CC BY
25
--© В.В. Грызунов, Е.В. Мазаник,
И.В. Грызунова, Д.В. Рябинин, 2014
УДК 614.8:574.2
В.В. Грызунов, Е.В. Мазаник, И.В. Грызунова, Д.В. Рябинин
НАДЕЖНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОРГАНИЗМА КАК БАЗОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Надежность живой системы выступает не только как показатель результативности ее функционирования, но и как фактор, лежащий в основе организации функциональной системы, направленной на достижение конечного полезного приспособительного результата в условиях неопределенности. Полагая, что архитектоника надежности во многом зависит от механизмов саморегуляции, формирующих пространства состояний организма, целесообразно рассматривать «ветвящиеся» траектории функционирования дивергирующих структур системы.
Ключевые слова: надежность, поведенческий паттерн, копинг-стратегии, риск-индуцируемое состояние, тревожность.
Сложные динамические объекты прочно вошли в предметное поле современного естествознания и само понятие сложности становится междисциплинарной научной категорией, в которой первостепенное значение приобретают понятия безопасности, надежности, неопределенности и риска. Но для сложных систем возрастает вероятность комбинации негативных событий, ущерб от которых может быть сопоставим с природными катаклизмами. Поэтому в условиях научно-технического прогресса несоизмеримо возрастает значимость категории безопасности как методологической основы теории надежности (Грызунов В.В., 2008). И хотя история возникновения, формирования теории надежности технических систем насчитывает более 50 лет, но даже сегодня многие специалисты признают, что на данном этапе по мере усложнения технических систем крайне сложно прогнозировать эволюцию функционирования конструкции при динамически меняющихся условиях внешней среды и флюктуациях внутренних параметров (Рябинин И.А.,2007). И причины отказов технических систем могут быть обусловлены не только конструктивными, технологическими, эксплуатационными дефектами, но и человеческим фактором, ибо не всегда психологические и психофизиологические характеристики индивидума соответствуют уровню сложности решае-
мых задач и особенностям трудового процесса (Алпысбаева Ж.Т., Смагудов Н.К.,2014). Некоторые исследователи полагают, что окодо 16 — 25 % практически здоровых дюдей не в состоянии освоить целый ряд различных по сложности профессий из-за возникающих у них признаков перенапряжения регуля-торных систем. Поэтому человеческому фактору придается важное значение при анализе причин несчастных случаев, трагедий, катастроф. Формализация «человеческого фактора» позволяет получить весьма интересные данные. Этим фактором обуславливаются более 40 % автодорожных происшествий, 65 % производственных трав при угледобыче в глубоких шахтах, 8090 % нарушений работы тепловых станций связано с ним (Бодров В.А., Орлов В.Я., 1998). Увеличение числа автотранспортных средств, расширение круга решаемых задач в автоматизированных системах современных автомобилей привело к парадоксальному феномену. Если 30 лет назад по сведениям ООН в автомобильных катастрофах погибало более 250 000 человек и около 7 млн - получали травмы, то уже в 2008 г. эксперты ВОЗ в «Докладе о состоянии безопасности дорожного движения в мире» на основе стандартизированного исследования отмечали, что ежегодно более 1,2 млн человек гибнут в ДТП, а 20-50 млн — травмируются. В 72-80 % случаев автоаварии случаются по вине человека. Поэтому способность предвидеть возможные варианты развития событий, выбирать оптимальное решение в условиях дефицита времени и осознания меры ответственности формируют стратегию надежного поведения человека.
Поэтому с середины прошлого столетия непрерывно возрастает интерес специалистов к проблеме надежного функционирования организма в постоянно меняющихся условиях внешней среды. И если для оценки надежности технических конструкций используются разнообразные количественные и качественные критерии, основанные на вероятности безотказной работы устройства в конкретных условиях за определенный интервал времени, то для живых систем эта проблема еще окончательно не решена. Ибо надежность функционирования организма связана с адаптивными процессами, которые произошли, происходят в данный момент времени, но еще будут происходить на протяжении длительного периода. В этом отношении это своего рода взгляд в «будущее», что неразрывно связано с прогнозированием. Поэтому надежность живой сис-
темы выступает не только как показатель результативности ее функционирования, но и как фактор, лежащий в основе организации функциональной системы, направленной на достижение конечного полезного приспособительного результата.
В ситуациях неопределенности при жестком лимите времени формируется психофизиологический прессинг на человека, индуцирующий выбор стратегии личностно-ситуационной формы совладающего поведения, определяющий надежность функционирования организма, которая проявляется не как биостатический параметр, а как ситуационный оптимум функционирования в заданных пределах с последующим восстановлением к исходным параметрам. Ситуативная норма реакции в ответ на действие внешних факторов проявляется у человека-оператора поведенческим паттерном, который формируется на основе индивидуальных реактивности, резистентности и определяет «цену» адаптации (рис. 1). Адаптациогенез человека индуцируется, с одной стороны, негативными воздействиями производственных факторов и окружающей среды, а с другой - психоэмоциональным напряжением в процессе профессиональной деятельности в условиях дефицита времени.
Реактивность Резистентность
Надежность функционирования организма:
— структурная и временная избыточность;
— морфофункциональное резервирование;
— морфофункциональная взаимозаменяемость;
— асинхронное функционирование;
— морфофункциональное дублирование;
— оптимальная экономия морфофункциональных ресурсов и энерготрат;
— оптимизация регуляции на всех иерархических уровнях управления;
— форпостное управление;
— динамичность регуляции по механизму обратной связи.
Д Д Д
Психическая Когнитивная Физиологическая составляющая составляющая составляющая
^ л. ^
Стратегия надежного поведения Рис. 1. Структурная схема надежного функционирования организма и выбора стратегии надежного поведения
Поэтому с середины прошлого столетия проблема оценки надежного функционирования организма в постоянно меняющихся условиях внешней среды приобретает мультидисципли-нарный характер. И если для оценки надежности технических конструкций используются разнообразные количественные критерии, основанные на вероятности безотказной работы устройства в конкретных условиях за определенный интервал времени, то для живых систем эта проблема еще окончательно не решена. Ибо надежность связана с адаптивными процессами, которые произошли, происходят в данный момент времени, но еще будут происходить на протяжении длительного периода. В этом отношении это своего рода взгляд в «будущее», что неразрывно связано с прогнозированием. Поэтому надежность в живой системе выступает не только как показатель результативности ее функционирования, но и как фактор, лежащий в основе ее организации (Гриненко А.Я. с соавт., 2000).
Логико-вероятностные методы оценки надежности технических устройств обладают существенными ограничениями для живых систем (Козлов В.Н. с соавт., 2013), которые можно представить в виде структурно-функциональной схемы, описывающей взаимодействия между функциональными подсистемами (г1; г2. г3. г4), функциональными системами (а1; а2; а3; а4; а5), формирующими доминирующую функциональную систему (Р^, конечной целью которой является достижение полезного результата (N0 в данный момент времени (1) и определяющей надежность функциональной целостности системы (рис. 2). В представленной схеме можно выделить три уровня организации. Первый уровень связан с взаимосвязанными элементами (г1, ...гп) подсистемы, которые формируют взаимосоподчинне-ные функциональные системы в конкретный момент времени (а1, ... ап), на базе которых организуется доминирующая функциональная система (Р^, составляющая третий уровень, направленная на достижение конечного полезного результата (N0 как системообразующего фактора. И надежность (О) работы каждого из элементов определяет О всей системы в целом и наоборот, что позво-
2
ч
а2 |
г4
а4
ЬГ) ГО
ю-ш
Рис. 2. Структурно-функциональная схема организации системы
ляет говорить о саморегуляции надежности на основе принципа обратной связи.
В самом общем виде fi =£(zi, ...zn), а QFt=Z(ai,—an), позволяющих описывать параметры событий, отражающих фактическое состояние системы в пространстве координат или траектории в каждый момент времени (t).
Базовым принципом является положение о том, что порождение любых новых свойств в развивающейся системе обусловлено и подчиняется определенным внешним и внутренним закономерностям. Внешние закономерности организации развития живой системы обусловлены ее взаимодействием с окружающей средой и направлены на достижение конечного полезного результата, внутренние — относятся к самой функциональной системе и охватывают изменения в ее структуре и функциях, а также выступают в виде существенных связей и отношений, устойчивых реакций, выражающих последовательность происходящих внутрисистемных изменений, определяющих самоорганизацию по надежности.
Таким образом, в процессе регулирования организма можно выделить две иерархически соподчиненные и взаимодействующие саморегулируемые системы в каждый конкретный момент времени:
• саморегулируемые системы, в которых системообразующим фактором выступает конечный полезный результат, обеспечивающий адаптивность организма к постоянно меняющимся условиям внешней среды;
• саморегулируемые функциональные системы, в которых обеспечение надежности функционирования организма как целостной системы является основой их организации в процессе адаптации.
Поэтому для оценки эффективности регулирования целесообразно учитывать не статистическую норму реакции, а динамическую — позволяющую количественно охарактеризовать надежность адаптивных механизмов при достижении конечного полезного результата.
В организацию саморегулирующей системы (an) могут входить n - элементов, которые обеспечивают ее надежность, а также выраженность ответной реакции (Gmax; Gmin; G opt), которые формируют детерминированную и альтернативную дискретные многошаговые процедуры на основе принципа обратной связи (рис. 3). В срочном периоде адаптации пре-
валируют детерминированные операции, стремящиеся к избыточной норме-реакции (Gmax) в течение определенного промежутка времени. На переходном этапе преобладают альтернативные операции, обуславливающие появление ди-вергирующих структур, представленных в виде дерева логических возможностей, и направленных на поиск оптимального ответа (G opt) в данный момент времени. Чрезмерное или длительное воздействие патогенного агента приводит истощению функциональных возможностей и гипофункции организма (Gmin). Траектория функционирования дивергирующих структур является основой формирования пространства состояний регуляции надежности и могут быть представлены в виде:
ßn(t) = fn{( zi(t),...zn(t), ai(t),...an(t), Fn(t)}.
Таким образом, «ветвящиеся» траектории функционирования дивергирующих структур позволяют сформировать пространства состояний регуляции, определяющих надежность функционирования системы.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алпысбаева Ж.Т., Смагулов Н.К. Оценка и прогнозирование системного взаимодействия организма работников коксохимического производства в процессе адаптации к вредным условиям труда// Безопасность труда в промышленности. - 2014. — №1. — С.74-76.
2. Бодров Б.А., Орлов В.Я. Психология и надежность: человек в системах управления техникой. - М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 1998. — 288 с.
3. Гриненко А.Я., Грызунов В.В., Лобжанидзе А.А. Надежность - универсальный принцип онтогенеза// Ученые записки Санкт-Петербургского медицинского университета. -2000. — №4. — С.87-93.
4. Грызунов В. В. Надежность - интегративная характеристика живой системы// Научные исследования и инновационная деятельность: Материалы научно-практической конференции. - СПбГПУ, 2008. — С.147-152.
5. Козлов В.Н., Грызунов В.В., Грызунова И.В. Надежность как базовое свойство саморегулирующей организации// Высокие интеллектуальные технологии и инновации в национальных исследовательских университетах. -СПб.: Изд-во Политехнического уни-та,2013- Т.4. — С.68-73.
Пх
пу G max
пг / Gopt
nt G u min
Рис. 3. Структурная схема дискретной многошаговой операции
6. Мантатова Л.В. Стратегия развития: ценности новой цивилизации. -Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ,2004 — 242с.
7. Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. — СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского университета,2007. — 278 с. ДИН
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Грызунов Владимир Викторович — доктор медицинских наук, профессор, Рябинин Л.В. — аспирант,
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», bp@spmi.ru, Мазаник Евгений Васильевич — кандидат технических наук, заместитель генерального директора ОАО «СУЭК-Кузбасс»,
Грызунова И.В. — Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Первый Санкт-Петербурский медицинский университет им. акад. И.П. Павлова.
THE BODY FUNCTIONING RELIABILITY AS THE BASE CHARACTERISTIC OF SAFETY
Gryzunov V.V., Doctor of Medical Sciences, Professor, Ryabinin D.V., Graduate Student,
National University of mineral resources «Mining», bp@spmi.ru,
Mazanik E. V., Candidate of Technical Sciences, Deputy General Director of JSC «SUEK-Kuzbass»,
Gryzunova I.V., St. Petersburg state Polytechnic University, the First St. Petersburg medical University. Acad. I.P. Pavlova.
Reliability of a living system is both the measure of the body functioning efficiency and the base factor of the functional system management aimed at achievement of the ultimate useful adaptive effect under uncertainty. Assuming that the architectonics of reliability in many ways depends on the self-regulation mechanisms that form regions of states of a body, it is advisable to study "branching" trajectories of functioning of the divergent system structures.
Key words: reliability, behavioral patterns, coping strategies, risk-induced state, anxiety.
REFERENCES
1. Alpysbaeva Zh.T., Smagulov N.K. Ocenka i prognozirovanie sistemnogo vzai-modejstvija organizma rabotnikov koksohimicheskogo proizvodstva v processe adaptacii k vrednym uslovijam truda (Assessment and forecasting of the systemic cooperation in the
bodies of coking plant employees in the course of adaptation to harmful labor conditions)// Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2014, No1, pp. 74-76.
2. Bodrov V.A., Orlov V.Ja. Psihologija i nadezhnost': chelovek v sistemah uprav-lenija tehnikoj (Psychology and reliability: a human being in the equipment control systems). -Moscow: Izd-vo «Institut psihologii RAN», 1998, 288 p.
3. Grinenko A.Ja., Gryzunov V.V., Lobzhanidze A.A. Nadezhnost' - universal'nyj prin-cip ontogeneza // Uchenye zapiski Sankt-Peterburgskogo medicinskogo universiteta (Reliability—the universal principle of menogenesis, Saint-Petersburg Medical University Transactions). 2000, No. 4, pp. 87-93.
4. Gryzunov V.V. Nadezhnost' - integrativnaja harakteristika zhivoj sistemy //Nauchnye issledovanija i innovacionnaja dejatel'nost': Materialy nauchno-prakticheskoj konferencii (Re-liability—the integrative characteristic of a living system, Scientific Research and Innovative Activities: Scientific and Practical Conference Proceedings). SPb, 2008, pp. 147-152.
5. Kozlov V.N., Gryzunov V.V., Gryzunova I.V. Nadezhnost' kak bazovoe svojstvo samoregulirujushhej organizacii// Vysokie intellektual'nye tehnologii i innovacii v nacion-al'nyh issledovatel'skih universitetah (Reliability as the base property of a self-regulating model, High Intelligent Technologies and Innovations in the National Research Universities). - SPb.: Izd-vo Politehnicheskogo uni-ta,2013, vol.4, pp. 68-73.
6. Mantatova L.V. Strategija razvitija: cennosti novoj civilizacii (Development strategy: valuables of a new civilization). Ulan-Udje: Izd-vo VSGTU, 2004, 242 p.
7. Rjabinin I.A. Nadezhnost' i bezopasnost' strukturno-slozhnyh sistem (Reliability and safety of complicated structure systems). SPb., Izd-vo Sankt-Peterburgskogo universiteta, 2007, 278 p.
