Переходное проектирование
Переходная инженерия — это профессионально-инженерная дисциплина, которая занимается применением принципов науки для проектирования, инноваций и адаптации инженерных систем, которые отвечают потребностям сегодняшнего дня, не ставя под угрозу экологические , социальные и экономические системы , от которых будут зависеть будущие поколения. удовлетворить свои собственные потребности. Сегодня безопасность является ожидаемым фактором при проектировании, эксплуатации и конечном использовании. Переходная инженерия стремится к такому же рассмотрению вопросов устойчивого развития . Проектирование перехода — это междисциплинарная область, которая решает сложные проблемы , одновременно создавая возможности для повышения устойчивости и адаптации посредством проектов изменений. [1]
Обзор
[ редактировать ]Инженерные профессии возникают, когда возникают новые технологии, новые проблемы или новые возможности. Так было в начале 1900-х годов, когда инженерия безопасности возникла для борьбы с высоким уровнем травматизма и смертности на рабочем месте. В 1960-х годах экологическая инженерия возникла как дисциплина, призванная уменьшить промышленное загрязнение и смягчить воздействие на здоровье окружающей среды и качество воды . Инженерия качества возникла с развитием технологий массового производства во время Второй мировой войны и необходимостью подтверждения качества продукции. Когда инженерные системы должны измениться из-за риска сбоя, устаревания или модернизации, управление изменениями является хорошо известным процессом. Переходная инженерия сосредоточена на выявлении неустойчивых аспектов действующих в настоящее время инженерных систем, внедрении инновационных проектов, которые снижают неустойчивые энергетические, материальные, экологические и социальные аспекты, а затем на проведении всеобъемлющего процесса управления изменениями.
Есть две серьезные проблемы, способствующие появлению Transition Engineering; экспоненциальный рост концентрации углекислого газа в атмосфере Земли , а также отсутствие роста и неминуемое снижение добычи традиционной нефти, иногда характеризуемой как пик добычи нефти . Концентрация углекислого газа в атмосфере превысила «климатически безопасный» диапазон в 350 частей на миллион в 1990-х годах, а сейчас превысила 420 частей на миллион — уровень, которого Земля не знала уже 800 000 лет. [2] Целью переходного инжиниринга является использование текущего доступа к оставшимся более дешевым и более высоким EROI энергетическим ресурсам для повторной разработки всех аспектов городских и промышленных инженерных систем для адаптации к резкому сокращению использования ископаемого топлива. [3]
Развивающаяся пандисциплинарная область
[ редактировать ]Признание области инженерии переходного периода и проектирования энергетического перехода началось в 2010 году, когда в Институте инженерии и технологий (IET) Новой Зеландии прочитала престижную лекцию доцент Сьюзен Крамдик из Кентерберийского университета . [4]
В 2014 году в учебнике по инженерному делу профессора Фрэнка Крейта «Принципы устойчивых энергетических систем» появилась глава 13, посвященная переходной инженерии. [5] В 2017 году компания Transition Engineering была приглашена для работы над главой 32 книги «Энергетические решения для борьбы с глобальным потеплением». [6] В 2019 году был опубликован полный текст методологий и принципов проектирования переходного периода «Инжиниринг переходного периода, построение устойчивого будущего». [7]
С 2015 года переходное проектирование преподается на университетском уровне в рамках целого ряда полных курсов, мастер-классов, гостевых лекций и семинаров. Курсы проводились в ИЯФ Гренобля, Франция; Мюнхенский университет прикладных наук, Германия; Университет Дуйсбург-Эссен, Германия; Бристольский университет, Великобритания; в Университете Кентербери, Новая Зеландия, и Университете Хериот-Ватт, Шотландия. В 2020 году были предложены первые онлайн-курсы повышения квалификации для инженеров и других специалистов.
Происхождение
[ редактировать ]Идея переходного инжиниринга возникла из самых разных источников, как технических, так и нетехнических. Концепция устойчивого развития существует с 1987 года, и проблема устойчивости была движущей силой развития переходной инженерии. Движение переходных городов послужило дополнительным источником вдохновения, поскольку оно показало, что во всем мире существует множество групп людей, мотивированных готовиться к пику добычи нефти и изменению климата . Города и экопоселения переходного периода демонстрируют необходимость того, чтобы инженеры создавали системы, которые управляют неустойчивыми рисками и предоставляют людям устойчивые варианты. Инженеры обязаны с этической точки зрения «придавать первостепенное значение безопасности, здоровью и благополучию населения» и отвечать потребностям общества в устойчивом развитии. [8]
Истоки техники безопасности послужили во многом источником вдохновения для разработки переходной техники. В начале 1900-х годов владельцы бизнеса считали безопасность на рабочем месте бесполезной инвестицией, а политики менялись медленно. После того, как в результате пожара на фабрике Triangle Shirtwaist в Нью-Йорке погибли 156 рабочих, оказавшихся в ловушке, 62 инженера собрались вместе, чтобы выяснить, как сделать рабочее место более безопасным. В конечном итоге это привело к созданию Американского общества инженеров по безопасности . [9]
Поскольку инженерия безопасности управляет рисками небезопасных условий, инженерия перехода управляет рисками неустойчивых условий. Чтобы дать инженерам лучшее понимание устойчивости, инженерия перехода определяет проблему как устойчивость ООН. Это похоже на проблему небезопасных условий, которая является целью техники безопасности. Мы не обязательно знаем, как выглядит совершенно безопасная система, но мы знаем, как выглядят небезопасные системы и как их улучшить; то же самое относится и к неустойчивости систем. Уменьшая проблемы неустойчивости, мы делаем шаги в правильном направлении [10]
Метод семи шагов
[ редактировать ]Метод переходного инжиниринга включает семь шагов, которые помогают инженерам разрабатывать проекты, позволяющие справиться с изменением неустойчивой деятельности. Как дисциплина, переходная инженерия признает, что прогнозы будущих сценариев «как обычно» на основе прошлых тенденций недействительны, поскольку основные условия достаточно изменились по сравнению с условиями прошлого. Например, прогноз будущих поставок нефти в 2050 году на основе данных до 2005 года позволит ожидать 50-процентного увеличения спроса за этот период времени. Однако фактический уровень добычи традиционной нефти не увеличивался с 2005 года и, по прогнозам, к 2050 году снизится более чем на 50%. [11]
- История: Во-первых, собираются исторические данные и исторические тенденции понимаются в культурном и политическом контексте. Учтены все исторические аспекты системы. Transition Engineering исследует влияние технологий и социального развития на спрос на энергию и ресурсы. Как мы оказались там, где находимся сейчас? Почему мы здесь? Какие факторы привели нас сюда?
- Настоящее время: на этом этапе оценивается текущая ситуация. Учитываются все текущие возможности, инвестиции, активы и состояние/возраст активов и обязательств. Использование энергии проверяется и оценивается ее поведение при конечном использовании. [12]
- Будущее: рассматриваются сценарии из всех областей исследования, чтобы получить консенсусное представление как об инерционных траекториях текущих тенденций, так и об ограничениях пропускной способности и нехватке ресурсов. [13] Инженеры переходного периода применяют науку об изменении климата, нефтегазовой геологии, экологии, гидрологии и т. д. для описания «перспективной операционной среды». Определение вероятности каждого будущего результата создает будущую среду операционной среды. Это создает ограничения для инженеров и лиц, принимающих решения, с различными уровнями риска. [14] [15]
- Концепции разрыва пути: инновации происходят на этом этапе, когда текущие предположения о поведении и экономике откладываются в пользу рассмотрения будущей операционной среды в конечной точке временных рамок исследования. Новатор TE помещает себя в будущее и использует будущие ограничения дизайна, чтобы придумать реалистичные и работоспособные концепции. Концепция прорыва не имеет будущего.
- Ретроспективный анализ: концепции разрыва пути анализируются, чтобы увидеть, чем они отличаются от текущей ситуации. На этом этапе также анализируются препятствия и стратегии изменения существующих систем. [16]
- Триггерные события. Хотя существующие системы обладают большой инерцией, если правильный триггер применяется в нужное время, возможны большие изменения. Триггерами могут быть либо катастрофические события, такие как экономический коллапс, либо внешние изменения, такие как корпоративное слияние, новый закон или новый персонал. Они также могут быть проектами инженерных изменений. Поводом для внедрения техники безопасности стал «пожар на фабрике по производству сорочек Triangle». (ссылка) Задача состоит в том, чтобы сообщить о преимуществах и преимуществах адаптивных изменений, а также инициировать разрушительное событие, которое позволит организации выйти из колеи. См. Управление изменениями.
- Проекты смен: Наконец, путем планирования будущего спроса и предложения реализуются проекты изменений, чтобы наилучшим образом использовать имеющиеся в настоящее время ресурсы. Благодаря этим проектам общество станет более устойчивым к пиковым событиям, связанным с нефтью и изменением климата.
Глобальная ассоциация переходного инжиниринга (GATE)
[ редактировать ]GATE открыла первую группу в Великобритании в феврале 2014 года. GATE — профессиональное инженерное учреждение; членская ассоциация и научное общество, включающее в себя развивающуюся сеть инженеров и неинженеров, которые разделяют идею о том, что инженеры несут ответственность за изменение инженерных систем, чтобы адаптироваться к сокращению использования ископаемого топлива и других неустойчивых ресурсов. Transition Engineering — это дисциплина управления изменениями. Как и в области техники безопасности, в Transition Engineering используются аудит и инвентаризация текущего проектирования и эксплуатации систем для количественной оценки рисков для основных видов деятельности и ресурсов в течение периода исследования. Сроки исследования должны быть соизмеримы со сроком службы активов, задействованных в деятельности. Деятельность — это все, что поддерживает спроектированная система, например производство, очистка сточных вод, мобильность или сохранение продуктов питания . Transition Engineering признает, что аналитические методы стратегического анализа на протяжении жизненного цикла противоречат большинству экономических анализов, которые дисконтируют значения с течением времени. Стратегический анализ, проводимый Transition Engineers, направлен на то, чтобы избежать бесполезных инвестиций путем признания ресурсных рисков. Классическим примером неудачных инвестиций является промысел трески в Северной Атлантике, где наибольшее количество донных тралов (например, судов, ответственных за уничтожение нерестилищ трески) было построено в год, когда рыбные запасы сократились. [17] [18] Глобальная ассоциация переходного инжиниринга имеет зарегистрированный благотворительный номер 1166048, зарегистрированную Комиссией по благотворительности Великобритании 14 марта 2016 года. Это «Благотворительная объединенная организация» или CIO.
Учебник: Переходная инженерия, построение устойчивого будущего
[ редактировать ]Опубликовано в ноябре 2019 г. издательством CRC Press, Taylor & FranciscoВ учебнике излагаются предпосылки, процессы, методы и инструменты переходного инжиниринга. В книгу вошли перспективные истории, которые профессор Сьюзан Крамдик использовала для осмысления зловещих проблем, связанных с переходом на ископаемое топливо. Профессор Крумдик была награждена Новогодней наградой Королевы в 2021 году Новозеландским орденом за заслуги перед исследованиями, преподаванием и публикацией книги. Книга также популярна среди нетехнических читателей. [19]
Переходное проектирование, построение устойчивого будущего , Сьюзан Крамдик (2019) CRC Press, Тейлор и Фрэнсис, Бока-Ратон
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Майер, А.; Омен, Дж.; Вермаас, П. (2022). Справочник по проектированию инженерных систем (Первое изд.). Швейцария: Шпрингер. п. 1011. ИСБН 978-3-030-81158-7 .
- ^ Монтень, Фен (14 мая 2013 г.). «Рекордный уровень выбросов CO2 в 400 ppm 'кажется, что мы движемся в другую эпоху' » . Лондон: Сеть Guardian Environment Network . Проверено 19 мая 2013 г.
- ^ Крумдик, Сьюзен (17 ноября 2011 г.). Переходное проектирование городского транспорта для устойчивости к пиковым нефтяным рискам . Международный машиностроительный конгресс ASME 2011. стр. 387–400. дои : 10.1115/IMECE2011-65836 . hdl : 10092/6133 . ISBN 978-0-7918-5490-7 .
- ^ Крумдик, С. «Инжиниринг переходного периода» . Университет Отаго . Институт техники и технологий . Проверено 2 января 2021 г.
- ^ Крейт, Ф.; Крумдик, С. (2014). Принципы устойчивых энергетических систем (Второе изд.). Бока-Ратон: Тейлор и Фрэнсис. п. 689. ИСБН 978-1-4665-5697-3 .
- ^ Крумдик, С. (2016). Энергетические решения для борьбы с глобальным потеплением . Чам: Спрингер. п. 647. ИСБН 978-3-319-26950-4 .
- ^ Крумдик, Сьюзен (2019). Переходная инженерия: построение устойчивого будущего . Бока-Ратон, Флорида: Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780367341268 .
- ^ Национальное общество профессиональных инженеров. «Кодекс этики инженеров NSPE» .
- ^ Американское общество техники безопасности. «Об АССЭ-История» .
- ^ Крумдик, Сьюзен (2010). «Спектр выживания, ключ к переходному проектированию сложных систем». Кентерберийский университет, машиностроение . hdl : 10092/4741 .
- ^ Крамдик, Сьюзен; Пейдж, С.; Дантас, А. (2010). «Городская форма и долгосрочное снижение поставок топлива: метод исследования пиковых рисков нефти для основных видов деятельности». Транспортные исследования, часть A: Политика и практика . 5 (44): 306–322. дои : 10.1016/j.tra.2010.02.002 . hdl : 10092/4133 .
- ^ Международная организация по стандартизации. «ISO 500001 Энергоменеджмент» .
- ^ Проект «Смена». «Наука для энергетических сценариев» .
- ^ Международное энергетическое агентство. «Сценарии и прогнозы МЭА» .
- ^ Управление энергетической информации США. «Международное энергетическое обозрение» .
- ^ «Обратный отсчет» . Естественный шаг .
- ^ «НОАА – FishWatch: Атлантическая треска» . fishwatch.gov . Проверено 19 апреля 2014 г.
- ^ "ИСТЕ" . Международное общество переходной инженерии.
- ^ «Инжиниринг переходного периода: построение устойчивого будущего» .