Введение к работе
Актуальность. Исследования свойств полимеров в процессе их синтеза или разработки новых технологий их модификации предполагают регистрацию большого объема данных и использование специальных алгоритмов их анализа. Построение комплексной информационной системы позволяет автоматизировать процессы сбора и обработки экспериментальных данных и получать более точные и полные модели исследуемых объектов и явлений.
Анализ существующих автоматизированных систем научных исследований (АСНИ) в области химии и химической технологии полимеров показывает, что подавляющее их большинство посвящено автоматизации научных исследований физико-механических свойств полимеров в твердой и вязкотекучей фазах. Кроме того, в большинстве работ автоматизация выполнена только для отдельных этапов исследования.
Причинами этого является, во-первых, немногочисленность методов определения свойств полимеров в растворе в реальном времени. Современные методы, применяемые в лабораторной практике, не удовлетворяют требованиям оперативного контроля. Например, время оценки средней молекулярной массы (СММ), которое складывается из времени необходимого на отбор пробы, её приготовления и времени, затрачиваемого непосредственно на процесс измерения, исчисляется несколькими часами, что совершенно неприемлемо для оперативного контроля свойств полимеров.
Во-вторых, построение АСНИ - это сложный и трудоемкий процесс, связанный с обработкой разнородной информации. Техно-, логии построения систем данного класса требуют проведения системного анализа. Отсутствие методик системного анализа данных при построении АСНИ в области химии и химической технологии полимеров осложняет процесс разработки подобных автоматизированных систем и предоставляет неизученную нишу для теоретических изысканий в этой области..
Таким образом, разработка системных моделей АСНИ для создания автоматизированной системы научных исследований свойств полимеров в растворах с реализацией функции распознавания типа исследуемого образца являются актуальными и экономически обоснованными для современного производства и науки.
Цель работы - разработка автоматизированной системы научных исследований показателей качества полимеров в растворе с возможностью определения типа исследуемого образца
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
1.Разработка структурной, системной и информационной моделей АСНИ показателей качества полимеров в растворе.
-
Разработка аппаратного и информационного обеспечения АСНИ показателей качества полимеров на основе теплофизического способа определения молекулярных характеристик полимеров в растворах.
-
Выявление зависимостей показателей качества полимеров в растворе от параметров эксперимента, анализ чувствительности и точности эмпирических моделей, исследование области применения.
4.Выявление классификационных признаков и применение кластерного анализа для распознавания типа полимера по результатам экспериментального исследования.
5.Автоматизация распознавания типа полимера и определения его показателей качества
Для решения поставленных задач были использованы методы: системного анализа математического моделирования, моделирования потоков данных, проектирования баз данных, кластерного анализа теории множеств, математической статистики и эксперимент.
Научная новизна состоит в достижении следующих результатов.
1. Синтезирована структурная модель АСНИ показателей качества полимеров в растворе, отличающаяся наличием разделения подсистем АСНИ по классам функциональных особенностей.
2.Разработаны системная и информационная модели АСНИ показателей качества полимеров в растворе, отличающиеся наличием блока распознавания типа исследуемого образца.
3.Модернизирован теплофизический метод определения средней молекулярной массы полимеров в растворе, отличающийся учетом концентрации растворов при расчете средней молекулярной массы.
4. Разработана АСНИ свойств полимеров в растворе на основе
предложенных моделей.
Пракпгическую значимость составляют следующие результаты диссертационного исследования.
1. Полученная системная модель позволяет разрабатывать или модифицировать АСНИ в области исследования свойств полимеров в растворах, а предусмотренная в системной модели возможность описания с точки зрения различных видов декомпозиции дает возможность детализировать функции подсистем и выявить функциональные связи, и таким образом упростить процесс проектирования АСНИ.
2.Разработана автоматизированная система научных исследований показателей качества полимеров в растворе, которая позволяет интенсифицировать процесс получения результатов анализа типов полимеров и их свойств, что дает возможность использовать разработку в научно-исследовательских лабораториях предприятий химической и перерабатывающей отраслей, НИИ СК.
Реализация результатов работы. Разработанная автоматизированная система научных исследований показателей качества полимеров в растворе с возможностью распознавания их типов внедрена на предприятии ООО «Совтех».
Научно-техническая документация и программный модуль автоматизированной системы управления сбором и обработкой информации в реологических исследованиях растворов полимеров те-плофизическим методом переданы в Воронежский филиал НИИ СК для использования на стадии научных исследований.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях ММТТ-20 (Ростов-на-Дону, 2007 г.), ММТТ-21 (Саратов, 2008 г.), ММТТ-22 (Псков, 2009 г.), международных научно-практических конференциях (Воронеж, «Современные проблемы прикладной математики и математического моделирования», 2007 г., «Информационные и управляющие системы в пищевой и химической промышленности», 2009 г., «Проблемы и инновационные решения в химической технологии», 2010 г.)
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 10 работах, из них 2 статьи в журналах, реферируемых ВАК РФ, зарегистрировано программное средство в ВНТИЦ.
Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве, заключается в разработке системной и информационной модели АСНИ показателей качества полимеров в растворе, выявлении зависимостей показателей качества полимеров в растворе от параметров эксперимента, автоматизации научных исследований по распознаванию типов полимеров и определения их показателей качества.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных вьшодов, списка литературы и приложений.
(Материал изложен на 133 страницах, содержит 55 рисунков и 17 таблиц. Список литературы из 115 источников)
