ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2017 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,500
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,405
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,817
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,319
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,264
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 6012
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 404
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 338
Десятилетний индекс Хирша: 17
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2017 год: 527
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2017 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 16

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2017 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

4
Ожидается:
16 Декабря 2018

Персональная информационно-вычислительная система химика-исследователя

Статья опубликована в выпуске журнала № 1 за 1995 год.[ 20.03.1995 ]
Аннотация:
Abstract:
Авторы: Богатиков В.Н. (VNBGTK@mail.ru) - Тверской государственный технический университет, Тверь, Россия, доктор технических наук, Вершков А.В. () - , ,
Ключевое слово:
Ключевое слово:
Количество просмотров: 7651
Версия для печати

Размер шрифта:       Шрифт:

Одним из требований современного этапа научно-технического прогресса в области разработки новых промышленных технологий получения различных продуктов является требование повышения качества проводимых научных исследований, в основе которого лежит применение мощных средств вычислительной техники и новых направлений развития математических методов.

Все это позволяет создавать хорошо развитый программный аппарат информационной поддержки проведения экспериментальных исследований и, кроме того, приводит к созданию новых технологий принятия решений уже на этапе лабораторных экспериментов, давая возможность химикам-исследователям решать более широкий круг задач.

В классической постановке задачи процесс создания новых технологий включает в себя три основных этапа:

- лабораторные исследования;

-   отработка технологической схемы на пи лотных установках;

-   испытания новой полупромышленной те хнологии.

Этап лабораторных исследований необходим для получения информации, требующейся в качестве исходного материала для этапов проектирования пилотных и полупромышленных технологий. На данном этапе можно выделить следующие разделы работы:

-   теоретическая проработка темы исследо вания;

-   экспериментальная стадия;

-   анализ результатов экспериментальных исследований.

Теоретическая проработка предполагает проведение литературного и патентного поисков для обоснования актуальности работы и определения наличия аналогов и смежных исследований. С использованием результатов этого поиска разрабатывается концепция новой технологии, ставятся задачи для экспериментальной стадии.

На экспериментальной стадии проводятся исследования, направленные на определение физико-химических характеристик, основных термодинамических и кинетических констант, и поиск оптимальных параметров проведения процесса.

Анализ результатов включает в себя обработку экспериментальных данных, расчет физико-химических характеристик, термодинамических и кинетических констант, создание математической модели системы, проведение коррекция концепции принципов построения новой технологии, делается вывод о необходимости дополнительных экспериментов. В случае наличия достаточно полной информации о физико-химической системе разрабатываются варианты аппаратного оформления технологической схемы.

Второй и третий этапы необходимы из-за наличия неопределенности, возникающей в результате неполной информации о процессах, протекающих при переходе от лабораторных исследований к промышленному производству, и связанной с масштабными коэффициентами. Пилотные установки и полупромышленные процессы позволяют снизить уровень неопределенности знаний о параметрах процесса применительно к условиям эксплуатации. Кроме того, на этих этапах производится окончательный выбор варианта аппаратного оформления технологической схемы, уточнение необходимых конструкционных материалов и некоторых других моментов аппаратной реализации, формируется технологический регламент работы процесса.

Одним из направлений решения данной проблемы - сокращения сроков перехода - является создание новых информационных технологий, которые на этапе лабораторных исследований должны позволять делать вывод о возможности более раннего перехода к следующим этапам, ускорять синтез вариантов новых технологических схем, давать технико-экономическое обоснование проектных решений. Важной чертой современных информационных технологий является автоматизация рутинных процессов сбора, хранения и обработки информационных потоков, что позволяет интенсифицировать выполнение работ на всех этапах технологических исследований.

Из сказанного можно сделать вывод о следующих основных этапах предлагаемой информационной технологии:

-   оценке примерных научно обоснованных сроков проведения лабораторных исследова ний [1,6];

-   разработке методики и стратегии прове дения лабораторных исследований;

-   получении математического отображе ния физико-химических законов поведения сис тем [4];

-   аппаратурно-технологическом проекти ровании различных вариантов исполнения тех нологических процессов;

-   оценке экономической эффективности пе рехода от лабораторной установки к другим этапам проектирования [2, 5, 7];

-   технико-экономическом обосновании со здания пилотной или полупромышленной установки.

В целом рассматриваемая информационная технология является интерактивной процедурой раскрытия неопределенности наших знаний о физико-химических законах поведения предполагаемого технологического процесса, о возможных вариантах реализации данного технологического процесса в промышленных условиях и, кроме того, предполагает оценку экономической эффективности применения разрабатываемого технологического процесса.

Обобщенная структурная схема данной информационной технологии приведена на рисунке 1.

Конечным результатом реализации такой информационной технологии является создание математического и программного обеспечения для сопровождения химика-исследователя на всех этапах лабораторных исследований.

Теоретической проработке темы исследования соответствуют этапы оценки примерных сроков лабораторных исследований и разработки методики и стратегии проведения экспериментальных исследований. Программа, предназначенная для оценки примерных сроков проведения лабораторных работ, описана в [3]. При разработке методики и стратегии проведения эксперимента необходимо создание базы данных библиографических ссылок, патентной информации и кратких рефератов. При реализации такой базы на основе персонального компьютера значительно ускоряется поиск данных по определенным темам, ключевым словам, авторам работ. Что же касается трудоемкости заполнения такой базы, то она будет не выше уровня трудоемкости заполнения базы, реализованной в виде картотеки, хотя и будет требовать некоторых дополнительных навыков.

Экспериментальная стадия в основном подготавливает материалы необходимые для получения математического отображения физико-химических законов поведения систем. На ней возможно применение персонального компьютера для накопления и хранения экспериментальных данных, проведения планирования эксперимента по определению оптимальных параметров проведения процесса, а также для проведения различных предварительных расчетов в ходе экспериментальных работ.

Стадия анализа результатов экспериментальных исследований, при классической постановке задачи соответствует этапу получения математического отображения физико-химических законов поведения системы, т.е. построению математической модели процесса и проверки ее адекватности. При использовании же информационной технологии, основанной  на анализе неопределенностей, сюда же можно включить и оценку экономической эффективности перехода к пилотным установкам или полупромышленным испытаниям новой технологии при еще неполной адекватности математической модели. На этой стадии персональный компьютер должен применяться наиболее широко. Все расчеты по обработке экспериментальных данных, построение различных графиков по ним, методы приближения при расчетах различных констант легко могут быть реализованы с помощью ЭВМ, в то время как те же расчеты выполняемые с применением простейших вычислительных средств потребуют больших затрат труда и времени. Что касается построения математических моделей процесса, то его вообще невозможно полноценно реализовать без применения различных численных методов, использование которых без персонального компьютера практически невозможно (кроме самых простейших). То же самое можно сказать и об оценке экономической эффективности перехода к следующим этапам проектирования, построенной, в основном, на алгоритмах теории игр.

Этап аппаратурно-технологического проектирования, также выгоднее проводить с использованием ЭВМ, с помощью которой можно создавать и хранить библиотеки стандартных элементов (аппаратов, арматуры связи, элементов системы управления), соединять эти элементы между собой различным образом (на экране компьютера) и просчитывать работу построенной технологической цепочки.

Конечно, на рынке программного обеспечения можно подобрать прикладные программы и пакеты программ необходимые для автоматизации всех стадий лабораторных исследований, но это будет довольно большое количество пакетов, каждый из которых обладает своим интерфейсом пользователя (причем не обязательно стандартным) и, следовательно, требует отдельного времени на его освоение. Избежать трудностей, связанных с обучением пользователя-непрофессионала большому числу программ, связать воедино все основные этапы информационной технологии позволяет программа, которая в качестве составных частей имеет модули, предназначенные для выполнения всех или большинства перечисленных выше задач, и применяет единый стандартный интерфейс общения с пользователем. Такую программу можно назвать интегрированной системой.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что наиболее удачным способом сокращения затрат на лабораторные исследования и повышения качества и экономической эффективности исследовательских работ является создание на базеновой информационной технологии интегрированной справочно-вычисли-тельной системы химика-исследователя.

Она должна базироваться на применении стандартного интерфейса и включать в себя следующие модули:

-   база данных патентной и библиографической информации с возможностью поиска данных по темам, ключевым словам и фамили ям авторов;

-   база данных для хранения экспериментальных результатов с возможностью предварительной обработки и выборки данных для передачи их в другие модули на дальнейшую обработку;

-   система для построения графиков и вы дачи на печать различных таблиц с результатами;

-   диалоговая система подготовки экспериментальной информации для расчетов физико-химических констант и построения математи ческих моделей процесса;

-   библиотека подпрограмм реализации стандартных методов расчета для предыдущего модуля;

-   система предоставления подсказок по всем видам возможных работ, осуществляемых ИС.

Кроме того, возможно включение в нее небольшой экспертной системы, облегчающей выбор вариантов принятия решений.

Интерфейс пользователя это набор видимых и невидимых компонентов, при помощи которых пользователь взаимодействует с программой: вводит необходимые данные, загружает и сохраняет рабочие файлы, управляет последовательностью действий и т.д.

В настоящее время стандартом программной среды стала "Архитектура среды для разработки приложений"(8АА, Systems Application Architecture), разработанная фирмой IBM в 1988 году. Она предназначена для стандартизации всех аспектов разработки программ, включая пользовательский интерфейс, языки и инструментарий программирования, стиль кодирования, графику, окна, использование баз данных и протоколов телекоммуникаций. Часть этой архитектуры, отвечающая за взаимодействие программы с пользователем, называется "Единый доступ пользователя" (CUA, Common User Acces) и определяет правила по-ггроения интерфейса.

При стандартном представлении иинтер-[юйса экран компьютера делится на три части: юлоса действий с выпадающими меню, рабо-!ая область и статусная строка.

Полоса действий - это область экрана, в второй содержится список действий. Распола-ается она в верхней части экрана. При выборе акого-либо действия, оно либо выполняется ели не требуется никаких уточнений) либо из зго выпадает меню, уточняющее то, что необ-)димо сделать.

Рабочая область - это часть экрана, огра-гаенная сверху полосой действий, а снизу статусной строкой. В ней происходит основное действие программы, и размещаются объекты, с которыми работает пользователь.

Статусная строка располагается в нижней части экрана. В ней отображается различная справочная информация по текущему состоянию системы, краткие подсказки по выбранным пунктам меню и возможным вариантам действий.

Рассмотрим теперь конкретную структуру системы меню, реализующих необходимые в ИС химика-исследователя действия, ее представление на экране компьютера и взаимодействие с программными модулями.

Любая работа с интегрированной системы начинается с открытия файлов с хранящейся информацией, поэтому первым пунктом полосы действий является слово "Файл", обозначающее меню различных операций с файлами. Пока никаких файлов не открыто в полосе действий доступно еще только два пункта - "Сервис", с помощью которого можно менять различные внутренние установки (цвета экрана, количество строк) и вызывать калькулятор, и "Помощь", реализующий различные виды подсказок по работе системы.

Меню "Файл" содержит следующие операции:

-   "Создать", которая предназначена для создания новых файлов хранения таблиц обеих баз данных (библиографической и эксперимен тальной) и файлов шаблонов формы этих таб лиц. Данный пункт имеет подменю для выбора одной из этих альтернатив;

-   "Открыть", которая предназначена для открытия с целью дальнейшего использования одного из перечисленных выше видов файлов;

-   "Сохранить", которая предназначена для сохранения измененных в процессе работы файлов;

-   "Сохранить Как", которая предназначена для сохранения файла под другим именем. Этот пункт имеет подменю для выбора к какой из баз данных принадлежит файл;

-   "Закрыть", которая предназначена для закрытия файла. Если он был изменен в про цессе работы, то выдается запрос на сохранение его;

-   "Операции", которая предназначена для выполнения стандартных операций с файлами -

копирования, переименования, стирания, создания новых каталогов, сохранения всей системы или ее части в архиве и восстановления ее из архива;

-   "Выход в ДОС", которая предназначена для временного выхода из системы для выпол нения каких-либо непредусмотренных команд ДОС или выполнения других программ;

-   "Выход", которая предназначена для за вершения работы с интегрированной системой.

После открытия для работы какого-либо файла в полосе действий появляются новые

пункты, причем количество их будет разным для разных типов файлов, в зависимости от тех действий, которые возможны для данного типа файла.

Рассмотрим варианты работы пользователя в интегрированной системе с разными типами файлов. В системе имеется две базы данных, информация в которых представлена в виде таблиц. Форма этих таблиц (количество столбцов, их названия, ширина, тип данных содержащихся в них) может быть либо стандартной, например, для библиографического справочника, либо полностью определяемой пользователем (для экспериментальных данных). Следовательно, пользователь должен иметь возможность изменять шаблон, по которому создается таблица определенной формы. Это означает, что при открытии или создании файла-шаблона в полосе действий должен появиться пункт "Редактирование". Этот пункт будет давать доступ к меню различных операций редактирования, которое будет рассмотрено ниже.

Точно также пользователь должен иметь возможность изменять информацию, хранящуюся в таблицах баз данных, поэтому при открытии или создании библиографического справочника или таблицы экспериментальных данных этот пункт полосы действий также должен быть доступен.

Меню "Редактирование" дает возможность выбрать одну из возможных операций манипулирования информацией таблицы и содержит следующие пункты:

-    "Отметить", который используется для выделения информации для дальнейшего ее использования в других операциях. Он имеет следующие альтернативы - "Поле", для начала выделения ячейки в таблице, "Еще", для расши рения выделенной области, и "Строка", для выделения в таблице всей строки;

-    "Вырезать", с помощью которого выде ленная информация удаляется с экрана и поме щается в буфер;

-    "Скопировать", для копирования выде ленной информации в буфер без удаления;

-    "Вставить", вставка содержимого буфера в таблицу;

-    "Очистить", которая применяется для стирания информации в текущем поле или вы деленной области;

-    "Удалить", для удаления из таблицы це лой строки (записи).

Файл шаблона формы предназначен только для хранения информации необходимой для создания таблиц хранения информации пользователя в удобной для него форме. Следовательно, никаких действий с ним, кроме открытия, редактирования и сохранения, с ним производить не нужно. Поэтому полоса действий после открытия файла шаблона будет иметь следующие пункты: "Файл", "Редактировать", "Сервис" и "Помощь".

База данных патентной и библиографической информации, как уже было сказано выше, должна давать возможность организации различных запросов для поиска необходимой информации. Кроме этого, очевидна необходимость получения твердой копии выбранных сведений. Поэтому при открытии файла этой базы (файла справочника) в полосе действий должны появиться, кроме "Редактирование", пункты "Запросы" и "Печать".

При работе с базой данных экспериментальных результатов должна обеспечиваться возможность, как и для библиографии, поиска данных в базе и печать отобранной информации, но кроме того должна иметься возможность обработки отбранных данных (построения графиков, проведения аппроксимации, моделирования процесса). Следовательно, ко всем описанным выше пунктам полосы действий должна добавиться "Обработка".

Рассмотрим теперь операции, предоставляемые этими меню.

Меню "Запросы" должно обеспечивать организацию различных запросов на поиск необходимых данных и формирование списка результатов поиска. Оно содержит следующие пункты:

-    "Найти", предназначен для поиска запи сей, удовлетворяющих заданному условию, ко торое может быть простым (по одному полю) или сложным (сочетание условий для несколь ких полей). Этот пункт имеет следующие аль тернативы: "Первое", поиск первой записи, удовлетворяющей условию; "Следующее", про должение поиска по тому же условию; "Все", отбор всех записей, удовлетворяющих условию и занесение их в список;

-    "Заменить", операция для замены одних данных другими при выполнении сопутствую щего условия;

-    "Фильтр", оставляет видимыми на экране только те записи, которые удовлетворяют за данному условию. Немного похожа на действие "Найти.Все", но там составляется список запи сей, удовлетворяющих условию, и видны и те записи, которые не соответствуют условию, здесь же они скрываются, а список не состав ляется;

-    "Список", различные операции со спис ком записей: объединение, пересечение, допол нение двух списков, полученных по разным условиям, добавление в список и удаление из него отдельных записей, просмотр списка.

Меню "Обработка" предназначено для выбора конкретной работы с данными и имеет соответствующие пункты:

-    "График", для построения различных гра фиков по выбранным данным;

-    "Аппроксимация", который предназначен для проведения расчетов различных констант из экспериментальных данных по методам при ближения;

- "Моделирование", предназначен для создания математической модели исследуемого процесса.

Меню "Печать" предназначено для получения печатных копий результатов работы с интегрированной системой, что является одним из основных каналов вывода отчетной информации. Оно содержит следующие пункты:

-    "Печать", для установки направления печати (принтер или файл) и начала процесса распечатки отобранного мате риала;

-    "Параметры", который ну жен для установки различных параметров страницы и ее офор мления (длина, ширина, меж строчный интервал, верхние, нижние и боковые отступы, ну мерация, колонтитулы);

-    "Просмотр", он дает воз можность предварительного просмотра текста в том виде, в каком он будет напечатан, на экране компьютера;

-    "Принтер", позволяет вы брать принтер из набора стан дартных или добавить в этот набор свой, введя его название и основные управляющие после довательности.

Полная линия действий и общая структура меню изображена на рисунке 2. Причем реально на экране в любой момент времени может быть только одно выпадающее меню, а на рисунке изображены все и перекрывающие другие смещены вниз от своего нормального положения.

Взаимодействие описанной выше системы меню с программными модулями заключается в следующем: при выборе типа открываемого файла автоматически выбирается соответствующая база данных. Затем при помощи пунктов "Редактирование" и "Запросы" из полосы действий осуществляются основные виды работ для обеих баз - ввод, изменение, удаление хранимой информации, организация различных запросов. При помощи пункта "Печать" происходит взаимодействие баз данных и системы печати отчетной

информации. Пункт "Обработка" представляет выход диалоговой системы подготовки информации для расчетов, которая затем вызывает необходимые методы из библиотеки и производит с их помощью необходимые вычисления. Система подсказок может быть вызвана в любой момент через пункт "Помощь" либо нажатием клавиши F1.

Список литературы

1.    Беленький В.З. Оптимальное развитие производства при стационарно растущем спросе // Экономика и математи ческие методы - 1979. - № 4.

2. Богатиков В.Н. Определение оптимальных сроков окончания предпроектных исследований химико-техноло гических процессов на основе марковских цепей // В кн.:

Вычислительный эксперимент в исследованиях тех-нологи-ческих процессов и систем.- Апатиты: Изд-во Кольского науч. центра АН СССР, 1991. - С. 100 -102.

3. Богатиков В.Н. Оценка сроков перехода от предпроектных исследований к проектированию технологических процессов на основе метода теории статистических игр // В кн.: Вычислительный эксперимент в исследованиях технологических процессов и систем.- Апатиты. Изд-во Кольского науч. центра АН СССР, 1993.

- 4. Кафаров В.В., Перов В Л., Мешалкин В.П. Принципы математического моделирования химико-технологических систем. - М.: Химия, 1974.

5. Майн X., Осаки С. Марковские процессы принятия решений М.: Наука, 1977.

б.Дж. Фон Нейман, О. Моргенштерн. Теория игр и экономическое поведение.- М.: Наука, 1970.

7.Ховард Р.А. Динамическое программирование и марковские процессы.- М.: Советское радио, 1964.


Постоянный адрес статьи:
http://swsys.ru/index.php?page=article&id=1104
Версия для печати
Статья опубликована в выпуске журнала № 1 за 1995 год.

Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик: