Введение к работе
Актуальность проблемы. Осознание возникших в современном мире экологических проблем потребовало мобилизации сил, направленных на развитие соответствующих исследований. Сегодня происходит пересмотр подходов к методам контроля, оценки и регулирования воздействия на окружающую среду любого необходимого обществу товара (как изделия, так и услуги), возникают новые концепции защиты окружающей среды от загрязнения и деградации.
В наши дни среди основных проблем воздушного транспорта проблема экологически эффективного функционирования производственных процессов и систем на авиапредприятиях гражданской авиации занимает следующее место после безопасности полётов. Впредь экологические требования, регламентирующие деятельность гражданской авиации (ГА), как и всей мировой экономики, будут только возрастать.
Эффективность практических мер, принимаемых в системе обеспечения экологической безопасности, в значительной мере зависит от совершенства контроля экологичности деятельности предприятий и правильности его использования для регулирования результатов производственных процессов. Достижение высокого уровня экологической безопасности в деятельности авиапредприятий и организаций ГА по охране окружающей среды возможно только при правильной организации этой деятельности.
Таким образом, исследования, посвящённые разработке научных основ организации контроля и регулирования экологической безопасности в сфере организации производства на транспорте, а результаты исследования именно этих проблем рассмотрены в диссертационной работе, являются актуальными, они имеют важное государственное и международное значение.
Цель исследования. Разработка методов и средств контроля и регулирования экологически значимых результатов производственных процессов гражданской авиации, дающих возможность повышать её экологическую безопасность
Основные задачи исследования. В диссертации для достижения цели были поставлены следующие задачи, решение которых получено автором и выносится на защиту:
выявить основные тенденции развития современной ГА, направления воздействия её деятельности на окружающую среду и количественно оценить интенсивность такого воздействия в РФ;
разработать модель полного ресурсного цикла процесса выполнения авиатранспортной работы, выявить структуру цикла и составляющие его стадии, производственные процессы и системы;
создать математическую модель воздействия на окружающую среду результатов производственных процессов выполнения авиатранспортной работы;
выбрать показатель экологической оценки для экспресс-контроля воздействия на окружающую среду в пределах ресурсного цикла процесса выполнения авиатранспортной работы;
разработать комплексную математическую модель предупреждения негативных последствий от загрязнения окружающей среды по результатам контроля её состояния в ходе выполнения авиатранспортной работы;
разработать метод минимизации затрат на обеспечение экологической безопасности авиатранспортной работы;
создать локальные средства регулирования экологически значимых результатов производственных процессов, компактно встраиваемые в существующие системы удаления загрязняющих веществ;
разработать математическую модель предупреждения аварийных выходов из строя наиболее изнашиваемых элементов локальных средств регулирования;
обосновать и разработать концепцию системы обеспечения экологической безопасности выполнения авиаперевозок в гражданской авиации.
Объект исследования. Негативное воздействие на окружающую среду, оказываемое результатами производственной деятельности гражданской авиации при выполнении авиатранспортной работы, формирование уровня экологической безопасности воздушного транспорта, практика контроля экологичности деятельности авиапредприятий и регулирования результатов воздействия производственных процессов на окружающую среду.
Предмет исследования. Процесс контроля и регулирования аспектов деятельности авиапредприятий, влияющих на экологическую безопасность гражданской авиации.
Методические и теоретические основы исследования. Основу методологии исследований, вошедших в диссертацию, составили принципы и приёмы анализа, опирающиеся на научные труды известных учёных, посвящённые проблемам теории организации (Ф.В. Тейлора, Р.Л. Дафта, Г.Л. Гантта, Б.З. Мильнера), самоорганизации – синергетики (А.А. Богданова, И.Р. Пригожина, Г. Хакена), организации производства на воздушном транспорте (Е.Ю. Барзиловича, Б.В. Зубкова, Л.Н. Елисова), технической эксплуатации и ремонта авиатехники (Н.Н. Смирнова, Ю.М. Чинючина, А.А. Ицковича, В.П. Фролова, Е.А. Коняева), безопасности полётов (В.Г. Воробьева, Р.В. Сакача, А.В. Майорова), физико-химических систем (В.В. Кафарова, И.В. Комара, О.Г. Воробьёва), процессов и аппаратов защиты окружающей среды (Н.М. Жаворонкова, А.Г. Касаткина, А.М. Кутепова, А.Н. Плановского, О.С. Чехова, А.И. Родионова), устойчивого развития и комплексной экологической оценки производимых товаров и услуг (Н.Н. Моисеева, Н.Ф. Реймерса, Г.А. Ягодина, Н.П. Тарасовой) и др.
В становлении российской научной школы, занимающейся экологическими проблемами ГА, значительную роль сыграли работы В.Е. Квитки, Б.Н. Мельникова, Б.Н. Карпина, С.Э. Демешкевича. Широко известны исследования в области авиационной акустики А.Г. Мунина, А.Л. Клячкина, В.И. Токарева, в области звукового удара воздушных судов – Ю.Н. Кулагина, в области эмиссии газов авиадвигателей – А.А. Горбатко, А.И. Запорожца, В.П. Свинухова. Большие успехи достигнуты в результате мер, предпринимаемых Комитетом по защите окружающей среды от загрязнения ( КАЕП ) Международной организации гражданской авиации ( ИКАО ).
Результаты многолетней работы в сфере обеспечения экологической безопасности ГА учтены при выполнении настоящей диссертации. Тем не менее задача защиты окружающей среды от воздействия авиации не была решена полностью, при этом экологическая ситуация в мире в целом за последнее время ухудшилась.
Поэтому решение научной проблемы разработки и обоснования организационной структуры системы экологической безопасности узлов авиатранспортных предприятий и принципов её реализации на основе современных достижений науки и техники имеет важное государственное и международное значение.
Методы исследования, использованные в работе, – методы системного анализа, метод математического моделирования, методы вариационного исчисления, метод материальных и энергетических балансов, метод последовательного анализа (правила "оптимальной остановки наблюдений"). Применительно к предмету исследования для решения поставленных задач использовались: теория управляемых случайных процессов, теория сложных систем, основы организации производства, теория гидродинамических процессов, теория тепло- и массообмена, теория прикладной экологии и инженерной защиты биосферы.
Информационная база исследования. В качестве информационной и терминологической базы использованы:
- научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей, научных докладов и отчётов, материалов научных конференций, семинаров;
- отечественные изобретения и патенты, а также патенты других стран;
- статистические источники в виде отечественных и зарубежных статистических материалов, включая данные ежегодных государственных аналитических докладов о состоянии и охране окружающей среды РФ, о влиянии на её загрязнение отечественного транспортного комплекса, и в частности воздушного транспорта;
- статистические отчёты о результатах деятельности отрасли (воздушного транспорта) в целом и отдельных авиапредприятий;
- официальные документы в виде действующих кодексов, федеральных законов, постановлений правительства, международных конвенций и соглашений, документов ИКАО, а также нормативно-правовых актов транспортного комплекса РФ, включая гражданскую авиацию;
- отечественные стандарты в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, а также международные документы ИКАО и экологические стандарты Международной организации стандартизации (ИСО) серии 14 000;
- результаты собственных экспериментов и расчётов.
Научная новизна исследования определяется следующими результатами, впервые полученными лично автором:
- разработана модель ресурсного цикла выполнения авиатранспортной работы, выявлены его стадии, производственные процессы, системы;
- создана и апробирована математическая модель воздействия на окружающую среду результатов производственных процессов выполнения авиатранспортной работы;
- поставлена и исследована задача минимизации суммы средних финансовых затрат на обеспечение экологической безопасности путём оптимизации характеристик локальных очистных систем для отходящих технологических потоков;
- разработана математическая модель предупреждения негативных последствий загрязнения окружающей среды в ресурсном цикле выполнения авиатранспортной работы ГА на основании результатов контроля состояния экосистем;
- обоснован выбор комплексного показателя экологического экспресс-контроля негативного воздействия на биосферу деятельности авиапредприятий по выполнению авиатранспортной работы и предложена методика его количественного расчёта, учитывающая относительную негативность различных воздействий;
- предложены, исследованы и запатентованы новые локальные средства регулирования экологически значимых результатов производственных процессов гражданской авиации на базе новых высокоэффективных и компактных массообменных устройств локальных очистных систем, встраиваемых в существующие вентиляционные системы с целью обеспечения минимальных финансовых затрат;
- разработана математическая модель предупреждения аварийных выходов из строя наиболее изнашиваемых элементов локальных средств регулирования;
- разработана концепция системы обеспечения экологической безопасности авиатранспортной работы и выявлены приоритетные направления природоохранной деятельности в гражданской авиации, обеспечивающие снижение средних удельных затрат на достижение и поддержание заданного уровня экологической безопасности.
Практическая значимость исследования. Результаты выполненного исследования и выводы, сделанные в работе, позволяют:
- предотвращать катастрофическое разрушение экологических систем в зоне влияния узлов авиатранспортных предприятий с инфраструктурой, связанной с ними ресурсным циклом;
- снижать затраты авиапредприятий гражданской авиации на охрану окружающей среды в ресурсном цикле выполнения авиатранспортной работы;
- оснащать стационарные источники загрязнения атмосферы авиапредприятий ГА компактными (встраиваемыми непосредственно в вентиляционные системы) и высокоэффективными локальными очистными системами;
- разрабатывать нормативно-правовые и инструктивно-методические документы по организации системы обеспечения экологической безопасности деятельности гражданской авиации и других видов транспорта.
Результаты исследования внедрены :
1. В отраслевых документах ГА:
- "Требования по обеспечению экологической безопасности при взаимодействии объектов ГА с окружающей средой", утвержденные Государственной службой гражданской авиации (ГСГА) Минтранса России 15.10.2002 г.;
- Федеральные авиационные правила “Организация охраны окружающей природной среды и экологической безопасности воздушного транспорта” (проект), согласованные ГСГА Минтранса России 17.09.2003 г.;
- "Методическое руководство по организации деятельности авиапредприятий и организаций ГА в области охраны окружающей среды", утвержденное ГСГА Минтранса России 18.11.2003 г.;
- Федеральные авиационные правила “Ведомственный экологический контроль в гражданской авиации” (проект), 2004 г.
При разработке перечисленных документов автор данной диссертации участвовал в качестве научного руководителя работ.
2. При организации контрольной и надзорной деятельности Управления по надзору за поддержанием летной годности гражданских воздушных судов (Управления НПЛГ ГВС) Федеральной службы по надзору в сфере транспорта (ФСНСТ) Минтранса России. В 2008 г. соответствующие контрольные функции в установленном порядке переданы в Росавиацию, в которой образовано Управление поддержания летной годности гражданских воздушных судов.
3. На ряде предприятий Российской Федерации в виде локальных очистных устройств технологического оборудования, в г. Франкфурт-на-Майне (Германия) на предприятии ФЭБ Хальбляйтерверк, а также при организации природоохранной деятельности многих авиапредприятий, в том числе авиакомпаний «ЮТэйр», «Томск Авиа», «Якутия», «Полет», аэропортов городов Уфа, Ставрополь, Южно-Сахалинск, Омск, Надым, а также «Московского АРЗ РОСТО».
4. В учебном процессе, а именно:
- в учебнике "Экология" (М.: Дрофа, 2-е изд., 2003; 3-е изд., 2004; 4-е изд., 2005; 6-е изд., 2008). Учебник имеет гриф Министерства образования РФ и входит в перечень основной литературы, рекомендуемой Примерной программой по дисциплине "Экология" для вузов России;
- в учебном пособии "Промышленная экология. Инженерная защита биосферы от воздействия воздушного транспорта" (М.: Академкнига, 2006). Пособие имеет гриф Министерства образования и науки РФ и гриф УМО вузов РФ по образованию в области эксплуатации авиационной и космической техники;
- при разработке тематики, структуры и содержания семинарских занятий и практических работ по дисциплинам "Экология", "Промышленная экология" в МГТУ ГА, по дисциплинам "Экология", "Промышленная экология", "Экологический аудит", "Процессы и аппараты защиты окружающей среды", "Инженерные коммуникации города" в Московском государственном университете инженерной экологии (МГУИЭ), по дисциплинам "Экологическая экспертиза и сертификация", "Экологическая экспертиза селитебных зон" в Московском государственном горном университете (МГГУ), а также при обучении, повышении квалификации и аттестации руководителей и специалистов эксплуатационных предприятий ГА в области охраны окружающей среды на курсах "Экологическая безопасность ГА" Центра переподготовки и повышения квалификации кадров воздушного транспорта (Центра ППКК ВТ) РФ МГТУ ГА.
Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертации обсуждались и получили положительную оценку на:
29 международных конференциях, форумах и симпозиумах, в том числе: 3-rd Conference on Applied Chemistry Unit Operations and Processes (Veszprem, Hungary, 1977); Международных НТК “Современные научно-технические проблемы ГА” (Москва, МГТУ ГА, 1994, 1996, 1999, 2003, 2006 и 2008); Международной конференции “Цивилизованный бизнес как фактор устойчивого развития России” (Москва, Неправительственный фонд им. В.И. Вернадского, 1998); Международном форуме “Человек и город” в рамках Международной конференции “Эволюция инфосферы” (Москва, РАН, 1997, 2001, 2004 и 2007); Международных конференциях “Инженерная защита окружающей среды” (Москва, МГУИЭ, 2001 и 2002); Международных научно-технических симпозиумах “Двигатели и экология” (Москва, ВВЦ, 1998, 2000, 2002, 2006 и 2008); Международной научной конференции “Безопасность. Технологии. Управление” SAVETY-2007 (Тольятти, 2007); 1-м Международном экологическом конгрессе “Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов” ELPIT 2007 (Тольятти, 2007); Международной НПК “Экологические проблемы индустриальных мегаполисов” (Москва, МГУИЭ, 2007); 12-й Международной НПК “Междисциплинарные исследования проблем обеспечения безопасности населения в современных условиях” (Москва, МЧС, 2007); 11-й Международной НПК “Проблемы управления качеством городской среды” (Москва, Академия государственной службы при Президенте РФ, 2007); 5-й Международной НТК “Наука, образование, производство в решении экологических проблем” ЭКОЛОГИЯ-2008 (Уфа, УГАТУ, 2008);
7 всесоюзных конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе: V Всесоюзном совещании по росту кристаллов (Тбилиси, 1977); VIII Всесоюзной конференции по микроэлектронике (Зеленоград, 1978); III Всесоюзной научной конференции "ХИМТЕХНИКА–83" (Ташкент, 1983); III Всесоюзном совещании «Абсорбция газов» (Москва, 1987); Всесоюзной конференции «НТП и эксплуатация воздушного транспорта» (Москва, МИИГА, 1990);
7 межреспубликанских, российских, республиканских и отраслевых конференциях и семинарах, в том числе: III НПК «Состояние и перспективы работ по охране окружающей среды в ГА» (Москва, ГосНИИ ГА, 1990); Республиканской НПК «Очистка газовых выбросов промышленных предприятий» (Тольятти, 1990); Российской НТК «Новые материалы и технологии машиностроения» (Москва, МАТИ, 1992); Межреспубликанской НТК "Процессы-93" (Ташкент, 1993); I Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность полётов и государственное регулирование деятельности в ГА» (Санкт-Петербург, Академия ГА, 1995),
а также на 5 выставках:
Всесоюзной выставке научно-технического творчества молодёжи НТТМ-82. – Москва: ВДНХ СССР, 1982;
Международной специализированной выставке ”ХИМИЯ-82”. – Москва: Красная Пресня, 1982;
Национальной выставке СССР. – Западный Берлин, 1983;
Международной выставке достижений молодых изобретателей "Болгария ЭКСПО’85". – Пловдив: Болгария, ноябрь 1985;
Московской международной книжной выставке-ярмарке. – Москва: ВВЦ, 2008.
Экспонаты отечественных и международных выставок, выполненные на основе разработки и исследования оригинальных контактных массообменных устройств с участием автора, отмечены серебряными медалями ВДНХ (1982, 1989), дипломом и грамотой.
Книги (комплект учебной литературы) признаны победителями в номинации «Лучшее учебное издание по естественным наукам» на IV Общероссийском конкурсе учебных изданий для высших учебных заведений "Университетская книга – 2008", вследствие чего МГТУ ГА награжден дипломом.
Публикации результатов исследования. По материалам исследований, представленных в диссертации, написаны и опубликованы, как самостоятельно, так и в соавторстве, 71 основная печатная работа: 27 научных статей в 10 различных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования России для публикации научных результатов докторских диссертаций; 6 книг, включая 2 монографии; 18 научных статей в иных журналах и изданиях; 11 авторских свидетельств на изобретения и на промышленные образцы; 9 иностранных патентов (Великобритания, Франция, Германия, Япония). Кроме того, опубликованы тезисы многочисленных докладов на конференциях, форумах, симпозиумах, конгрессах, выставках и т. п.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов по работе, списка использованных источников и приложений. Основная часть работы изложена на 367 страницах машинописного текста и содержит 72 иллюстрации, 42 таблицы, список литературы на 28 страницах, включающий 426 наименований. Общий объем – 404 страницы.
