СПОСОБ И СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ СИНТЕТИЧЕСКИХ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1. Способ подготовки по меньшей мере одного синтетического многокомпонентного образца для моделирования биотехнологического и/или химического процесса с целью построения многомерных калибровочных моделей для систем мониторинга и/или многомерных систем контроля, обладающих повышенной робастностью, в котором подготавливают по меньшей мере один синтетический образец, имитирующий динамический процесс либо какую-либо конкретную стадию или вариацию этого процесса, и который включает следующие этапы:
подготовку статистических данных, относящихся к имитируемому динамическому процессу, для которого требуется подготовить по меньшей мере один синтетический образец, либо к его конкретной стадии или вариации,
создание матрицы D данных на основе статистических данных, относящихся к процессу,
определение множества основных растворов в матрице D данных,
определение основных растворов матрицы D данных, необходимых для имитации динамического процесса либо его конкретной стадии или вариации в пределах заданной дисперсии,
определение состава аналитов для необходимых основных растворов и соответствующего относительного количества необходимых основных растворов по матрице D данных,
создание матрицы S, содержащей определенный состав аналитов для необходимых основных растворов,
создание матрицы С, содержащей относительное количество необходимых основных растворов соответственно матрице D данных,
T
определение соответствия произведения матриц C×S матрице D данных в пределах заданного допуска,
определение относительного количества необходимых основных растворов, включенных в матрицу С для по меньшей мере двух моментов времени,
выполнение регрессии между относительным количеством необходимых основных растворов, включенных в матрицу С, и соответствующей временной
переменной статистических данных, относящихся к процессу, с использованием определенного относительного количества необходимых основных растворов для по меньшей мере двух моментов времени,
оценку, на основе регрессии, относительного количества необходимых основных растворов для по меньшей мере одного другого момента времени между упомянутыми по меньшей мере двумя моментами времени,
aug
создание расширенной матрицы C, зависящей от времени и включающей матрицу С и оцененные необходимые основные растворы для по меньшей мере одного другого момента времени,
причем упомянутые этапы выполняются в вычислительном узле, а способ также включает следующий этап:
создание по меньшей мере одного образца путем подбора необходимых основных растворов в соответствии с определенным составом аналитов.
T
2. Способ по п. 1, в котором в случае несоответствия произведения матриц C×S матрице D данных в пределах заданного допуска выполняют повтор следующих этапов:
определение основных растворов матрицы D данных, необходимых для имитации динамического процесса либо его конкретной стадии или вариации в пределах заданной дисперсии,
определение состава аналитов для необходимых основных растворов и относительного количества каждого необходимого основного раствора,
создание матрицы S,
создание матрицы С,
T
определение соответствия произведения матриц C×S матрице D данных в пределах заданного допуска.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором относительное количество необходимых основных растворов для создания матрицы С данных и/или состав аналитов для необходимых основных растворов, определенный для создания матрицы S, выбирают на основе логических и/или физических и/или химических ограничений.
i
4. Способ по п. 1 или 2, в котором выполняют разложение матрицы D данных на множество матриц D данных, каждую из которых подвергают индивидуальной обработке на каждом этапе, следующем за созданием матрицы D, предпочтительно в случае, когда установлено, что можно определить лишь основные растворы матрицы D данных, выполненные с возможностью имитации динамического процесса либо его конкретной стадии или вариации при значении дисперсии ниже заданного.
5. Способ по п. 1 или 2, в котором статистические данные включают по меньшей мере одно из следующего: определенные аналитическим путем значения состава компонент для динамического процесса либо его конкретной стадии или вариации, физическую информацию, технологическую информацию, данные, касающиеся по меньшей мере еще одной вариации процесса и соответствующие дополнительным экспериментальным и/или моделируемым циклам процесса при таких же или отличающихся технологических условиях, и/или в котором статистические данные систематизированы в матрице D в соответствии со временем протекания процесса.
6. Способ по п. 1 или 2, в котором определение необходимых основных растворов и/или определение состава аналитов для необходимых основных растворов, и/или определение относительного количества необходимых основных растворов по матрице D данных выполняют с помощью соответствующего хемометрического метода, в частности по меньшей мере одного из следующих хемометрических методов: метода факторной декомпозиции, в частности метода главных компонент (РСА), метода сингулярного разложения (SVD) или эволюционного факторного анализа и/или параллельного факторного анализа (PARAFAC), метода многомерного разделения кривых и чередующихся наименьших квадратов (MCR-ALS) и эволюционного факторного анализа.
7. Способ по п. 1 или 2, включающий предварительную обработку матрицы D, предпочтительно представляющую собой фильтрацию, более предпочтительно - использование по меньшей мере одного из следующего:
фильтра Савицкого-Голея, ядерного сглаживания, сглаживающего сплайна, скользящего среднего или взвешенного скользящего среднего.
8. Способ по п. 1 или 2, включающий подготовку по меньшей мере одного второго образца, выполненного с возможностью устранения коллинеарности между параметрами или аналитами, содержащимися в матрице D данных, с помощью одного из методов устранения коллинеарности.
9. Способ по п. 8, в котором метод устранения коллинеарности включает по меньшей мере одно из следующего: создание ортогонального плана экспериментов, произвольное добавление конкретных веществ по меньшей мере в один образец, программируемое добавление веществ, произвольное смешивание образцов или любую комбинацию из перечисленного.
10. Способ по п. 9, включающий создание третьего образца путем объединения образца с по меньшей мере одним вторым образцом.
11. Система генерации и обработки синтетических образцов для подготовки по меньшей мере одного синтетического образца, имитирующего динамический процесс либо его конкретную стадию или вариацию, содержащая:
вычислительный узел и
смесительный узел,
причем вычислительный узел содержит:
средство для подготовки статистических данных, относящихся к имитируемому динамическому процессу, для которого требуется подготовить набор синтетических образцов, либо к конкретной стадии или вариации этого процесса,
средство для создания матрицы D данных на основе статистических данных, относящихся к процессу,
средство для определения множества основных растворов в матрице D данных,
средство для определения основных растворов матрицы D данных, необходимых для имитации динамического процесса либо его конкретной стадии или вариации в пределах заданной дисперсии,
средство для определения состава аналитов для необходимых основных растворов и соответствующего относительного количества необходимых основных растворов по матрице D данных,
а смесительный узел выполнен с возможностью создания по меньшей мере одного образца путем подбора необходимых основных растворов в соответствии с определенным составом аналитов,
причем вычислительный узел также содержит:
средство для создания матрицы S, включающей определенный состав аналитов для необходимых основных растворов,
средство для создания матрицы С, включающей относительное количество необходимых основных растворов соответственно матрице D данных,
T
средство для определения соответствия произведения матриц C×S матрице D данных в пределах заданного допуска,
причем средство для определения соответствующего относительного количества необходимых основных растворов по матрице D данных выполнено с возможностью определения относительного количества необходимых основных растворов, содержащихся в матрице С, для по меньшей мере двух моментов времени, а вычислительный узел также содержит:
средство для выполнения регрессии между относительным количеством необходимых основных растворов, включенных в матрицу С, и соответствующей временной переменной статистических данных, относящихся к процессу, с использованием определенного относительного количества необходимых основных растворов для по меньшей мере двух моментов времени,
средство для выполнения оценки, на основе регрессии, относительного количества необходимых основных растворов для по меньшей мере одного другого момента времени между упомянутыми по меньшей мере двумя моментами времени, и
aug
средство для создания расширенной матрицы C, зависящей от времени и включающей матрицу С и оцененное необходимое относительное количество основных растворов для по меньшей мере одного другого момента времени.
12. Система по п. 11, содержащая измерительное устройство, имеющее по меньшей мере один датчик.
13. Система по п. 12, в которой по меньшей мере один датчик измерительного устройства выполнен с возможностью измерения по меньшей мере одного параметра непосредственно в пределах производственной линии в ходе динамического процесса, его конкретной стадии или вариации и/или в которой по меньшей мере один датчик содержит по меньшей мере одно из следующего: рН-зонд, датчик температуры, спектроскопический датчик или многоканальный прибор.
14. Система по любому из пп. 11-13, содержащая по меньшей мере одно регулирующее устройство, включающее по меньшей мере одну схему регулирования температуры и/или по меньшей мере одну схему регулирования рН.
15. Система по п. 14, в которой меньшей мере одно регулирующее устройство выполнено с возможностью воссоздания соответствующих условий динамического процесса либо его конкретной стадии или вариации.
16. Система по п. 14, в которой по меньшей мере одно регулирующее устройство выполнено с возможностью устранения коллинеарности между параметрами или аналитами, включенными в матрицу D данных, с помощью одного из методов устранения коллинеарности.
17. Система по п. 16, в которой по меньшей мере одно регулирующее устройство выполнено с возможностью устранения коллинеарности с помощью по меньшей мере одного из следующих методов устранения коллинеарности: создание ортогонального плана экспериментов, произвольное добавление
конкретных веществ по меньшей мере в один образец, программируемое добавление веществ, произвольное смешивание образцов или любой комбинации из перечисленного.
18. Система по любому из пп. 11-13, 15-17, содержащая аналитическое устройство, выполненное с возможностью проведения анализа по меньшей мере одного из основных растворов и/или по меньшей мере одного образца.
19. Компьютерный программный продукт, включающий один или несколько машиночитаемых носителей, содержащих выполняемые компьютером команды для осуществления этапов способа по любому из пп. 1-10.