CC BY
7мозга человека дают надежду на тотальное восстановление инженерной части «проблемы»; нейросиликоновые интерфейсы способны приблизить когнитивные науки к моделированию и визуализации восприятия и, тем самым, частично объективировать субъективный язык сознания.
Создание искусственного разума (личности, интеллекта, субъективности), несмотря на интуитивную ясность задачи, имеет огромный «конвергентный» потенциал в том отношении, что помимо ключевых - нано-био-инфо-когно-технологий - вовлекает в поле своей проблематики множество смежных наук - кибернетику, нейрофизиологию и нейропсихологию, нейронные сети и нечеткие множества и многие другие. Имплицитно в каждом отдельном направлении нбик-наук подразумевается развитие и иных научных исследований. Так, в разработке мозгомашинных интерфейсов учитываются робототехнические и нейросетевые технологии; социальные и гуманитарные знания позволяют формировать представления о паттернах восприятия и иных когнитивных феноменах; в нанобиотехнологиях задействованы квантовая механика, синергетика, науки об искусственном. Интердисциплинарность все больше обретает свой собственный язык и перестает выглядеть врагом отточенного научного мышления. Тем не менее, сама сложность проблематики манифестирует необходимость философского анализа соответствующего терминологического и материального аппарата исследований. Конвергенция наук предполагает, что в ближайшем будущем безусловность онтологического выбора человека сможет быть преодолена: конечность, предельность, ограниченность предоставленного человеку природного ресурса перестанут быть «естественными», и Человек получит ключи от собственной экзистенции - не в классическом варианте выбора себя, но в выборе также и того, что следует считать экзистенциальной основой своего существа.
Махутов Н.А.
член-корреспондент РАН, гл.н.с. ИМАШ РАН
Грот В.В.
к.т.н. Ген. директор ФГУП ЦНИИ «Комплекс»
Руденко В.А.
к.т.н., в.н.с. ИМАШ РАН
ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ ТЕХНОГЕННОЙ СФЕРЫ
При формировании информационной поддержки с помощью современных информационных технологий необходима точность, совместимость и адекватность понятийного аппарата в той предметной области, для которой строится информационная поддержка.
1. Содержание понятия «модернизация России» захватывает большую область объектов, явлений и процессов. Согласно идеям, озвученным Президентом Российской Федерации Д. А. Медведевым, модернизация ориентируется на медицинские, энергетические, космические, информационные технологии, а также на некоторые «стратегические», направленность которых не уточняется.
Применительно к цели настоящей статьи обратимся к вопросам, касающимся техногенной сферы.
В специальной литературе и в словарях пока не зафиксировано установившееся понятие «модернизация техногенной сферы». Поэтому будем опираться на содержание таких используемых в технике терминов, как «модернизация» и «модернизированная продукция» [1]. В объём понятия входит «изменение конструкции изделий в соответствии с современными требованиями и нормами», а также разработка продукции, «технический уровень которой превышает уровень выпускаемой продукции и обеспечивает эффективность её производства и применения». Особую группу составляет «продукция, появившаяся впервые в мире и предназначенная для удовлетворения неизвестной ранее потребности. Эта продукция не имеет аналогов». Такое направление модернизации предусматривает создание «суммы технологий»: развитие и совершенствование изготовления, испытаний и использования изделий. При этом существенно, что общей тенденцией научно-технического прогресса является взаимозависимость и взаимообусловленность отдельных направлений модернизации разных отраслей и сфер деятельности как с точки зрения применения технических решений, так и в части организации производства. (Пример: от внедрения станков с программным управлением - к автоматизированному проектированию и технологиям CALS).
Очевидно также, что современные тенденции развития техногенной сферы взаимозависимы и будут влиять на остальные «нетехногенные» аспекты модернизации, такие как финансовая политика, охрана окружающей среды, обеспечение стабильности в обществе, особенности человеческого фактора, правовое регулирование и т.д.
Исходя из сказанного, можно предположить, что эффективную модернизацию удастся провести, только опираясь на комплексные проекты. Уточним, что «комплексность» предусматривает как обязательное условие необходимость создавать для реализации инновационного проекта новые технологические приёмы и (или) другие изделия. Все они также носят инновационный характер, т.е. ещё не существуют к началу принятия решения о переходе от технического предложения основного проекта к его эскизному проектированию или составлению технического задания. Проектируемый инновационный продукт будем в дальнейшем именовать как «изделие» или, по сути, - «сложная техническая система (СТС)».
Очевидно, что комплексность модернизационной деятельности существенно усложняет информационную поддержку анализа безопасности, как организацию диалога эксперта с машиной. В частности, проблемы совместимости и
адекватности понятийного аппарата должны решаться не только на начальном этапе, но и оставаться в поле зрения администраторов информационной поддержки в течение всего процесса создания СТС.
2. Анализ безопасности государства, населения России, окружающей среды, социальных и техногенных объектов, несомненно, является одной из важнейших и обязательных задач, решаемых в ходе модернизации.
При выборе приоритетных проектов решающим фактором целесообразно считать технологическую безопасность. Она «определяет степень защищённости человека, общества, объектов и окружающей среды от угроз, связанных с необоснованным созданием или несозданием технических систем, технологических процессов и материалов, обеспечивающих достижение основных национальных интересов страны» [2, с. 6.]. Только после обоснования необходимого уровня технологической безопасности можно переходить к оценке возможных техногенных опасностей.
Как уже отмечалось в одном из предыдущих сообщений [3], при оценке безопасности инноваций возможна различная степень уникальности предметных областей, где представляется инновационный продукт. Например, два варианта проектных ситуаций:
1) разрабатывается принципиально новый механизм осуществления тривиального функционального назначения изделия (чаще всего, характерно для использования новых материалов, приборов, вспомогательного оборудования и технологий);
2) обеспечивается принципиально новое функциональное назначение изделия или технологии (например, уничтожение небесного тела, угрожающего Земле или лунной колонии).
Названные ситуации требуют от эксперта применения различных алгоритмов оценки безопасности и, следовательно, постановки перед компьютерной поддержкой различных пользовательских задач. Неопределёнными с точки зрения риска являются изделия с новым функциональным назначением. В отношении уже известных объектов возможно, что оценка риска уже известна. Но в каждом случае рассматривается обеспечение безопасности:
1) окружающей среды, т.е. устранение ситуаций, когда изделие угрожает «человеку, объектам и окружающей среде»,
2) самого изделия, т.е. защита его от нежелательных воздействий со стороны окружающей среды, в т.ч. от вандализма и террористических актов.
Разработчикам необходимо предварительно определять источники внешней и внутренней опасностей на всех стадиях жизненного цикла, во всех штатных и нештатных ситуациях. Использование не по назначению рассматривается, если его вероятность высока. Заключение о безопасности, в т.ч. и государственной, выносится по совокупности всех значимых сценариев ЧП, а также при ликвидации последствий (например, с учетом затрат на захоронение радиоактивных отходов или при оценке технологического риска утраты конкурентоспособности).
О сложности описанной задачи убедительно свидетельствуют методы механики разрушения [4, с. 46]. «Базовым направлением в решении проблемы определения, нормирования и повышения прочности, ресурса и безопасности СТС является постановка и развитие фундаментальных исследований закономерностей деформирования, повреждения и разрушения ...
Объектами исследований ... должны быть критические элементы СТС, критические зоны этих элементов и критические точки этих зон. При этом необходимо провести:
- анализ прочности, ресурса, риска и безопасности оборудования СТС;
- анализ и математическое описание процессов старения и деградации материалов, конструкций и оборудования СТС;
- анализ предельных состояний оборудования, критериев и моделей предельных состояний;
- обоснование принципов и методов диагностики технического состояния оборудования и СТС в целом;
- разработку нормативных методов прогнозирования остаточного срока службы деталей, узлов, оборудования и СТС в целом;
- разработку рекомендаций к нормативам по проектированию СТС с высокими показателями по диагности-руемости, прочности, долговечности, риску и безопасности функционирования;
- обоснование научной концепции оценки риска критических повреждений и безопасности потенциально опасных компонентов СТС».
Существенно, что анализ названной цепочки «критические элементы - критические зоны этих элементов -критические точки этих зон» должен базироваться на достоверной диагностике СТС. Эту задачу можно решать далеко не всякими методами. В качестве примера назовём один из самых рациональных и надёжных методов изучения нагруженности (НДС - напряжённо-деформированного состояния). Он основан на интерференционно-оптических способах регистрации полей деформаций или перемещений и обеспечивает получение непрерывной информации на поверхности исследуемого объекта. Этот метод, широко использующийся для решения задач механики деформированного твердого тела, механики разрушения, вибродиагностики, динамики конструкций и т.д., имеет определённые преимущества перед традиционными средствами, которые позволяют регистрировать только усредненные (накопленные на известной базе) величины деформаций или перемещений в одном направлении и в заданной точке [5]. Методика определения параметров НДС на основе экспериментально полученных массивов данных о полях перемещений или деформаций (при использовании метода фотоупругих покрытий) реализована в виде единого программного комплекса, основанного на применении программных комплексов ANSYS и MATLAB в их автоматическом взаимодействии (рис. 1). Такой подход к задаче может быть встроен в систему информационного обеспечения экспертизы (база знаний «Экспериментальные методы» - портал внешних связей).
3. Научно-информационная поддержка экспертизы может считаться рациональной только в том случае, если она обеспечивает все названные выше аспекты анализа безопасности. Информационная система должна предоставить
эксперту возможность подобрать нужные ему данные из фактографических массивов, содержащих характеристики свойств:
1) защищаемых объектов с точки зрения их уязвимости (с учётом возможных поражающих воздействий);
2) источников опасности, генерирующих поражающие воздействия.
Для специалистов одна часть знаний о свойствах представляется очевидной и основанной на хорошо известных моделях (формализованных описаниях материальных или виртуальных объектов, свойств и процессов). Многие из них для ввода в соответствующие базы знаний потребуют иной структуризации. Другая часть знаний для их однозначной трактовки требует целевого моделирования с различным уровнем общности. Разработка моделей, охватывающих смежные области знаний, является отдельной научной задачей высокого уровня сложности. Её постановку для достижения конкретных целей, в том числе и целей модернизации, необходимо предусматривать отдельно.
а) обработка массивов данных (эксперимента или расчёта); б) формирование банка откликов; в) решение обратной задачи; г) исследование устойчивости решения
Рисунок 1.
Принципиальная блок-схема определения параметров НДС на основе математической
обработки данных экспериментов [5]
Естественно, построение базы знаний должна начинаться с информационно-логического (рис. 2) и датологиче-ского моделирования предметной области безопасности, основанного на научных исследованиях и применении натурного моделирования объекта. В компьютерной системе это предполагает также ввод в машину знаний человека-
эксперта. Такие сложные задачи требуют привлечения большого количества информации, получаемой в совершенно разных областях науки и техники.
опасность
Документы
комплекс правовых, научно-технических и организационных мероприятий по снижению уровня опасности
технические регламенты
Рисунок 2.
Предметная область понятия «Опасность» (ситуационная схема)
Компьютерная информационная поддержка реализуется в виде экспертной системы, объединяющей комплексы реляционных баз данных и баз знаний, выполняющих функции многоаспектного справочника.
Для оценки безопасности в случае моделирования принципиально новых СТС целесообразно проверять уровень потенциальной угрозы, исходящей ото всех возможных источников опасностей. Такая оценка должна опираться на Каталог (классификатор) опасностей. Каталогизация представляет значительную сложность, вследствие некоторой неопределённости самого понятия «опасность». Для иллюстрации различных подходов к систематизации опасностей уместно привести цитату из документа, изданного таким авторитетным в части безопасности государственным органом, как МЧС [6].
ОПАСНОСТЬ,
1) возможность нанесения вреда, материального, физического или морального ущерба личности, обществу, государству;
2) угрожающее событие или вероятность возникновения потенциально разрушительного явления в данный период времени и в определённом районе; понятие, употребляемое в терминологии ликвидации последствий различных ЧС;
3) ситуация, при которой возможны процессы и явления, способные поражать людей, наносить материальный ущерб, разрушительно действовать на окружающую среду;
4) процесс, свойство или состояние окружающей среды, при возникновении условий, способных привести к одному или совокупности нескольких негативных последствий для здоровья человека, состояния окружающей среды, обусловленные нанесением материального или социального ущерба с нарушением условий жизнедеятельности и процесса нормальной экономической деятельности или ухудшением качества природной среды. По размаху и масштабам возможных негативных последствий О дифференцируются на глобальные, региональные, национальные, локальные, частные. (по И.И. Молодых)_
На данном этапе представлялось целесообразным принять дефиницию:
«ОПАСНОСТЬ В ЧС ... В общем понимании опасность - объективно существующая возможность негативного воздействия на объект или процесс, в результате которого может быть причинён какой-либо ущерб, вред,
ухудшающий состояние, придающий развитию нежелательную динамику или параметры (характер, темпы, формы и т.д.); вероятность увеличения вреда и/или уменьшения пользы; состояние, когда не обеспечена защищённость жизненно важных средств субъектов от возможности снижения пользы или причинения вреда» [7].
При заявленном подходе основы классификации опасностей, в первом приближении, можно представить в виде схемы (рис 3). Эта классификация положена в основу при работе с базой знаний «Опасности». БЗ входит в научно-информационный блок экспертной системы «Прочность. Ресурс. Безопасность» [3]
В качестве отдельных записей в этой БЗ выступают паспортизованные (формализованные) описания различных видов опасностей. Естественно, что составлению описаний должно предшествовать моделирование, подчинённое принципам, принятым для всей информационной системы. В рамках этой проектируемой реляционной системы БЗ «Опасности» тесно связана с остальными БД и БЗ. В первую очередь речь идёт о таких её полях, как «источники опасностей» (связь с БЗ «Объекты») и «поражающие факторы» (связь с БЗ «Свойства»).
Рисунок 3.
Структурное «дерево» для БЗ «Классификаторы» Список литературы
1. ГОСТ 15.901-91 и ПБ 10-77-94, цитируется по Большой нормативно-технический словарь: ок. 15 000 терминов / Авт.-сост. Ю.И. Фединский. - М.: Астрель; АСТ, 2007. - 926 с.
2. Махутов Н.А. Конструкционная прочность ресурс и техногенная безопасность. В 2 ч. / Н.А. Махутов. - Новосибирск: Наука, 2005. - Ч. 2: Обоснование ресурса и безопасности. - 610 с.
3. Махутов Н.А., Грот В.В., Руденко В.А. Проблемы оценки техногенной безопасности в реальных секторах экономики на основе современных информационных технологий // Научное, экспертно аналитическое и информационное обеспечение национально-
го стратегического проектирования инновационного и технологического развития России / ИНИОН РАН, ООН РАН, Рос. академия госслужбы при Президенте РФ / Тр. Пятой Всероссийской научно-практической конференции 28-29 мая 2009. - Ч. 1. -С. 199-205.
4. Махутов Н.А. Прочность и безопасность. Фундаментальные и прикладные исследования. - Новосибирск: Наука, 2008.
5. Разумовский И.А., Чернятин А.С. Методология и программа для определения параметров напряжённо-деформированного состояния на основе обработки экспериментальных данных // Машиностроение и инженерное образование. - М., 2009. - № 4. -С. 26-32.
6. Гражданская защита. Энциклопедия Т. 1-4 / Под общ. ред. С.К. Шойгу; МЧС Росс. - М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2007. -548 с.
7. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Словарь терминов и определений. Изд. 2-е дополненное. - М.: МГФ «Знание», 1999. - 368 с.
Плакиткин Ю.А.
д.э.н., профессор, зам. директора Института энергетических исследований РАН
НОВЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ТРЕК МИРОВОЙ ЭКОНОМИКИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ВЕКТОР РАЗВИТИЯ МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Россия имеет самый большой удельный вес в распределении запасов энергии, а именно 27%. Фактически энергетика Российской Федерации представляет собой своеобразный «мост», связывающий экономику России с мировой экономикой. И от того, куда будет направлен вектор развития мировой энергетики во многом будет зависеть развитие, как энергетики Российской Федерации, так и укрепление ее экономического потенциала. В чем же заключается главная энергетическая интрига кризисного периода? Дело в том, что при возникновении кризиса многие страны мира как способ нейтрализации негативного влияния этого кризиса разработали свои антикризисные программы. В этих программах, несмотря на то, что кризис носит финансовый характер, большое место уделяется вопросам, связанным с энергетикой. Скажем, Япония в своей программе провозгласила ни много, ни мало целую «революцию» в снижении потребления углеводородов и к 30-му году наметила отказ от импорта углеводородов, замещая их, с одной стороны, альтернативной энергетикой, а с другой - переходом на полную утилизацию общественного продукта по всем циклам производственного процесса. Соединенные Штаты Америки также провозгласили снижение зависимости от углеводородов. Так, администрация Обамы в 2009 году в десять раз увеличила расходы на разработку проектов альтернативной энергетики, проектов, связанных с развитием ВИЭ. Европа также взяла курс на снижение углеводородной зависимости и разработала свою программу «20-20-20», которая предусматривает к 2020 г. снижение на 20% потребления энергии и на 20% замещение в балансе первичных энергоресурсов альтернативной энергетикой. Фактически и Соединенные Штаты, и Европа, и Япония, как и страны АТР, сформировали, по сути дела, программный вызов экспортерам энергии. У нас в России также разработана система программных мер. Однако по факту идет наращивание инвестиционных ресурсов в строительство коридоров по транспорту энергии странам-импортерам. В этой связи для понимания этой ситуации, конечно же, необходимы фундаментальные оценки глобальных последствий кризиса на развитие энергетики и экономики. В чем же заключается воздействие кризиса, и какое влияние имеют кризисы в инновационном развитии экономики? В этой связи мы решили сделать замеры инновационного развития мировой экономики, для чего изучили статистику мировых технологических патентов за достаточно большой промежуток времени, примерно за 130 лет. На основе этого получили статистическую кривую, которую можно называть «ступени технологического роста». Анализ показал, что в истории имеются периоды примерно 20-25 лет, когда интенсивность технологических заявок повышается, и есть периоды длительностью 20-25 лет, когда интенсивность этих заявок падает. Фактически на этапе повышения интенсивности подачи заявок научно-техническая мысль создает научно-технический фундамент для того, чтобы на последующей ступени он был реализован, но уже в виде новой техники и технологий. На каждой из этих ступеней мир приобретает свой новый технологический облик. Спрашивается, сколько же таких ступеней было в ХХ веке? Их было две.
Первая ступень - это примерно 29-30-е годы до начала 40-х годов. Вторая ступень - это 70-й - 90-й год. Спрашивается: когда же наступит третья технологическая ступень? Третья технологическая ступень уже фактически наступила. Это 2008 год. Этот год является точкой «не возврата», когда мировая экономика приняла новый трек технологического развития и начала формировать новый технологический облик. В этот период уже не объемы привлекаемых ресурсов, а эффективное управление ими становится главной доминантой мирового экономического развития.
Спрашивается, как же оценить суть тех технологических преобразований, которые произойдут в период с 2008 года примерно по 2020-2030 годы? Это годы, когда будет длиться первая технологическая ступень XXI века. Для того чтобы понять суть предстоящих технологических преобразований, достаточно сравнить, чем отличалась вторая ступень от первой. При переходе от первой ступени ко второй производительность труда в промышленности в России увеличилась в семь раз, в тяжелой промышленности - в 11 раз, в энергетике - в 5 раз, удельные расходы топлива на электростанциях снизились почти в два раза.
Другими словами, речь идет об экономии всех видов ресурсов - и живого, и овеществленного труда, и всех процессов, которые связаны с энергетическим хозяйством. Для того чтобы более объемно представить себе уровень технологических преобразований этой ступени, отметим, какие базовые технологии появились на второй ступени, которых не было на первой. На второй ступени появились такие технологии, как ядерная энергетика, телевидение,
