Аспекты анализа экологичности программных технологий

Общие сведения

Экология - один из разделов биологии, в котором изучаются и описываются жизнедеятельностные (психобиологические) процессы живых организмов (в том числе человеческого) во взаимодействии со средой обитания [4]. В Природе, частью которой мы являемся, все взаимосвязано, обусловлено, организовано по принципу притяжения и отталкивания, соединения и распада биотических и абиотических, естественных и искусственных (техногенных) факторов среды обитания. Термин «экологичность» - не совсем точный термин, поскольку техника и технология совмещаются не с экологией (наукой), а с условием - "эко" (от греч. ойкос) - жилище, местообитание. Точнее было бы (вместо «экологичность») употребить термин «экосовместимость» или «экологическая безопасность» техники и технологии с местообитанием живых организмов и их жизнедеятельностными процессами. Экосовместимость (экологичность) - это отсутствие в свойствах техники и технологии экоцидных (буквально “местообитание убиваю”) и биоцидных ("живое убиваю") свойств и тенденций. Экспертиза проекта на экологичность техники представляет собой оценку вероятных воздействий на среду обитания техники или технологии за весь период ее существования, включая процессы проектирования, изготовления, испытания, эксплуатации, демонтажа и утилизации.

Специфика процессов создания и эксплуатации программных продуктов заключается в следующем. Во-первых, сам по себе программный продукт прямого воздействия на состояние окружающей среды оказать не может, так как физически программа – это информация, записанная на электронный носитель (магнитный, оптический). Косвенные эффекты, например, в решении актуальных экологических проблем (ресурсосбережение, снижение антропогенной нагрузки на природную среду и т.п.), возможны за счет повышения производительности труда при автоматизации трудоемких процессов, внедрения безотходных или малоотходных технологий благодаря возможности автоматически в режиме реального времени решать сложные оптимизационные задачи и т.д. Во-вторых, создание и эксплуатация программных продуктов определяет необходимость использовать сложное высокотехнологичное оборудование: средства вычислительной техники и телекоммуникаций, разнообразные печатающие, копировальные, сканирующие устройства и т.п.), при производстве которого используются вредные вещества: кадмий, ртуть, свинец, бром, хлор. Компьютерное оборудование требует создания и поддержания ресурсоемких условий эксплуатации (электроснабжение, отопление, освещение, охлаждение). В процессе эксплуатации значительную долю потребляемой энергии оборудование рассеивает в виде тепла, а также широкополосного электромагнитного поля, оказывая неблагоприятное воздействие на состояние окружающей среды и здоровье персонала. Из-за высокого темпа развития электронной техники поставляемое сейчас даже самое современное оборудование очень быстро морально устаревает и нуждается в модернизации. Списываемое же оборудование должно подвергаться утилизации, однако из-за наличия вредных веществ данная процедура требует особых технологий и существенных затрат. Практикуемый в обход законов вывоз списанного оборудования на полигоны для захоронения вместе с твердыми бытовыми отходами уже создал реальную проблему загрязнения окружающей среды, особенно соединениями ртути, свинца. Поэтому экспертиза экологичности в дипломных проектах (работах) в области информатики и ВТ может быть нацелена также и на разработку, обоснование экобиозащитных мер при использовании компьютерного оборудования. В качестве основы такой экспертизы рекомендуется использовать наиболее известные в области регламентации безопасности и экологичности компьютерного оборудования международные стандарты группы TCO.

 

Основные положения «экологических» стандартов группы ТСО

TCO (конфедерация профсоюзов Швеции) занимается регламентацией ИТ-оборудования, в частности видеодисплеев, с конца 80-х годов 20-го века. В 1998 г. этой работой занялась группа TCO Development, дочерняя фирма TCO. Используя коллективные знания и опыт более миллиона офисных служащих, сотрудничающих с профсоюзом TCO, эта группа разработала требования и методики тестирования офисного компьютерного оборудования. Данные требования, определяющие качество и экологическую безопасность, проложили путь быстрому развитию всемирно признанного стандарта.

Первый вариант системы TCO был запущен в 1992 г., сменяясь затем новыми версиями — TCO 95, TCO 99, каждая из которых вносила всё больший охват требований и всё большую их строгость в соответствии с научно-техническим прогрессом. Стандарт ТСО 03, принятый в ноябре 2002 г., знаменует четвёртое поколение TCO. Его основные разделы преимущественно совпадают с ранними версиями, но по количеству и характеру требований имеются существенные отличия, особенно в части визуальной эргономики, как наиболее проблемной и быстро развивающейся в последние годы (таблица 5).

Таблица 5. Основные отличия стандартов ТСО 99 и ТСО 03

(CRT – монитор на электронно-лучевой трубке, FPD – ЖК монитор)

В таблице 6 представлена структура ТСО 03 в виде полного перечня регламентируемых параметров. В колонках символом «+» отмечены параметры, специфичные только для одного из типов мониторов: ЭЛТ или ЖК.

Таблица 6. Структура регламентируемых параметров ТСО 03

Наименование параметра	ЭЛТ монитор	ЖК монитор
1. Документация изделий	+	+
2. Визуальная эргономика
2.1. Пикселизация экрана		+
2.1.1. Требования к размеру пикселя		+
2.1.2. Минимальное разрешение		+
2.2. Геометрические характеристики изображения	+
2.2.1. Линейность	+
2.2.2. Ортогональность	+
2.3. Яркость изображения
2.3.1. Уровень яркости	+	+
2.3.2. Равномерность яркости	+
2.3.3. Независимость яркости от нагрузки	+
2.3.4. Независимость яркости от угла обзора		+
2.4. Контрастность изображения
2.4.1. Контрастность	+
2.4.2. Независимость контрастности от угла обзора		+
2.4.3. Равномерность контрастности в деталях		+
2.5. Рама дисплея	+	+
2.5.1. Отражающая способность рамы	+	+
2.5.2. Глянцевитость рамы	+	+
2.6. Цветопередача
2.6.1. Соответствие цветовой температуры	+	+
2.6.2. Равномерность цвета	+	+
2.6.3. Цветовой охват	+	+
2.6.4. Независимость цветопередачи от угла обзора		+
2.6.5. Линейность серого		+
2.7. Стабильность изображения
2.7.1 Предельное периодическое изменение яркости	+
2.7.2. Пространственная стабильность	+	+
3. Эргономика рабочего места
3.1. Вертикальный наклон	+	+
3.2. Изменение высоты	+	+
4. Излучения
4.1. Электростатический потенциал	+
4.2. Переменные электрические поля	+	+
4.3. Переменные магнитные поля	+	+
4.4. Акустический шум	+	+
5. Электробезопасность	+	+
6. Экология	+	+
6.1. Охрана окружающей среды	+	+
6.2. Содержание опасных веществ	+	+
6.2.1. Кадмий (Cd) и ртуть (Hg)	+	+
6.2.2. Свинец (Pb)	+	+
6.2.3. Огнезащитные материалы на основе брома (Br) и хлора (Cl)	+	+
6.2.4. Декларирование огнезащитных материалов	+	+
6.2.5. Бромированные и хлорированные пластмассы	+	+
6.3. Готовность к утилизации		+
6.3.1. Маркировка деталей из пластмассы	+	+
6.3.2. Ртутные лампы	+	+
6.3.3. Применение различных пластмасс	+	+
6.3.4. Металлизация пластмассового корпуса	+	+
6.3.5. Информирование потребителей о переработке	+	+
7. Энергосбережение	+	+

 

Основные требования к экологической безопасности ТСО 03 включают в себя организацию защиты окружающей среды при производстве и утилизации, а также регламентируют наличие потенциально опасных веществ в аппаратуре.

При выборе, какие именно требования включать в спецификацию, TCO даёт больший приоритет международным стандартам в этой области, во вторую очередь применяются европейские и национальные нормативы. Отдельные требования, касающиеся производства, в силу крайней затруднённости в проверке, в спецификацию не включаются.

Сертифицированная система мероприятий по защите окружающей среды является доказательством, что производитель заботится об сохранении природной среды и ставит своей целью повышение экологической безопасности продукции [6].

Завод-изготовитель должен быть сертифицирован в соответствии с ISO 14001 «Environmental management systems — Specification with guidance for use» или EMAS (для членов Евросоюза, участвующих в системе добровольного надзора за экологической безопасностью). Сертифицирующий орган должен иметь аккредитацию в соответствии с руководящим документом ISO/IEC 66 «General requirements for bodies operating assessment and certification / registration of environmental management systems» и соблюдать положения ISO/IEC 61 «General requirements for assessment and accreditation of certification / registration bodies».

Содержание опасных веществ

Кадмий (Cd) и ртуть (Hg). Воздействие ртути и кадмия на здоровье человека и окружающей среды было подробно описано ещё в середине 1950-х. Директива Евросоюза предписывает исключение обоих этих элементов из производства электрической и электронной продукции не позднее 1 января 2007 года. Конвенция ООН–ЕЭК по предотвращению загрязнения воздушной среды в июле 1998 года расширилась протоколом о тяжёлых металлах, включающем в том числе кадмиевые агенты и продукцию с содержанием ртути. Окраска, лаковое покрытие, пластмассовые части, соединительные элементы, электронно-лучевые трубки, батареи питания и припой не должны содержать ни кадмия, ни ртути. Пороговое значение равно 2 промилле (0,2 %) веса для ртути и 5 ‰ для кадмия. Данное требование распространяется также на различные внешние приспособления, поставляемые вместе с дисплеем. Допускается использование ртути в лампах фоновой подсветки экрана на жидких кристаллах, поскольку никаких реальных альтернатив на данный момент не существует.

Свинец (Pb). Другим широко известным опасным элементом является свинец. Сам по себе свинец не может быть химически переработан — только в составе какой-нибудь сложной смеси. Тем не менее, свинец широко применяется в различной продукции. В программе ООН по защите окружающей среды (UNEP) свинец определён как одно из веществ, требующих регулирования на мировом уровне. Окраска, лаковое покрытие, пластиковые компоненты и кабели не должны содержать свинца.

Огнезащитные материалы на основе брома (Br) и хлора (Cl). Общий список бромированных и хлорированных замедлителей горения (ингибиторов), подлежащих исключению из производства, насчитывает 75 позиций. Две группы бромированных веществ считаются особо вредными для окружающей среды — это полибромированные бифенилы (PBB) и полибромированные дифениловые эфиры (PBDE). Используемые сейчас огнезащитные материалы, особенно хлорированные углеводороды (CHC), в большинстве своём очень стабильны и могут накапливаться в живых организмах флоры и фауны. В рамках международных организаций проводится целый ряд мероприятий по ликвидации опасных материалов. Пластиковые компоненты весом более 25 г не должны содержать замедлителей горения, имеющих в составе органические соединения хлора или брома. Пороговое значение равно 0,5 % по весу. Данное требование касается также различных внешних адаптеров, но не распространяется на печатные платы, так как они не являются пластиковыми компонентами.

В то время как синтетические вещества широко распространены в промышленности и создают проблемы окружающей среде, знания в этой области пока ещё ограничены. Без хорошей теоретической базы устанавливать адекватные нормы не представляется разумным, поэтому использование материалов подлежит только декларированию.

Каждый пластиковый компонент (а также печатные платы) весом более 25 г, если они содержат замедлители горения более 0,5 % по весу, должны быть включены с декларацию. Для каждой детали указываются: название, вес (в граммах), тип пластика, изготовитель, модель, тип и CAS-номер ингибитора, маркировка (текст этикетки).

Бромированные и хлорированные пластмассы. Поливинилхлорид (ПВХ, PVC) — безусловно, самый распространённый галогенированный пластик. Однако есть и другие пластиковые вещества на основе хлора или брома. Существует опасность того, что одновременно с введением более строгих мер в отношении огнеупорных материалов возрастёт применение материалов галогенированных. Поэтому TCO устанавливает нормативы и для этого типа веществ. ПВХ широко обсуждается экологическими комиссиями как материал, способный создавать угрозу окружающей среде почти на всех этапах своего жизненного цикла. Масштаб этих проблем зависит от каждого конкретного завода-производителя и используемого им оборудования. На данный момент практически невозможно оценить степень вреда, причиняемого тем или иным промышленным объектом. Пластиковые компоненты весом более 25 г не должны содержать хлор или бром в составе полимера.

Готовность к утилизации. При разборке и переработке ЖК дисплеев наибольшую угрозу окружающей среде представляют ртутные лампы. Процесс утилизации значительно упрощается, когда лампа может быть легко демонтирована и обработана отдельно. Лампа должна легко отсоединяться без риска быть повреждённой. Поэтому недопустимо приклеивание или приваривание (пайка) соединительных элементов. Количество ламп и ртути в них обязательно декларируется. Для каждой лампы указываются: поставщик (изготовитель), идентификатор изделия, среднее, максимальное и минимальное содержание ртути (в миллиграммах).

Понятие типа пластмассы (type of plastic material) является синонимом термина «базовый полимер» (basic polymer), используемого в ISO 1043-1 (с учётом дополнений ISO 1043-2, -3 и -4 или без них). Для смесей, например PC+ABS (поликарбонат + сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола), все весовые коэффициенты считаются как для однородного материала. Для компонентов тяжелее 100 г не допускается использование более чем двух различных типов пластика, вне зависимости от их расположения на изделии.

Металлизацией (metallization) называют процесс осаждения поверхности металлическим слоем. Например, широко распространены таблички с названием изготовителя. ТСО 03 запрещает использовать на пластиковом корпусе метализированные элементы.

Методы утилизации включают:

· повторное использование компонентов;

· перерабатывание материалов с применением надёжных технологий для опасных веществ и тяжёлых металлов;

· восстановление отдельных частей изделия;

· соблюдение Базельской конвенции при экспорте изделий и их частей.

Закапывание изделий на свалках целиком не может считаться допустимым.

Обладатель сертификата TCO 03 (или его филиал, представитель или член ассоциации компаний) должен доводить до сведения потребителей возможность экологически чистой переработки дисплея.

Энергосбережение. Большая часть энергии, потребляемой дисплеем, превращается в тепло, которое нагревает помещение. Чтобы охладить это помещение, требуется дополнительная энергия. Другим неприятным последствием можно считать глобальное потепление.

В области экономного расхода электроэнергии TCO тесно сотрудничает с организацией Energy Star из США. Дисплей должен удовлетворять одному из двух вариантов работы в режимах сохранения энергии (таблица 7).

Руководство пользователя должно содержать характеристики энергопотребления и описывать последовательность действий, необходимых для перевода дисплея в режим с пониженным потреблением энергии.

Режим экономии энергии «A1» активизируется после регулируемого простоя клавиатуры, мыши или системы сообщений. Восстановление изображения (до состояния, пригодного для чтения) должно занимать не более трёх секунд с момента возобновления активности клавиатуры, мыши или системы сообщений. Время восстановления из режима «A1» не должно зависеть от времени пребывания в этом режиме.

Таблица 7. Варианты работы дисплеев в режимах сохранения энергии

	Вариант 1	Вариант 2
1-ая ступень (А1)	2-ая ступень (А2)
Потребляемая мощность	≤15 Вт	≤5 Вт	≤5 Вт
Время восстановления	≤3 с	не регламентируется	не регламентируется

Режим экономии энергии «A2» активизируется после дополнительного времени простоя, обычно фиксируемого относительно активизации режима «A1». Восстановление из режима «A2» может приравнено к холодному пуску дисплея, то есть быть равным времени появления изображения после включения. Рекомендуется, чтобы общее время простоя перед переходом в режим «A2» не превышало одного часа.

Желательно сопровождать переход в режим с пониженным потреблением энергии индикацией на дисплее, например, миганием или сменой цвета контрольных светодиодов.

Декларация энергопотребления должна содержать значение мощности, потребляемой в нормальном режиме (при полной нагрузке с белым фоном) и в режимах «A1» и «A2».

Однако наличие у оборудования сертификата ТСО 03 не может еще в полной мере гарантировать безопасность и экологичность. Важно контролировать правильность организации процесса эксплуатации оборудования. Поэтому во многих странах мира дополнительно к международным стандартам требования безопасности устанавливают еще национальные требования. В России наибольшее важными являются санитарные правила и нормы (СанПиН) 2.2.2/2.4.1340-03, устанавливающие гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации их работы. СанПиН определяют обязательные требования к ПЭВМ (допустимые уровни звукового давления и уровней звука, создаваемого ПЭВМ, допустимые уровни электромагнитных полей (ЭМП), допустимые визуальные параметры устройств отображения, допустимая концентрация вредных веществ, выделяемых ПЭВМ в воздух помещений, максимальная мощность экспозиционной дозы мягкого рентгеновского излучения) и рабочему месту с ПЭВМ (естественное и искусственное освещение, площадь на одно рабочее место, защитное заземление (зануление), микроклимат, содержанию аэроионов и вредных химических веществ в воздухе, уровни шума и вибрации на рабочих местах, продолжительность непрерывной работы и перерывов, периодичность проветривания и влажной уборки помещений, организация медицинского обслуживания пользователей ПЭВМ). Поэтому в разделе «Безопасность и экологичность» заключение о необходимости строгого соблюдения СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 в аспектах организации работы ПЭВМ является обязательным.

1.3.3. Вопросы и задания для самопроверки

1. Что означает термин «экологичность»?

2. Верны ли с научной точки зрения часто используемые в обиходе словосочетания «плохая экология», «нанести вред экологии»?

3. Опишите специфику процессов создания и эксплуатации программных продуктов с точки зрения потребления ресурсов и возможных экологических последствий. Почему, строго говоря, нельзя назвать информационные технологии экологически чистыми?

4. Каким образом автоматизация, внедрение информационных технологий могут способствовать решению современных экологических проблем?,