CC BY
20
О
(N
УДК 504.05(571) ББК 28.081
ПОИСК НОВЫХ ПОДХОДОВ В ИССЛЕДОВАНИИ БЕЗОПАСНОСТИ СЛОЖНЫХ САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ СИСТЕМ
Рассматриваются различные подходы в анализе безопасности техногенных, природных и экологических рисков на примере Байкальского региона. Обозначены предпосылки для разработки нового системного подхода к анализу безопасности функционирования глобальной системы: человекосфера-окружающая среда-техносфера в свете современных реалий. В качестве объекта исследования предлагается новая модель системы «Человекосфера» и взаимодействия ее частей.
Ключевые слова: человекосфера, окружающая среда, техносфера, глобальная система, анализ безопасности, аналоговая модель, накопитель ошибок, коалиция, обратные и прямые связи, фазовый портрет системы, компромисс подсистем.
E.Yu. Sarafanova
SEARCH FOR NEW APPROACHES TO STUDYING SAFETY MATTERS OF COMPLEX SELF-ORGANIZING SYSTEMS
ssi Д s =
§«!■
НА
Ой"
%<s ^ 1
5s 1
S I
8s! ИН 25 о
ChO!
£sl|
E40 I ЙИ-І See
К
H
H
о
H
PQ
CO
H
The article deals with various approaches to analyzing safety matters of technogenic, natural, and ecological risks by the example of Baikal region. The author points out prerequisites for working out a new systemic approach to the analysis of safe functioning of the global system: the human sphere-the environment-the technosphere in the context of the contemporary reality. A new model of «Human sphere» system and interaction of its parts is suggested as the object of the research.
Keywords: human sphere, environment, technosphere, global system, safety analysis, analogue model, error store base, coalition, reverse and direct contacts, system phase portrait, compromise of subsystems.
Актуальность проблемы. Постоянное увеличение потребления энергии и энергоносителей, появление новых технологий и материалов, и воздействие других техногенных факторов на протяжении нескольких десятилетий привели в настоящее время к резкому ухудшению качества среды обитания человека и других природных сообществ. Общепризнанный факт — что современный уровень негативного воздействия человеческой деятельности приблизился к своему критическому значению [1; 3]. Пожалуй, трудно сейчас найти территорию, населенную людьми, для которой эта тема не являлась бы актуальной. Байкальский регион не является в этом плане исключением и задача долговременного устойчивого развития стоит сейчас перед каждым ее субъектом. Особенность сегодняшнего времени состоит в том, что при оценке безопасности территории необходимо учитывать помимо ее региональных особенностей изменение системных свойств окружающей среды, в нашем случае — мировой кризис.
Современные тенденции развития общества в условиях мирового кризиса еще раз ярко показали, что для обеспечения безопасности сложных систем необходимо учитывать изменение системных свойств окружающего мира. Сейчас нельзя рассматривать какую-либо сложную сис-
© Е.Ю. Сарафанова, 2011
тему (страну, регион) в отрыве от окружающей ее реальности, какие бы формы она не приобретала.
В силу эмерджентности сложных систем, возможно появление новых, неожиданных свойств, которые могут привести к тому, что систе-^ ма начинает себя вести «парадоксальным» образом. Касается это как
5^ всей сложной системы, так и ее подсистем. Все это существенно ослож-
няет анализ функционирования сложных систем. Поэтому на современном этапе анализ проблемы безопасности сложных систем может быть основан только на междисциплинарном подходе, опирающемся на математику, естественнонаучные дисциплины и достижения гуманитарных наук.
Байкальский регион можно с уверенностью отнести к уникальному объекту в плане исследования методами системного анализа. С чем это связано? С одной стороны, озеро Байкал, расположенное на территории региона относится к уникальным охраняемым природным объектам. Последнее затрудняет или делает невозможным развитие техносферы на его побережье.
С другой стороны, ряд экологически опасных объектов на территории Байкальского региона, в первую очередь, непосредственно на побережье Байкала (ОАО «Байкальский ЦБК» (хлор,серная кислота, едкий натр), ОАО «Парус» (аммиак), Култукское предприятие по обеспечению нефтепродуктами и др.), образуют область повышенного риска для озера Байкал и обуславливают возникновение ЧС техногенного характера.
И наконец, существование свойственных региону опасных природных рисков и ухудшение показателей состояния социально-трудовой сферы на фоне мирового кризиса завершают полный спектр проблем и противоречий, препятствующих гармоничному развитию региона.
Все вышесказанное позволяет говорить об актуальной на сегодняшний день задаче — разработке новых стратегий и действий по урегулированию сложившихся противоречий для гармоничного развития всех ; составляющих жизнедеятельности региона. Задача является междис-
циплинарной и сложной, поэтому требует применения системных ме-ой § тодов для получения продуманной основы для принятия взвешенных
^ ^ | и среднесрочных прогнозов. Здесь необходимо отметить, что эта задача
^ | является многоцелевой и ее цели находятся в противоречии. Доминиру-
1 ющей целью в данном случае следует считать повышение системности.
вПодходы к анализу безопасности глобальной системы. До недавне-§к§ го времени задача безопасности населения и окружающей среды сводило в лась к инженерной задаче создания новых безопасных технологий. То
йоэ есть практиковался подход в проблеме безопасности, ориентированный
к®Э на источник безопасности. В рамках этого подхода для ОАО «Байкаль-
ский ЦБК» задача экологической безопасности была сведена к проблеме перепрофилирования производства с целью уменьшения вредного воз-23 действия.
После ряда крупных техногенных аварий, не прекращающихся и в наше время, произошло смещение ориентации систем безопасности в сторону человека и окружающей среды, подвергающихся воздействию [2; 3]. Здесь безопасность рассматривается не как свойство промышленного объекта, а как защищенность человека и окружающей среды. Основные со положения такой концепции безопасности полностью были отражена в
Н материалах «Байкальской декларации» о сохранении биоразнообразия
[2]. С точки зрения такого подхода ОАО «Байкальский ЦБК» необходи-
О
н
мо полностью закрыть. Реализация решения о закрытия привела к росту социальной напряженности в г. Байкальск.
Как показала практика оба подхода, примененные по отношению к ОАО «Байкальский ЦБК» не принесли ожидаемых результатов. Внедрение механизмов экологической политики в практику хозяйствующих субъектов в соответствии с «Байкальской декларацией» о сохранении биоразнообразия так и остались бумажными реалиями [2].
Оба случая проведения мер безопасности показали отсутствие применения системного подхода и продуманного управления сложившейся ситуацией. В результате оказались противопоставленными интересы жителей г. Байкальска и персонала ОАО «Байкальский ЦБК» и экологические интересы населения Байкальского региона в плане экологической безопасности.
По мнению автора концепция анализа безопасности сложной системы должна опираться на оба сложившихся подхода, объединенных целью достижения устойчивого и гармоничного функционирования населения, экосистемы и техносферы. Причем интересы человека и окружающей среды в анализе безопасности должны доминировать и задавать ограничения для всей процедуры анализа безопасности. Но каким образом? Как показала опыт решения проблем, связанных с негативной деятельностью ОАО «Байкальский ЦБК», способ решения во многом зависит от заявленной глобальной цели и ее последовательной реализации посредством решения совокупности локальных целей.
В настоящей работе предлагается рассматривать безопасность глобальной системы (ГС): человекосфера — окружающая среда — техносфера. Примерная схема ГС изображена на рис. 1.
Глобальная система
«К1
ЯЧ г
МнЗ|
н5і
НА
ОЙ"
^ 1
1
«Л*
ь Е
« V I 8Н! ЕнО а
£мЦ
МО I
нее
И
н
н
о
н
м
со
Н
Окружающая среда, ОС
Рис. 1. Модель глобальной системы
Здесь сплошными линиями обозначены прямые связи, а пунктирными — различные типы обратной связи. В рамках предполагаемого подхода безопасность рассматривается как защищенность от негативного воздействия человекосферы, которая имеет доминирующую роль. Каждая часть ГС из-за наличия положительных обратных связей рассматривается одновременно как источник опасности, и как объект негативного воздействия. Все части ГС находятся в тесном взаимодействии друг с другом. Глобальная цель ГС состоит в гармоничном развитии системы в общем при наличии адаптирующихся подсистем, имеющих динамические весовые коэффициенты важности. Учитываются как внутренние, так и внешние воздействующие факторы стохастической природы.
Описательные и математические модели окружающей среды и техносферы достаточно полно и подробно рассмотрены в большом количестве литературы. В настоящем докладе особое внимание уделяется структуре модели человекосферы. Структуру модели системы человекосфера (ЧС) можно представить как совокупность следующих составляющих:
1. Коалиция (союз) мыслящих, эмоциональных структурных единиц.
2 Цепочки причинно-следственных связей, количество которых определяется с помощью некоторого уравнения.
3. Накопитель ошибок (программа самоуничтожения).
4. Оптимальная программа развития (параметры порядка, интегральные критерии и др.), подчинение глобальной цели.
5. Программа ограничений (запретов).
Как видно из рис. 2 накопление ошибок происходит внутри коалиции при нарушении ею системы ограничений. Оптимальная программа находится внутри системы ограничений. Программа самоуничтожения в виде накопителя ошибок не позволяет плохоуправляемой части разрушить всю систему.
Рис. 2. Схематичное изображение структуры системы «Человекосфера»
«351 Яз =
н£ї
н51
На
Ой"
^ 1
1
«Л*
« V I
8Н|
о
ЕнО а
£мщ
ЙО I &ЙІ
Н®Є
И
н
н
о
н
м
со
Н
Вышеприведенная структура модели ЧС основана на известном в кибернетике положении, согласно которому человеческую сферу можно рассматривать как некоторое аналоговое устройство. С другой стороны, человекосфера, обл адая такими качествами как самоорганизация и эмерджентность з у1, всегда допускает вероятность неправильной интерпретации поступающей на вход информации, источником которой является окружающая среда. В результате возможно развитие информативного конфликта между частями ГС, величину которого можно оценить по формуле Винера-Шеннона [1; 3; 4]:
1 = -Е Л 10^2 Л.
Качественный анализ глобальной системы можно осуществить с помощью построения ее фазового портрета на основании математической модели системы в форме системы дифференциальных уравнений [там же]:
— = % (Х1,...,Х„ ).
Таким образом, опыт различных управленческих решений показал необходимость системного, целостного подхода к решению любых проблем Байкальского региона, связанных с управлением сложных систем или процессов, а также необходимость ликвидации безграмотности в теории управления сложными системами в руководящих органах, принимающих решения.
Список использованной литературы
1. Быков А.А. Проблемы анализа безопасности человека, общества и природы / А.А. Быков, Н.В. Мурзин. — СПб.: Наука, 1997. — 245 с.
о
<N
2. Декларация целей, задач и основных принципов стратегии сохранения биоразнообразия экосистемы озера Байкал. — Иркутск, 1999.
3. Саркисян С.А. Прогнозирование развития больших систем / С.А. Саркисян, Л.В. Голованов. — М.: Статистика, 1975. — 192 с.
4. Сарафанова Е.Ю. Разработка новых подходов в анализе безопасности системы «Техносфера-Экосистема» / Е.Ю. Сарафанова, Е.И. Скурьят; ИСЭМ СО РАН. Препринт. — Иркутск, 2001. — Ч. 1: Сравнительный анализ. Постановка стохастической задачи. — 61 с.
Bibliography (transliterated)
1. Bykov A.A. Problemy analiza bezopasnosti cheloveka, obshchestva i priro-dy / A.A. Bykov, N.V. Murzin. — SPb.: Nauka, 1997. — 245 s.
2. Deklaratsiya tselei, zadach i osnovnykh printsipov strategii sokhraneniya bioraznoobraziya ekosistemy ozera Baikal. — Irkutsk, 1999.
3. Sarkisyan S.A. Prognozirovanie razvitiya bol’shikh sistem / S.A. Sarkisyan, L.V. Golovanov. — M.: Statistika, 1975. — 192 s.
4. Sarafanova E.Yu. Razrabotka novykh podkhodov v analize bezopasnosti sistemy «Tekhnosfera-Ekosistema» / E.Yu. Sarafanova, E.I. Skur’yat; ISEM SO RAN. Preprint. — Irkutsk, 2001. — Ch. 1: Sravnitel’nyi analiz. Postanovka stokhasticheskoi zadachi. — 61 s.
Информация об авторе
Сарафанова Елена Юрьевна — кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра информатики и методики обучения информатике, Восточно-Сибирская государственная академия образования, г. Иркутск, e-mail: [email protected].
SS1
ЯЧ г
€і'
НА
ОЙ"
%<s ^ 1
1
«Л*
« V I 8s! ЕнО а
£мЦ
МО I
нее
К
н
н
о
н
PQ
со
Н
Author
Sarafanova Elena Yuriyevna — PhD in Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Chair of Computing and Computing Teaching Technique, East Siberian State Academy of Education, Irkutsk, e-mail: [email protected].
