автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Информационно-программная среда для разработки новых технологий и схем производства лекарственных форм

На правах рукописи

ШИШУЛИН ДЕНИС ВАСИЛЬЕВИЧ

Информационно-программная среда для разработки новых технологий и схем производства лекарственных

форм.

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2003 г.

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева.

Научный руководитель Научный консультант

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Меныпутина Н.В. профессор университета г.Базель, Швейцария, директор «Pharmacy Institute» Леунбергер Ганс

доктор технических наук, профессор Майоров A.A. кандидат технических наук, Матасов A.A.

Ведущая организация

- ОАО Химфармкомбинат "Акрихин",

Защита состоится "_"___ 2003 г. в__часов в

аудитории_на заседании диссертационного совета Д 212.204.03 в

РХТУ им. Д.И.Менделеева по адресу: 125047, Москва, А-47, Миусская пл.. д. 9

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автореферат разослан "_"_2003 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Бобров Д.А.

* 5 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность_проблемы. Мировая фармацевтическая

промышленность в последние годы переживает колоссальный подъем. Технологии, применяемые в этой отрасли, претерпевают революционные изменения, причем темпы появления новых разработок постоянно нарастают. Соответственно, столь бурно развивающаяся отрасль науки и производства требует практической реализации наработанного теоретического материала. С точки зрения промышленности реализация теоретических основ состоит в Создании нового оборудования, и, соответственно, новых технологических схем, использующих такое оборудование. Такое оборудование и технологии, в свою очередь, позволяют создавать фармацевтические препараты совершенно иного, чем прежде уровня. Новые препараты, продукты высочайших производственных технологий, действуют по принципиально иным схемам, гораздо более эффективны, имеют меньше побочных эффектов и учитывают воздействие лекарственного препарата на человеческий организм в целом.

Довольно продолжительное время Россия была практически изолирована от мировых информационных потоков. За счет этого сложилась ситуация, когда фармацевтическая промышленность нашей страны уже не может использовать сложившееся мировое информационное пространство, так называемую информационную среду фармацевтической отрасли. Невозможность использования накопленного опыта проистекает из ряда причин. Основными являются: отсутствие эффективных программно-информационных инструментов для работы со специализированной информацией и отсутствие четко структурированной, связной, логичной и доступной модели организации и управления такой информацией. Такая модель должна основываться на прочно зарекомендовавшем себя научном подходе, методах системного анализа, примененных к производственным процессам фармацевтической промышленности. Создание такой модели и соответствующих программно-информационных

I 1

библиотека

С.Пстербург гщ „

ОЭ

и актуальнейшей задачей, стоящей перед фармацевтической отраслью России на государственном уровне.

Полноценная система управления информацией, реализующая механизмы оперативного информационного обеспечения специалистов фармацевтических предприятий и экспертов данной отрасли, позволяет решать широкий круг прикладных задач. Расширение функциональности такой системы за счет включения в нее модулей моделирования, автоматизированного анализа и отбора данных, модулей коммуникации с другими пользователями такой системы, электронных справочных и расчетных систем представляет собой ключевой шаг к выводу фармацевтического производства на принципиально новый уровень конкурентоспособности и эффективности.

Основные научные исследования и сбор информации выполнены в соответствии с заданием Министерства промышленности, науки и технологии РФ № 41.700.12.0075 (от 10.04.2003) и Российско-Швейцарским проектом «Development of new courses and scientific work in the field of pharmaceutical education» (SCOPES program of Swiss National Science Foundation № 7IP 62613).

Цель работы. Основная цель работы заключалась в разработке научного обоснования для создания информационно-программной среды разработки новых технологий и схем производства лекарственных средств с последующей реализацией. Для достижения поставленной цели необходимо решение ряда следующих задач:

• выполнение классификации аппаратуры, технологий и средств производства лекарственных форм, используя методы системного анализа в приложении к технологиям, используемым фармацевтической промышленностью;

• разработка структуры информационных блоков, предназначенных для использования программными компонентами информационно-программной среды;

• разработка структуры базы данных среды, связывающей информационные блоки, используемые программными компонентами системы;

• разработка общей структуры среды с учетом современных требований к системам хранения и анализа информации;

• минимизация конечной стоимости создаваемой программно-информационной системы за счет использования свободно распространяемых компонентов, языков программирования и технологий хранения и визуализации данных.

Решение всех поставленных выше задач позволило создать оригинальную классификацию объектов фармацевтической отрасли -веществ, лекарственных форм, технологий фармпроизводства, промышленного и исследовательского оборудования - и воплотить ее в информационных и программных компонентах разработанной информационно-программной среды.

Научная новизна. Разработана оригинальная классификация объектов фармацевтической отрасли, основанная на результатах системного анализа информации по лекарственным формам, технологиям, применяемым в фармпроизводстве, промышленному и исследовательскому оборудованию, заключающаяся в одноосновной схеме связывания лекарственной формы, технологического процесса ее производства, оборудования, применяемого в таком процессе и произвольного количества дополнительной информации в единую информационную структуру.

Разработана оригинальная структура информационно-программной среды для специалистов фармацевтической отрасли, позволяющей пользователям или экспертам проводить научно-исследовательские и проектные работы по разработке новых технологий и схем создания лекарственных форм, отражающая реально сущестующие информационные и логические отношения между объектами фармацевтического производства.

Разработаны оригинальные структурные модели представления данных по оборудованию, технологиям и веществам, применяемым в реальных производственных процессах на предприятиях фармацевтической отрасли.

Разработаны алгоритмы управления программным комплексом системы, позволяющие пользователям или экспертам минимизировать затраты времени и ресурсов на поиск и анализ информации, а также организовывать простой одношаговый обмен информационными блоками.

Практическая значимость. Разработана информационно-программная среда, позволяющая значительно уменьшать временные и трудовые затраты на поиск информации для решения ряда задач, возникающих при разработке новых технологий и схем производства лекарственных средств. Создана отвечающая современным требованиям индустрии информационных технологий архитектура организации информации в информационных блоках среды. Использованные в качестве базовой технологи хранения и организации данных самодокументирующиеся форматы (ХМЬ/иМЬ) унифицируют процесс анализа, транспорта и конверсии данных при разработке новых технологий и схем производства лекарственных форм.

На основе разработанных программных и информационных модулей среды создан и запущен в эксплуатацию Шегпй-портал «Фармацевтика-онлайн», используемый в процессе обучения студентов фармакологических специальностей РХТУ им. Д.И. Менделеева. На сервере портала размещены материалы по технологиям производства лекарственных форм, оборудованию, стандартам производства, собрана нормативно-правовая и другая документация.

Предложенный принцип обработки данных, структурированных с использованием преимуществ самодокументирующихся форматов, в области технологии фармацевтических производств может быть реализован и для данных из других областей промышленности, в результате чего

разработанная среда приобретает дополнительную привлекательность в условиях рынка научных исследований.

Разработанная информационно-программная среда внедрена в РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на следующих конференциях: Международная конференция "Математические методы в химии и химической технологии <ММХ-11>", Новомосковск, 1997, "Process Control RIP-96", Pardubice, июнь, 1996, "International Meeting on Ghemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology ACEMA-97", Германия, Франкфурт-на-Майне, 9-14, 1997, Международная научная конференция «ММТТ-14», Смоленск, 2001, 15й International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA-2002, Прага, Чешская республика, 27-31 августа 2002, Международная конференция молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2002», РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, 2002, European Congress of Chemical Engineers (ECCE), Granada, Spain, 2003.

Результаты работы были продемонстрированы на презентации портала мультимедийного обучения для студентов фармакологической специальности РХТУ им. Д.И. Менделеева (1 апреля 2003 года). В настоящее время портал мультимедийного обучения введен в практическую эксплуатацию и используется при обучении студентов фармакологической специальности РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Публикации:

По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 учебных пособия, 1 авторское свидетельство (патент), 1 книга.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения и содержит _148 страниц основного текста, 51 рисунок, 9 таблиц. Список литературы включает 127 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы, поставлена цель работы, обоснован применяемый к решению проблемы подход.

В 1-й главе - литературном обзоре - представлен анализ информационной среды фармацевтической отрасли. Описаны основные отечественные и зарубежные источники информации о новых технологиях производства лекарственных средств, о разработанном и разрабатываемом оборудовании, применяемом в технологических процессах фармацевтических предприятий. Описываются также существующие базы данных и информационные системы, содержащие информацию о лекарственных веществах, технологиях производства лекарственных средств, производителях фармпрепаратов и оборудования, патентную информацию, статьи о передовых исследованиях в фармацевтической науке и технологиях производства лекарственных средств. Анализируются существующие классификации объектов фармацевтической технологии - лекарственных форм, лекарственных и вспомогательных веществ, производственного оборудования, технологий производства лекарственных средств.

Вторая часть обзора литературы посвящена описанию современных технологий организации и хранения данных, программных систем для обработки, анализа и хранения структурированной информации, таких как различные СУБД (Oracle, MS SQL Server, Informix, IBM DB2 и т.п.). Приводится краткое описание существующих программных пакетов, ориентированных на решение задач моделирования информации и иллюстрирующих современные тенденции и технологии построения информационных систем: MS IndexServer, Rational Rose.

В соответствии с целью работы и на основании выводов, сделанных в результате анализа литературы, была сформулирована постановка задачи и намечены этапы ее решения. На основании анализа существующих проблем предложена общая стратегия разработки информационно-программной

среды, построенной на модульном принципе и включающей в себя информационные модули, объединенные общей системной базой данных и программные компоненты-модули, выполняющие задачи анализа, отбора и рекомбинирования информации, хранящейся в информационных модулях среды.

Вторая глава посвящена описанию разработанных классификаций для лекарственных форм, оборудования и технологий, применяемых в фармацевтической промышленности, и воплощения этих классификаций в виде структуры информационных блоков среды и интегрирующей системной базы данных среды.

Далее последовательно описывается принятая за основу в рамках разработанной среды существующая международная классификация лекарственных форм (классификация по агрегатному состоянию) и разработанные классификации оборудования, процессов и технологий фармацевтической отрасли, базирующиеся на этой классификации производимых лекарственных форм. Последовательно выделяются классы лекарственных форм, такие как твердые, мягкие, жидкие и газообразные. Описываются разработанные модели данных, отражающие физико-химические, фармакокинетические и другие функциональные свойства веществ, входящих в состав лекарственных форм.

Существующее оборудование, применяемое при производстве лекарственных форм, классифицируется по признаку применимости при производстве тех или иных лекарственных форм. Разработанная классификация представлена на рис. 1.

Далее выделяются базовые технологические процессы и операции, имеющие место при производстве лекарственных форм и осуществляемые с использованием того или иного оборудования, такие как: подготовка сырья, первичная обработка, придание смеси лекарственных и вспомогательных веществ соответствующей формы, вспомогательные операции и операции финальной обработки.

Твердые

Мельницы:

Шаровая Стержневая Вертикальная шаровая Сита:

Вращательно-вибрационные

Вибросита

ОвИ

Осциллирующие Грануляторы:

Лресс-грануляторы Роторно-передаточные ПОС-грануляторы Комбинированные О Экструдеры: Шнековые

Радиально-продавливакдцие Роторно-цилицдрические Пресс-экструдеры Сушилки:

Распылительные

Вакуумные

Сублимационные:

- Ленточные,

- Туннельные

- Роторные,

- Полочные шкафы,

- Комбинированные Таблеточные машины:

Эксцентриковые Ротационные Таблеточные прессы Дражировочные котлы Блистер-машины Аппараты для капсулирования

Мягкие

• Устройства для плавления мазевых основ

• 2-х вальцовые смесители

• Реактора-смесители

• Жерновные мельницы

• Валковые мазетерки

• Гомогенизаторы-диспергаторы

• Гомогенизаторы клапанного типа

• Роторно-

пульсационные аппараты

• Ультразвуковые реакторы

• Устройства для изготовления суппозиторий

• Установки охлаждения суппозиторной ленты

• Машины обработки суппозиторной ленты (запайка, нарезка, кодировка, упаковка)

• Специализированные

Жидкие

• Мешалки:

- Якорные

- Планетарные

- Пропеллерные

• Роторно-пульсационные аппараты

• Коллоидные мельницы

• Излучатели:

■ Механические

■ Электромагнитные

■ Магнитострикционные

• Жидкостной свисток

• Моечные машины

• Сушилки для ампул

• Стерилизационные туннели

• Автоматы наполнения и пайки ампул

• Реакторы

• Дозирующие устройства

Газообразные

• Линии наполнения аэрозольных баллонов

• Автоматы для продувки

• Моечные машины

• Сушильные туннели

• Дозаторы

• Аппараты для изготовления кпапанно-распылительных устройств

• Аппараты для изготовления баллонов

• Оборудование для контроля качества

Рис. 1. Классификация оборудования по применимости при производстве лекарственных форм

На основании анализа большого количества данных об оборудовании и системах контроля качества лекарственных препаратов, предоставленных ведущими отечественными и зарубежными производителями оборудования и технологий для фармацевтических производств (Glatt GmbH, Gattefosse, Harke Group, Bosch, НИИХимМаш и др.), выделяются схемы взаимосвязи контролируемых свойств сырья и полупродуктов с параметрами выделенных ранее типовых процессов фармацевтического производства и свойствами веществ, входящих в состав лекарственных форм, описанных согласно разработанным моделям.

В третьей главе рассматривается структура информационно-программной среды для разработки новых технологий и схем производства лекарственных средств.

В первой части главы дается описание структуры разработанной информационной среды, приведенной на рис. 3, и ее баз данных.

Формулируются основные принципы организации информации в предметной области, специфика структуры данных фармацевтической промышленности, дается формализованное описание информационных блоков и алгоритмов их обработки. Делаются краткие выводы о необходимости наличия богатого набора программных компонентов разрабатываемой среды, формировании программного механизма по модульному принципу в силу разнородности информации и постоянной потребности конечных пользователей во все новых аналитических и экспертных возможностях среды.

Рис. 2. Структура информационной среды

Приводятся блок-схемы и описания разработанных алгоритмов формирования информационных объектов среды и информационных блоков, содержащих такие объекты.

Далее описывается логическая структура базы данных системы, выбор технологии реализации программного ядра системы, отображения, а также функциональность созданного на основе технологической связки препроцессора гипертекста PHP, РСУБД MySQL и web-сервера Apache, ядра среды и ее специализированных программных модулей (см. рис. 3).

Технологическая схема портала

МОДУЛИ (PLUG-INS)

ActiveX {PPT, FíashPlayer, MS MedlaPiayer) javaAppiets (модули расчета и олзОражетя PhysPharm)

Электронная документация . (компилированный HTML, PDF. LRW-модули)

WEB-СЦЁНАРИИ (SCRIPTS)

' добавление данных

' Изменение данных

■ удаление данных

• Поиск и отоор данных

• Контроль доступа к данным ' Статистика

• средства персональной и групповой коммуникации

■ связывание данных _ _

----- базовые награэлемия передачи ]

Рис. 3. Взаимодействие блоков программно-информационной среды

Приводится обобщенное описание структуры созданной информационно-программной среды в виде карты сервера, даются основные характеристики платформы реализации, описываются требования к аппаратной платформе. Описывается функциональность программных модулей среды, обеспечивающих возможности:

• создания новых информационных блоков без непосредственного программирования и конверсии исходных данных;

• осуществления отбора и анализа информации, размещенной в уже существующих блоках данных;

• осуществления связи с другими пользователями системы в режиме реального времени (чаты) или в режиме отложенного общения (форумы, электронная почта).

В результате применения объектного подхода при хранении информации, данные, структурированные разработчиками информационных блоков созданной информационно-программной среды, полностью готовы для реструктурирования (если это необходимо) конечным пользователем. На следующих этапах процесса разработки новых технологий и схем производства лекарственных форм такие данные могут использоваться в составе новых информационных блоков, описывающих ту или иную часть технологического процесса, аппарат или группу аппаратов в рамках технологического процесса, лекарственное средство или их совокупность. Вновь созданные информационные блоки обладают гораздо большей прикладной эффективностью, в силу гораздо более высокой концешрированности информации, актуальной в рамках конкретного процесса разработки.

На основании объективного анализа возможностей и реальной функциональности программных компонентов, объединенных в рамках разработанной структуры информационно-программной среды, делается вывод о соответствии характеристик разработанной программно-информационной среды сформулированным требованиям.

В четвертой главе приводятся примеры реального использования разработанной программно-информационной среды. Одним из примеров является решение задачи подбора максимально полной информации о процессе получения лекарственной формы препарата соматостатин, выполненное с использованием разработанной среды. Приводится последовательность стадий обработки информационных блоков разработанной системы при помощи соответствующих инструментов,

входящих с состав инструментария, параметры запросов и критерии отбора информации. Делается вывод о значительном сокращении времени, затраченного на поиск информации, и, соответственно, о реальной применимости разработанной системы для оптимизации процессов решения задач такого рода.

Кроме того, работа созданной программно-информационной среды показана на примере использования Мегпе^портала «Фармацевтика-онлайн» (см. рис. 4) в процессе обучения студентов фармакологических специальностей РХТУ им. Д.И. Менделеева.

ф| Главная страница-

Курс

оска объявлений

Учебные материалы

^Уведомления

Форум

1 ■ I Группы

II

И

Видео

Ссылки

Зона обмена

1= Пользовател 13

упражнения / Тесты

Описание

Чат

нструментарии системы

Управление содержимым

0разделов и доступом к материалам (авторы, менеджеры)

1 Администрирование _ системы

(только администраторы)

ггистика системы

Статистика курс

Рис. 4. Карта образовательного портала «Фармацевтика-онлайн»

Дается краткая характеристика образовательных и иных материалов, размещенных на сервере портала: материалы по технологиям производства лекарственных форм, оборудованию, стандартам производства, нормативно-правовой и другой документации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Основные результаты:

• Создан программно-информационный комплекс, решающий задачи информационного обеспечения специалистов, работающих в фармацевтической отрасли.

• Созданы модели представления данных, позволяющие эффективно организовывать информацию и успешно решать инженерные, проектные и иные задачи, стоящие перед пользователем.

• Разработан набор программных инструментов, помогающих конечному пользователю эффективно работать с информацией, применяемой в фармацевтической промышленности.

• Запущен в рабочую эксплуатацию интернет-портал «Фармацевтика-онлайн».

• С применением разработанной программно-информационной среды был проведен поиск и анализ информации по ряду реальных научно-исследовательских задач. В результате использования системы было значительно сокращено время поиска информации и трудозатраты на анализ и обработку полученных данных.

• Разработанная программно-информационная среда была внедрена в РХТУ им. Д.И. Менделеева.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Меныпутина Н.В., Пучков М.Н., Цуканов В.А., Шишулин Д.В. Прикладное программное обеспечение. Системы обработки и хранения информации. Учеб. пособие. - М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2002. -108 с.

2. Анализ, хранение и обработка информации в химической технологии / Н.В. Меныпутина, В.А. Цуканов, Д.В. Шишулин и др. Под ред. Н.В. Меныпутиной.- Калуга: Изд-во науч. и учеб.-методич. лит-ры, 2003.213 с.

3. Shishulin D.V., Avramenko G.V., Leuenberger Н., Gordeev L.S. Creation of multimedia education courses in pharmaceutics area / 15th International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA-2002, Prague, Czech Republic, Summaries 5,2002.- P .9.

4. Шишулин Д.В. Создание системы организации и поддержки мультимедийного обучения / Международная конференция молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2002».- М.: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева, 2002. — С. 50-52.

5. Шишулин Д.В., Мишина Ю.В., Меныпутина Н.В. Мультимедийные курсы обучения в области химической технологии и фармацевтики Учеб. пособие. — М.: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева, 213 е., в печати.

6. Shishulin D.V., Menshutina N.V., Gordeev L.S., Korsakov A.A. Information complex on application of membranes in biotechnology, Report "Process Control RIP-96", Pardubice, 1996,- Vol. 1.- P. 85-86.

7. Гордеев JI.C., Менынутина H.B., Шишулин Д.В., Корсаков А.А., Лебедев Е.О. Информационная система для расчета и оптимизации биотехнологических процессов с использованием мембран. / Международная научная конференция «ММТТ-10», Новомосковск, 1997.- Т. 3, секция 2,- С. 25-27.

8. Gordeev L.S., Menshutina N.V., Korsakov A.A., Shishulin D.V., Lebedev E.O. The information system for membrane-based processes / International Meeting on Chemical Engineering ACHEMA-97, Germany, Frankfurt-on-Main, 1997,- P. 36-38.

9. Меныпутина H.B., Гусева E.B., Лебедев E.O, Шишулин Д.В. Мультимедийный курс «Мембраны: применение и моделирование» / Мембраны, 2001,- №10,- С. 18-24.

Ю.Менынутина Н.В., Шишулин Д.В. Информационные технологии в образовании / Международная конференция «Математические методы в химии и химической технологии ММТТ-14», Смоленск, 2001.- Т. 4, секции 6-9.- С. 164-167.

11. Авторское свидетельство на программный продукт «Информационно-программная среда для разработки новых технологий и схем производства лекарственных форм», в стадии оформления.

Заказ _Объем 1,0 п. л._Тираж 100 як.ч.

Издательский центр РХТУ им. Д. И. Менделеева

» 15563

2оо?- А 15

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Источники информации в фармацевтической отрасли

1.2 Понятия и определения технологии фармпроизводств

1.3 Информационные объекты фармацевтической технологии

1.4 Существующие классификации объектов фармацевтической 22 технологии

1.5 Программные продукты для фармацевтической 28 промышленности

1.6 Технологии организации и хранения данных

1.7 Способы построения информационных систем

1.8 Презентационные технологии

1.9 Постановка задачи

2. АНАЛИЗ, КЛАССИФИКАЦИЯ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ 50 ИНФОРМАЦИИ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ

2.1 Системный анализ в фармацевтической технологии

2.2 Классификация лекарственных форм

2.3 Классификация технологий и оборудования 74 фармацевтических производств

2.3.1 Технологии и оборудование для производства 80 твердых лекарственных форм

2.3.2 Оборудование для производства мягких 85 лекарственных форм

2.3.3 Оборудование для производства жидких 86 лекарственных форм

2.3.4 Оборудование для производства газообразных 88 лекарственных форм

2.3.5 Вспомогательное оборудование (системы водо- и 89 воздухоподготовки)

3. СТРУКТУРА ИНФОРМАЦИОННО-ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ 91 ДЛЯ РАЗРАБОТКИ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СХЕМ ПРОИЗВОДСТВА ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ

3.1 Общая структура информационной среды

3.2 Алгоритмы формирования и поиска информации

3.2.1 Алгоритм формирования информационных объектов 93 фармацевтической технологии

3.2.2 Алгоритм формирования информационного блока 96 системы

3.3 Модели представления данных

3.3.1 Модель для твердых лекарственных форм

3.3.2 Модель для мягких лекарственных форм

3.4 Физическая структура базы данных по веществам, входящим 100 в состав лекарственных форм

3.5 Логическая структура базы данных системы

3.6 Выбор технологии реализации программного ядра системы

3.7 Технологическая схема информационной среды

3.8 Веб-сервер, препроцессор гипертекста, СУБД

3.9 Технологии отображения

3.10 Объекты информационной среды

3.11 Информация в базе данных среды

3.12 Модель взаимодействий объектов среды

3.13 Программные компоненты среды. Модули

3.14 Внешние модули

3.15 Функциональные возможности платформы

4 ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ 122 ИНФОРМАЦИОННО-ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ

• 4.1 Проектирование схемы производства лекарственного средства. Сбор и анализ данных

4.2 Обучение. Шете^портал «Фармацевтика-онлайн»

В настоящее время в условиях рыночной экономики фармацевтические заводы и фабрики нуждаются в оперативном получении информации, ее обработке и использовании результатов ее анализа в процессе своей деятельности. Разработка полноценной системы управления информацией в фармацевтических предприятиях представляет собой ключевой шаг к выводу производства на уровень международных стандартов.

Между тем, информатизация всех отраслей народного хозяйства, внедрение современных технологий управления информацией и продуктов, использующих такие технологии, является приоритетным направлением развития промышленности, что отражается рядом законодательных актов.

Фармацевтическим предприятиям в процессе функционирования необходимо создавать, использовать и пополнять информационные БД, объединяющие сведения о медицинских товарах, клиентах (поставщиках, покупателях, производителях), обеспечивая, таким образом, интеграцию полных и непротиворечивых данных о медицинских продуктах, их наличии или дефиците, о клиентах и о процессах передачи данных. Интеграция данных, в свою очередь, создает реальную технологическую поддержку принятия решений, анализа и маркетинга, учитывая необходимость информационного обеспечения основных этапов создания и разработки лекарственных препаратов: от поиска активного вещества среди известных и вновь синтезированных веществ, клинических исследований и регистрации лекарств до маркетинга нового лекарства.

Однако, разработка такого рода систем невозможна без существования четко определенной концепции информационного пространства отрасли. В настоящее время, понятие информационной среды трактуется исключительно как абстрактное воплощение так или иначе взаимосвязанных и структурированных информационных источников. Характерным примером информационной среды может являться сеть Internet. Однако, на примере той же глобальной сети Internet, существует огромное количество разнородной информации, и поиск нужной информации в такой среде является чрезвычайно трудоемкой и сложной задачей.

В связи с этим возникает проблема структурной упорядоченности и освоения накопленных запасов информации в данной области знаний, разработки эффективных схем организации данных — информационное пространство отрасли, а также специализированных программных инструментов, реализующих такие схемы - программных компонентов информационной среды.

Решение поставленных задач и создание комфортной, расширяемой и адаптируемой под решение различных прикладных задач, информационно-программной среды позволит существенно уменьшить затраты времени и труда специалистов, работающих над созданием технологий и аппаратуры для производства готовых лекарственных форм.

Основные научные исследования и сбор информации выполнены в соответствии с заданием Министерства промышленности, науки и технологии РФ № 41.700.12.0075 (от 10.04.2003) и Российско-Швейцарским проектом «Development of new courses and scientific work in the field of pharmaceutical education» (SCOPES program of Swiss National Science Foundation № 7IP 62613).

Основная цель работы заключалась в разработке научного обоснования для создания информационно-программной среды разработки новых технологий и схем производства лекарственных средств с последующей реализацией. Для достижения поставленной цели необходимо решение ряда следующих задач:

• выполнение классификации аппаратуры, технологий и средств производства лекарственных форм, используя методы системного анализа в приложении к технологиям, используемым фармацевтической промышленностью;

• разработка структуры информационных блоков, предназначенных для использования программными компонентами информационно-программной среды;

• разработка структуры базы данных среды, связывающей информационные блоки, используемые программными компонентами системы;

• разработка общей структуры среды с учетом современных требований к системам хранения и анализа информации;

• минимизация конечной стоимости создаваемой программно-информационной системы за счет использования свободно распространяемых компонентов, языков программирования и технологий хранения и визуализации данных.

Вышеперечисленные задачи решались в следующем порядке.

В первой главе - литературном обзоре - представлен анализ информационной среды фармацевтической отрасли. Описаны основные отечественные и зарубежные источники информации о новых технологиях производства лекарственных средств, о разработанном и разрабатываемом оборудовании, применяемом в технологических процессах фармацевтических предприятий. Описываются также существующие базы данных и информационные системы, содержащие информацию о лекарственных веществах, технологиях производства лекарственных средств, производителях фармпрепаратов и оборудования, патентную информацию, статьи о передовых исследованиях в фармацевтической науке и технологиях производства лекарственных средств.

В соответствии с целью работы и на основании выводов, сделанных в результате анализа литературы, была сформулирована постановка задачи и намечены этапы ее решения. На основании анализа существующих проблем предложена общая стратегия разработки информационно-программной среды, построенной на модульном принципе и включающей в себя информационные модули, объединенные общей системной базой данных и программные компоненты-модули, выполняющие анализ, отбор и рекомбинирование информации, хранящейся в информационных модулях среды.

Вторая глава посвящена описанию разработанных классификаций для оборудования и технологий, применяемых в фармацевтической промышленности, и воплощения этих классификаций в виде структуры информационных блоков среды и интегрирующей системной базы данных среды.

В третьей главе рассматривается структура информационно-программной среды для разработки новых технологий и схем производства лекарственных форм.

Дается описание структуры разработанной информационной среды, логической и физической структуры ее баз данных.

Приводятся блок-схемы и описания разработанных алгоритмов формирования информационных объектов среды и информационных блоков, содержащих такие объекты.

Описывается выбор технологии реализации программного ядра системы, отображения, а также функциональность ядра среды и ее специализированных программных модулей.

В конце главы делается вывод о соответствии характеристик разработанной программно-информационной среды ранее сформулированным требованиям.

В четвертой главе приводятся примеры реального использования разработанной программно-информационной среды. Одним из примеров является решение задачи подбора максимально полной информации о процессе получения лекарственной формы препарата соматостатин.

Кроме того, описывается работа созданной программно-информационной среды на примере использования 1п1егпе1>портала «Фармацевтика-онлайн» в процессе обучения студентов фармакологических специальностей РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автор выражает глубокую признательность всей команде исследователей, аналитиков, программистов — специалистов высочайшего уровня, помогавших ему в ходе данной работы. Отдельную благодарность автор выражает в адрес своего научного руководителя, профессора Меныпутиной Натальи Васильевны, выдающегося ученого и талантливого организатора, и своего научного консультанта, профессора Фармацевтического Института г. Базель (Швейцария) Ганса Ленбергера, предоставившего огромное количество информации в ходе работы и оказавшего неоценимые консультационные услуги.

1. Обзор литературы

Основные результаты:

• Создан программно-информационный комплекс, решающий задачи информационного обеспечения специалистов, работающих в фармацевтической отрасли. Данный комплекс составляет функционально законченную информационную среду пользователя, позволяющую ему, не прибегая к использованию сторонних средств, получать исчерпывающую информацию по всему циклу производства лекарственной формы.

• Созданы модели представления данных, позволяющие эффективно организовывать информацию и успешно решать инженерные, проектные и иные задачи, стоящие перед пользователем. Заложенная в созданных моделях направленность на легкое масштабирование и конверсию данных позволяет применять созданные на их основе информационные блоки в самых разных практических областях.

• Разработан набор программных инструментов, помогающих конечному пользователю эффективно работать с информацией, применяемой в фармацевтической промышленности. Модульная структура разработанной информационно-программной среды и использование открытых средств разработки позволило существенно снизить суммарную стоимость решения.

• Запущен в рабочую эксплуатацию интернет-портал «Фармацевтика-онлайн». С апреля 2003 года данный портал используется в процессе обучения студентов факультета технологии фармацевтических и косметических средств. Портал, и образовательные материалы, размещенные в его информационных блоках, пользуются большой популярностью у студентов, о чем свидетельствует постоянный поток информации в форумах данного портала и большое количество положительных отзывов от его пользователей.

С применением разработанной программно-информационной среды был проведен поиск и анализ информации по ряду реальных научно-исследовательских задач. В результате использования системы было значительно сокращено время поиска информации и трудозатраты на анализ и обработку полученных данных.

Разработанная программно-информационная среда была внедрена в РХТУ им. Д.И. Менделеева.

1. Нифантьев O.E., Мешковский А.П., Нифантьев Е.О. Аббревиатуры, термины и определения в сфере обращения лекарственных средств, (словарь-справочник) М.:УПЦ GMP, 2000

2. Береговых В.В., Мешковский А.П., Нормирование фармацевтического производства, М.:УПЦ GMP, 2001

3. Материалы семинара «Правила GMP как основа обеспечения качества лекарственных средств», Москва, 2001

4. Кондратьева Т.С. Технология лекарственных форм М.: Медицина 1991

5. Алюшин М.Т. Грицаенко И.С. Актуальные проблемы фармацевтической технологии М.: 1994

6. ОСТ 42-510-98, Правила организации производства и контроля качества лекарственных средств (GMP), от 01.07.2000

7. Г.Н. Грядунова. JI.M. Козлова. Руководство к практическим занятиям по заводской технологии лекарственных форм — М.: Медицина, 1986 г

8. Методические указания по организации и проведению санитарно-гигиенического надзора за строительством и эксплуатацией заводов, выпускающих продукты микробиологического синтеза, МУ 2.2.6.00099, от 01.01.1999

9. OCT 91500.05.001-00, Стандарты качества лекарственных средств. Основные положения, от 29.02.2000

10. Каталог производимого оборудования: Оборудование таблеточного производства, ООО «Гайот», http://gaiot.nm.ru/tab.htm, 2003

11. Аппараты для гранулирования и сушки таблеточных смесей в «кипящем слое» (СГ), // Каталог продукции, НПФ Фарммедоборудование, 2001

12. Оборудование таблеточного производства // Каталог, НПО Прогресс, 2000

13. Устройства для определения физико-механических характеристик таблетированных препаратов., // Каталог, НПО Прогресс, 2000

14. STN International. Базы по науке и технике. Международный центр научной и технической информации: М., 2000. 72 с.

15. Реестр лекарственных средств PJIC. М., 2002. 1504 с.

16. Каталог продукции, НПО Новые медицинские технологии, http://www.neomed.ru/main.html

17. Официальный сайт Glatt Industries Gmbh., http://www.glatt.de. http ://www. glatt.com

18. Официальный сайт корпорации BASF, http://www.basf.com

19. Официальный сайт корпорации Bosch, http://www.bosch.com

20. Официальный сайт компании Gedeon-Richter Co., http://www.gedeon-richter.com

21. Лекарственные средства в педиатрии. Фармакотерапия в педиатрии, под ред. академика РАМН В.А. Таболина, проф. А.Д. Царегородцева, 2001

22. Потребляемое сырье, классификация, стандарты и показатели качества, производители, научно-техническая документация. Сайт компании ООО «Фармакон», http ://www. farmakon .ru

23. Материалы семинара «Биологические методы контроля качества лекарственных средств. Правила GLP и некоторые аспекты проведения доклинических испытаний», ГНЦА, 2002

24. Производство лекарственных средств. Валидация: основные положения., http://www.gmp.ru/books, 2002

25. Нифантьев O.E., Производственная практика фармацевтической отрасли в вопросах и ответах: обучение персонала., М.:Медицина, 2002г., 155 с.

26. Фармакопейные стандарты и спецификации производителей, Ж.:Фарматека, 1997, №5, с. 3-8

27. Отраслевые стандарты в фармации и фармацевтическом производстве, http://www.gmp-pharmatech.ru/text.php?topic=ost4251098&part=2

28. Запросы на технологии в производстве лекарственных средств, хранения и переработки сельхозпродукции, актуализация на ноябрь 2001 г., http://www.sbras.nsc.ru/np/vyp2001/spros.htm

29. Рынок лекарственных средств в России в 2000 году., обзорная статья, http://www.aviaport.ru/news/MarketNews/16276.htm

30. Ягудина Р.Н., Международные тенденции в сфере производства лекарственных средств, доклад на симпозиуме «Актуальные проблемы разработки и производства отечественных лекарственных средств», Медико-Фармацевтический форум-2002, Москва, 2002

31. Центр фармацевтической информации, http://www.pharm.mos.ru/

32. Оборудование для химической и фармацевтической промышленности, Каталог 2003 год, http://www.kwark.ru/products/chemi.html

33. Классификация лекарственных средств, http://wsvw.infofor.ru/medicine/drugs/classr.shtml

34. Классификация лекарственных форм, http://www.infofor.ru/medicine/drugs/classform.shtml

35. Белоусов Ю.Б., Клиническая фармакология и фармакотерапия, М.:Триада-Х, 2000

36. Харкович Д.А., Фармакология, учебник, М.'.Медицина, 1993

37. Лепахин В.К., Белоусов Ю.Б., Моисеев В.Ф., Клиническая фармакология с международной номенклатурой лекарств, учебник, М.:ун-т Дружбы Народов, 1998

38. Соловьев В.Н., Фирсов А.А., Филов В.А., Фармакокинетика, руководство, М.:Медицина, 1993

39. Pharmacological Basis of Therapeutics, /Ed. Goodman A., Gilman, 1990

40. Сергеев П.В., Системы «узнавания лекарственных веществ»: актовая речь, М.:Рос. мед. ун-т, 1998

41. Лебедев А.А., Как создаются и действуют лекарства, Саратов:СГМУ, 2001, (http://www.issep.nssi.ru/iournaD

42. Коржавых Э.Л., Системы обеспечения лекарственными средствами за рубежом, М.:Фармация, 1998, №2, с. 4-7

43. Коряков В.Н., Биология антибиотиков растительного происхождения, СПб.:Наука, 1999, 162 с.

44. Gelucire 44/14: Prompt release and enhanced bioavailability, PF 96327, 2nd Edition, Gattefosse Corp. Press release, 2001

45. Eliasen H., Schaefer Т., Kristensen H.G., Effects of binder rheology on melt agglomeration in a high shear mixer, International Journal of Pharmaceutics, Vol. 176, 1998, pp. 73-83

46. Bowtle W.J., Liquid filling of hard gelatin capsules: a new technology for alternative formulations, Pharmaceutical Technology Europe, vol.10, №10, 1998, pp.84-90

47. Lowden К., Filling hard gelatin capsules: experience in a new environment, Pharmaceutical manufacturing review, vol.10, №5, 1998, pp. 27-29

48. Gelucire: Answering the need for enhanced bioavailability, PF 96327, 2-nd Edition, Gattefosse Corp. Information Brochure, 2001

49. In Focus, Glatt GmbH Technology applications overview, Glatt VK-In focus 11-99-2000, E-Lipp-Neuberger.Design, 2000

50. Glatt Sieve GSF for wet products, Technical documentation, GST GSF -0497 3000 E (DD), 2000

51. Universal Vacuum Dryer, Glatt Inox AG, Technical documentation, 2000

52. Tray Dryer GHT Type 200-600, Glatt GmbH Technical documentation, Equipment Catalogue, 2000

53. A breakthrough solution: The Glatt OPM system, Technical documentation,VK-OPM-06/98-1000-D-Die-MarketingFabrik, 2000

54. Multi-Pan-Coater. GMPC, Glatt GmbH, Technical documentation, VK-GMPC-06-00-1000- E-Lipp-Glockner.Design, 2000

55. Glatt Containment-Flap-Systems, Glatt GmbH, Product Information sheet, CF-0199-2000 E (DD), 2000

56. Glatt Laboratory services, Glatt GmbH., Information sheet, 10/96-E1000/BR

57. PCS Pneumatic Conveying Systems, Glatt GmbH, Technical documentation, PCS-03/00-1000 E - (HD), 2000

58. Clean Room Eng. Construction elements, Glatt Product Information sheet, CRE-Nov.99- lOOO-E-(W), 1999

59. Product Handling Systems, Glatt Product Information sheet, GST Dresden-Enfwurf Marz, 1996

60. Planning and Implementation of Turn-Key Plants, Glatt GmbH world-wide services informations, GIT/Turnkey-0297-2000 E-HD65.0R-0scillating Sieves, Glatt Product Information sheet, OR-5/97-lOOO-E (BR), 1997

61. Process Technology, Glatt GmbH Information Brochure, Image-08-99-1000-E, 1999

62. Glatt Sieve, Glatt Product Information sheet, GS-10/99-1000 E (BR), 1999

63. Vertical Granulators, Glatt Product Information sheet, VK-VG-05-00-2000-E,2000

64. Product Handling: Container Handling Systems, Glatt Product Information sheet, PH/CHS-04-2000-E-1000-BR, 2000

65. Fluid-Bed Processors for research and development, Glatt Product Information sheet, Lab Proc.03/99-1.600E

66. Glatt Multicell GMC. Semi-continuous operating, fully automatic plant for the production of granules, Glatt Product Information sheet, GMC November 99, 500E(MF), 1999

67. Fluid-Bed Systems, Glatt Product Information sheet,VK-WSG-05-2000-1500-E

68. Multi-Purpose Fluid-Bed Processing, GPCG Series, Glatt Product Information sheet, Glatt, 02/2000-1000E-BR, 2000

69. Solvent Recovery Systems, Glatt Product Information sheet, SRS-May-92-1000 E- S, 1999

70. Quick-Acting Stop Valve, Glatt Product Information sheet,QASV-0697-500E(S), 1997

71. GKF-700S Standard hard gelatine capsules filling and closing machine for powder and pellets., Robert Bosch GmbH., VWF-09.01-1.E-Bairle 89561 Dischingen, 2001

72. Drum Coating Systems, Glatt Product Information sheet, AG-GC-2000E-03-00, 2000

73. GKF-2000S Standard hard gelatine capsules filling and closing machine, Robert Bosch GmbH., VM-VEK 1- 8/01-Arnold, 73779 Deizisau, 2001

74. Cellets — Pellets aus mikrokristalliner Cellulose, Syntapharm Harke Group advertising materials, 2002

75. Шураков B.B. Автоматизированное рабочее место для статической обработки данных. -М., 199081 .Александр Печерский. Язык XML практическое введение. Часть 1 и 2.

76. Геннадий Берников. Технологическая эволюция корпоративных информационных систем, http://www.cfin.ru/vernikov

77. ЬЪ.Павел Хромцов. XML через призму программирования. журнал "Открытые Системы", #09-10/1999

78. Веселое В., Долженков А. XML и технологии баз данных. "Открытые Системы", №05-06/1999.

79. Ш.Кузнецов С. Объектно-ориентированные базы данных основные концепции, организация и управление: краткий обзор. http.7/www.citforum.ru/database/articles/index.shtml

80. Информационные системы и базы данных в фармацевтике. Прикладное программное обеспечение: Учеб. пособие/ Т.В. Мещерякова, Н.В. Меныиутина, C.B. Гончарова, Ю.В. Мишина, Г.Леуенбергер; РХТУ им. Д.И. Менделеева.- М., 2002. 92 с.

81. Меныцутиной.- Калуга: Изд-во науч. и учеб.-методич. лит-ры, 2003.213 с.

82. Shishulin D.V., Avramenko G.V., Leuenberger Н., Gordeev L.S. Creation of multimedia education courses in pharmaceutics area / 15th International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA-2002, Prague, Czech Republic, Summaries 5, 2002.- P .9.

83. Шишулин Д.В. Создание системы организации и поддержки мультимедийного обучения / Международная конференция молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2002».- М.: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева, 2002. С. 50-52.

84. Шишулин Д.В., Мишина Ю.В., Меныпутина Н.В. Мультимедийные курсы обучения в области химической технологии и фармацевтики Учеб. пособие. М.: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева, 213 е., в печати.

85. Шапиро Э.Л. Знания о мире и их информационные модели // НТИ. Серия 2. 1989. N9;

86. Цикритзис Д., Лоховски Ф. Модели данных. М., 1985

87. Уэно X., Исидзука М. Представление и использование знаний. М., 1989.9%.Shneiderman В., Kearsley G. Hypertext Hands-On!: An Introduction to a New Way of Organizing and Accessing Information. Addison-Wesley Publishing Company, 1989.

88. Мейер Д. Теория реляционных баз данных. М., 1987

89. Вейнеров О.М., Самохвалов Э.Н. Проектирование баз данных САПР. М., 1990

90. Челноков В.В., Мещерякова Т.В. и др. «Автоматизированная информационно-поисковая система STN International (для поиска химической информации).»- М.: ВИНИТИ, 2001. 92 с.

91. Руководство для пользователя ЦСБД ВИНИТИ РАН. М., 1996. -94 с.

92. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. UML-Руководство пользователя

93. Гудков П.Г. Рынок учебных компьютерных программ в 2001 году: тендеры и тенденции // Сборник трудов XI конференции «Информационные технологии в образовании» («ИТО-2001»). Часть III.—М.:МИФИ, 2001, стр. 131.

94. Постановление Правительства РФ №630 от 28.08.2001. О федеральной целевой программе «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы)» // http ://www. ed. gov.ru/ntp/fp/pfzp/progr .txt

95. Приказ Министра образования РФ №2040 от 31.05.2002 // http://www.ed.gov.ru/ntp/fp/pfzp/2040.doc

96. Бояринов А.И., Кафаров В.В. "Методы оптимизации в химической технологии", М-72, Изд. Наука, 487 стр.

97. Кафаров В.В., "Методы кибернетики в химии и химической технологии", М-71,"Химия", 496 стр.

98. Пекелис В. Кибернетика от А до Я. М., 1990.

99. Дмитриев В. Прикладная теория информации. М., 1989

100. Советов Б.Я., Яковлев С. А. Моделирование систем. М.:ВШ,1995.

101. Афанасьев К.Е. Создание единого информационного пространства и проблемы содержательного наполнения. // Регион: управление и информатизация. Кемерово: Кузбассвузиздат. 1995. — С.85-88.

102. Рахитов А.И. Россия в глобальном информационном процессе и региональная информационная политика //Проблемы информатизации.1. У -М.: 1993. Вып. 1-2.

103. Об информации, информатизации и защите информации. Федеральный закон от 20.02.95 №24-ФЗ.

104. Указ Президента РФ "Вопросы деятельности Комитета при Президенте РФ по политике информатизации" от 17 февраля 1994г. N328;

105. Указ Президента Российской Федерации "Об основах государственной политики в сфере информатизации" от 20 января 1994г. N170;

106. Баженова КЮ. Язык программирования Java М.: Диалог-МИФИ, 1997 - 288 с.

107. Норенков Ю.И., Михайловский О. В. Адаптивная автоматизированная обучающая система.//Конференция по искусственному интеллекту КИИ -94.C6-K трудов. Тверь, 1994.- С.72-76.

108. Booch G., Rumbaugh J.UML 1.1 Notation Guide http://www.rational.Cjm/uml. 1997

109. OMG Unified modeling language specification (draft). Version 1.3R9. http://www.rational. Com/uml/ 1999.

110. Booch G., Rumbaugh Jim, Jacobson Ivar. The unified modeling language user guide: — Addison-Wesley Publishing Co., 1999. 512 p.

111. Орлов С. Программные продукты поддержки презентаций. Computer World, № 39, 1995 г., стр. 28-31.

112. Тихонов А.Н., Иванников А.Д. Технологии дистанционного обучения / Высшее образование в России. 1994. - ЭЗ. - с.З - 10.

113. Российский портал открытого образования, http://www.openet.ru/126. Модель учебных объектов.http://ifets.ieee.org/periodical/vol22000/discusssummary0200.html

114. Сайт комитета стандартов обучающих технологий IEEE (Learning Technology Standars Commettee, Institute of Electrical and Electronics Engineers), http://ltsc.ieee.org/

115. Проект Learning Content Management System, http://www.e-connect-ed.com

116. S. Downes. Learning Objects: Resources For Distance Education Worldwide, http://www.irrodl.org/content/v2.1 /downes.html

117. Библиография no learning objects http://www.learnativitv.com/standresources.html

118. Система SourceForge: техническая база для организации и ведения сложных проектов со свободным участием людей со всего мира, http://sourceforge.net/