Энтропийно-информационные основы управления безопасностью системы "человек-производство-среда"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт экономики промышленности НАН Украины

ЭНТРОПИЙНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ СИСТЕМЫ «ЧЕЛОВЕК - ПРОИЗВОДСТВО - СРЕДА», МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ ДАННОЙ ПРОБЛЕМЫ

В.В. Откидач

Ю.З. Драчук

г. Донецк

Рассмотрены энтропийно - информационные основы в управлении безопасностью, проанализированы закономерности появления аварийности и травматизма в системе «человек - производство - среда», приведены методологические подходы к решению указанной проблемы.

Рассматривая наступивший XXI век, необходимо заметить, что этот век будет этапом борьбы за выживание человечества, так как по сравнению с прошлым XX веком, когда речь шла лишь о внешней и внутренней, коллективной, военной безопасности, к этим видам теперь добавились экономическая, экологическая, демографическая, продовольственная, информационная и др.

Назрела необходимость разработки новых подходов к описанию явлений нового века. Необходима модель безопасности, отвечающая современным условиям и требованиям. Потребовалось расширение настоятельной, жизненно важной проблемы безопасности до глобального ноосферного уровня и объединения разрозненных научных направлений в единую науку, ориентированную на обеспечение безопасности жизнедеятельности человека и человечества как единого целого [1].

Только в XX веке мы сумели рассмотреть, что на обратной стороне полученной медали «за научно-технический прогресс» отражено «и за глобальный экологический кризис». Все это подтверждает то, что назрела необходимость смены мировоззрения в данном вопросе!

В настоящее время делаются первые шаги в указанном направлении, но обострение проблемы на рубеже второго тысячелетия требует решительной активизации усилий исследователей.

Научно - технический прогресс, направленный на все большую концентрацию энергии, потенциально угрожает чрезвычайным ситуациям глобального масштаба.

Постоянный обмен энергией, лежащий в основе всех процессов, заставляет задуматься как о рассеянии, так и об ее источнике.

Во второй половине ХХ столетия начала формироваться теоретическая платформа - энергоинформационная концепция. Исследователи начали понимать, что граница между «живым» и «неживым» веществом на самом деле весьма условна. А сознание является не столько функцией мозга, сколько особой функцией отражения материи вообще.

Как указывает В. И. Вернадський [1] развитие человеческого мышления и все возрастающее его воздействие на окружающую среду - через порождаемые им технологии, следует рассматривать как природное явление. Эти процессы и привели к формированию техносферы, создаваемая самим человеком. Взаимоотношения биосферы и техносферы, в связи с грозящим Земле экологическим кризисом, являются сейчас объектом внимания самых разных специалистов.

Последние открытия показывают, что максимальная длительность пребывания человека на Земле зависит от того, насколько принципы и законы деятельности общества адекватны принципам и законам деятельности естественного мира.

Во Вселенной - этой уникальной и загадочной суперсистемы - вся деятельность осуществляется под воздействием природных сил, видоизменения энергии, материи и информации.

Теоретически доказано и наблюдениями подтверждено, что по мере расширения Вселенная охлаждается. Под воздействием этого явления она разрушает симметрию в своих структурах и создает новые, более сложные и упорядоченные структуры, которые удовлетворяют требованиям этих сил [6].

Процессы разрушения системы многообразны. Условно можно выделить три основных направления, по которым идут процессы увеличения энтропии в системе:

- тепловое - когда система снижает эффективность функционирования, не изменяя своей структуры и качества выполняемых функций, увеличиваются энергозатраты на выполнение единицы работы;

- структурное - когда происходит нарушение структуры, изменяется структурное построение системы, система может терять часть выполняемых функций или ухудшать качество их выполнения;

- информационное - когда при сохранении структуры системы нарушаются связи между ее звеньями. В результате ухудшается качество выполнения функций отдельными подсистемами системы.

В соответствии с указанными направлениями часто выделяют и три вида энтропии: тепловую, структурную и информационную. Условность указанного деления энтропийно активности системы

Исследование любого явления, в конечном счете, преследует цель развития системы знаний об изучаемом предмете.

Развитие любой системы, а развиваться способны только открытые стационарные системы, осуществляется посредством механизмов обратной связи двух типов - отрицательного и положительного [1].

Благодаря механизмам отрицательной обратной связи происходит поддержание устойчивого динамического равновесия системы, обеспечивающего установившийся вещественно - энергетически - информационный обмен системы с внешней средой. Без него система существовать не может.

Посредством механизмов положительной обратной связи происходит перестройка гомеостаза системы и характера обменных процессов.

Исследование любого явления, в конечном счете, преследует цель развития системы знаний об изучаемом предмете. В данном случае предметом исследования является сам процесс развития системы.

Формирование обобщенной картины феномена развития систем представляется чрезвычайно важной не только научной, но и практической задачей. Необходимо сформировать относительно целостную картину феномена развития системы как такового. Это значит, что должно быть представлено во взаимосвязи, взаимообусловленности и взаимодействии максимально полное число факторов и механизмов, составляющих основу функционирования самой открытой системы и процессов ее развития.

Известно, что все процессы в природе протекают в направлении увеличения энтропии,

характеризующей вероятность, с которой устанавливается то или иное состояние; она является мерой хаотичности или необратимости. Чем больше порядок, тем меньше энтропия; таким образом, все процессы, «пущенные на самотек», всегда протекают так, что их беспорядок увеличивается.

Энтропия широко применяется и в других областях науки: в статистической физике, как мера вероятности осуществления какого - либо макроскопического состояния; в теории информации - мера неопределенности какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы. Все эти трактовки энтропии имеют глубокую внутреннюю связь.

Энтропия - это функция состояния, то есть любому состоянию можно сопоставить вполне определенное (с точностью до константы) значение энтропии.

В итоге, что бы мы ни делали - энтропия увеличивается. Следовательно, любыми своими действиями мы увеличиваем хаос, и, следовательно, приближаем "конец света".

Всякой системе, независимо от ее природы, присущи физические законы, определяющие внутренние причинно - следственные связи. Это касается и системы «человек - производство - среда»[2] . Данная система открытая, сложная.

Анализ закономерностей появления аварийности и травматизма в системе «человек - производство - среда» позволяет интерпретировать опасность неотъемлемыми свойствами повседневной деятельности человека, как процессы, связанные с использованием энергии, вещества и информации.

Увеличение концентрации энергии потенциально угрожает чрезвычайным ситуациям, в том числе глобального масштаба.

Поскольку между веществом и энергией существует взаимосвязь, постольку можно сказать, что система в ходе своей эволюции производит энтропию, которая, однако, не накапливается в ней, а удаляется и рассеивается в окружающей среде. Вместо нее из среды поступает свежая энергия и именно вследствие такого непрерывного обмена энтропия системы может не возрастать, а оставаться неизменной или даже уменьшаться. Аварии, связанные со взрывами, пожарами, механическими, электрическими и другими влияниями, ведут к диффузии энергии, в частности тепловой, - в окружающею среду и к разрушению объектов, т. е. к увеличению хаоса, неупорядоченности, росту энтропии.

Но такой подход к данной проблеме не есть универсальным и поэтому не может пояснить реализации фаз инициирования целого ряда чрезвычайных ситуаций. Так, влияние токсических веществ на окружающую среду и человека не связано с полным выделением ими внутренней энергии, что может преобразоваться только на работу или тепло. В этом случае уместно говорить об изменении ими химического потенциала, т. е. разрушающим параметром является не сама энергия, а соответственно энергетические потенциалы: химический, электрический, момент количества движения и тому подобное.

Кроме того, следует упомянуть, что рост энтропии связан только с самостоятельным процессом. Если он идет принудительно, за счет внешних факторов, то такой процесс может происходить и с уменьшением энтропии. Поскольку опасность может реализовываться при любом процессе, то тем самым она связана как с ростом энтропии, так и с ее уменьшением [2].

Таким образом, опасности существуют в пространстве и во времени и реализуются в виде потоков энергии, вещества и информации. Опасности не действуют выборочно, а, возникнув, они влияют на все материальное окружающей среды. Следовательно, высокая чувствительность к начальным условиям, приводящая к хаотическому и непредсказуемому поведению во времени, - это не исключение, а типичное свойство многих систем.

Причинами хаоса можно выделить ряд обстоятельств, в результате которых происходит потеря устойчивости системы и переход к хаосу. К их числу относятся:

· Внешние помехи, возмущающие факторы.

· Наличие большого числа степеней свободы, которыми обладает система в процессе своего функционирования. Она может в этом случае реализовать совершенно случайные последовательности.

· Достаточно сложная организация системы.

Со времени открытия второго закона термодинамики встал вопрос о том, как можно согласовать выводы о возрастании во времени энтропии (неопределенности, хаоса) в замкнутых системах с процессами самоорганизации в живой и неживой природе, происходящими в открытых системах.

В настоящее время понятие энтропия давно вышло за пределы термодинамики и нашло приложение во многих областях естествознания, имеет существенное значение в исследовании самых различных по своей природе систем и явлений.

Понятие энтропии введено в научный оборот как мера естественной склонности тепловой энергии к рассеиванию. Со временем энтропия приобрела двойной физический смысл: как мера обесценивания энергии и как показатель неумолимого роста хаоса [3].

В середине XX века энтропия стала основным понятием в теории информации. Понятие информация пришло к нам из латинского языка (information), и обычно переводится как «представление», «понятие», «изложение», «сведения», «осведомление», «сообщение».

Информацией можно назвать алгоритм построения системы, обеспечивающей воспроизведение этой информации, функционально связанной со средой своего местоположения. При этом следует подчеркнуть, что обеспечение воспроизведения информации - обязательный и необходимый атрибут любой информационной системы. Современное понимание информации, и какую она играет роль в искусственных и естественных системах, сложилось не сразу; оно представляет собой совокупность знаний, полученных разными науками.

Информация есть свойство материи, состоящее в том, что в результате взаимодействия объектов между их состояниями устанавливается определенное соответствие. Чем сильнее выражено это соответствие, тем полнее состояние одного объекта отражает состояние другого объекта, тем больше информации один объект содержит о другом. Как указывает Винер : «Информация - это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему», т. е. можно предположить, как указывает Корогодин В. И., несколько иное определение, а именно: информацией можно назвать алгоритм построения системы, обеспечивающей воспроизведение этой информации, функционально связанной со средой своего местоположения.. При этом следует подчеркнуть, что обеспение воспроизведения информации - обязательный и необходимый атрибут любой информационной системы. Система, не отвечающая этому требованию, неизбежно «выбывает из игры», а кодирующая информация разрушается и бесследно исчезает. Именно исчезает, а не переходит во что - то другое. Ведь информация не материя и не энергия, и законы сохранения на нее не распространяются.

В синергетике информация означает меру организации системы. Мера упорядоченности системы является условием согласованности ее составных частей, вызывающей уменьшение самоорганизации этих частей и уменьшение энтропии системы, что приводит к упорядоченности самой системы в целом.

Информация, как указывает академик А. И. Арнольдов, великий двигатель научно-технического прогресса, ей суждено стать ведущей материальной и духовной силой новой цивилизации, источником ее постоянного развития.

Следует остановиться и на новой науке - Информациологии. Информациология - наука наивысшего уровня обобщения. Её создатель -- академик Иван Иосифович Юзвишин (1936 - 2001). Он первый Президент Международной Академии Информатизации, - охарактеризовал эту новую науку как «фундаментальную генерализационной - единую науку, изучающую в вакуумных и материализованных сферах Вселенной самоотношения, конформные самоотображения и соотношения нульматериальных точек, предметов, организмов, объектов, процессов и явлений природы и общества, исходя из фундаментального принципа информациологического подхода».

Первым специфическим в теории информации является понятие неопределенности случайного объекта, для которой вводится количественная мера, называемая, как указывалось выше, энтропией.

Энтропия характеризует недостающую информацию. В настоящее время информация рассматривается как фундаментальное свойство материи [4]. аварийность травматизм производство жизненный

Информационные, энтропийные и логико-понятийные характеристики подчиняются тем же основополагающим законам, что и реальность нашего бытия.

Для принятия квалифицированных решений нужна надежная информация. Без информации невозможно обеспечить безопасность человека, производства. Особое значение энтропия приобретает в связи с тем, что она связана с очень глубокими, фундаментальными свойствами случайных процессов.

Учитывая, что случайные процессы являются адекватной моделью сигналов, кроме того, некоторые типы непрерывных сигналов допускают дискретное представление, что упрощает задачу, сводя все к рассмотрению случайных величин, что дает возможность пользоваться результатами и мощным аппаратом теории случайных процессов. [5].

Основой промышленной безопасности - прогнозирование рисков системы «человек - производство - среда ». А это означает лишь одно: человечеству необходимо научиться предельно снижать риск и опасность. При этом необходимо учитывать, что риск связан с бесконтрольным высвобождением энергии, нарушением информационных процессов в системе. При разработке концепции следует исходить из того, что в основе риска лежит аксиома о потенциальной опасности деятельности и для него характерны неожиданность, внезапность наступления опасной ситуации. При этом необходимо учитывать, что риск связан с бесконтрольным высвобождением энергии, нарушением информационных процессов в системе [4].

На протяжении многих лет наука и практика широко использовали системный подход, который требовал соблюдения жестких рамок, в пределах которых необходимо создавать сетевые графики, целевые планы, сложные аналитические целевые функции, модели и др., что приводит к большим неоправданным и непроизводительным затратам. Использование информациологического подхода в научных исследованиях сокращает время и средства на проведение экспериментальных и научных исследований, упрощает научно - исследовательские структуры.

Главное отличие подхода к изучению любого объекта как системы, а не как простого объекта, состоит в том, что здесь ограничиваются не только рассмотрением и описанием вещественной и энергетической его стороной, но, прежде всего, в проведении исследований его информационных аспектов (информационных потоков, управления, организации и т. д.).

При информациологическом подходе внимание исследователя переносится с элементов исследования отдельно взятой системы на микро - и макромерные кодовые отношения и связи не только между ними, но и с окружающими системами, вместе взятыми. Отношения, сравнения, анализ и синтез составляют основу информациологического подхода исследований всех без исключения социальных процессов и явлений природы. Данный подход базируется на исследовании и изучении конкретного объекта с его взаимоотношениями и взаимосвязями с внешними объектами и внутренними средами, полями и их следами.

В научной литературе до настоящего времени не ставился вопрос, о каких бы то ни было научных исследованиях с точки зрения информациологического подхода. Последний имеет весьма большое значение в мировой науке и практике, ибо в основе его лежит одна из главных целей любого исследования - получение конечных результатов, имеющих практическое приложение [2].

Изучать и исследовать явления, события и факты природы необходимо с единой информациологической точки зрения [4].

Принцип информациологического подхода заключается в том, что сначала производится анализ и синтез не свойств вещей, предметов или их элементов, а отношений внутри них и их отношений с внешним окружающим миром. После классификации внутренних отношений свойств и их внешних отношений по признакам последних анализируются и синтезируются свойства на базе информации.

Информация это свойство материи, состоящее в том, что в результате взаимодействия объектов между их состояниями устанавливается определенное соответствие. Чем сильнее выражено это соответствие, тем полнее состояние одного объекта отражает состояние другого объекта, тем больше информации один объект содержит о другом.

Поскольку носителями высшей формы информации являются люди, то принцип информациологического подхода представляет собой концепцию современного высокоразвитого информационно-сотового сообщества, предполагающего:

· изучение системы, т. е. того, что мы замечаем при первом взгляде;

· определение изменений системы или предмета в зависимости от изменений условий окружающей среды;

· определение структуры элементов предмета или системы.

Главным аспектом исследования при информациологическом подходе является изучение скрытых внутренних отношений структурированных элементов, их свойств и признаков, а также изучение внутренних отношений (внутренней информации) с внешним миром (внешней информацией - внешними отношениями). Отношения (информация), как и сами предметы, существуют в природе независимо от нашего сознания. Объективный характер отношений так же реален, как и реальны вещи, предметы и объекты, окружающие нас и являющиеся производными результатами этих отношений.

Принцип информациологического подхода имеет явное преимущество по сравнению с системным, вероятностным, линейно - детерминированным, синтетическим, материалистическим и другими подходами, являющимися частными случаями всеобщего информациологического подхода [2].

Информациология, как наука, открывшая закономерности информационногенных процессов и технологий в микро- и макроструктурах, по праву может считаться генеральной наукой наук. Создание методологии изучения информационных отношений, сравнений, анализа и синтеза с единой информациологической точки зрения позволяет открывать новые пути исследований, познания [4].

Вся тайна природы кроется в отношениях, все исходит из соотношений, взаимопорождающей основой которых является информациогенное единство всех видов и форм Вселенной.

Как указывает академик И. И. Юзвишин [4], опираясь на основы информациологии, можно с уверенностью констатировать, что все, что приходит в наш мир и уходит из него, - проходит через информацию, т. е. имеет фундаментальную информационную первооснову.

Множество теорий и наук успешно синтезируются в единую научную картину мира и не удивляют нас все новыми открытиями. Но наступило время, когда мир необходимо представлять себе в виде единой экогармоничной, эколого-экономичной системы.

Проблема сохранения внешней среды в настоящее время является непременным условием нормального существования людей на нашей планете и уже давно волнует человечество.

Можно уверенно говорить, что Вселенная является носителем системного сочетания сил природы, ее духовности, действующих в пространстве и во времени, которые через свои прямые и обратные связи определяют эффективные целеполагающие преобразования всего живого и неживого по всем уровням строения.

Спасение человечества и увеличение его жизненного цикла может наступить при его взаимодействии с вселенскими структурами, если будет достигнут достаточный уровень осознанного Коллективного Интеллекта планетарного общества, готового для перевода своей жизнедеятельности на принципы экогармонии объективного мира[6].

Никто не может противостоять этим силам, необходимо разумно следовать целям и законам природной самоорганизации.

Литература

1.Ярочкин В. И. Секьюритология - наука о безопасности жизнедеятельности. М.: «Ось-89», 2000. -400с.

2.Откидач В. В., Мартовицкий В. Д. Энтропоэнергетическая концепция природы риска системы «человек - производство - среда», ж. ТЕХНОПОЛИС, Днепропетровск.- январь 2002, C. 26 - 27.

3.Силин А. А. Энтропия, вероятность, информация.// Вестник РАН, том 64, №6, «Наука», М. - 1994.

4 Юзвишин И. И. Основы информациологии. Учебник. Издание 2-е, переработанное и дополненное. - М.: Международное издательство «Информациология»; «Высшая Школа», 2000. 517с.

5 Корогодин В. И., Корогодина В. Л. Информация как основа жизни. Изд. Центр «ФЕНИКС», Дубна, 2000,-208 с.

6. Прыткин Б. В. Глобальная экономика - ключ к самосохранению. Деятельность эколого-экономических систем. М.ЮНИТИ. 2003

7. Мельник Л. Г. Фундаментальные основы развития - Сумы: ИТД «Университетская книга» , 2003.-288с.

8 Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. М., М., «Наука», 1989.

Размещено на Allbest.ru