Глава I. Показатели человеческих рисков. Основные понятия
Цели от Разума,
Методы от Рассудка
Реализуют наши
Жизненные потребности.
Разум творит,
Рассудок внедряет,
Реализуя в нашей жизни
Риски и безопасность.
1.1. Риск и неопределенность
Человек на протяжении всей своей жизни погружен в среду жизнедеятельности, которая включает природную, социально-экономическую, технико-технологическую, информационную, государственно-правовую среды (рис. 1.1). При этом человек представляет единое целое со средой и совместно с ней сложную систему – «среда – человек». Среда воздействует на человека, получая от него реакцию в виде трудовой деятельности. Объединяясь, среда и человек представляют собой систему подчас с различными целями. При этом среда, в которую помещен человек, подчиняет его жизнь своим законам. Являясь частичкой среды, человек часто не понимает своего назначения и цели жизни, в связи с чем у него возникает конфликт со средой. Если это единичное событие, среда на него либо не реагирует, либо уничтожает человека, реализуя его риски. Если же конфликт принимает массовые масштабы, среда в ее локальном виде претерпевает качественные изменения.
Пытаясь постичь законы среды, в процессе жизни человек изучает события, происходящие в окружающей среде и влияющие на его жизнь (наводнения, цунами, извержения вулканов, эпидемии). Однако такое постижение происходит медленно. Эти события вносили и продолжают вносить неопределенность в жизнь как отдельных индивидуумов, так и их объединений – социальных сообществ.
Рис. 1.1
Человек в среде, наблюдая смерть других людей при наступлении тех или иных событий, пытается оценить свой риск от их воздействия. Как правило, в общем случае такую оценку достоверно сделать невозможно. Это обусловлено необходимостью изучения единичных событий, а также событий, причины возникновения которых неизвестны. При этом возникает неопределенность бытия, т. е. мы не можем указать величину такого риска. Как правило, изучение таких событий, их прогнозирование связано с большими финансовыми затратами, которые человек не может реализовать. Пытаясь осознать роль и место среды в своей жизни, человек каждый раз сталкивается с неопределенностью возникновения во времени и месте того или иного события и его роли в жизни индивидуума. При этом человек находится один на один со средой и вынужден искать свою меру риска и способы его локализации. Как правило, у него нет для этих целей ни техники, ни математических моделей, есть только свой опыт, знания и интуиция.
Неопределенности человеческого бытия заложены на всех этапах существования человека. Совершая какие-то действия, человек никогда не знает, к чему это приведет. При этом иногда человек считает, что рискует, однако это не всегда верно. Часто его поступки никак не связаны с губительным исходом, но человек, не зная этого, предполагает обратное. По этой причине для рассматриваемых ситуаций риск – понятие субъективное, так как оценивается разными людьми по-разному.
Когда мы говорим о неопределенности, то имеем в виду, что информация об объекте, системе, процессе или о каком-либо явлении среды содержит факторы или элементы, которые нам неизвестны. При этом возможна полная или частичная неопределенность, оцениваемая качественно или количественно. Во всех случаях речь идет об информационной неопределенности, когда информация недостаточна или искажена. Причины возникновения неопределенности могут быть внутренними, связанными с изменением свойств самой системы, а также внешними, когда неопределенность вызывается объективными или субъективными причинами, в частности – при передаче, переработке и преобразовании информации, а главное, при приеме информации от ее источника. При этом для оценки свойств функционирования систем, например человеко-машинной системы (ЧМС), необходимо правильно оценивать уровень неопределенности источника риска. Особая роль в жизни общества принадлежит человеко-машинным системам, которые образуют особую категорию систем. В них происходит функциональное соединение очень сложной вероятностной биокибернетической системы человека со всеми другими, в том числе и с простыми детерминированными системами.
Определение человеко-машинных систем, как сложных вероятностных биокибернетических систем, дает основание для использования при анализе их структурной и функциональной организации методов кибернетики и теории информации. В таких системах главную роль играют внутрисистемные связи, а также мощная система внешних информационных каналов. Целевое назначение внутрисистемных потоков информации состоит в правильном формировании и реализации управления. Здесь важно такое понятие, как ценность информации. Оно связано с ограниченным объемом памяти человека, а также работой ума, который должен оценивать информацию в процессе принятия решения для анализа последствий от реализации принятого решения.
Для человека в процессе контакта с внешней средой важны не только информационные свойства явлений среды, но и энергетические возможности изучаемых процессов. При этом неопределенность может порождаться энергетическими возможностями носителей информации. Человек имеет порог по энергетике, ниже которого информация либо искажается, либо исчезает вовсе. Тогда человек решает проблему неопределенности путем экстраполяции той информации, которую имел ранее.
Риски и неопределенность, присущие человеку, есть его достоинства и недостатки. Умение рисковать в неопределенных ситуациях иногда делает человека могущественным, а иногда приводит к катастрофе. Существуют следующие виды рисков:
– по сферам деятельности: финансовый, производственный, психологический, технологический;
– активный риск, или риск управления, происходит от предпринимаемых действий, инициативы;
– глобальный и локальный;
– долгосрочный и краткосрочный;
– поисковый, реализационный и инновационный.
Недооценка риска в таких системах, как человеко-машинные, социально-экономические, – главная причина катастроф, потрясших нашу страну за последние годы. Такой тип рисков должен оцениваться и включаться в методологию проектирования и строительства сложных объектов, анализа поведения людей, социальной среды, взаимодействующей с такими объектами.
Катастрофы, кризисы в социальной среде. Сферы жизнедеятельности общества объединены единой системой, включающей подсистемы: идеологическую, командно-административную, созидающую и контролирующую. Резкий отказ от прежних целей и способов их достижения сегодня в России породил множество социально-политических проблем, которые обусловили кризис системы в целом, характеризующийся следующим:
1) поставленные новые цели, обусловившие кризисные явления, не являются системообразующими, и отдельные подсистемы, не имея общей стратегии, ставят свои цели и достигают их в ущерб целому, что приводит к разрушению единого общественного сознания цели;
2) кризис постигает одновременно все сферы жизни общества, что усложняет его нейтрализацию, так как одновременно требуются усилия во всех сферах социальной системы, причем в расчетных пропорциях воздействий;
3) в связи с неодновременными, неадекватными ситуациями воздействий, а также в силу нестабильности процессов кризисные факторы взаимоусиливаются;
4) социальная среда в силу своей инертности оказывает дестабилизирующее влияние на механизмы нейтрализации кризиса;
5) разработка новых механизмов компенсации кризисов в различных сферах общества требует самоотдачи нации.
Наиболее сложно формировать механизмы управления в социальной сфере с целью компенсации духовно-нравственного кризиса общества, обусловленного в том числе и утратой образа настоящего и будущего.
Кризисы, катастрофы, нестабильности в социальной среде усугубляются техносферными, политическими. Самый надежный путь, позволяющий человеку противостоять кризисам, – это создание научно обоснованных структур систем власти: государственной и церковной – с профессиональным наполнением подсистем, обслуживающих эти системы. При таком строительстве необходимо следовать комплексному подходу, обеспечивая иерархичность «сверху вниз», использовать индикаторы состояния системы, включающие разнородные факторы духовной и материальной культуры, в том числе стратегические, которые связаны с кардинальными решениями в системе управления обществом. Таким образом, при построении управляющих систем социальной организации общества необходимо учитывать не только политэкономические императивы, но также процессы биосферного, этносферного, техносферного происхождения.
Социально-экологическая катастрофа представляет собой событие, обусловливающее потерю жизнеспособности населения в данном регионе, продуцируемое разными источниками риска.
Согласно современным научным представлениям, социально-экологические катастрофы возникают в результате следующих процессов [22]:
– истощение природных ресурсов для промышленного и сельскохозяйственного производства;
– генетическое вырождение населения в процессе прямого и косвенного воздействия внешней среды;
– превышение экологической емкости (выход в критическую область) региональных экосистем.
Социально-экологические катастрофы включают в себя [22]:
– разрушительные и необратимые изменения природных экосистем;
– неблагоприятные последствия таких изменений для социума.
Критерии оценки таких процессов могут быть разделены на группы:
1) антропогенная нагрузка;
2) негативные изменения окружающей среды;
3) ухудшение здоровья населения;
4) ухудшение условий духовной и материальной деятельности социума.
При анализе социально-экологических катастроф необходимо учитывать изменение культурологических показателей, прежде всего, когда такие катастрофы приводят к распаду социума. Отметим, что иногда источником социально-экологических катастроф являются собственно экологические катастрофы [22]. По генезису они обусловлены следующими явлениями:
– солнечно-космическими;
– климатическими и гидрологическими;
– геолого-геоморфологическими;
– биогеохимическими.
К наиболее типичным экологическим катастрофам относятся: ураганы, тайфуны, смерчи, шквалы, землетрясения, сели, оползни, наводнения. При этом часто техногенные катастрофы возникают в результате природных. Однако экологические катастрофы не есть порождение индустриальной эпохи. Их создавали как люди, например засоление и опустынивание плодородных равнин Месопотамии, так и природа: метеоритная катастрофа, которая обусловила вымирание динозавров 65 млн лет назад.
Общей причиной экологических катастроф техногенного происхождения является отсутствие четко разработанных концепций безопасного социально-экологического развития и показателей всех видов риска, их допустимых значений, которые должны соблюдать органы управления социальной среды. Необходимые изменения приоритетов с хозяйственных, достижение которых обеспечивается любой ценой, в том числе ценой катастроф и неконтролируемых рисков, на морально-нравственные планируются в документах по устойчивому развитию России лишь в перспективе.
Отметим важное обстоятельство: Россия относится к странам этнической культуры, содержащей в себе элементы «эхофильного мировоззрения», а также к странам с запасами территориальных и природных ресурсов, что дает возможность исключить возникновение социально-экологических катастроф. Для предотвращения катастроф необходим инструментарий научного прогнозирования их возникновения. Сложность решения этой задачи обусловлена необходимостью совместного анализа трех основных систем общества, объединенных целевым назначением: требуется социально-экономический прогноз последствий антропогенных воздействий и нагрузок; геосистемный прогноз изменения природной среды, в том числе биосферы и ее отдельных компонент; социальный прогноз влияния на человека изменившихся параметров биосферы, природно-ресурсного потенциала генофонда. Для решения этой проблемы существующие наработки, которые необходимо считать начальными, нуждаются в обобщении, углублении и развитии.
Техногенные кризисы, катастрофы
При сохранении тенденции изменения техносферы следует ожидать роста масштабов социально-техногенных бедствий, кризисов и катастроф. Процесс усугубления состояния техносферы связан со следующими факторами:
1) реструктуризация «естественных монополий», например транспортной и энергетической систем страны, которая может обусловить распад техносферы страны;
2) отсутствие единой межотраслевой системы научного мониторинга, управления рисками, программы повышения системной устойчивости;
3) развал системы поддержки функционирования уникальных технических объектов;
4) усиление кризисных явлений в высокотехнологическом секторе техносферы в военно-промышленном комплексе, связанных с переходом к гражданской и военной технике следующих поколений;
5) утрата макротехнологий;
6) отсутствие структурной экономической политики, в том числе оценки стратегических рисков, приоритетность ведущих отраслей техносферы;
7) отсутствие технико-технологической политики обусловливает отставание отраслей, утрату научно-технологического потенциала, интеллектуальной собственности;
8) отсутствие технико-технологической стратегии обусловливает, например, замораживание работ в области новых поколений энергосберегающих и ресурсосберегающих технологий;
9) отсутствие в полном объеме прогноза динамики мировой техносферы, геоэкономического анализа и т. п.;
10) растущая взаимозависимость техносферы и социосферы, деформация шкалы ценностей в массовом сознании, деградация научных и образовательных систем обусловливают дополнительные риски.
Таким образом, необходимо обеспечить повышение эффективности управления страной на основе анализа и количественной оценки стратегических рисков в социосфере в целом и в техносфере в частности.
Кроме сказанного, важными проблемами развития общества являются социально-демографические и социально-экономические процессы. Если первые обусловлены духовными кризисами, то вторые – материальными. Во всех случаях эти процессы должны быть контролируемыми, т. е. должен осуществляться мониторинг, они должны быть ограничены допустимой областью, не должны выходить в область кризисного состояния общества.
Работы по созданию «социального барометра» – по прогнозированию кризисов общества – чрезвычайно важны как для власти, так и для народа.
1.2. Человеческий риск. Основные понятия
Под риском (согласно словарю Вебстера) [17] будем понимать «опасность, возможность убытка или ущерба», т. е. потери, обусловленные влиянием среды жизнедеятельности, в том числе ошибочными решениями в процессе жизнедеятельности. С учетом сказанного отметим, что риск возникает там, где есть несоответствие между реальной микросредой, в которой случайно или целенаправленно оказался человек, и моделью, созданной им на основе анализа этой среды. Наиболее распространенным способом оценки риска человеком является умозрительная численная оценка. При этом подразумевается, что риск при такой оценке имеет свою шкалу измерения. Однако разработка такой шкалы является трудноразрешимой проблемой. Дело в том, что рассматриваемый риск – категория умственного исследования события, которая в обычных шкалах не измеряется.
Следовательно, одним из путей решения проблемы оценки риска является разработка модели деятельности человека, в том числе умственной. Этот путь сопряжен с большими трудностями, однако привлекателен тем, что позволяет решать проблему анализа риска и надеяться, что результаты работ по построению моделей, например умственной деятельности, с использованием средств идентификации могут приблизить впоследствии к реальной картине. Несмотря на трудности, стремление получить численную оценку человеческого риска представляется важным и существенным не только для будущего, но и для настоящего. Для минимизации человеческого риска важно уметь оценивать
– риски, имеющие место в повседневной и духовной жизни, например, в сфере образования;
– риск возникновения событий со значительными последствиями как результат глобализации и противодействия всех факторов нестабильной среды жизнедеятельности, в том числе таких, как культура, философия, наука, техника, технология, медицина.
Суммарный человеческий риск есть вероятность P суммарных потерь (ущерба, убытков), понесенных человеком по всем видам (областям) жизнедеятельности: в данный момент времени – Р(t) – или за период жизни, например за год – Р(T) (рис. 1.1).
Не все люди в процессе жизнедеятельности в равной степени подвержены влиянию сред, указанных на рис. 1.1. Некоторые, например отшельники, целиком и полностью погружены в природную среду, и для них риск определяется величиной вероятности Р1. Другие, например летчики-испытатели, в большей степени погружены в технико-технологическую среду, и для них риск в большей степени определяется величиной вероятности Р2. Влиянием остальных сред на их суммарный риск жизнедеятельности можно пренебречь. Для ученого и бизнесмена главную роль играет информационная среда (вероятность риска Р3). Отметим, что приведенное деление среды жизнедеятельности человека условное.
Приведем примеры.
Если общество рассматривается как биосистема, то его следует разделить по уровням. Один из вариантов такого представления показан на рис. 1.2.
Рис. 1.2
При этом суммарный риск общества, например при возникновении эпидемии, складывается начиная от риска отдельных подсистем (уровней) до риска клетки включительно, элементом которой являются макромолекулы. Они способны воспроизводить себя лишь при наличии ферментов, действующих извне, поэтому макромолекулу считают базовым элементом, а не системой.
Источником человеческого риска, обусловленного экономикой, являются потери, связанные с рынками: 1 – финансовым; 2 – товаров и услуг; 3 – трудовых ресурсов, земли; 4 – новых технологий; 5 – сырья, комплектующих изделий; 6 – энергоресурсов (рис. 1.3).
Влияние биосферы и геосферы сказывается на цене сырья, энергетических ресурсов, зарплате и т. д. Государственная власть регулирует бюджетные финансы и в различной форме оказывает влияние на среду рынков. Банки являются основным элементом финансовых расчетов, посредниками между человеком, государством, бизнесом. Бизнес в данной модели является потребителем сырья, комплектующих изделий, энергоресурсов и т. д. и в то же время производителем готовых изделий. Таким образом, для расчета суммарного риска в экономической среде РΣ необходима математическая модель системы, приведенная на рис. 1.3.
Рис. 1.3
Биосфера и человек связаны не только практической зависимостью. Процесс жизнедеятельности человека включает в себя отображение среды, анализ полученной информации, принятие решения, исполнение решения, контроль результатов деятельности и анализ полученных результатов. Каждый из указанных этапов включает элементы человеческого риска. Самый большой риск там, где человек принимает решения для реализации на уровне не индивидуума, а сообщества.
Рассмотрим одну из часто встречающихся ситуаций. Идет эволюционный процесс Fф(t), например, социальной среды (рис. 1.4). В этом процессе участвуют человек как личность, группа, сообщество. Философы, юристы, социологи изучают этот процесс, обнаруживают некоторые его закономерности и описывают с помощью некоторой функции Fо(t). Этот процесс назовем оценочным. Иногда Fо(t) = Fф(t), и тогда мы говорим, что это идеальное решение. Но чаще начиная с t0 эти процессы расходятся. Как правило, для инерционных динамических систем это расхождение мы замечаем через некоторое время, иногда в виде финансовых или политических показателей, когда наступают финансовый или политический кризисы, иногда в виде отрицательных биосферных изменений, например, вымирания лесов, т. е. природных катаклизмов.
Рис. 1.4
Часто (и это касается исследований в тех областях, где эксперимент невозможен, например с человеком в геосфере, биосфере) мы идем ложным путем. При этом, как правило, человек-исследователь представляет полученные результаты без четкого понимания, где начинается критическая область, где начинается деградация его и социальной среды, а затем и смерть этих двух систем.
1.3. Свойства и параметры состояния человека как биосистемы
Принято считать, что «в природе все гармонично». Это не совсем так, но, вероятно, высказывающие данную мысль интуитивно понимают некоторую «завершенность», гомеостатическую включенность любого вида живых существ в биоценозы. Разумеется, на практике, время от времени, это равновесие нарушается тем или иным «преуспевающим» видом. Но, поглотив изрядное количество энергетики биоценоза, новый вид сворачивает экспансию. Равновесие восстанавливается. Так реализуются циклы жизни и смерти в природе.
Человек представляет собой динамическую систему, которая функционирует в среде жизнедеятельности (рис. 1.1). При этом между этой средой и человеком возникает взаимосвязь, которой необходимо управлять. С этой целью человек, погруженный в среду, контролирует свое состояние и состояние среды. В качестве контролируемых величин выступают параметры состояния человека, которые при некоторых значениях могут являться причинами потерь в процессе жизнедеятельности.
Каждая последующая жизненная ситуация, как правило, неадекватна предыдущей. При этом необходимо каждый раз контролировать и ограничивать новые параметры. Таким образом, мы должны рассматривать человека как динамическую систему, погруженную в среду жизнедеятельности, в том числе природную.
В общем случае среда жизнедеятельности человека включает его внутренний мир – эгосферу [24]. Каждая среда характеризуется своими процессами. В свою очередь каждый процесс характеризуется своими параметрами, изменяющимися во времени, контролируемыми человеком. Контролируя параметры входных процессов, он одновременно контролирует свое состояние в этих средах и принимает решение по управлению своим состоянием. Так как человек погружен в среду жизнедеятельности, то все необходимые понятия и определения введем с учетом этого. В дальнейшем будем использовать такие понятия, как свойство, качество, состояние, параметры состояния, эффективность, комфортность. Наиболее общим понятием для динамической системы, представляющей человека, погруженного в среду жизнедеятельности, является свойство.
Любая объективная особенность динамической системы (человека), которая получена при создании (например, при рождении человека) и проявляется при ее функционировании, называется свойством динамической системы.
В процессе жизнедеятельности человека реализуются его психические, физиологические, биохимические, антропологические свойства. При этом различные проявления свойств связаны с различной степенью развития интеллектуальных способностей. Свойства существуют только в связи с эмпирическими объектами: человек, самолет, автомобиль, каждый из которых обладает различными свойствами. Совокупность свойств динамической системы, обусловливающих пригодность ее для выполнения поставленной цели, будем называть качеством. При этом будем различать качества, полученные человеком при рождении, и те, которые созданы им в процессе жизнедеятельности, связанные с его обучением, опытом. Так как качества и свойства динамической системы, в том числе биоэнергетической системы (человека), проявляются в процессе ее функционирования, то для оценки системы введем понятие эффективности процесса ее функционирования. Под эффективностью динамической системы будем понимать возможность достижения поставленной цели.
Так как каждая динамическая система обладает совокупностью свойств, определяющих ее качество, то она может оказаться эффективной не только в одной области, но и в нескольких. Так, один и тот же человек может быть и математиком, и художником одновременно. Однако, как правило, свойства каждого человека ограничены, и поэтому эффективная жизнедеятельность возможна в одной области среды.
В процессе функционирования динамическая система, обладающая некоторыми свойствами, будет иметь вполне определенное состояние, характеризуемое вектором параметров х = (х1, х2, …, хn), где хi – i-й параметр состояния динамической системы.
Нужное качество s динамической системы выбирается из условий достижения заданной цели. Эти условия называются критериями оценки качества, а проверка их выполнимости – оцениванием качества динамической системы.
Отметим, что заданные свойства динамической системы обеспечиваются на начальном этапе ее создания (например, при выборе человека из заданного множества), а заданное качество – на этапе функционирования (жизнедеятельности). Свойства системы характеризуются интенсивностью и характером их изменения [36]. В соответствии с таким подходом их делят на точечные, линейные и многомерные.
Точечные свойства характеризуют качественную определенность объектов, которая в процессе функционирования динамической системы, как правило, не изменяется в количественном отношении. В общем случае, например, количество рук, пальцев и т. д.
Такие свойства, как температура, масса, имеют интенсивность, которая в процессе функционирования динамической системы может изменяться. Эти свойства всегда определяются с помощью начального значения. Характерным для свойств является невозможность перехода одного свойства в другое путем изменения количественного значения. Так, температура или масса не могут перейти в объем или плотность. Математически эти свойства описываются скалярными величинами – числами.
К двухмерным (плоскостным) относятся все те свойства, которые характеризуются двумя параметрами. Сюда относятся сила, ускорение, скорость, т. е. векторные величины. Как известно, векторы характеризуются величиной (модулем) и направлением.
В общем случае свойства динамической системы могут изменяться в n-мерном пространстве. Это особая категория, которая, как правило, относится к сложным системам, например человеко-машинным системам (ЧМС). Для описания таких свойств, т. е. представления их в виде математической модели, используют вектора вида ā = (а1, а2, …, аn). При этом говорят, что ā имеет n координат. Иногда вместо вектора используют матрицы или тензоры различных рангов, в зависимости от решаемой задачи. В качестве примера такого свойства можно рассмотреть надежность человеко-машинных систем.
Свойства динамической системы находятся в определенных отношениях. Классификация отношений может осуществляться по многим признакам:
– числу относящихся свойств (бинарные, тройные и т. д.);
– направленности;
– интенсивности (относительной), так, например, рефлексивности, симметричности и транзитивности;
– функциональности.
Каждое отношение, имеющее место между n свойствами, образует новое (n + 1)-е свойство. При решении прикладных задач из общей совокупности свойств s = (s1, s2, …, sn) динамической системы, как правило, используются те, которые обеспечивают достижение рассматриваемой цели Цк из некоторого множества Вц. При этом для анализа риска рассматривают не сами si, а их отклонения δsi от номинальных, расчетных или заданных значений si, при которых осуществляется достижение цели:
δsi = si(t) – s*i(t).
Совокупность значений δs = (δs1, …, δsn) характеризуют факторы рисков реальной динамической системы и ее состояние в процессе функционирования. Соотношение между моделью возможных состояний системы и ее свойствами устанавливается чаще всего с помощью математических моделей, например системы линейных или нелинейных, алгебраических или дифференциальных уравнений. При построении математических моделей рассматриваемого класса динамических систем, включая человеко-машинные системы, в дальнейшем будем учитывать следующие их особенности:
– свойства и качества принадлежат многомерному пространству и изменяются в процессе функционирования динамической системы, т. е. являются функциями времени;
– многофункциональность системы, когда переключение от одной функции (цели) к другой осуществляется автономно с помощью мотивации;
– ведущая роль в контроле и управлении принадлежит человеку;
– система обладает ошибками в процессе функционирования.
Для контроля человек использует рецепторы:
– зрительные;
– слуховые;
– кожно-механические и вибрационные;
– температурные;
– статико-акселерационные;
– обонятельные;
– вкусовые.
Отметим, что при формировании управления и его реализации человек допускает следующие ошибки:
– сенсорные (восприятие сенсорной и приборной информации);
– логические;
– моторные (ошибки реализации решений).
1.4. Области состояний параметров жизнедеятельности
В процессе жизнедеятельности параметры природной среды, в которую помещен человек, существенно изменяются. Обозначим эти параметры через уi . При некоторых их значениях человек чувствует себя комфортно, при других значениях он вообще не может существовать.
Среди всех параметров природной среды выделим следующие:
1) физические: климатические параметры (температура, влажность, подвижность воздуха); электромагнитные излучения различного волнового диапазона (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное, тепловое, лазерное, микроволновое, радиочастотное, низкочастотное); статическое, электрическое и магнитное поля; ионизирующие радиоактивные излучения; шум; вибрация; ультразвук; освещенность;
2) химические: антибиотики, витамины, гормоны, ферменты;
3) биологические: патогенные микроорганизмы; микроорганизмы-продуценты; препараты, содержащие живые клетки и споры микроорганизмов; белковые препараты.
Параметры состояния среды у, в которой человек осуществляет свою деятельность, разделяются на четыре области по степени воздействия их на человека.
Область комфортных (оптимальных) для человека условий связана прежде всего с климатическими параметрами.
Область допустимых условий жизнедеятельности характеризуется такими уровнями у, при которых возможные изменения функционального состояния организма проходят и не оказывают неблагоприятного воздействия на состояние здоровья человека.
Область вредных условий жизнедеятельности характеризуется тем, что внешние факторы оказывают отрицательное воздействие на организм человека, например, условия труда шахтеров, металлургов. При этом загрязненность воздуха, шум, вибрация, тепловые излучения могут достигать опасных значений.
Критическая область условий жизнедеятельности характеризуется такими параметрами среды, которые угрожают жизни или приводят к возникновению тяжелых форм профессиональных заболеваний. Например, экстремальные условия возникают при превышении предельно допустимого уровня шума более чем на 50 дБ, а предельно допустимой концентрации вредных веществ – более чем в 20 раз.
Кроме параметров уi состояние человека в среде жизнедеятельности характеризуется его внутренними параметрами xi . К ним относятся:
1) параметры, характеризующие состояние человека как биосистемы, так, например, температура тела; частота сердцебиения; кровяное давление; умственные способности;
2) параметры, характеризующие состояние его подсистем (органов тела);
3) параметры, характеризующие состояние его клеток.
В качестве примера рассмотрим умственный труд. Это труд оператора, управленца, преподавателя, врача, студента. Он связан с приемом и переработкой информации, требует напряжения внимания, памяти, активизации мышления, вызывает повышенную эмоциональную нагрузку. При этом значительное нервно-эмоциональное напряжение приводит к повышению кровяного давления, температуры тела, изменению кардиограммы и другим изменениям.
Параметры xi, как и уi, подлежат ограничению. В некоторых случаях для обеспечения жизнедеятельности допустимо ограничивать только xi, в других – уi. По этой причине введем обобщенный вектор состояния zj, , т. е. вектор z = (z1, z2, …, zk), , zi = (xi, yi). Области состояний параметров жизнедеятельности zi введем с помощью нижеследующих определений [17].
Совокупность параметров Z, характеризующих состояние человека в процессе жизнедеятельности как динамической системы, назовем пространством состояния системы и обозначим Ω. Критическая область Ωкр параметров – это часть пространства состояний системы, в которой человек как динамическая система перестает функционировать (уничтожается) или переходит в новое состояние, например инвалидность, в котором он неспособен выполнять свои функции (рис. 1.5). Границу области критических состояний обозначим через Sкр. На рис. 1.5 рассмотрено двумерное состояние динамической системы. Штатное или допустимое состояние человека (динамической системы) – это область Ωдоп параметров zi или хi, при которых обеспечены его жизнедеятельность (функционирование) и, соответственно, достижение поставленной цели. Как правило, области Ωдоп и Ωкр не соприкасаются, между ними есть опасная область Ωоп состояния человека (динамической системы) – это область, в которой возможно наступление события х Ωкр под действием внешних неконтролируемых возмущений.
Рис. 1.5
Границу области штатного или допустимого состояния обозначим Sдоп. Как правило, Sдоп представляет собой многопараметрическую функцию. При этом будем говорить, что человеческий риск равен нулю, если его параметры х постоянно находятся в области допустимого состояния, и записывать х Ωдоп.
Движение на границе области штатного состояния или вблизи нее иногда является требуемым режимом динамической системы. Последствия возникновения нештатного режима, т. е. выход из области Ωдоп, часто называют катастрофой. При этом говорят, что динамическая система сменила базис своего состояния. Как правило, динамическая система переходит из одного установившегося состояния в другое по завершении переходного процесса. В связи с тем, что новое состояние не отвечает ее целевому назначению, его необходимо предотвратить. В общем случае область Ωдоп и ее границы sдоп зависят от следующих управлений-возмущений, действующих на человека со стороны внешней среды:
– государства с его законами и исполнительными органами (ν1);
– семьи с ее финансовыми проблемами (ν2);
– общества, в том числе трудового коллектива, требующего от человека подчинения своим законам, (ν3);
– космоса и окружающей природной среды, требующих вложения сил для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека, (ν4);
– культуры, образования, создающих определенный интерес к другой жизни и другим взглядам на жизнь, желания изменить свою жизнь согласно своему разуму, (ν5);
– политики, без которой сегодняшнее общество не существует и которая проникает в семьи и души людей, (ν6);
– финансов – стимула для развития творчества согласно своему разуму, (ν7);
– личных потребностей, прежде всего физиологических, (ν8);
– души – основного «инструмента» человека в подавленном, возбужденном или психически нормальном состояния, (ν9).
Каждое из этих управлений-возмущений непрерывно изменяется как во времени, так и в пространстве состояния человека. Таким образом, Ωдоп = Ωдоп(ν1, …, ν9), Ωкр = Ωкр(ν1, …, ν9).
Величина, равная хкр – хдоп = Δ, представляет собой запас на непредвиденные изменения свойств, качеств, состояния динамической системы в процессе ее функционирования, приводящие к неконтролируемым изменениям х. Отметим, что комфортная область Ωком включает в себя те значения х = хком, к которым стремится человек. Области Ωдоп и Ωком в общем случае не совпадают. Однако по некоторым параметрам человек стремится достичь хдоп и там удержаться. Так, например, скорость движения автомобиля, как правило, находится не в области безопасных значений км/ч (80–90), а в области максимальных значений скоростей Vдоп.
1.5. Модели окружающего мира и их достоверность
Человеческий риск связан прежде всего с жизнедеятельностью человека в окружающей среде, в том числе в социальной, государственно-правовой, финансовой средах.
Обратимся к истории создания моделей отдельных подсистем окружающего мира и возможности применять их для целей жизнедеятельности с позиции их достоверности. В чем состоят проблемы достоверности, как они решаются? Возможна ли истинная модель? И нужна ли она?
Наиболее образно по этому поводу сказал А. Эйнштейн: «В нашем стремлении понять реальность мы подобны человеку, который хочет понять механизм закрытых часов. Он видит циферблат и движущиеся стрелки, даже слышит тиканье, но не имеет средств открыть их. Если он остроумен, он может нарисовать себе картину механизма, но он никогда не может быть вполне уверен в том, что его картина единственная, которая могла бы объяснить его наблюдения. Он никогда не будет в состоянии сравнить свою картину с реальным механизмом, и он не может даже представить себе возможность и смысл такого сравнения» [43].
Согласно сказанному, наука изучает явления, происходящие в окружающем мире, которые представляют собой процессы, порожденные некоторой системой, включенной в общий комплекс систем мироздания. По известным состояниям процесса Z(t) в некоторые моменты времени мы хотим знать его предысторию и будущее. С этой целью нам нужна истинная модель Ми подсистемы, породившей процесс Z(t), т. е. нам нужна модель Ми(Z(t)). В приведенном примере мы знаем Z(t) – перемещение стрелки, но как воспроизвести этот процесс, с помощью какого механизма – не знаем, т. е. не знаем модель Ми. Тогда наука поступает так: строит модель Мр (расчетную или оценочную Mo= Mp) таким образом, чтобы отличие истинного процесса Z(t) от реализованного Zр(t) на выходе модели Мр(Zр(t)) было в каком-то смысле минимальным. При этом сразу же предполагается: в силу отличия Ми от Мр процессы Zи(t) и Zр(t) отличаются, т. е. модель работает с погрешностью δ(t). В зависимости от способности человека, создавшего модель Мр, погрешность δ(t) будет иметь различные значения. Итак, модель Мр зависит от человека θч, создающего эту модель, от его возможностей, в том числе состояния или уровня научных знаний Зн, накопленных человечеством, информационного обмена между людьми и других факторов. В результате имеем Zр = f (Мр, Ми, θч, Зн, δ).
О том, как же наука строит Zр(t) или Мр, хорошо сказал крупнейший американский физик Р. Фейнман: «Вот почему наука не достоверна. Как только Вы скажете что-нибудь из области опыта, с которым непосредственно не соприкасались, Вы сразу же лишаетесь уверенности. Но мы обязательно должны говорить о тех областях, которые мы никогда не видели, иначе от науки не будет проку… Поэтому, если мы хотим, чтобы от науки была какая-то польза, мы должны строить догадки. Чтобы наука не превратилась в простые протоколы проделанных опытов, мы должны выдвигать законы, простирающиеся на еще не известные области. Ничего дурного тут нет, только наука оказывается из-за этого недостоверной, а если Вы думали, что наука достоверна, Вы ошибались» [16]. Итак, задача науки – открывать новое, формировать новые законы, объяснять, почему в данный момент времени на выходе системы возникло именно это значение Z(t), а не другое.
Чем дальше мы проникаем в суть явления, тем сложнее становятся модели Ми, тем тоньше явления, а сами процессы Z(t) более чувствительны к погрешностям, вносимым при построении Мр. При этом необходимо каким-то образом обнаруживать эти погрешности, не имея возможности вскрывать часы, а также испытывая ограничения в точности существующих средств измерения. По этому поводу один из творцов квантовой механики В. Гейзенберг писал: «Микромир нужно наблюдать по его действиям посредством высоко совершенной экспериментальной техники. Однако он уже не будет предметом нашего непосредственного чувственного восприятия. Естествоиспытатели должны здесь отказаться от мысли о непосредственной связи основных понятий, на которых он строит свою науку, с миром чувственных восприятий. Наши усложненные эксперименты представляют собой природу не саму по себе, а измененную и преобразованную под влиянием нашей деятельности в процессе исследования… Следовательно, здесь мы также вплотную наталкиваемся на непреодолимые границы человеческого познания» [16].
Как много сказано о границах человеческого познания! Такие границы существуют и зависят от состояния науки на текущий момент времени; от финансовых возможностей человечества; от ограниченности срока жизни ученых и т. д. Об ограниченности познания можно говорить не только в микромире, но и в такой области, как авиация. Так, модель, описывающая движение самолета, существует, как правило, в эксплуатационной области состояния параметров движения и редко на границе критических значений этих параметров. Как только параметры движения или часть их превышают критические значения и самолет переходит, например, в штопор, надежные модели отсутствуют. При этом возникают чрезвычайно тонкие аэродинамические процессы, описать которые и тем более измерить в полете, т. е. предсказать полную картину движения самолета в таком режиме, сложно, как правило, невозможно.
Истинная модель Ми и порожденный ею процесс Zи(t) скрыты от нас и непостижимы. Как только мы не учтем факт ограниченности научных знаний, мы потеряем много: окажемся в области риска и соответствующих потерь. При этом, как и во всем нашем мире, наука простирается между истинными знаниями и незнанием. Между этими границами расположены знания и, в частности, модели, построенные при различных допущениях.
По поводу последнего в коллективном труде «Логика научного исследования», созданном под руководством директора Института философии П.В. Копнина, сказано: «К идеалу научного знания всегда предъявлялись требования строгой определенности, однозначности и исчерпывающей ясности. Однако научное знание всякой эпохи, стремившееся к этому идеалу, тем не менее не достигло его. Получилось, что в любом самом строгом научном построении всегда содержатся такие элементы, обоснованность и строгость которых находились в вопиющем противоречии с требованиями идеала. И что особенно знаменательно: к такого рода элементам принадлежали зачастую самые глубокие и фундаментальные принципы данного научного построения. Наличие такого рода элементов воспринималось обычно как просто результат несовершенства знания данного периода. В соответствии с такими мнениями в истории науки неоднократно предпринимались и до сих пор предпринимаются энергичные попытки полностью устранить из науки такого рода элементы. Однако эти попытки не привели к успеху. В настоящее время можно считать доказанной несводимость знания к идеалу абсолютной строгости. К выводу о невозможности полностью изгнать даже из самой строгой науки – математики – «нестрогие» положения после длительной и упорной борьбы вынуждены были прийти и «логицисты»… Все это свидетельствует не только о том, что любая система человеческого знания включает в себя элементы, не могущие быть обоснованными теоретическими средствами вообще, но и о том, что без наличия подобного рода элементов не может существовать никакая научная система знания» [30].
Итак, мы должны признать наличие двух моделей системы мироздания и ее подсистем, с которыми имеет дело человек в процессе жизнедеятельности. Одна из них есть истинная модель Ми, другая модель – расчетная Мр, полученная в процессе научных изысканий.
Построив модель Мр с погрешностями, которая создает процесс Zр также с погрешностями, мы проводим эксперимент с целью подтвердить правильность построенной модели Мр, сравнивая процессы Zр и Zи (истинный).
При этом мы наблюдаем ситуации, создаваемые моделью Ми изучаемого объекта А и построенной нами моделью, делая вывод о достоверности модели Мр.
Изучаемый объект А и процесс Zи может как принадлежать области допустимых состояний Ωдоп, так и не принадлежать ей. В последнем случае модель Мр теряет свое прикладное значение.
В процессе испытаний, на основе которых делаются выводы о правильности Мр, возможны различные ситуации, которые в силу случайных свойств Zр, Zи будем характеризовать численно вероятностями вида:
Р1= Р1{Zu Ωдоп, Zp Ωдоп};
Р2= Р2{Zu Ωдоп, Zp Ωдоп};
Р3 = Р3{Zu Ωдоп, Zp Ωдоп};
Р4 = Р{Zu Ωдоп, Zp Ωдоп}.
При этом вероятность Р1 характеризует ситуацию, когда верная модель включается в число достоверных знаний; Р2 характеризует ошибки знаний, когда верная модель отклоняется; Р3 – неверная модель принимается за верную; Р4 характеризует ситуацию, когда неверная модель отклоняется.
При этом можно условно выделить в области знаний крайние значения: верхнее значение x = xвкр, когда научные знания, которых чрезвычайно мало, являются истинными или действительными; нижнее значение x = xнкр, когда случайная погрешность δ(t) настолько велика, что мы о том или ином процессе, явлении не имеем достоверной информации. Таким образом, область значений между (xнкр, xвкр) заполнена моделями с допущениями, включающими в себя различные предположения, «догадки», подтвержденные кем-то и когда-то, гипотезы, находящиеся в процессе осмысления. При этом значимость «абсолютных» или истинных знаний для процессов жизнедеятельности невелика. В основном мы используем все, что расположено внутри (xнкр, xвкр).
По мере развития науки, усложнения решаемых ею проблем возрастает область (xнкр, xвкр) и порождаются новые проблемы, увеличивая наши незнания.
В.И. Вернадский так оценивал процесс познания истины, развития науки: «Создается единый общеобязательный, неоспоримый в людском обществе комплекс знаний и понятий для всех времен и для всех народов. Эта общеобязательность и непреклонность выводов охватывает только часть научного знания – математическую мысль и эмпирическую основу знаний – эмпирические понятия, выраженные в фактах и обобщениях. Ни научные гипотезы, ни научные модели в космогонии, ни научные теории, возбуждающие столько страстных споров, привлекающие к себе философские мысли, этой общеобязательностью не обладают. Они необходимы и неизбежны, без них научная мысль работать не может. Но они преходящи и в значительной, непреодолимой для современников степени неверны и двусмысленны» [12].
В чем же причины такого состояния науки, которая развивается вместе с человеком? Почему человек, коллективы людей – в современном понимании школы – допускают ошибки? Приведем одну мысль по поводу развития науки, принадлежащую современному русскому ученому В.В. Налимову: «Рост науки – это не столько накопление знаний, сколько непрерывная переоценка накопленного – создание новых гипотез, опровергающих предыдущие. Но тогда научный прогресс есть не что иное, как последовательный процесс разрушения ранее существующего незнания. На каждом шагу старое незнание разрушается путем построения нового, более сильного незнания, разрушить которое в свою очередь со временем становится все труднее (по многим причинам, и прежде всего – сложности и экономической стоимости).
И сейчас невольно хочется задать вопрос: не произошла ли гибель некоторых культур, скажем, египетской, и деградация некогда мощных течений мысли, например древнеиндийской, потому, что они достигли такого уровня незнания, которое уже не поддавалось разрушению?» [16]
Итак, научные знания, в том числе модели мироздания и его отдельных подсистем, никогда не были идеальными, они всегда несли ошибки, которые не позволяли осуществлять процессы жизнедеятельности без потерь, без риска.
1.6. Постановка задачи анализа человеческого риска
При принятии решения о своих действиях человек использует для контроля показания рецепторов. Иногда, например в человеко-машинных системах, в дополнение к этому он использует показания приборов или информационных систем, которые позволяют сформировать информационную модель окружающей среды. Помимо этой модели человек использует полученные ранее знания и опыт, обработка которых совместно с данными информационной системы формирует в сознании человека целостный образ сложившейся ситуации в процессе его деятельности, так называемую концептуальную модель, которая обусловливает деятельность человека и фиксируется алгоритмической моделью последовательности действий.
Таким образом, человек руководствуется в своей деятельности им созданной концептуальной моделью, а в реальности есть фактическая модель. Обозначим их соответственно Fк и Fф. При этом Fк и Fф не совпадают. Это обусловлено как погрешностями носителей информации, так и погрешностями, вносимыми собственно человеком при приеме и обработке информации. Таким образом, модель или образ, создаваемые человеком, неадекватны внешнему миру, и при этом Fк = Fф + δF1 + δF2, где δF1 – погрешности, вносимые носителями информации; δF2 – погрешности, вносимые человеком. В дальнейшем мы будем писать Fк = Fф + δF, где δF = δF1+ δF2.
В процессе жизнедеятельности человек вводит оценочную область допустимых состояний Ωoдоп, границы которой за счет погрешностей δF не совпадают с фактической областью допустимых состояний Ωдоп. В качестве примера построения Ωoдоп рассмотрим поездку человека в автомобиле. При этом погрешность δF представляет собой величину δ1 при зрительном определении расстояния до встречного транспорта. Каждая поездка подразумевает процесс обгона 2-м автомобилем 1-го, реализация которого включает в себя определение расстояния х до встречного автомобиля 3 и может с большей вероятностью привести к аварии, если это расстояние (хoдоп) определено с ошибкой (рис. 1.6).
Рис. 1.6
В связи со сказанным мы должны ввести следующие области значений х, начиная с которых человеческий риск (авария, катастрофа) находится в разумных пределах. Отметим, что эти пределы сегодня никем не установлены. Зафиксировав скорость начала обгона для данного автомобиля, получим хкр, т. е. то значение хi, начиная с которого столкновение автомобилей неизбежно. На случай непредвиденных обстоятельств, возникающих на трассе (неожиданное снижение мощности, порыв ветра и т. д.), мы должны ввести запас Δ1 = хдоп – хкр, т. е. хдоп = хкр + Δ1. Таким образом, мы увеличиваем расстояние между автомобилями (до хдоп), начиная с которого можно производить обгон (см. рис. 1.6).
За счет влияния погрешности измерения δх мы вводим второй запас Δ2 = хoдоп – хдоп; т. е. хoдоп = хдоп + Δ2, где хoдоп – допустимое оценочное значение параметра, подлежащего ограничению. Величина хoдоп подлежит расчету в процессе жизнедеятельности человека.
В рассматриваемой ситуации, когда контролю и ограничению подлежит один параметр, расположение областей допустимых состояний имеет вид, приведенный на рис. 1.7. Если обгон был начат, когда встречный автомобиль находился на отрезке [0, хкр], то столкновение с ним обязательно произойдет. Если же встречный транспорт был на расстоянии х, большем хoдоп, то обгон произойдет благополучно. Однако и в этом случае существует некоторый риск столкновения, величина которого зависит от точности измерений х, т. е. от δх, и надежности автомобиля.
Рис. 1.7
Каждому водителю известно, что значение хкр зависит от скоростей попутного (обгоняемого) и встречного автомобилей, следовательно, хдоп и хoдоп – величины непостоянные. При этом оценочное значение хoдоп строится человеком с учетом опыта, знаний и ситуации, в которой оказался человек.
Отметим, что решение задачи существенно упрощается, а риск столкновения уменьшается при наличии автомата, определяющего хoдоп и дающего разрешение человеку на обгон при данной ситуации (известных скоростях попутного и встречного автомобилей).
Дальнейшие рассуждения проведем для динамической системы, в частности, это может быть человек или человеко-машинная система.
Сформулируем задачу.
1. Предметом исследования является динамическая система, параметры которой переменны во времени. В качестве таких систем будем рассматривать человека как биосистему или человеко-машинные системы.
2. Для анализа риска будем рассматривать совокупность следующих параметров: – вектор параметров внешней среды, в которой протекает функционирование динамической системы (в частности, природной среды); у – вектор выходных параметров состояния системы (в частности, требуемого состояния человека); z – вектор внутренних параметров системы (в частности, пропускной информационной способности человека). Введем обозначение х = (, у, z).
3. Параметры x = (, , ) в процессе функционирования динамической системы подлежат контролю, т. е. измерению и ограничению.
4. Динамическая система предназначена для выполнения заранее заданной цели, которая в процессе ее функционирования может изменяться, например, по воле человека.
5. Невыполнение поставленной цели приводит к потерям, в частности – финансовым, и соответствующему человеческому риску.
6. Цель может достигаться при различных сочетаниях значений вектора x = (, y, z) из области допустимых значений путем управления параметрами (у, z).
7. Каждая динамическая система имеет область критических состояний Ωкр, в которой она теряет свои свойства и неспособна выполнять поставленные цели.
Все х Ωкр обозначим через хкр. В результате потери, обусловленные невыполнением цели, связаны с выходом ограничиваемых параметров х в критическую область.
8. Все те значения х, при которых динамическая система способна выполнять свое функциональное назначение, назовем допустимыми и обозначим хдоп. Все значения хдоп образуют некоторое открытое множество, которое обозначим Ωдоп.
9. Величина Δ1 = (хкр– хдоп) представляет собой запас на неблагоприятные сочетания случайных факторов, влияние которых на процесс функционирования динамической системы невозможно оценить в каждой конкретной ситуации.
10. Область допустимых состояний Ωдоп и соответствующие ей хдоп изменяются в процессе функционирования динамической системы и определяются экспериментально или теоретически [18].
11. Для предотвращения потерь и наилучшего достижения цели динамическая система имеет системы контроля и управления [17].
С помощью систем контроля, обладающих погрешностями, в процессе функционирования динамической системы вычисляют (строят) Ω*доп. При этом, как правило, Ωдоп не совпадает с Ω*доп за счет погрешностей функционирования систем контроля.
12. Человек для управления использует измеренные значения контролируемых параметров, которые обозначим хизм.
13. На выходе динамической системы реализуются текущие или фактические значения параметров, которые обозначим хф. При этом хизм = хф + δх, где δх – погрешность измерения – в общем случае случайный векторный процесс.
14. Фактические значения параметров хф в силу объективных причин, обусловленных внешними возмущениями и внутренними факторами риска (шумами), а также свойствами оператора-человека, изменяющимися случайным образом, представляют собой случайные процессы. На этапе проектирования динамической системы векторный процесс хф определяется с помощью математических моделей.
15. Для компенсации влияния δх на величину риска вводятся допустимые оценочные значения параметров хoдоп и соответствующая им область Ωoдоп Ωдоп, т. е. вводится запас Δ = (хдоп – хoдоп). При контроле динамических процессов, когда скорость изменения процесса во времени ≠ 0, необходимо вводить дополнительный запас = k | | и вектор хдиндоп = хдоп ± . В результате имеем Ωoдоп Ωдиндоп Ωдоп, т. е. хoдоп ≤ хдиндоп ≤ хдоп.
16. Предотвращение потерь состоит в обеспечении условия хф(t) Ωдоп(t) для любого момента времени t функционирования динамической системы. Для целей управления оператор имеет хизм, кроме того, система контроля индуцирует оператору не Ωдоп, а Ω*доп. При этом х*доп = хдоп + δхдоп, где δхдоп – погрешность функционирования системы контроля, х*доп Ω*доп. В этих условиях оператор может обеспечить только хизм Ω*доп, а это означает, что возможен выход хф из области Ωдоп, что означает соответствующие потери и риск.
17. В силу того что процессы хф и хизм являются случайными, в качестве меры риска будем рассматривать вероятности Рi событий, приводящих к различным потерям человеческой деятельности.
18. С учетом сказанного необходимо разработать показатели риска
Рi = Рi(Ωдоп, Ωдиндоп, Ωoдоп, Мфk (xф), М0k(xизм), а, b) ,
где Мфk(xф) – момент k-го порядка случайного векторного процесса хф; М0k (xизм) – момент k-го порядка случайного векторного процесса хизм; а, b – параметры системы, векторные величины.
19. В дальнейшем под человеческим риском будем понимать вероятность неадекватного отображения окружающей среды, в результате чего параметры хi, подлежащие контролю и ограничению, принимают значения хi Ωдоп, т. е. принадлежат критической области.
20. Полученные расчетным путем Рi уточняются в процессе функционирования динамической системы. В последнем случае уточняются как Рi, так и область Ωoдоп.
1.7. Численные показатели человеческого риска
Человек оперирует с концептуальной моделью Fk объекта контроля, представляющего собой динамическую систему. В среде жизнедеятельности имеет место фактическое состояние динамической системы, которому соответствует модель Fф. При этом имеем Fk = Fф+ δF. В общем случае Fф представляет собой модель всей динамической системы, состояние которой характеризуется совокупностью параметров xф(t). В частном случае это может быть одна из компонент вектора xф(t), т. е. (xi)ф.
Переход от модели Fф к вектору xф часто приближенно отображает реальный мир, реальные объекты. Однако, как правило, такой переход необходим, т. к. только в этом случае мы сможем численно оценить искомую величину.
Так, у шофера при обгоне отображается полная модель дорожной ситуации: десятки машин (на дороге, обочине), люди. Однако из этой полной модели он выделяет только один объект, его скорость V и расстояние l до него, это именно тот объект, с которым он может столкнуться. При этом модель Fф с распределенными в пространстве и во времени n объектами заменяется моделью Fф(x) с одним объектом, состояние которого характеризуется двумя параметрами: х1 = V; х2 = l. При этом x = (х1, х2).
Человеческий риск будем оценивать величиной вероятности выхода фактической модели состояния динамической системы, в том числе динамической биосистемы – человека, из области допустимых состояний. Таким образом, мы хотим выделить те ситуации, которые ведут к потерям, т. е. связаны с риском. Для анализа процесса жизнедеятельности введем гипотезы В1 и В2.
Гипотеза В1. Фактическое состояние динамической системы, характеризуемое моделью Fф, находится в области допустимых состояний, т. е. Fф Ωдоп.
Гипотеза В2. Хотя бы один объект-подсистема динамической системы имеет фактическое состояние, которое находится вне допустимой области, т. е. Fф Ωдоп.
При этих двух гипотезах динамическая система с помощью системы контроля формирует две модели А1 и А2, представленные в виде двух сигналов-событий:
А1= {Fk Ωoдоп}, А2= {Fk Ωoдоп}.
Ситуация, когда справедлива гипотеза В1 и выполняется событие А1, соответствует такому функционированию человека и используемых им систем контроля, при которых цель жизнедеятельности выполняется, т. е. нет потерь, нет риска. Вероятность пересечения этих событий обозначим через Р1 = Р (В1∩ А1).
В случае когда реализуются гипотеза В1 и событие А2, у человека создается ложное представление (оценка) о состоянии динамической системы, и эта оценка создается по причине возникновения погрешности δF. Вероятность такого события Р2 = Р (В1∩ А2).
Событие В2∩ А1 означает, что фактическое состояние контролируемого объекта находится вне области допустимых состояний, риск велик, а концептуальная модель Fк указывает человеку, что все в порядке, и динамическая система достигает цель, риска нет. Обозначим вероятность этого события Р3 = (В2 ∩ А1) как вероятность часто реализуемой ситуации риска.
Рассмотрим гипотезу В2 и событие А2. Эта ситуация соответствует такому состоянию динамической системы, в том числе человека, при котором цель жизнедеятельности не выполняется, так как фактическое значение F находится вне области допустимых состояний. Такая ситуация обусловлена как ошибками самого человека δ1F, так и неопределенностью внешней информации δ2F. Вероятность этого события обозначим Р4 = Р(В2 ∩ А2).
Рассматриваемые события образуют полную группу несовместных событий, и поэтому = 1. С целью упрощения дальнейших выкладок, учитывая сказанное выше, поставим в соответствие: модели Fф процесс xф; модели Fк процесс xизм, когда модели Fф соответствует вектор фактических параметров состояния xф(t), модели Fк соответствует вектор измеренных xизм(t) или оценочных состояний. На рис. 1.8 представлена диаграмма событий Вi, Aj (i = 1,2; j = 1,2) для случая, когда на х накладывается ограничение сверху, т. е. область допустимых значений х должна быть меньше xвдоп.
Рис. 1.8
Для решения задачи анализа необходимо установить связь между вероятностями Рi , допустимыми значениями векторов xф, xизм, а также плотностями вероятностей векторов xф и xизм. С этой целью, учитывая определения,
В1= {xф(t) Ωдоп(t) t |t0,T]}, В2 = {xф(t) Ωдоп(t) t | t0,T]},
A1= {хизм(t) Ωпрдоп(t) t |t0,T]}, A2 = {хизм(t) Ωпрдоп(t) t | t0,T]},
представим рассматриваемые вероятности в виде:
Р1= Р{[xф(t) Ωдоп(t)] ∩ [хизм(t) Ωпрдоп(t)]},
Р2= Р{[xф(t) Ωдоп(t)] ∩ [хизм(t) Ωпрдоп(t)]},
Р3 = Р{[xф(t) Ωдоп(t)] ∩ [хи зм(t) Ωпрдоп (t)]};
Р4= Р{[xф(t) Ωдоп(t)] ∩ [хизм(t) Ωпрдоп (t)]}.
При этом риск характеризуется векторной величиной P = (P2, P3, P4), включающей в себя вероятности P2, P3, обусловленные погрешностями оценки, и вероятность P4, обусловленную одновременно выходом хф из области Ωдоп и хо из Ωoдоп.
В дальнейшем будем предполагать, что множества из Ωдоп, Ωодоп образуют односвязные области ωдоп и ωодоп соответственно. Тогда для искомых вероятностей получим:
где W(t; xф, xизм) – совместная плотность вероятности компонент-векторов xф и хизм в момент времени t; , – области, образованные множествами , , которые представляют собой дополнения к Ωдоп, Ωодоп.
Существуют состояния динамической системы, для которых события (В1i, A2i); (B2i, A2i); (B2i, A1i) являются независимыми в силу независимости компонент вектора xi . Тогда эти события будут несовместными, поэтому получим:
Теперь рассмотрим вероятность Рпр для компонент вектора Х, допускающих выбросы в критическую область на ограниченном интервале времени θ0. Так, например, θ0 есть время кратковременного выхода параметров окружающей среды в процессе трудовой деятельности из допустимой области. При этом получим
Приведенная формула позволяет вычислить Рпр для параметров движения, допускающих кратковременные выбросы в недопустимую область. При этом W (θi/xiф) представляет собой условную плотность распределения длительности θi выброса i-го параметра за фиксированный уровень xiф = const, а θ0i – допустимое время выброса, зависит от свойств динамической системы и подлежит определению.
Отметим, что вероятности Р2 и Р4, непосредственно связаны со свойствами системы контроля динамической системы. Таким образом, для анализа человеческого риска необходимо определить вероятности Р2, Р3, Р4. Согласно полученным соотношениям, для вычисления этих вероятностей необходимо знать совместную плотность вероятностей W(хф, хизм), т. е. иметь статистические данные о процессах хф, хизм= хф + δх. Это в свою очередь означает, что необходимо иметь достаточно надежную информацию о погрешности δх, включающей погрешности решений человека δх1 как биосистемы, оценить влияние среды на величину δх1, а также роль погрешностей δх2, обусловленных внешней средой, и тех информационных шумов, которые обусловлены внутренними процессами создания информации. Таким образом, имеем
δх = δх1 + δх11 + δх2 + δх21,
где δх11 – погрешность влияния среды; δх21 – погрешности внутренних «шумов».
1.8. Безопасность человеческой деятельности
Ниже рассматривается проблема структурно-функциональной целостности систем, представляющая основы безопасности человеческой деятельности.
Сегодня одна из важнейших проблем человечества обусловлена изучением интеллектуально-энергетических систем, включая биосферу, этносферу, социосферу [16, 19, 22], представляющих собой триединство мира, где живет человек.
При изучении этих систем важны такие их свойства, как взаимообязанность, полнота, целостность, реализующиеся во внутренних структурах каждой из систем, а также в их иерархии. Совокупность этих свойств можно объединить одним словом – холистика.
Особое значение принадлежит такому свойству, как целостность, обусловленная разумом, сознанием. Проблема целостности бытия человека включает изучение Разума биосферы, этносферы, социосферы, эгосферы (человека) как единой системы.
Прежде чем дать определение безопасности человеческой деятельности, дадим несколько вводных определений, излагающих суть искомого определения.
Определение 1. Целостность (холистика) бытия человека на системном уровне – это единство систем бытия, формирующих единую цель.
Определение 2. Бытие человека – это иерархия самообъединяющихся динамических систем со структурой, обладающих энергией, информацией, массой.
Дальнейшее уточнение понятий обусловлено наличием структур у рассматриваемых динамических систем.
Определение 3. Динамическая система – это структурное образование, обладающее свойством движения к заданной цели.
Аксиома. Структурное единство динамических систем бытия человека обусловлено наличием подсистем, исполняющих единые функциональные назначения: целеполагание, целедостижение, целереализацию, целеконтроль.
Определение 4. Структуры целостные (холистические) – это те, которые реализуют гармоническое сосуществование частей: целеполагания, целедостижения, целереализации, целеконтроля.
Определение 5. Целостность (холистика) человека на системном уровне – это единство подсистем эгосферы, включающих разум, рассудок, душу, организм.
Определение 6. Взаимосвязанные (целостные или холистические) структуры, формирующие единую цель во внешней и внутренней среде, относятся к классу самообъединяющихся.
Определение 7. Сложная структура – это совокупность подсистем (каждая со структурой) с различными функциональными возможностями (свойствами), так, например, людей, реализующих единую цель.
Определение 8. Структурно-функциональная самодостаточность динамических систем реализуется иерархией самообъединяющихся структур.
При этом структурная целостность, или структурная холистика, свойственна таким системам, которые позволяют реализовать: самообразование (самоорганизацию); саморегуляцию, самоподдержание; устойчивость; самоконтроль.
Определение 9. Системы, в которых реализован принцип структурной холистики, создают такие свойства, как содействие, сотрудничество в реализации безопасности функционирования при достижении (реализации) цели.
Безопасность человеческой деятельности реализуется в условиях устойчивого функционирования подсистем и системы в целом, посредством которых реализуется цель человеческой деятельности.
Два мировоззрения – социальное и природное – создали в среде человеческой деятельности систему «природа – человек», творящую свои циклы жизни и смерти.
Сформулируем два принципа, присущих системе «природа – человек».
Первый принцип от среды, где творится человеческая деятельность: «Каждая система, созданная человеком, и он сам подчинены циклам жизни и смерти».
Второй принцип от среды: «Безопасность системы «природа – человек» реализуется в условиях холизма, создаваемого культурой гармоничного сосуществования человека с природой, направленного на обеспечение жизни природы и человечества».
Человеческая деятельность направлена на создание духовной культуры и материальной культуры. В общем случае для реализации духовной и материальной культур необходимо применить знания об объектах, созданных согласно:
1) Разуму планеты, реализовавшему объекты, которые творят как внутренние V1, так и внешние W1 факторы рисков;
2) Разуму этносферы или человечества, реализовавшему объекты, которые творят как внутренние V2, так и внешние W2 факторы рисков;
3) разуму человека, создавшему в процессе человеческой деятельности объекты, которым присущи как внутренние V3, так и внешние W3 факторы рисков.
В процессе человеческой деятельности человек синтезирует модели систем и объектов:
1) высшего уровня (мегауровня) творения, т. е. реальности;
2) промежуточного мира (мезоуровня) творения, т. е. человечества;
3) низшего уровня (макроуровня) творения, человека.
При этом человек создает адекватное и неадекватное отображение известных объектов и систем бытия, т. е. знания, необходимые для своей жизнедеятельности: достоверные и недостоверные. Последние создают человеческие риски.
Из человеческого мировоззрения изымается духовная составляющая, обусловливая отмену старых ценностей и целей. В силу того что базовая основа для внедрения новых ценностей этносов осталась прежней, законы жизни и смерти этносов, обеспечивающие неразрывную связь их жизни и жизни природы, подвергаются разрушению. Чтобы реализовать тоталитарный гуманизм, тоталитарный «евро», этносы изымаются из лона природы, лишаются Разума, созданного природой, у них развивается Рассудок, создаваемый социальной системой с благословления души, стремящейся к комфорту.
Греческие и современные философы утверждали и утверждают: человек есть центр и высшая цель мироздания. Реализовавшись в своей крайности, эти мысли были сформулированы в неприродные и во внешние для биосферы цели от социальных систем. В результате было создано два мышления (мировоззрения), породивших два направления изучения биосферы, разделившие биосферу на два вида систем:
– социальные системы, затрагивающие интересы отдельных личностей, этносов с различными культурами, а также человечества в целом с его Духовным миром, Разумом [20];
– территориальные объекты биосферы: от локальных площадей до обширных регионов и всей поверхности.
В первом подходе развивается антропоцентризм как воззрение, согласно которому человек есть центр и высшая цель мироздания.
В данной главе мы установили системные принципы реализации человеческой деятельности. Показано, что главная проблема человека – обеспечить полную самореализацию в достижении духовного совершенства и материальной обеспеченности. Это достигается тогда, когда человеческая деятельность реализует свою материальную эффективность и минимальные риски. Минимальные риски могут быть реализованы человеком, осмыслившим, как возникают риски, как их контролировать, как ими управлять, предотвращая их.
Важная роль в реализации таких процессов принадлежит эгосфере человека, его внутреннему миру (разуму, рассудку, душе, организму), который реализует и несет полную ответственность за все риски, которые возникают у человека в процессе человеческой деятельности. При этом мудрость человека творит разум, который творит духовную жизнь. Последняя создает стратегические цели путем синтеза известного, в лучшем случае сотворенного мудростью. Мудрость иногда подводит, уходя от реальной, социоприродной жизни.
Таким образом, знания человека и человечества помогают творить, как правило, безопасные состояния, а отсутствие знаний, опыта создает опасные состояния, обусловливающие риски, кризисы, катастрофы.
Материалы дальнейших исследований посвящены анализу возможностей расчета человеческих рисков путем создания качественных моделей внутренней и внешней среды жизнедеятельности человека, включающих: внутренний мир человека, его эгосферу; природную среду; информационную среду; технико-технологическую среду; социально-экономическую среду; государственно-правовую среду.