CC BY
24
УДК 504.064.4:004.5 В.М. Забабурин
КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Проведено исследование особенностей взаимодействия эргатических систем. Предложено в качестве объективного критерия оценки состояния системы использовать ее энергию. Разработаны физические основы теории ВЭИ-поля. Выдвинута гипотеза о самоорганизации эргатических систем.
Ключевые слова: горнодобывающее предприятие, энергопотенциал, эргатиче-ские системы, ВЭИ-поле.
~П се элементы и подсистемы горнодобывающего предпри-
-Я-М ятия как сложной эргатической системы взаимоувязаны единым энергопространством, в котором объективно действуют законы сохранения. Важнейшим условием успешного функционирования и развития эргатических систем является наличие начального энергопотенциала и благоприятных условий его изменения. Гомеостаз системы обеспечивается за счет обменных процессов с внешней средой в результате взаимодействия. Раз состояние системы есть закономерный итог ее взаимодействия с внешней средой, то следует изучить физику взаимодействий различных систем для того, чтобы научиться управлять поведением исследуемой системы и обеспечить ее безопасное устойчивое состояние.
До сих пор механизм энергетического взаимодействия сложных систем с внешней средой практически неизвестен в силу сложных итеративных связей, а также из-за недостаточной разрешающей способности анализаторов человека, которые определяют эффективность сенсорного восприятия окружающего нас мира. Вследствие этого, механизмы энергопереноса в большинстве случаев могут быть определены лишь гипотетически и представлены в виде стохастических математических моделей. Наша задача, найти точки приложения детерминированного подхода к решению данной проблемы и повысить тем самым объективность и эффективность оценок, характеризующих состояние исследуемой системы в дискретные моменты времени и ее поведение (развитие) на временной оси.
Общеизвестно, что в эргатических системах одновременно действуют потоки вещества, энергии и информации. Так, например, каждый производственный объект обладает не только массой, но и внутренней энергией и разного вида связанной информацией (негэнтропией). При этом процессы различной направленности и характера протекают в системах одновременно и согласованно. Подобные явления единства объясняются только тем, что вещество, энергия и информация, имеют общую природу в едином ВЭИ-поле. Поэтому, на наш взгляд, целесообразна разработка общей теории взаимодействия эргатических систем, основанная на применение физических законов и показателей как объективной основы взаимодействия систем любого ранга и природы, т.н. теория ВЭИ-поля. Ключевым вопросом при разработке этой теории является выявление механизма взаимодействия систем в едином ВЭИ-поле горнодобывающего предприятия.
Учитывая, что в условиях шахты системы подвержены физическим, химическим и информационным воздействиям, логичным будет предположить, что механизм взаимодействия напрямую связан с видом возмущающих внешних потоков и представляет собой совокупность процессов определенного типа и состояний реагирующих сред.
Результат воздействия внешне всегда проявляется в изменении функциональности системы. Поскольку функциональность системы определяется величиной производимой работы, то в физическом смысле под функциональностью следует понимать запас энергии системы, который может быть ею использован для выполнения полезной работы. Следовательно, оценить уровень работоспособности любой системы можно через функционал первого порядка, т.е. с помощью ее энергопотенциала. Так как любой вид воздействия может привести к потере функциональности системы, а функциональность есть ее энергопотенциал, то универсальным критерием оценки степени воздействия следует считать удельную поглощенную системой энергию.
Показатель степени воздействия внешней среды на человека может быть положен в основу классификации уровня опасности и определения «нормы» для конкретного вида воздействия с учетом локализации воздействия. Это становится возможным, если за таковой принять величину удельного соотношения характеристик зоны контакта после и до момента воздействия (Куд). Тогда:
- при тепловом воздействии на кожу человека
К . О)
где ДЗ и S - площадь тела, подвергшаяся воздействию к общей площади поверхности тела, м2.
- при воздействии на органы тела и жизненно важные центры
Кг , (2)
9
где Дф и ф - функциональное состояние органов тела соответственно после и до факта воздействия, %;
- при воздействии на анализаторы человека и его ЦНС
К =у, (3)
где Д1 и I - объемы информации, воспринимаемые анализаторами после и до факта воздействия, кБайт.
Силы, возникающие в зоне контакта взаимодействующих систем, в основном и определяют уровень защитных реакций, направленность их действия, а также вид и величину последствий воздействия. Механизм защитных реакций (вторая сторона взаимодействия) обеспечивает постоянную адаптацию системы и ее элементов к изменениям внешней среды. Соотношение силы воздействия и силы защитных реакций, обеспечивающее способность системы само-восстанавливаться обуславливает понятие нормы или предела воздействия (устойчивости системы).
Если внешняя среда воздействует на рассматриваемую систему, то в направлении вектора воздействия в ВЭИ-поле распространяются возмущения, т.е. происходит изменение с течением времени некоторых физических величин, которые характеризуют состояние системы. Возмущения или волны осуществляют перенос энергии в пределах ВЭИ-поля за счет сжатия и разряжения среды. Направление и величина (степень) энерговоздействия зависит в основном от разности потенциалов реагирующих систем, а они, в свою очередь, от состояния внешней среды.
Любая система осуществляет свой энергообмен с окружающей средой исходя из принципа многоканальной связи по
Рис. 1. Структура ВЭИ-каналов: а - дифференцированный; б - общий; в - комбинированный
многочисленным ВЭИ-каналам. Причем одновременно может происходить и поглощение энергии и ее излучение. Это связано со сложной структурой эргатических систем, каждый элемент которых представляет собой энергетически независимую и одновременно функционально-соподчиненную единицу структуры. Схемы ВЭИ-каналов представлены на рис. 1.
ВЭИ-канал представляет собой проводник, поперечный размер которого несоизмеримо меньше его длины. Характеристики проводника определяют пространственные и динамические параметры ВЭИ-поля взаимодействия. С другой стороны длина канала, его пропускная способность, интенсивность обмена в нем зависит от баланса сил в ВЭИ-поле.
Физика взаимодействия определяет поведенческие функции исследуемых систем и составляющих их компонентов. На рис. 2 представлена упрощенная схема воздействия системы А на систему Б, т.е. первая излучает, а вторая поглощает.
Возбуждение ВЭИ-сигнала происходит вследствие наличия разности потенциалов между рассматриваемыми точками. Индукция (В) есть фактор, устанавливающий очередность и
Рис. 2 Схема воздействия системы А
' '~-2
•-----------------------------•
периодичность процессов поглощения и выделения т.е. закономерные взаимоотношения между этими процессами, выражающиеся в том, что возникновение одного вызывает как объективное следствие появление другого, и наоборот. Другой силовой характеристикой ВЭИ-поля является его напряженность (Е), вектор которой направлен перпендикулярно индукции.
Параметры В и Е, взаимно дополняя друг друга возбуждают силу взаимодействия F, и формируют ВЭИ-поле (рис. 3). Векторы В и Е перпендикулярны вектору взаимодействия двух систем и периодически меняются по модулю и направлению, т.е. колеблются. Тогда векторная диаграмма сил взаимодействия и сил, формирующих ВЭИ-поле, определяющая их взаимную топологию жестко связана с объемными координатами трехмерного пространства. Модули этих величин пропорциональны.
Закономерным результатом взаимодействия системы и внешней среды является ее фазовый переход, т.е. изменение состояния.
Поскольку развитие системы в физическом плане есть процесс вынужденных незатухающих колебаний по действием
^ ^ Рис. 4. Схема поведения системы на р р £0 ^ оси развития и в точке бифуркации
С1 г '
• У
возмущающих потоков, то определяющим условием фазового перехода системы является возникновение резонанса. Момент фазового перехода в синергетике получил название точки бифуркации, а соотношение характеристик инициирующих его обуславливает создание зоны аттрактора (рис.
4).
Графически аттрактор может быть представлен как схождение траекторий развития системы к одной точке или замкнутой петле в виде воронки или конуса. При этом точка схождения не зависит от начальных условий развития системы, а определяется соотношением соответствующих параметров системы и внешней среды. Тогда показателем степени возможности выбора данной ветви может считаться коэффициент пропорциональности между энергопотенциалами (или силами взаимодействия) системы и внешней среды, который характеризует условия внешнего гомеостаза исследуемой системы.
Исследование механизма взаимодействия и особенностей развития систем в ВЭИ-поле позволит обосновать использование универсального объективного показателя уровня воздействия и степени устойчивости систем различного ранга. Если параллельно удастся решить вопрос о норме воздействия и пределах устойчивости систем, то мы получим ключ к решению проблемы обеспечения безопасности в условиях горнодобывающих предприятий.
---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Забабурин В.М. Основы методологии обеспечения безопасности труда на горнодобывающих предприятиях//Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии юга России и Кавказа: Матер. Международ. науч. конф., Новочеркасск: ЮР-ГТУ, 2002, с.49-54.
2. Фролов А.В., Забабурин В.М. Концепция обеспечения безопасности на горнодобывающих предприятиях // Безопасность горных предприятий: Сб. науч. тр. по
матер. симпозиума «Неделя горняка - 2007».-М.: Изд-во «Мир горной книги», 2006, с.55-61. ГйГСге
Zababurin V.M.
CONCEPTUAL BASES OF SYSTEMS POWER INTERACTION IN MINING ENTERPRISE CONDITIONS
The organized study peculiarity interaction of erhotic systems. It is offered as objective standard of judgment of the condition of system to use her energy. The designed physical foundation of theory SEI-field. The brought forth hypothesis about organization erhotic system.
Key words: mining enterprise, power potential, VEI-field.
— Коротко об авторе ----------------------------------------------------
Забабурин В.М. - доцент, кандидат технических наук, член-корр. МА-НЭБ, Шахтинский институт ЮРГТУ (НПИ), кафедра «Промышленная и экологическая безопасность»,
E-mail: bgd_frolov@mail.ru.
