Разработка экспертной системы для аналитического мониторинга особо чистых веществ

значительно возрастает за счет большей целенаправленности действий пользователя по извлечению информации из БД. Эти действия направляются заложенными в ЭС знаниями о рассматриваемой предметной области и в рамках данной ЭС могут быть легко изменены или дополнены в зависимости от требований пользователя.

Библиографические ссылки 1. Бессарабов A.M. Разработка информационных систем по конструкционным материалам в технологии особо чистых веществ / A.M. Бессарабов, В.П. Ефимова, A.B. Авсеев. - Пластические массы, 2000, № 1. - С. 26-31.

УДК 004.891: 661.11

Л.В. Трынкина, В.Е. Трохин, А.Г. Вендило, A.M. Бессарабов

Научный центр «Малотоннажная химия», Москва, Россия

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ АНАЛИТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОСОБО ЧИСТЫХ ВЕЩЕСТВ

Разработана экспертная система для выбора метода анализа особо чистых веществ. Описаны основные структурные элементы и порядок работы системы. Работа системы рассмотрена на примере аналитического мониторинга ассортимента органических растворителей особой чистоты с учетом основных методов анализа и аналитического оборудования.

The expert system was developed for the selection of the analysis method of high purity substances. The basic structural elements and operating procedure of system were described. Work of system was considered on the example of analytical monitoring of assortment of high purity organic solvents taking into account the basic methods of the analysis and analytical equipment.

Эффективное развитие науки и техники требует широкого информационного обеспечения для научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Недостаток информации особенно остро ощущается, когда дело касается приоритетных научно-технических направлений. Так как прогресс в этих областях во многом определяется уровнем производства химических реактивов и особо чистых веществ, то на это и должен быть направлен в первую очередь поток самой разнообразной информации. Коренное техническое перевооружение подотрасли химических реактивов и особо чистых веществ невозможно решать без использования автоматизированного аналитического мониторинга, а также системы управления на основе современных информационных технологий и экспертных систем (ЭС) [1].

Для создания экспертной системы аналитического мониторинга были проведены работы по следующим направлениям: классификация и систематизация имеющейся информации; разработка интерфейса с пользователем, создание и доработка программной оболочки ЭС; выработка системы понятий в рассматриваемой предметной области и определение множества правил, описывающих ее; заполнение базы знаний.

Основными элементами экспертной системы являются база знаний (БЗ) и некоторая специализированная программа (оболочка системы), позволяющая вносить изменения в базу знаний и проводить консультации на

основе имеющихся в ней правил. Оболочка в свою очередь включает четыре основные функциональные элемента: объявление и редактирование объектов, ввод и редактирование правил, проведение консультаций, подсистема объяснений полученных результатов.

База знаний состоит из двух частей: перечня объектов и базы правил. Объект - это специфическая единица информации ЭС, соответствующая некоторому понятию или явлению из предметной областии представляемому в машине в виде; объект-атрибут-значениеатрибута. Совокупность объектов какой-либо ЭС с некоторыми значениями их атрибутов называется рабочей памятью (РП) ЭС и является как бы машинным отображением рассматриваемой предметной области со всеми ее составными частями и их параметрами. В свою очередь база правил - это совокупность правил, описывающих отношениямежду объектами в РП. Прототипами этих правил можно считать взаимоотношение между предметами в реальном мире, закономерности, влияющие на их состояние и т.п.

Цель работы ЭС - проведение процедуры логического вывода (или процедура принятия решений). Процедура логического вывода - это процесс применения правил из БЗ к описанным в БЗ объектам. В левой части каждого правила задается условие, связывающее атрибуты объектов с конкретными значениями с помощью знаков >, <, = и логических выражений "и", "или". При истинности условия в левой части выполняется правая часть правила, которая представляет собой некоторое действие (например, изменение значения атрибутаодного из объектов, поиск во внешней базе данных, запрос к пользователю, вывод на экран результатов работы). ЭС с подобным способом представления и использования знаний называются системами с прямым просмотром. В них сначала анализируется условная часть, а затем выполняется некоторое действие. Также существуют системы с обратным просмотром правил, где сначала анализируются правые части правил и ищутся какие условия могли бы к ним привести (при каких значениях атрибутов объектов можно получить желаемый результат).

Все многообразие различных методов анализа занесено в базу знаний созданной экспертной системы. Подход к формированию правил в ЭС рассмотрим на примере анализа такого важного класса химических соединений как органические растворители.

Одной из особенностей ассортимента высокочистых растворителей является наличие разноплановых линеек продуктов, которые можно объединить по одному или нескольким признакам, обеспечивающим возможность широкого применения в аналогичных процессах, требующих изменения или оптимизации условий применения: кетоны с различными температурами кипения - ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон; ароматические углеводороды: бензол, толуол, о-ксилол (п-ксилол); спирты; петролейные эфиры, алифатические углеводороды. Особое место занимают бифункциональные растворители, проявляющие свойства различных классов соединений: моноэтаноламин (амин и спирт), этилцеллозольв (спирт и простой эфир), хлорпроизводные ароматических углеводородов, циклогексиламин (циклоалкан и амин), и др.

Учитывая разнообразие ассортимента органических растворителей, следует унифицировать по возможности методы аналитического контроля, аналогичные для различных классов соединений, а также принять во внимание то, что некоторые вещества часто присутствуют в других продуктах в виде примесей. Это может позволить сократить время анализа и упростить подготовку персонала, сделав ее более универсальной.

При этом необходимо отметить, что при кажущемся разнообразии требований к реактивам по перечню анализируемых примесей и их точности (от качественных испытаний до определения точности содержания с жесткими требованиями к статистической обработке результатов), вполне возможно не только выделение основных групп методов аналитического контроля (катионы металлов методом ISP-MC, газожидкостной хроматографии, жидкостной хроматографии, ионная хроматография, лазерной дифракции), но и их сочетание. Это позволяет судить о формах состояния примесей, что имеет большое значение при разработке экспертной системы.

Для информационного обеспечения ЭС была разработана база данных аналитических приборов, используемых в технологии получения химических реактивов и особо чистых веществ [2]. Все приборы были структурированы по 4-м основным кластерам показателей качества: содержание основного вещества, катионы металлов, анионы и взвешанные частицы. Для каждого потребителя существует свои требования к примесным характеристикам, и, например, такие примеси, как анионы, играют важную роль в современной промышленности. Содержание примеси анионов лимитируется на уровне 1-5 10-4 % масс. и существенно влияет на качество выпускаемой продукции в таких областях промышленности, как тонкий органический синтез, химический анализ, микроэлектроника и др.

Основными приборным методом анализа микропримесей анионов является ионная хроматография - разновидность ионообменной хроматографии, в которой разделяемые ионы определяют в проточном, как правило, кондуктометрическом детекторе. Из всей совокупности разработчиков только 3 производителя предлагают серии приборов: США (Dionex) - ICS 900, ICS-5000, ICS-1100, ICS-1600, ICS-2100, ICS-3000; Россия (НПФ Аквилон) -Стайер-CD, Стайер-А (Рис. 6-б), Стайер - портативный; Швейцария (Metrohm) - 850 Professional IC, 881 Compact IC pro - Anion, 881 Compact IC pro - Anion - MCS. Все остальные производители выпускают единичные марки ионных хроматографов: Россия, Химавтоматика, ЦветЯуза 03; Япония, Shimadzu- PIA-1000. Информация по каждому прибору включает в себя описание важнейших узлов и характеристик, необходимых пользователю (химику-аналитику) для выбора аналитического оборудования.

Экспертная система разрабатывалась на основе PDM STEP Suite, представляющей собой трехуровневую информационную систему, состоящую из сервера СУБД (Oracle Server 8.i), сервера приложений (Oracle Client 8.i & PSSOraSrv) и клиентского модуля (PSS). Клиентский модуль обеспечивает диалоговое взаимодействие с БД через сервер приложений. Трехуровневая архитектура обеспечивает эффективное распределение вычислительной нагрузки при одновременной работе большого числа пользователей.

Библиографические ссылки

1. Рябенко Е.А. Применение экспертных систем при выборе метода глубокой очистки и аппаратурного оформления / Е.А. Рябенко, A.M. Бессара-бов, О.В. Алексеева. - Высокочистые вещества, 1994, № 1. - С. 48-52.

2. Бессарабов А.М. Разработка базы данных аналитических приборов для CALS-системы компьютерного менеджмента качества химических реактивов и особо чистых веществ / A.M. Бессарабов, Л.В. Трынкина, В.Е. Трохин, А.Г. Вендило. - Промышленные АСУ и контроллеры, 2011, №11. - С. 45-56.

УДК 004.9: 625.768.6

A.B. Лобанова, А.Н. Глушко, A.B. Квасюк, A.B. Поляков, A.M. Бессарабов

Государственный НИИ химических реактивов и особо чистых химических веществ» (ФГУП «ИРЕА»), Научный центр «Малотоннажная химия» (НЦМХ), Москва, Россия

КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

ХИМИЧЕСКИХ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ДОРОЖНЫХ ПРОПИТОК

Для поддержания оптимального состояния муниципальной автодорожной инфраструктуры на основе современных CALS-технологий и информационного стандарта ISO-10303 STEP были разработаны компьютерные системы противогололедных материалов и пропиточных составов для дорожных покрытий.

To maintain an optimal state of the municipal road infrastructure computer systems of anti-icing materials and impregnating compositions for road surface were developed based on modern CALS-technologies and information standard ISO-10303 STEP.

Расширение сети автомобильных дорог, вызванное постоянным ростом автомобильного парка, увеличением объема грузооборота и перевозок пассажиров, предъявляет все более высокие требования к содержанию автомобильных дорог, а также обеспечению безопасности движения по ним. Решение этой проблемы связано с двумя комплексами задач: борьба с зимней скользкостью с применением противогололедных материалов (ПГМ) и поддержание дорожных покрытий в оптимальном состоянии с помощью специализированных пропиток. Для практической реализации этих задач создаются соответствующие муниципальные системы компьютерного менеджмента качества, осуществляющие системный анализ и выбор оптимальных ПГМ и дорожных пропиток.

Для автоматизации процедуры аналитического мониторинга химических ПГМ во ФГУП «ИРЕА» разрабатывается система компьютерного менеджмента качества (КМК-система). Разработка проводится на базе наиболее современной информационной системы компьютерной поддержки CALS-технологии (Continuous Acquisition and Life cycle Support непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта). Ввод, редактирование и анализ информации по различным показателям качества проводился в комплексе PDM STEP Suite Enterprise Edition (PSS-EE), на который нами была приобретена лицензия (APL-3451631-01).