладоагента. При этом допускается местное повышение температуры в грузовом помещении груженого вагона при расчетных условиях не более чем на 5 – 6 ⁰С при повышении средней температуры воздуха не более чем на 1,5 ⁰С. Вода, образующаяся при снятии инея, должна отводиться из вагона.

9. В качестве теплоизоляции кузова должен быть применен материал, обеспечивающий среднее значение коэффициента теплопередачи, отнесенное к теплопередающей поверхности, не более 0,23 кКал/м³· ч·⁰С при естественной циркуляции и не более 0,27 кКал/м³· ч·⁰С – при принудительной. После 2,5 лет нормальной эксплуатации его величина не должна быть более 0,3 кКал/м³· ч·⁰С.

В качестве теплоизоляционного материала для стен и пола вагона целесообразно использовать пенополистирол марки ПСБ, а для крыши – ПСБ-С. При этом в стенах вагона между слоями пенополистирола и внутренней обшивкой должна устанавливаться водонепроницаемая пленка, а стыки блоков теплоизоляции должны быть уплотнены специальной мастикой.

10. Внутренняя обшивка стен и крыши грузового помещения вагона должна удовлетворять ветеринарно-санитарным требованиям, требованиям прочности и коррозийной устойчивости и выполняется из алюминия марки АМГ6, толщиной 2 мм. Пол грузового помещения должен выполняться с покрытием из резины, рассчитанной на изменение температуры от -50 до +50 ⁰С. Промывка грузового помещения должна допускать применение промывочных растворов с температурой до +80 ⁰С. Конструкция пола и внутренняя обшивка вагона не должна допускать попадания конденсата и воды при промывке в теплоизоляцию пола и стен. В полу грузового помещения должны быть предусмотрены устройства для удаления конденсата и промывочных вод, исключающие возможность попадания наружного воздуха в грузовое помещение. Конструкция пола и напольных решеток должна допускать использование автопогрузчиков с нагрузкой от колеса 1200 кГ при расстоянии между колесами 760 мм.

Внутренняя обшивка бытовых и служебных помещений вспомогательных вагонов группового рефрижераторного подвижного состава должна отвечать требованиям пожарной безопасности. Остекление вагона должно быть выполнено безосколочным стеклом.

11. Погрузочные двери вагона должны обеспечивать плотное прилегание дверного полотна к проему. Усилие закрывания двери на ручке механизма должно быть не более 25 кГ, а усилие поджатия двери – не более 60 кГ. Дверной проем в нижней части должен иметь металлическую обшивку.

12. Особенности перевозимых грузов и эксплуатационные условия требуют:

- максимального использования погонной нагрузки на 1 м пути и допускаемой нагрузки от оси на рельс;

- повышение коэффициента использования грузоподъемности вагонов, для чего удельные объемы и площади должны соответствовать структуре и параметрам перевозимых грузов. При этом необходимо максимально использовать габаритные возможности подвижного состава.

13. Для обеспечения нормальной работоспособности и эксплуатационной долговечности контактирующих деталей и соответствующих устройств вагонов должно быть ограничено удельное давление между ними, которое устанавливается согласно выбранной системе обслуживания.

14. Конструкция проектируемых вагонов должна быть технологически осуществимой, при ее разработке нужно учитывать свойства применяемых материалов, возможное оборудование и современные методы организации производства. Принятые конструкторские решения должны соответствовать наиболее рациональным способам изготовления для обеспечения высокого качества и надежности при меньшей трудоемкости и экономном использовании материалов.

15. Особое внимание при проектировании вагонов, отработке и совершенствовании их конструкции необходимо уделять вопросам обеспечения эксплуатационной надежности. Поскольку вагон является системой без резервирования, его безотказная работа зависит от надежности составляющих его элементов. При этом наиболее целесообразный путь – повышение надежности наиболее слабого структурного элемента конструкции.

16. При проектировании вагонов необходим систематический анализ путей повышения надежности вагонов, разработка и реализация соответствующих технических мероприятий. Однако повышение надежности не должно приводить к увеличению стоимости изготовления и эксплуатации вагона. При этом за исходные должны быть приняты следующие показатели надежности:

- срок службы вагонов с учетом морального износа – 28 лет;

- вероятность перевозки груза без порчи в течении года – 0,98;

- ресурс до первого планового ремонта – 2,5 года;

- ресурс до капитального ремонта – 10 лет;

- гарантийный срок – 2,5 года.

Надежность ходовых частей, ударно-тягового и тормозного оборудования должна соответствовать требованиям, предъявляемым к грузовым вагонам.

Конструкция грузового вагона должна обеспечивать коэффициент теплопередачи в течение 10 лет нормальной эксплуатации и составлять не более 0,36 кКал/м²·ч·⁰С.

Расход воздуха через неплотности грузового помещения после 2,5 лет нормальной эксплуатации не должен быть более 60 м³/ч при внутреннем избыточном давлении 5 мм в.ст.

17. Вагоны должны соответствовать "Типовым требованиям по технике безопасности и производственной санитарии".

Работы по обслуживанию электрооборудования должны производиться в соответствии с требованиями "Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей".

Вагоны дизель-электростанции должны быть оборудованы устройствами автоматической звуковой сигнализации согласно требованиям "Инструкции по внедрению и обслуживанию технических средств охраны и противопожарной автоматики на объектах железнодорожного транспорта" и первичными средствами пожаротушения.

Уровни шума в служебных помещениях вагонов дизель-электростанции должен соответствовать "Санитарным нормам по ограничению шума на подвижном составе железнодорожного транспорта".

18. На спроектированные и изготовленные вагоны устанавливается гарантия качества. При этом за исходные должны быть приняты следующие сроки;

- металлические части кузова и рамы вагонов, внутренняя алюминиевая обшивка, рама тележки, полы грузовых вагонов и вагона дизель-электростанции, напольные решетки, деревянные детали кузова, погрузочные, тамбурные и перегородчатые двери, лакокрасочные покрытия внутренних поверхностей наружной обшивы кузова – 16 лет;

- внутренняя электропроводка в трубах и каналах – 16 лет;

- тележки, кроме сменяемых узлов, ударно-тяговое и тормозное оборудование, котел и радиаторы водяного отопления, трубы систем охлаждения дизеля, трубы водяного отопления – 3 года.

 

 

---

Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 413; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!