Информационная система синтеза и автоматизации процедур внутрилабораторного контроля качества

Щелканов, Сергей Владимирович

Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Информационная система синтеза и автоматизации процедур внутрилабораторного контроля качества

кандидата технических наук: Щелканов, Сергей Владимирович
город: Томск
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.13.06

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Информационная система синтеза и автоматизации процедур внутрилабораторного контроля качества»

Автореферат диссертации по теме "Информационная система синтеза и автоматизации процедур внутрилабораторного контроля качества"

Щелканов Сергей Владимирович

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА СИНТЕЗА И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕДУР ВНУТРИЛАБОРАТОРНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)

2 5 НОЯ 2010

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2010

004613551

Работа выполнена в Национальном исследовательском Томском политехническом университете

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ -

доктор физико-математических наук профессор

Григорьев Владимир Петрович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук профессор Замятин Николай Владимирович (Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники)

кандидат технических наук доцент Дурновцев Василий Яковлевич (Северский технологический институт Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»)

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ -

Новосибирский государственный технический университет

Защита диссертации состоится «02» декабря 2010 в 1515 часов на заседании диссертационного совета Д 212.268.02 в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, ауд. 203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТУСУРа

Автореферат разослан « 26» октября 2010 г.

Ученый секретарь _ Р.В.Мещеряков

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Практически любое промышленное предприятие имеет в своей структуре аналитические лаборатории (АЛ). Целью АЛ является получение данных о химическом составе веществ и материалов, которые необходимы для материального производства, рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды, здравоохранения, научных исследований. Поэтому основной продукт, производимый лабораторией -информация в виде документа (протокола, отчета и т.п.) о содержании определенных компонентов в исследуемом веществе или материале. АЛ стремится к оперативному получению достоверных и воспроизводимых результатов.

АЛ проходят процедуру аккредитации для официального подтверждения качества получаемых результатов анализов. Аккредитованная АЛ обязана проводить процедуры внутрилабораторного контроля качества результатов количественного химического анализа (ВЛК) в соответствии с федеральным законом о техническом регулировании, что нередко сопряжено со сложностью расчетов и интерпретацией результатов. Кроме того, при проведении ВЛК лабораторией необходимо достижение компромисса между длительностью анализов и достоверностью их результатов. Поэтому автоматизация ВЛК становится для АЛ важнейшей составляющей их успешной деятельности.

Для автоматизации деятельности АЛ применяется специальный класс информационных систем - лабораторные информационно-управляющие системы (ЛИУС). Кроме того, на российском рынке существуют специальные программы, автоматизирующие ВЛК. Среди информационных систем класса ЛИУС только в ЛИУС «Химик-аналитик» реализован функциональный блока автоматизации ВЛК (ВЛК-1), отвечающий требованиям российской нормативной документации (МИ 2335-2003, ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002, РМГ 59-2003). До недавнего времени применение ВЛК-1 было достаточным, чтобы АЛ могла автоматизировать основные процессы в этой области. Опыт многолетней эксплуатации показал:

ВЛК-1 является самым востребованным среди пользователей ЛИУС; интерфейс ВЛК-1 хорошо воспринимается обслуживающим персоналом в лице химиков-аналитиков;

ВЛК-1 обладает высокой степенью адаптируемости под конкретные задачи АЛ.

Вместе с тем:

- непрерывно расширяется функциональный объем работ АЛ за счет приобретения более совершенного измерительного оборудования,

применения современных методик анализа, появления новой нормативной документации (НД);

- ряд АЛ применяет в своей деятельности по BJIK вычислительные процедуры (алгоритмы), не представленные в указанных НД, либо их модернизированные варианты;

- многие отрасли регламентируют процедуры BJIK своими НД;

- вступил в силу РМГ 76-2004 и ряд других НД, вызвавший необходимость модернизации некоторых прежних алгоритмов для BJIK.

Все это привело к тому, что функциональных возможностей BJIK-1 оказалось уже недостаточно для реализации всего спектра алгоритмов из НД и их различных модификаций.

Решить указанную задачу можно двумя способами. Первый способ состоит в доработке существующих функциональных возможностей программных средств автоматизации BJIK внедрением новых алгоритмов в программный код блока. Практика показывает, что этот подход будет иметь временный эффект, поскольку он не избавит от необходимости модификации логики блока в связи с возможностью последующего добавления или изменения алгоритмов.

Второй подход заключается в разработке программного инструмента, который с одной стороны позволит пользователю самостоятельно конфигурировать вычислительную последовательность алгоритмов контроля, с другой стороны автоматически интерпретирует сформированную последовательность и выдаст результат расчета. Таким программным инструментом может быть информационная система синтеза и автоматизации процедур BJIK. Используя этот инструмент, аналитик сможет самостоятельно создать именно тот алгоритм, который используется в конкретной лаборатории без вмешательства в программный код блока. Такой подход отличается гибкостью и позволит легко адаптировать функциональный блок автоматизации BJIK под меняющиеся задачи AJI и требования НД. Подход развит Шалыто A.A. и известен как автоматное программирование. Подход подразумевает представление последовательности расчета процедуры ВЛК как множества связанных автоматов.

Таким образом, актуальность работы заключается в разработке особой информационной системы по конфигурированию и интерпретации процедур BJIK, которая позволит синтезировать процедуры, соответствующие российской НД по BJIK, а с другой стороны оперативно внедрять новые и модернизировать старые алгоритмы сотрудниками АЛ.

Целью данной диссертационной работы является разработка методики проектирования и прототипа информационной системы, позволяющей синтезировать вычислительные процедуры внутрилабораторного контроля качества, регламентированные нормативными документами, и автоматизировать деятельность аналитических лабораторий в этой области.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:

1)провести обзор и анализ функциональных возможностей современных программных средств автоматизации ВЛК, представленных на российском рынке и выявить их достоинства и недостатки;

2)исследовать опыт эксплуатации существующего в ЛИУС «Химик-аналитик» функционального блока автоматизации ВЛК и сформулировать требования к разрабатываемым информационным системам;

3)провести комплексный анализ типовых процедур ВЛК, приведенных в российской нормативной документации, разработать на его основе обобщенную модель процедур ВЛК и выявить типовые элементы на обобщенном графе;

4)разработать концептуальную модель информационной системы прокладки маршрута на графе, позволяющую конфигурировать и выполнять процедуры ВЛК;

5)осуществить программную реализацию структуры информационной системы, провести его комплексное тестирование и внедрить в ЛИУС «Химик-аналитик»;

6)сконфигурировать множество процедур ВЛК, приведенных в исследуемых российских нормативных документах.

Объекты исследований

Автоматизированные информационные системы ВЛК в АЛ; процедуры ВЛК; функциональная и информационная модели информационной системы; функциональные блоки, модули и компоненты ЛИУС «Химик-аналитик».

Методы исследований

Для решения поставленной задачи используются методы теории графов, элементы теории формальных языков и автоматного программирования, методологии САБЕ-технологий функционального и информационного моделирования информационных систем. Разработка и реализация программного обеспечения комплекса базируется на современных подходах к программированию, хранению и обработке данных.

Научная новизна

1 предложена классификация процедур ВЛК, систематизирующая процедуры по задачам ВЛК, методам контроля, диапазонам выполнения измерений, отличающаяся от существующих включением не только процедур контроля, но и процедур проверки пригодности реактивов, проверки готовности лаборатории к применению методик анализа;

2)предложена оригинальная методика синтеза множества вычислительных процедур ВЛК посредством особых информационных систем, заключающаяся в конфигурировании последовательности расчета процедуры на обобщенном графе;

разработана схема элементарного конечного автомата и последовательности элементарных конечных автоматов;

4)впервые формализовано множество вычислительных процедур ВЛК из ряда российских нормативных документов в виде последовательностей конечных автоматов.

Значение для теории

Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для разработки моделей, методов математического моделирования и алгоритмизации множества любых альтернативных вычислительных процедур, выбираемых в соответствии с задаваемыми пользователем критериями.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Предложенная методика и сформированная на её основе модель информационной системы использованы при разработке и внедрении нового функционального блока автоматизации ВЛК (ВЛК-2) в структуру ЛИУС «Химик-аналитик». Обновленная ЛИУС позволяет аналитическим лабораториям:

• оперативно адаптироваться под меняющиеся требования НД в части алгоритмов ВЛК;

• автоматизировать комплексные испытания по всем алгоритмам, созданным средствами блока;

• значительно снизить влияние человеческого фактора в процессе ВЛК путем автоматизации сложных расчетов и наглядного представления результатов анализа.

Кроме того, разработанный функциональный блок обеспечивает стабильность основного критерия оценки деятельности АЛ - достоверности результатов анализа по всем предлагаемым в НД алгоритмам и любым их модификациям. Как следствие, принятие решений на основе достоверных данных позволяет избежать ошибок при проведении технологического процесса производства продукции или оказания услуги.

Положения, выносимые на защиту

1) разработанная классификация процедур ВЛК, позволяющая ускорить выбор оптимальной процедуры аналитиком в соответствии с задаваемыми критериями поиска;

2) предложенная методика синтеза множества вычислительных процедур, увеличивающая мощность автоматизируемого множества процедур ВЛК посредством синтеза большего количества его элементов. Разработанные на ее основе программно - алгоритмические обеспечения обрабатывают гораздо больше процедур ВЛК, чем обычные инкапсулирующие программно - алгоритмические обеспечения;

3) функциональная модель информационной системы синтеза процедур ВЛК, содержащая блок формализованного описания процедуры ВЛК последовательностью конечных автоматов, блок вычислений с ведением единого информационного пространства расчета и блок исполнительного

механизма, синтезирующего расчет по заданной последовательности конечных автоматов;

4) программно-алгоритмическое обеспечение синтеза и автоматизации вычислительных процедур BJIK, основанное на концептуальной имитационной модели и заключающееся в конфигурировании последовательности конечных автоматов.

Стенень достоверности результатов проведённых исследований

Анализируемые алгоритмы BJIK представлены в современных российских НД и актуальны для большинства российских аналитических лабораторий различной отраслевой направленности. Результаты автоматизации по альтернативным алгоритмам BJIK соответствуют результатам из НД.

Корректность и достоверность получаемых с помощью разработанного программно-алгоритмического комплекса данных подтверждена аттестацией на соответствие требованиям государственных стандартов, рекомендаций и отраслевого стандарта для атомной промышленности, а также фактом успешного внедрения и эксплуатации на двух предприятиях госкорпорации «Росатом», нефтегазодобывающих и муниципальных предприятиях.

Внедрение результатов работы

Новый блок автоматизации BJIK в структуре ЛИУС «Химик-аналитик» прошел аттестацию в ВНИИ НМ им. А.А. Бочвара на соответствие требованиям ОСТ 10289-2005 «Отраслевая система обеспечения единства измерений. Внутренний контроль качества результатов измерений» и эксплуатируется в AJI двух предприятий Госкорпорации «Росатом», ООО «Спецморнефтепорт Козьмино» ОАО «АК «Транснефть», ООО «Газпромнефть-Хантос», Бийский водоканал, ОАО «Салым Петролиум Девелопмент (Shell)».

Помимо этого, разработанный блок прошел аттестацию в Уральском научно-исследовательском институте метрологии, являющимся разработчиком основных НД по BJIK, на соответствие требованиям ГОСТ Р ИСО 5725-6-2000, РМГ 76-2004, Р 60.2.060-2008, РМГ 59-2003, ПНД Ф 12.10.1-2000, РМГ 58-2003 и ГОСТ 8.532-2002, что является официальным подтверждением достоверности получаемых блоком результатов и дает возможность применять разработку в любых аналитических лабораториях, проводящих процедуры BJIK по указанным НД.

Область исследований по паспорту специальности 05.13.06:

1) Автоматизация контроля и испытаний.

2) Формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизация модульных структур систем сбора и обработки данных в АСУТП, АСУП, АСТПП и др.

3) Средства и методы проектирования технического, математического, лингвистического и других видов обеспечения АСУ.

Публикации

Основные результаты работы отражены в 16 публикациях: в 4 журналах, которые рекомендованы перечнем ВАК; в 3-х отраслевых сборниках трудов;

в 2-х сборниках трудов конференций; в 1-м сборнике трудов всероссийской школы-семинара.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 82 рисунка. Приложение включает свидетельства об аттестации и результаты внедрений. Список литературы включает 108 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована проблемная постановка задачи, обосновывается актуальность работы, определены цель и задачи исследований, описаны пути решения.

В первой главе дается краткое описание места и задач аналитических лабораторий в структуре предприятий, определяется место и цели ВЛК в процессе деятельности АЛ, приводятся основные задачи ВЛК. Показано, что основное назначение ВЛК - контроль характеристик погрешности (случайной и систематической составляющих), с которой в лабораториях получают результаты анализов по методикам выполнения измерений.

На основе приведенных в РМГ 76-2004, ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002, РМГ 59-2003, ПНД Ф 12.10.1 алгоритмов была разработана классификация, систематизирующая алгоритмы по задачам, методам и видам в зависимости от контролируемых диапазонов выполнения измерений (рис. 1). Данная классификация расширила существующие путем дополнения перечня задач ВЛК и соответствующих им методов контроля из приведенных выше нормативных документов. Классификация необходима для исследования процедур решения различных задач ВЛК, а также позволяет ускорить выбор аналитиком подходящей процедуры для решения конкретной задачи контроля.

Проведя обзор основных программных средств автоматизации ВЛК, представленных на российском рынке (среди которых Q-Control, Lab5725X, STARLIMS, ЛИУС «Химик-аналитик», ЛИС «УниверЛаб» и др.), были выявлены общие проблемы, которые возникают перед всеми разработчиками подобных средств, среди которых наиболее остро стоит проблема автоматизации большого перечня процедур ВЛК из соответствующих НД.

Указанная проблема решалась в основном инкапсуляцией недостающих процедур в программный код информационных систем, что вело к усложнению их структуры, увеличению времени на тестирование, отладку и внедрение в АЛ и, в конечном итоге, к удорожанию совокупной стоимости владения таким программным средством.

Рис. 1. Классификация алгоритмов ВЛК

В данной работе был предложен другой подход проектирования и разработки программного средства автоматизации ВЛК, заключающийся в синтезе вычислительных процедур ВЛК с последующим их внедрением в процесс ВЛК АЛ. Подход известен как автоматное программирование и развит Шалыто А.А. Примеры применения автоматного программирования в информационных технологиях можно встретить повсеместно: средство конфигурирования последовательности выполнения программ Windows Workflow Foundation; средство разработки сайтов Microsoft FrontPage; генераторы отчетов Crystal Reports, FastReport; различные образовательные программы и др. Такое программное средство уже не является «черным ящиком» для пользователя, а выступает в роли понятного и гибкого инструмента для решения большинства задач в области контроля качества лаборатории. Применение такого инструмента также позволит решить задачу соответствия средства автоматизации ВЛК меняющейся НД - аналитик создаст все необходимые алгоритмы с помощью разработанного инструмента, протестирует их по примерам из НД и оперативно внедрит их в деятельность по ВЛК.

Отмечено, что функциональный блок автоматизации ВЛК (ВЛК-1) в структуре ЛИУС «Химик-аналитик» обладает возможностью программирования процедур контроля на встроенном интерпретационном языке, поэтому данный функциональный блок был взят за прототип разрабатываемой информационной системы.

Во второй главе приведено краткое описание архитектуры ЛИУС «Химик-аналитик», детально рассмотрены все элементы ВЛК-1. Изложен опыт эксплуатации ВЛК-1, определены его сильные и слабые стороны, выявлены составляющие, подлежащие модернизации.

ВЛК-1 был проанализирован с позиций системного подхода, исследованы его место в ЛИУС «Химик-аналитик» и взаимосвязь с остальными элементами системы, выявлены его составляющие - справочник «Алгоритмы контроля», интерпретатор расчетов и журнал «Контрольные процедуры». На основе системного анализа структуры и функций всех трех составляющих ВЛК-1 была сформирована схема расчетной последовательности блока (рис. 2). Видно, что расчетом управляют два конечных автомата для контрольных процедур и серии, взаимодействующие с одним объектом управления -интерпретатором расчетов.

Автомат контрольной процедуры (единичного эксперимента) состоит из следующих стадий:

- получение входных переменных (ВП) из введенных с клавиатуры констант и результатов анализов из базы данных;

- передача ВП и тела расчетной формулы (ФП) для выполнения в интерпретатор расчетов;

- интерпретатор расчетов возвращает процедуре результат расчета (РП).

Рис. 2. Схема расчетной последовательности контрольной процедуры и серии в ВЛК-1

Автомат серии контрольных процедур (ряд экспериментов) управляет более сложным расчетом:

- выполняются Ь автоматов контрольных процедур;

- интерпретатору расчетов передается тело расчетной формулы серии (ФС) с перечнем результатов по всем процедурам (РП);

- интерпретатор расчетов возвращает серии результат расчета (РС).

Интерпретатор расчетов является исполнителем инструкций, записанных

на внутреннем языки ЛИУС «Химик-аналитик» в ФП и ФС. Несмотря на то, что применение такого способа формализации процедур ВЛК является более эффективным по сравнению с инкапсуляцией логических конструкций в программном коде, этого оказалось недостаточно для формализации сложных вычислительных последовательностей, содержащих циклические и условные переходы, а также параллельные расчеты нескольких характеристик погрешности.

Учитывая наиболее существенные замечания и предложения, выявленные в ходе многолетней эксплуатации ВЛК-1 и принимая во внимание взятый за основу подход автоматного программирования, были сформулированы следующие требования к информационным системам синтеза и автоматизации процедур ВЛК:

1) реализовать возможность анализа сразу нескольких характеристик погрешности результатов анализа в рамках одной серии контрольных процедур в соответствии с РМГ 76-2004;

2) предусмотреть проведение анализа всех сформированных графиков контрольных карт Шухарта или кумулятивных сумм (визуального представления статистического анализа) в соответствии с ГОСТ Р ИСО 57256-2002 и РМГ 76-2004;

3) разработать возможность реализации сложных алгоритмов контроля, содержащих нелинейные вычисления (циклический пересчет, ветвления);

4) реализовать динамическое изменение количества контрольных процедур в расчете, а также настройку условий исключения и успешности процедур;

5) реализовать возможность настройки алгоритмов оценки характеристик погрешности результатов анализа.

При соотнесении указанных требований со схемой расчета ВЛК-1 было установлено, что двухавтоматная модель расчета не способна обеспечить выполнение требований 1, 3 и 5 как из-за невозможности описания двумя автоматами сложных алгоритмических конструкций, так и вследствие отсутствия корреляции между автоматами на информационном уровне. Следовательно, в разрабатываемых информационных системах необходимо модернизировать как схему конечного автомата, так и схему последовательности таких автоматов. Структуру информационных систем целесообразно оставить аналогичной структуре в ВЛК-1 (справочник «Алгоритмы контроля», интерпретатор расчетов и журнал «Контрольные процедуры») для обеспечения формализации (синтеза) и автоматизации процедур ВЛК.

В третьей главе была разработана методика автоматизации множества вычислительных процедур, основанная на конфигурировании и интерпретации вычислительной процедуры средствами особых информационных систем. Разработана обобщенная модель алгоритмов ВЛК на основе автоматного программирования и методов теории графов. Подробно описаны результаты моделирования таких систем.

Оригинальность предложенной методики состоит в использовании в качестве средства автоматизации информационной системы, предоставляющей пользователю функциональные возможности самостоятельно сконфигурировать процедуры ВЛК и проводить по ним контроль характеристик погрешности. В методике приведены рекомендации по последовательности проектирования и разработки таких информационных систем (рис. 3).

Применение методики заключается в обобщении исследуемого множества вычислительных процедур, определении критериев выбора конкретного элемента из этого множества, автоматизации формирования и расчета по вычислительным процедурам и предоставлении пользователю возможности выбора конкретной вычислительной процедуры для расчета в зависимости от задаваемых критериев.

На первом этапе необходимо соотнести два множества - множество вычислительных процедур и множество критериев их выбора.

На втором этапе необходимо исследовать типовые элементы множества вычислительных процедур для формирования обобщенной модели множества. Разработанная модель позволит выявить общие для вычислительных процедур элементы.

На третьем этапе необходимо определить корректный порядок элементов обобщенной модели для учета ограничений, накладываемых на вычислительные процедуры из исследуемого множества.

На четвертом этапе необходимо создать возможность формализованного описания вычислительной процедуры на основе обобщенной модели.

На пятом этапе в соответствии с используемым в данной работе подходом автоматного программирования необходимо предоставить каждому конечному автомату доступ к результатам расчета остальных автоматов, образовав единое информационное пространство расчета.

На шестом этапе необходимо реализовать управляющие автоматы, формирующие результат расчета процедуры. Таким образом, достигается автоматизация расчета по вычислительным процедурам.

На седьмом этапе необходимо разработать механизм выбора вычислительных процедур согласно задаваемым пользователем критериям.

Восьмой этап является завершающим и подразумевает формализацию вычислительных процедур из исследуемого множества с помощью разработанной обобщенной модели посредством реализованного на предыдущих этапах программного инструмента.

В данной работе последовательно выполняются все этапы предложенной методики с описанием полученных результатов на каждом этапе (шаге).

Предложенная на рис. 1 классификация является реализацией шага 1.

Рис. 3. Методика автоматизации множества вычислительных процедур

Анализ процедур ВЛК из предложенной классификации позволил разработать обобщенную модель алгоритма ВЛК на основе модели автоматизированного объекта управления из теории автоматного программирования. Модель представлена следующей шестеркой:

(х, у г, уо, <р, д),

где X = ХЕ х Х0 - конечное множество входных воздействий, причем каждое входное воздействие х состоит их компоненты хЕ, порождаемой внешней средой, и компоненты х0, порождаемой объектом управления; У - конечное множество управляющих состояний; 1 - конечное множество выходных

воздействий; у0 е У - начальное состояние; (р = {(р ,(р ) - функция

выходов (выходных воздействий) в состояниях (р' ; у -» I и функции

выходных воздействий на переходах ; х х У -> 2', 8 : X хУ у -

функция переходов.

Графически модель может быть представлена ориентированным графом (рис. 4). Каждый алгоритм имеет подмножество входов X' из множества входов X, подмножество состояний У из множества возможных состояний У, подмножество условных переходов В' из множества О и подмножество циклических переходов Ь' из множества Ь реализуют функцию переходов 8, подмножество выходов 1' из множества 2. Кроме того, существует набор критериев С' из всего перечня возможных критериев С, определяющий выбор того или иного алгоритма ВЛК. Построенный граф является обобщенной моделью множества допустимых алгоритмов, так что любой из множества алгоритмов может быть представлен как маршрут, прокладываемый на этом графе (шаги 2 и 3 предложенной методики).

Рис. 4. Методика автоматизации множества вычислительных процедур

На основе обобщенной модели были исследованы все алгоритмы из анализируемого множества. В результате выявлены шесть типовых элементов графа, из которых состоит любой алгоритм контроля: ввод данных, выражение, условие, цикл внутри состояния (меньший цикл), цикл по группе состояний (больший цикл), вывод результатов.

Базируясь на выводе о недостаточности описания расчетной последовательности алгоритма двумя автоматами (для расчета контрольных

процедур и расчета серии), полученном при анализе структурных элементов BJIK-1, была предложена новая концепция описания расчетной последовательности. Концепция заключается в декомпозиции единой вычислительной последовательности алгоритма на произвольное количество расчетных составляющих. Декомпозиция осуществляется по принципу как функциональной принадлежности расчета (расчет одной контрольной процедуры, либо комплексный расчет всех процедур), так и по блоковой структуре самого алгоритма.

Обоснована нецелесообразность применения традиционного математического моделирования при проектировании информационных систем, связанная со сложностью учета в исследуемом объекте слабоформализованных свойств, наличия корреляционных связей между большим числом переменных и параметров. Сделан выбор в пользу имитационного моделирования.

Концептуальная модель синтеза вычислительных процедур BJIK представлена двумя моделями: функциональной (CASE-методология IDEF0), представленной набором диаграмм, и информационной (CASE-методология IDEF1X), представленной схемами базы данных.

Ниже представлены ключевые элементы функциональной модели, соответствующие предложенной в данной работе методике проектирования информационной системы. Функциональное моделирование выполнялось с помощью CASE-средства AllFusion Process Modeler r7.

На рис. 5 отражено первое ключевое изменение, заложенное в идею конфигурирования и интерпретации алгоритмов контроля, а именно -создание структуры для хранения описания расчетной последовательности. Это является реализацией шага 4 разработанной методики автоматизации множества вычислительных процедур.

J Методики

Г1™5 Конфигурирование расчетных формул (шмвея А21 |

Рис. 5. Декомпозиция диаграммы «Конфигурирование расчетных формул»

Аналитик конфигурирует расчетную последовательность заполнением тел формул расчета контрольных процедур, серии и оценки характеристик погрешности (блоки 1, 2 и 3). При этом автоматически выполняется синтаксический разбор формул с помощью интерпретатора расчетов (передача входных данных в теле расчетной формулы). Результатом разбора является перечень переменных, который используется аналитиком при настройке переменных (задание входных и выходных переменных, определение порядка переменных на форме, описание назначения переменных) в блоке 4. При необходимости изменения количества контрольных процедур в ходе расчета аналитик настраивает условия исключения процедур из расчета и условия успешности (удовлетворительности) в блоке 5. При формализации сложных алгоритмов настраивается связь между формулами расчетной последовательности — задаются условия перехода (блок 6). Как правило, применение блока 6 необходимо для формализации нелинейного поведения расчетной последовательности, в том числе - с циклическим пересчетом ранее пройденных итераций.

Вторая ключевая особенность системы - включение в интерпретатор расчетов возможности формирования единого информационного пространства (рис. 6). Это является реализацией шага 5 разработанной методики автоматизации множества вычислительных процедур. Единое информационное пространство расчета формируется при запуске интерпретатора расчетов на вычисление формул журналом «Контрольные процедуры». Вычисление происходит итерационно по всем формулам, установленным в справочнике «Алгоритмы контроля», согласно условиям перехода.

Сохраненные в буфере переменные' ЭВМ

Вызов функций

Результат

расчета

итерации

NODE

TITLE:

Расчет по формуле

NUMBER:

А43

Рис. 6. Декомпозиция диаграммы «Расчет по формуле»

Каждая итерация состоит из нескольких стадий:

• определение расчетной формулы в соответствии с настройками алгоритма;

• разбор формулы по строкам с вычислением каждой строки формулы. При этом идет запрос к хранилищу функций для вызова предопределенных функций (например, значение характеристики погрешности методики анализа). В случае использование неинициализированной в данной формуле переменной идет обращение к единому информационному пространству расчета (блок 4) для получения её значения;

• после завершения вычислений по формуле значения всех переменных пополняют единое информационное пространство расчета с обновлением предыдущих значений, и формируется протокол результата расчета.

Циклическая обработка итераций расчетной последовательности - третья и последняя составляющая идеи конфигурирования и интерпретации алгоритмов ВЛК. Это является реализацией шага 6 разработанной методики автоматизации множества вычислительных процедур.

Декомпозиция блока итерационного перебора содержит 6 функций (рис. 7). Блок представляет собой большой цикл, условием выхода из которого является выполнение всех формул из настроек алгоритма. На каждой итерации выполняются следующие шаги:

1) определяется тип формулы в соответствии с настройками алгоритма (блок 1). Если формула принадлежит к типу процедур, то это служит сигналом к циклическому пересчету всех процедур в данной серии по этой формуле (блоки 2, 3, 4, 5 повторяются для каждой зарегистрированной в серии контрольной процедуры). Если формула принадлежит к типу серии или оценки характеристик погрешности, то блоки 2, 3, 4, 5, 6 выполняются один раз;

2) на основе формализованных данных для расчета подготовленные в предыдущих блоках структуры для хранения результатов расчета инициализируют входные переменные исходными значениями (блок 2);

3) блок 3 инициирует запуск интерпретатора расчетов, передавая на вход основные сведения об итерации - расчетную формулу, перечень переменных с инициализированными значениями входных переменных;

4) результат выполненной в интерпретаторе расчетов итерации поступает на вход блока 4, где в соответствии с настройками алгоритма проверяются условия исключения и успешности. В случае исключения контрольной процедуры на данной итерации в зависимости от настроек возможны два варианта: 1) данная процедура считается исключенной только для следующей итерации по агрегированному расчету (формула для серии или оценки); 2) данная процедура считается исключенной для всех следующих итераций. Такой подход предоставляет гибкую возможность автоматизировать различные по своему смыслу правила исключения. Например, при контроле стабильности по нескольким характеристикам погрешности исключение по

каждой характеристике (повторяемость, внутрилабораторная прецизионность, погрешность) должно проходить независимо друг от друга. И, наоборот, при оценке показателей исключенная контрольная процедура одного показателя не должна больше использоваться при расчете последующих показателей;

5) в блоке 5 на основании измененных атрибутов итерации (исключенная, неисключенная, удовлетворительная, неудовлетворительная) и результатов расчета формируется протокол расчета итерации, включающий расчетную и проверочную части;

6) на последнем шаге проверяются условия перехода на следующую итерацию (блок 6). Если условия перехода не были заданы и после данной итерации нет расчетных формул, то цикл завершается с передачей результатов расчета по всем итерациям блоку формирования общего протокола расчета.

40DE Т|Т1£: Итерационный перебор последовательности по NUMBER:

А522 расчетным формулам 1

Рис. 7. Декомпозиция диаграммы «Итерационный перебор последовательности по расчетным формулам»

Все описанные выше шаги выполняются автоматически средствами ЭВМ без привлечения аналитика.

Ниже проведено сопоставление сформулированных во второй главе задач с ключевыми элементами функциональной модели.

1. Анализ нескольких характеристик погрешности результатов анализа в рамках одной серии контрольных процедур реализуем благодаря двунаправленным изменениям. С одной стороны, разработана возможность использования произвольного количества расчетных формул для контрольной процедуры с настройкой условий исключения и успешности для

каждой расчетной формулы в справочнике «Алгоритмы контроля» (блоки 1, 2, 3, 5 на рис. 5). С другой стороны, реализована интерпретация этих условий в журнале «Контрольные процедуры» (блок 4 на рис. 7).

2. Анализ всех сформированных графиков контрольных карт Шухарта или кумулятивных сумм реализуем благодаря настройке свойств каждого графика контрольных карт в справочнике «Алгоритмы контроля».

3. Реализация сложных алгоритмов контроля, содержащих нелинейные вычисления (циклический пересчет, ветвления) стала возможной вследствие создания и ведения единого информационного пространства в интерпретаторе расчетов (блоки 3, 4 на рис. 6). Также этому способствовала реализация возможности установки условий перехода между расчетными формулами в настройке алгоритмов контроля (блок 6 на рис. 5) и обработке этих условий в журнале «Контрольные процедуры» (блок 6 на рис. 7).

4. Динамическое изменение количества контрольных процедур в расчете, а также настройка условий исключения и успешности процедур заложены в настройках алгоритма контроля в блоке 5 на рис. 5 и в реализации алгоритма в блоке 4 на рис. 7.

5. Для настройки алгоритма оценки характеристик погрешности результатов анализа в блоке 3 на рис.5 реализован отдельный тип формул для оценки, схожий по функциональным возможностям с типом формул для серии. Также дополнен процесс обработки полученных результатов при оценке характеристик погрешности.

Созданная функциональная модель отразила решение всех сформулированных во второй главе задач за счет реализации выявленных типовых блоков, составляющих любой алгоритм контроля. Средствами MS SQL Server 2005 создана информационная модель системы, представляющая собой схему базы данных и отражающая взаимосвязи основных сущностей нового функционального блока.

Таким образом, разработанные функциональная и информационная модели, в основу которых было положена предложенная концепция декомпозиции расчетной последовательности на произвольное количество составляющих, были использованы при программной реализации информационной системы синтеза процедур BJIK.

В четвертой главе рассмотрена программная реализация концептуальной и информационной моделей автоматизированной системы; отмечены особенности процесса интеграции с ЛИУС «Химик-аналитик»; проведены сравнительные испытания функциональных возможностей ВЛК-1 и ВЛК-2 по основным типовым алгоритмам из предложенной классификации.

Программная реализация выполнялось на языке Visual С++ с применением принципов объектно-ориентированного программирования (наследование, инкапсуляция, полиморфизм). В результате было написано приблизительно 30000 строк кода, характеризующих порядка 50-и классов сущностей. Работа велась с помощью современного средства разработки программных приложений: интегрированной среде разработки Microsoft

Visual Studio 2005 Professional. Выбор этого средства был обусловлен несколькими факторами:

1) программный проект ЛИУС «Химик-аналитик» создан с использованием Microsoft Visual Studio, поэтому применение каких-то сторонних средств разработки затруднило бы процесс тестирования и интеграции разрабатываемого функционального блока с основными модулями ЛИУС;

2) к моменту начала разработки наиболее стабильной была версия Microsoft Visual Studio 2005 с пакетом обновлений SP1.

ЛИУС «Химик-аналитик» является клиент-серверной системой. Сервером является система управления базами данных (СУБД). Причем в качестве СУБД могут выступать MS Access, MS SQL Server и Oracle. В данной работе реализация информационной модели осуществлялась на MS SQL Server ввиду того, что данная СУБД является относительно простой в развертывании и администрировании (по сравнению с Oracle), а также является именно серверной СУБД (в отличие от MS Access) с оптимизацией доступа по сети. В результате, была создана база данных, содержащая 22 таблицы с более чем 300 полями и реквизитами.

В ВЛК-2 пересмотрена роль расчетной формулы как структурной единицы в процессе конфигурирования и интерпретации алгоритма. Каждый алгоритм контроля теперь может состоять из произвольного количества конечных автоматов (а не из двух, как это было раньше). Схема элементарного конечного автомата показана на рис. 8.

Каждый конечный автомат (в терминологии ВЛК-2 - формула) инициируется расчетной последовательностью после перехода с предыдущей формулы и получает перечень входных переменных (ВГН). ВШ могут быть как из внешних источников, так из результатов предыдущих расчетов, которые сохраняются в едином информационном пространстве расчета.

Переход на i-j ю формулу

Данные из базы данных,

констант, предыдущих _вычислений

ИНТЕРПРЕТАТОР РАСЧЕТОВ

ЕДИНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРОСТРАНСТВО ФОРМУЛ

Переход на 11 ] ю формулу

Рис. 8. Схема элементарного конечного автомата в ВЛК-2 Далее ВГО вместе с телом формулы (Ф1) передаются интерпретатору расчетов, который возвращает результат расчета по формуле (РФ1) и сохраняет его в едином информационном пространстве расчета.

Для формулы типа «Процедура» производится проверка условий исключения и успешности (УШ). Если оказалось, что процедура в текущей формуле исключена, то в зависимости от настроек алгоритма, процедура либо

не учитывается в расчетах по всем следующим формулам, либо только в расчетах в рамках следующей формулы типа «Серия» или «Оценка».

На последней стадии расчетного потока автомата проверяется условие перехода (УГН), в соответствии с которым расчетная последовательность переходит на следующую формулу. Следует отметить, что следующая для расчета формула может располагаться как ниже (переход на г+/-ю формулу), так и выше текущей формулы в расчетной цепочке (переход на г-_/'-ю формулу), что обеспечивает реализацию циклического пересчета и ветвления.

Исходя из схемы элементарного конечного автомата, была составлена схема последовательности конечных автоматов для контрольных процедур, серии и оценки метрологических характеристик (рис. 9).

Рис. 9. Схема расчетной последовательности контрольных процедур, серии и оценки метрологических характеристик в ВЛК-2

Все М формул, задействованные в расчете Ь контрольных процедур, N формул для расчета серии и Я формул для оценки метрологических характеристик образуют формализованную последовательность расчета алгоритма ВЛК. Расчетная последовательность проходит по всем формулам согласно условиям перехода, указанным в настройке алгоритма и на выходе выдает сводный результат по каждой процедуре, серии и оценке метрологических характеристик.

Согласно шагу 7 разработанной методики автоматизации множества вычислительных процедур (см. рис. 3) в ВЛК-2 была разработана

функциональная возможность выбора алгоритмов ВЛК в зависимости от задаваемых пользователем критериев: тип алгоритма (задача ВЛК), контролируемая характеристика методики либо лаборатории, группа алгоритма (метод контроля), диапазон измеряемых концентраций.

После разработки прототипа информационной системы, его внедрения в структуру ЛИУС «Химик-аналитик», проведения тестирования и корректировок в соответствии с шагом 8 разработанной методики автоматизации множества вычислительных процедур была сформирована база алгоритмов ВЛК из основных нормативных документов. В результате было автоматизировано более 140 алгоритмов контроля. ВЛК-1, ввиду указанных во 2-й главе недостатков в его модели расчета, позволил автоматизировать только 57 алгоритмов. Превосходство ВЛК-2 над ВЛК-1 по автоматизированным алгоритмам является следствием гораздо более гибкой структуры разработанного функционального блока, в основе которой лежит многоавтоматная модель расчета.

В качестве примера реализации циклического пересчета и условных переходов представлены синтез и автоматизация расчета фрагмента одного из наиболее сложных алгоритмов в РМГ 76-2004 - «Контроль погрешности с использованием контрольных карт на основе применения контрольных проб» (пункт 6.3.5). Его программная реализация не была обнаружена ни в одном из средств автоматизации ВЛК из обзора.

Согласно пункту 6.3.5.4 и далее В.3.2.3 оценка показателя повторяемости результата анализа (случайной составляющей погрешности) осуществляется по следующему алгоритму:

Рассчитывается среднее арифметическое значение т1 и выборочная

дисперсия т1 результатов единичного анализа содержания компонента в /я-м образце для оценивания (00) по формулам:

т (!)

(2)

п-1 ' т = 1,..., А/;/= 1,...,.£.

На основании полученных значений выборочных дисперсий т1,..., ть в ти-м 00 определяется критерий Кохрена. Значение критерия Кохрена

^т(тах) рассчитывается по формуле:

т( шах )

_ Апах

Ей

и сравнивается с табл для числа степеней свободы ,

f= I

соответствующего максимальной дисперсии, и J , соответствующего числу суммируемых дисперсий, и принятой доверительной вероятности Р— 0,95

Если G,n(m^)>Gma6n> т0 процедура с соответствующей (S2m,)m^ из дальнейших расчетов исключается, а расчет повторяется для следующего

максимального по значению т1 и т.д. до тех пор, пока не выполнится:

С1 КС (4)

т( шах ) табл ' '

На рис. 10 показана настройка алгоритма по формулам (1)-(2) для каждой контрольной процедуры, а на рис. 11 настройка по формуле (3) для серии.

Видно, что по формуле «Процедура 3» для каждой контрольной процедуры определяется выборочная дисперсия при помощи встроенной в интерпретатор расчетов функции Dis:

SI 2 = Dis(X).

На этой же форме задаются условие динамического исключения процедур при расчете - равенство текущей дисперсии максимальному значению из всех дисперсий:

Исключить: S12 = Sl2max.

'Ш Алгоритмы контроля ВДК 2.0

Алгоритмы контроля ВПК 2.0

fîffffffSjBlj

i:"'"' ■■■<■'■'":" i:'.'.* И«'-'- ........! «*¡------1п1|-||

Наименование алгоритма: ¡Карта Ш у карт а погрешности g применением контропьиык проб (в ед_ изм. сод.) Свойства Формулы j Обработка j Оценка показателей |

Формулы

Процедура^

Серия1

Процедура2

Оценка 8ЯП

Карта Шухарта

Счетчик

Процедура 3

Серия 2

Процедура 4

Проверка бг>0

Проверка числа КП

Оценка

К=Ьгабя

1>1табл

0<«1/ЗД<=«табя

0>1/ЗД<=1та6я

0<=1/ЗД>1табя

0>1/ЗД>*табя

Дн»Дя

Дн=Дв и Дн=Дн

¡11

Обработка проаевдры С Обработка г.ещ

Формула:

= Do Хп = Х(Х) SI2 = Dis( X ) п = N("X") Sl2(max) = Sl2 512(сумма) = SI2 5l2max = ИзСерии("512"; 2)

Переменные

i Комментарий:

Хп SI2 Do

SI2(cyMMaJ n ► К

S I2(max)

Si2max

единица

единица?

Сатт

¡Результат контрольного измерения Номера для документов: | и |

Дополнительная текстовая метка: | Г СМ К

В серию: j В оценку:

Номер на форме: |3

ф Результат анализа f? Уникальная

Р/ Искл. последующие

[Иска."j jSÏ2 | - ~ ~ j

: :иш«г "i .

Рис. 10. Настройка алгоритма контроля по формуле процедуры При расчете серии по формуле «Серия 2» рассчитывается значение коэффициента Кохрена:

Стах = ПоМетодикеП(812(тах)/812 (сумма)), табличное значение коэффициента для текущего числа неисключенных контрольных процедур/и числа степеней свободы у:

Стабл - мтаблица(«Коэффициент Кохрена>>;/;у) и задается условие перехода на следующую формулу: _Если Стах <= Стабл то Процедура 4, иначе Процедура 3.

^Алгоритмы контроля В,ПК 2.0 1

Алгоритмы контроля ВПК 2.0

Поиск:!

Наименование алгоритма: | Карта Шухарта погрешности с применением контрольных проб (в ед. изм. сод.) Свойства Формулы | Обработка | Оценка показателей | Формулы_

Процедура! Серия1 Процедура2 Оценка В ЯП Карта Шухарта Счетчик Процедура 3 Серия 2 Процедура 4 Проверка бг>0 Проверка числа КП Оценка К=*табл 1>1табл

0<«1 /3.1<«1табя

0>1/ЗД<=*габл

0<=1/ЗД>1табя

0>1/ЗД>*табл

Дн=Дл

Дн=Дн

С" Обработ ка процеадры & Обрабшчйэ серии

Г Од

'г еяей

Формула:

У = 1

Стах=ПоМетодикеП( 512(тах)/512(сумма) ) Г = 1

V = цифры(п; О; 1) - 1

'Стабл=мтаблица("Коэффициент Кохрена"; у) Хер = Хп

Переменные

! Комментарий:

бшах V

бтабл

Б12{тах)

Б12[сумма)

Хер У

Хп

Значение критерия Кохрена Номера для документов: | Дополнительная текстовая метка: Г* Выводить значение на Форму

то | Прадевдра 4

\ . инa^

Рис. 11. Настройка алгоритма контроля по формуле серии Фрагмент результата расчета по данному алгоритму представлен на рис.

12.

Результаты обработки серим Б

Расчёты | Анализ серии | Карта погрешности |

===Счетчик=== У = 0 = 0 = 0

=Серия 2=== У - 1 - 1 - 1

Б там = П оМ етодикеП ( 512[так)У5|2(счмма) ) = ПоМегодикеП( 0.0002 / 0.00059018) = 0.34

I - Ц = 29 - 29

V = циФры[п; 0; 1) - 1 = 2.10344828 - 2 - 1

Бтабл = мтаблица("КаэФФициент Кокрена"; V) = МТАБЛИЦА( "Коэффициент Кокрена" ; 2Э .1 1 - 0.3

Хер = Хп = 0.10141379 = 0,10141379

-Серия 2=== у _ 1 _ 1 _ 1

Бтак = ПоМетодмкеП( Б12(так)/512(сдмма) ) = ПоМетодикеП( 0.00005 1 0.00039018) = 0.13 I = 1. = 28 = 28

V = цифры(п; О; 1) - 1 = 2.10714286 . 2 1

бтабл = мтаблицаС'КоэФФицмекг Кокрена"; Г; V) = МТАБЛИЦА[ "Коэффициент Кокрена" ; 28 ; 1 ) = 0.308

Хер =Хп = 0.10182143 - 0.10182143 ===Лроверкз бг>0===

бгл = Мл(Повторяемость Л; 3;Х; С) = Мл(Повторяемоеть Л; 3; Х;0.1 ) = 0.00785714 а = 0 = 0 = 0

Рис. 12. Результат расчета серии 23

Видно, что алгоритм совершил две итерации по формуле «Серия 2» с исключением одной контрольной процедуры, прежде чем условие (4) выполнилось.

Результаты внедрения ВЛК-2 продемонстрированы на примере Балаковской атомной станции (БалАЭС). В аналитической лаборатории «Группа оперативного контроля водно-химического режима 1-го контура» БалАЭС каждый месяц формируется 52 серии контрольных карт Шухарта для контроля стабильности получаемых результатов анализа каждого из четырех энергоблоков по следующим показателям: рН, натрий, железо, хлориды, нефтепродукты, борная кислота, гидразин, этаноламин, кремневая кислота, литий, калий, нитраты, медь.

Каждая серия содержит в среднем 30 контрольных процедур. Помимо расчета и регистрации каждой контрольной процедуры в конце месяца необходимо формировать и анализировать графики контрольных карт.

В среднем на расчет одной контрольной процедуры сотрудник лаборатории тратит 1.5-2 минуты. Поскольку параллельно ведется 52 серии, то суммарно расходуется 78 - 104 минут в день. За месяц данная процедура требует порядка 2340 - 3120 минут.

В конце месяца сотрудник рассчитывает параметры серии и формирует графики контрольных карт приблизительно за 5 - 10 минут. Далее следует анализ графиков в соответствии с нормативным документом РМГ 76-2004, занимающий около 10-15 минут. Для 52 серий данная процедура выполняется примерно за 780 -1300 минут.

В итоге за 12 месяцев работы для проведения контроля стабильности лаборатория тратит 37440 - 53040 минут или 78- 110 рабочих дней.

Внедрение ЛИУС «Химик-аналитик» с разработанным функциональным блоком ВЛК-2 на БалАЭС позволило существенно сократить время проведения процедур ВЛК.

Так, для формирования и расчета первой контрольной процедуры в серии тратится примерно 1 минута. Формирование всех последующих контрольных процедур в полуавтоматическом режиме (с помощью переноса общих регистрационных данных из опорной контрольной процедуры) происходит за 0.1 минуты. Формирование и анализ графиков контрольных карт одной серии занимают около 0.1 минуты. За месяц для 52 серий данная операция потребует около 208 минут.

За 12 месяцев работы для проведения контроля стабильности по всем сериям с помощью ВЛК-2 потребуется 2496 минут или 5 рабочих дней, что составляет всего 4.7 - 6.6 % от затрачиваемого до автоматизации времени.

Таким образом, внедрение ВЛК-2 на БалАЭС позволило:

добиться уменьшения времени расчета процедур ВЛК и интерпретации результатов более чем в 15 раз;

• значительно снизить влияние человеческого фактора на достоверность получаемых результатов (вся расчетная и аналитическая части

выполняются в ВЛК-2, успешно прошедшем две аттестации на соответствие получаемых результатов современным нормативным документам);

• обеспечить АЛ гибким инструментом синтеза вычислительной последовательности процедур ВЛК для решения вопроса получения достоверных результатов по модифицированным в будущем процедурам ВЛК.

С точки зрения критерия оптимальности ВЛК-2 можно оценить в трех направлениях: во-первых, оптимизация процесса ВЛК в АЛ по времени; во-вторых, оптимизация качества процесса ВЛК, подтвержденная как свидетельствами об аттестации разработанного функционального блока, так и фактом успешной эксплуатации на целом ряде промышленных и муниципальных предприятий. Если первые два направления характерны для большинства современных средств автоматизации ВЛК, то третье направление - мощность множества автоматизированных процедур ВЛК -характерно только для ВЛК-2. Так, по сравнению с ВЛК-1, являющимся до настоящего времени одним из лучших средств автоматизации ВЛК на российском рынке, мощность автоматизированного множества в ВЛК-2 возросла более чем в 2 раза.

Подводя итог, можно сказать, что разработанный функциональный блок ВЛК-2 позволяет автоматизировать сложные аналитические алгоритмы, подразумевающие как циклический пересчет любых участков алгоритма, так и выбор дальнейшей последовательности вычислений в зависимости от промежуточных результатов. Предоставляемая ВЛК-2 гибкость позволяет автоматизировать не только алгоритмы из существующих НД, но и дает возможность автоматизации будущих модификаций алгоритмов аналитического контроля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Разработана классификация типовых процедур ВЛК, подлежащих автоматизации. Предложенная классификация может быть использована для отнесения любого нового алгоритма контроля к определенному типу, группе, виду, что позволяет вести систематизированную обработку алгоритмов и выявлять способы их автоматизации.

2. Предложен новый подход для разработки средств автоматизации ВЛК, базирующийся на автоматном программировании. Предлагаемый подход вносит существенный интеллектуальный элемент как в процесс разработки, так и эксплуатацию программного продукта, поскольку объединяет опыт и знания разработчиков и пользователей.

3. Выделены три составляющие функционального блока, подлежащие изменению: справочник алгоритмов контроля; интерпретатор расчетов; журнал контрольных процедур.

4. Сформулированы основные требования к современным программным средствам автоматизации ВЛК, основанным на автоматном

программировании, суть которых заключается в автоматизации вычислений с циклическими и условными переходами и взаимосвязи всех этапов расчета процедур BJIK.

5. Разработана методика автоматизации множества вычислительных процедур BJIK, учитывающая критерии выбора конкретной вычислительной процедуры и использующая в качестве средства автоматизации информационную систему конфигурирования и интерпретации вычислительной процедуры BJIK.

6. Разработана обобщенная модель множества алгоритмов BJIK, представляющая ориентированный граф. Выявлены основные элементы графа, из которых состоят алгоритмы BJIK, включенные в классификацию. Реализация этих элементов в конфигураторе алгоритмов позволила формализовать алгоритмы BJIK из исследуемого множества.

7. Разработана функциональная модель информационной системы синтеза и автоматизации процедур BJIK, решающая сформулированные задачи. На её основе разработаны схемы элементарного конечного автомата и последовательности конечных автоматов, позволяющие выполнять сложные многошаговые алгоритмы с условными и циклическими переходами. Информационная модель системы реализована средством проектирования диаграмм на MS SQL Server 2005.

8. Разработан программно-алгоритмический комплекс по конфигурированию и интерпретации алгоритмов BJIK как новый функциональный блок ЛИУС «Химик-аналитик». Создано хранилище формализованных алгоритмов ВЛК, приведенных в современных нормативных документах, которые аккумулирует опыт интерпретации результатов аналитического контроля более чем по 200 объектам анализа в 250 лабораториях России.

Внедрение обновленной ЛИУС «Химик-аналитик» позволит аналитическим лабораториям оперативно получать достоверные и воспроизводимые результаты анализов, по которым можно будет принимать оптимальные управленческие решения.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1) Щелканов C.B., Терещенко В.А., Юнак А.Л. Сопровождение удаленного программного продукта ЛИУС «Химик-Аналитик» с использованием Web-технологий. Проблемы и пути решения. XIII международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технология», 26-30 марта 2007г. Труды в 3-х т. - Томск: Изд-во ТПУ, 2007 - Т.2, с. 477-479.

2) Щелканов C.B., Терещенко О.В., Юнак А.Л. Сопровождение удаленного программного продукта ЛИУС «Химик-Аналитик» с использованием Web-технологий. Понятие «претензия» как основа улучшения качества. XIII международная научно-практическая конференция

студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технология», 26-30 марта 2007г. Труды в 3-х т. - Томск: Изд-во ТПУ- 2007 -Т.2, с.479-481.

3) Сафьянов A.C., Терещенко А.Г., Янин A.M., Терещенко В.А., Юнак АЛ., Щелкаиов C.B. Пути повышения безопасности и надежности систем аналитического контроля // Автоматизация в промышленности.

2007. № 9. С.66-68.

4) Щелканов C.B., Терещенко А.Г, Вылегжанин О.Н. Применение методов инженерии знаний к анализу претензий пользователей лабораторной информационно-управляющей системы «Химик-аналитик». XIV международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технология», 24-28 марта 2008г. Труды в 3-х т. - Томск: Изд-во ТПУ- 2008 - Т.2, с.414-415.

5) Сафьянов A.C., Щелканов C.B., Юнак А.Л., Янин A.M. Место, перспективы и роль ЛИУС в структуре КИС предприятия // Всероссийская школа-семинар. «Лабораторные информационные системы: их роль в обеспечении требований стандартов и контроля качества измерений»: сборник трудов. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, -

2008. С.59-67.

6) Сафьянов A.C., Судакова Е.С., Терещенко В.А., Щелканов C.B., Юнак А.Л., Янин A.M. Управление программным проектом ЛИУС «Химик-аналитик»// Всероссийская школа-семинар. «Лабораторные информационные системы: их роль в обеспечении требований стандартов и контроля качества измерений»: сборник трудов. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, - 2008. С.77-87.

7) Сафьянов A.C., Терещенко В.А., Щелканов C.B., Юнак А.Л., Янин A.M. ЛИУС «Химик-аналитик» в облаках всемирной паутины //Всероссийская школа-семинар. «Лабораторные информационные системы: их роль в обеспечении требований стандартов и контроля качества измерений»: сборник трудов. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, - 2008. С. 161- 165.

8) Щелканов C.B. Проблемы и способы улучшения качества реакции на претензии клиентов ЛИУС «Химик-Аналитик» //Всероссийская школа-семинар. «Лабораторные информационные системы: их роль в обеспечении требований стандартов и контроля качества измерений»: сборник трудов. -Томск: Изд-во Томского политехнического университета, - 2008. С. 165- 167.

9) Щелканов C.B., Терещенко А.Г., Вылегжанин О.Н.. Применение методов кластеризации для анализа базы претензий ЛИУС «Химик -аналитик» // Технологии Microsoft в теории и практике программирования: сборник трудов VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск, 17-18 марта 2009 г. -Томск: изд-во Томского политехи, ун-та, 2009. С.79-81.

10) Арестова Е.С., Терещенко А.Г., Терещенко В.А., Щелканов C.B., Юнак А.Л. Комплексное решение задач автоматизации химико-

аналитических служб предприятий госкорпорации «Росатом» с помощью лабораторной информационно-управляющей системы «Химик-аналитик» // Материалы пятого научно-технического совещания «Проблемы и перспективы развития химического и радиохимического контроля в атомной энергетике» («Атомэнергоаналитика-2009»), 22-24 сентября 2009г. Сосновый Бор Ленинградской области. Сборник докладов. - СПб.: ВВМ, 2009. С.305-315.

11) Арестова Е.С., Терещенко А.Г. ,Терещенко В.А, Щелканов C.B., Юнак А.Л. Автоматизация химико-аналитических служб предприятий Госкорпорации «Росатом» с использованием лабораторной информационно-управляющей системы «Химик-Аналитик» // Отраслевая научно-практическая конференция молодых специалистов и аспирантов «Молодежь ЯТЦ: наука, производство, экологическая безопасность»: Сборник докладов. Железногорск ,9-12 ноября 2009 год, ФГУП «ГХК» - г. Железногорск: ФГУП «ГХК», 2009. С. 217-221.

12) Щелканов C.B., Терещенко А.Г., Юнак А.Л., Григорьев В.П., Вылегжанин О.Н. Концептуальная модель конструктора алгоритмов внутрилабораторного контроля качества результатов анализа // Автоматизация в промышленности. 2010. № 5. С. 63-65.

13) Щелканов C.B., Терещенко А.Г., Григорьев В.П., Вылегжанин О.Н. Разработка конструктора и интерпретатора алгоритмов внутрилабораторного контроля качества результатов анализа // Известия ТПУ. - 2010. - №5. - С. 162-168.

14) Сафьянов А.Т., Терещенко А.Г., Терещенко В.А., Щелканов C.B., Юнак A.JI. Место ЛИУС в системе класса MES и едином информационном пространстве предприятия // Автоматизация в промышленности, 2010. № 8. - С.50-52.

15) Арестова Е.С., Галкин С.А., Сандаков Р.Н., Терещенко А.Г., Ткачева М.Ю., Терещенко В.А., Щелканов C.B., Юнак А.Л. Лабораторная информационно-управляющая система «Химик-аналитик» на атомной станции с ВВЭР // Вторая Всероссийская научно-техническая конференция «СИБИРЬ АТОМНАЯ. XXI век»: Сборник докладов. Железногорск, 27-30 января 2010 год, ФГУП «ГХК» - г. Железногорск: ФГУП «ГХК», 2010. -С.246-250.

16) Арестова Е.С., Терещенко А.Г., Терещенко В.А., Щелканов C.B., Юнак А.Л. Эволюция функционального блока внутрилабораторного контроля в ЛИУС «Химик-аналитик» // Вторая Всероссийская научно-техническая конференция «СИБИРЬ АТОМНАЯ. XXI век»: Сборник докладов. Железногорск, 27-30 января 2010 год, ФГУП «ГХК» - г. Железногорск: ФГУП «ГХК», 2010.-С.251-254.

Подписано к печати 20.10.2010. Формат 604Î4/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 1,63. Уч.-изд. л. 1,47.

_Заказ 1720-10. Тираж 100 экз._

Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества iso9oot Томского политехнического университета сертифицирована

b ""'""' NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008

ИЗДАТЕЛЬСТВО W ТПУ. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел/факс: +7 (3822) 56-35-35, www.tpu.ru

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Щелканов, Сергей Владимирович

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ВЖ.

1.1. Место и роль ВЛК в процессе деятельности аналитической лаборатории.

1.2. Показатели качества методики выполнения измерений.

1.3. Составные элементы ВЛК, определение этапов планирования и организации ВЛК, систематизация алгоритмов ВЛК.

1.4. Обзор программных средств автоматизации ВЛК.

1.4.1. Специализированное программно-алгоритмическое обеспечение для контроля качества результатов анализа.

1.4.2. Лабораторные информационно-управляющие системы.

1.5. Проблема современных средств автоматизации ВЛК. Выбор и обоснование направления по разработке информационной системы синтеза процедур ВЛК.

1.6. Выводы.

2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ БЛОК АВТОМАТИЗАЦИИ ВЛК В ЛИУС «ХИМИК-АНАЛИТИК».

2.1. Краткий обзор архитектуры ЛИУС «Химик-аналитик».

2.2. Анализ связей основных элементов архитектуры ЛИУС «Химик-аналитик» с функциональным блоком автоматизации ВЛК.

2.3. Анализ структуры функционального блока автоматизации ВЛК в ЛИУС «Химик-аналитик»

2.3.1. Справочник «Алгоритмы контроля».

2.3.2. Журнал «Контрольные процедуры».

2.3.3. Интерпретатор расчетов.

2.3.4. Алгоритм работы функционального блока автоматизации ВЛК.

2.4. Опыт эксплуатации функционального блока ВЛК в ЛИУС «Химик-аналитик» в аналитических лабораториях.

2.5. Ограничения функционального блока автоматизации ВЛК в ЛИУС «Химик-аналитик»

2.6. Структурные элементы функционального блока автоматизации ВЛК, подлежащие модернизации.

2.7. Выводы.

3. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ СИНТЕЗА ПРОЦЕДУР ВЛК.

3.1. Методика автоматизации множества вычислительных процедур.

3.2. Анализ структуры основных алгоритмов аналитического контроля.

3.2.1. Алгоритм контроля приемлемости.

3.2.2. Алгоритм оперативного контроля.

3.2.3. Алгоритм контроля стабильности.

3.2.4. Алгоритм эксперимента по установлению показателей качества результатов анализа.

3.2.5. Обобщенная модель алгоритмов ВЛК на основе автоматного прогр аммир о вания.

3.2.5.1. Модель автоматизированного объекта управления.

3.2.5.2. Типовые блоки алгоритмов ВЛК.

3.3. Концепция декомпозиции расчетной последовательности.

3.4. Введение в проектирование информационных систем.

3.4.1. Выбор средств моделирования.

3.4.2. Методология функционального моделирования.

3.4.3. Методология информационного моделирования.

3.5. Моделирование информационной системы синтеза процедур В ЛЕС.

3.5.1. Функциональная модель.

3.5.1.1 Справочник «Алгоритмы контроля».

3.5.1.2 Интерпретатор расчетов.

3.5.1.3 Журнал «Контрольные процедуры».

3.5.2. Информационная модель.

3.6. Выводы.

4. ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА.

4.1 Разработка информационной системы.

4.1.1. Выбор и обоснование средств разработки.

4.1.2. Интерпретатор расчетов.

4.1.3. Справочник «Алгоритмы контроля».

4.1.4. Журнал «Контрольные процедуры».

4.1.5. Алгоритм работы нового функционального блока автоматизации ВЛК.

4.2. Интеграция в ЛИУС «Химик-аналитик».

4.3. Сравнение функциональных возможностей блоков автоматизации ВЛК.

4.3.1. Алгоритмы оперативного контроля.

4.3.2. Алгоритмы контроля стабильности.

4.3.3. Алгоритмы эксперимента по установлению показателей качества результатов анализа.

4.4. Алгоритм контроля погрешности с использование контрольных карт на основе применения контрольных проб.

4.5. Результат внедрения ВЛК-2 в аналитическую лабораторию.

4.6. Выводы.

Введение 2010 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Щелканов, Сергей Владимирович

Практически любое промышленное предприятие имеет в своей структуре аналитические лаборатории (АЛ). Целью АЛ является получение данных о химическом составе веществ и материалов, которые необходимы для материального производства, рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды, здравоохранения, научных исследований [1]. Поэтому основной продукт, производимый лабораторией — информация в виде документа (протокола, отчета и т.п.) о содержании определенных компонентов в исследуемом веществе или материале. АЛ стремится к оперативному получению достоверных и воспроизводимых результатов.

АЛ проходят процедуру аккредитации для официального подтверждения качества получаемых результатов анализов. Аккредитованная АЛ обязана проводить процедуры внутрилабораторного контроля качества результатов количественного химического анализа (ВЛК) в соответствии с федеральным законом о техническом регулировании [2], что нередко сопряжено со сложностью расчетов и интерпретацией результатов. Кроме того, при проведении ВЛК лабораторией необходимо достижение компромисса между длительностью анализов и достоверностью их результатов. Поэтому автоматизация ВЛК становится для АЛ важнейшей составляющей их успешной деятельности.

Для автоматизации деятельности АЛ применяется специальный класс информационных систем - лабораторные информационно-управляющие системы (ЛИУС). Кроме того, на российском рынке существуют специальные программы, автоматизирующие ВЛК. Среди информационных систем класса ЛИУС только в ЛИУС «Химик-аналитик» реализован функциональный блок автоматизации ВЛК (ВЛК-1), отвечающий требованиям российской нормативной документации (МИ 2335-2003 [3], ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 [9], РМГ 59-2003 [10]). До недавнего времени применение ВЛК-1 было достаточным, чтобы АЛ могла автоматизировать основные процессы в этой области. Опыт многолетней эксплуатации показал [11-15]:

- ВЛК-1 является самым востребованным среди пользователей ЛИУС;

- интерфейс ВЛК-1 хорошо воспринимается обслуживающим персоналом в лице химиков-аналитиков;

- ВЛК-1 обладает высокой степенью адаптируемости под конкретные задачи АЛ.

Вместе с тем:

- непрерывно расширяется функциональный объем работ АЛ за счет приобретения более совершенного измерительного оборудования, применения современных методик анализа, появления новой нормативной документации

ВД);

- ряд АЛ применяет в своей деятельности по ВЛК вычислительные процедуры (алгоритмы), не представленные в указанных НД, либо их модернизированные варианты;

- многие отрасли регламентируют процедуры BJIK своими НД;

- вступил в силу РМГ 76-2004 [16] и ряд других НД [17], вызвавший необходимость модернизации некоторых прежних алгоритмов для BJIK.

Таким образом, актуальность работы заключается в разработке особой информационной системы по конфигурированию и интерпретации процедур ВЛК, которая позволит синтезировать процедуры, соответствующие российской НД по ВЛК, а с другой стороны оперативно внедрять новые и модернизировать старые алгоритмы сотрудниками АЛ.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:

1) провести обзор и анализ функциональных возможностей современных программных средств автоматизации BJIK, представленных на российском рынке и выявить их достоинства и недостатки;

2) исследовать опыт эксплуатации существующего в ЛИУС «Химик-аналитик» функционального блока автоматизации BJIK и сформулировать требования к разрабатываемым информационным системам;

3) провести комплексный анализ типовых процедур ВЛК, приведенных в российской нормативной документации, разработать на его основе обобщенную модель процедур ВЛК и выявить типовые элементы на обобщенном графе;

4) разработать концептуальную модель информационной системы прокладки маршрута на графе, позволяющую конфигурировать и выполнять процедуры ВЛК;

5) осуществить программную реализацию структуры информационной системы, провести его комплексное тестирование и внедрить в ЛИУС «Химик-аналитик»;

6) сконфигурировать множество процедур ВЛК, приведенных в исследуемых российских нормативных документах.

Объекты исследований

Методы исследований

Научная новизна

1) предложена классификация процедур ВЛК, систематизирующая процедуры по задачам ВЛК, методам контроля, диапазонам выполнения измерений, отличающаяся от существующих включением не только процедур контроля, но и процедур проверки пригодности реактивов, проверки готовности лаборатории к применению методик анализа;

2) предложена оригинальная методика синтеза множества вычислительных процедур ВЛК посредством особых информационных систем, заключающаяся в конфигурировании последовательности расчета процедуры на обобщенном графе;

3) впервые разработана концептуальная имитационная модель информационной системы синтеза процедур ВЛК, основанная на автоматном программировании и включающая набор диаграмм методологии функционального моделирования. На основе концептуальной модели разработана схема элементарного конечного автомата и последовательности элементарных конечных автоматов;

4) впервые формализовано множество вычислительных процедур ВЛК из ряда российских нормативных документов в виде последовательностей конечных автоматов.

Значение для теории

Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для разработки моделей, методов математического моделирования и алгоритмизации множества любых вычислительных процедур, альтернатива выбора которых зависит от задаваемых пользователем критериев.

Практическая значимость и реализация результатов работы

• оперативно адаптироваться под меняющиеся требования НД в части алгоритмов ВЛК;

• автоматизировать комплексные испытания по всем алгоритмам, созданным средствами блока;

Кроме того, ВЛК-2 обеспечивает стабильность основного критерия оценки деятельности АЛ — достоверности результатов анализа по всем предлагаемым в НД алгоритмам и любым их модификациям. Как следствие, принятие решений на основе достоверных данных позволяет избежать ошибок при проведении технологического процесса производства продукции или оказания услуги.

Положения, выносимые на защиту

4) программно-алгоритмическое обеспечение синтеза и автоматизации вычислительных процедур ВЛК, основанное на концептуальной имитационной модели и заключающееся в конфигурировании последовательности конечных автоматов.

Степень достоверности результатов проведённых исследований.

Корректность и достоверность получаемых с помощью разработанного-программно-алгоритмического комплекса данных подтверждена аттестацией на соответствие требованиям государственных стандартов, рекомендаций и отраслевого стандарта для атомной промышленности, а также фактом успешного внедрения и эксплуатации на двух предприятиях госкорпорации «Росатом», нефтегазодобывающих и муниципальных предприятиях.

Внедрение результатов работы

Новый блок автоматизации ВЛК в структуре ЛИУС «Химик-аналитик» прошел аттестацию в ВНИИ НМ им. А.А. Бочвара на соответствие требованиям ОСТ 10289-2005 [18] «Отраслевая система обеспечения единства измерений. Внутренний контроль качества результатов измерений» и эксплуатируется в AJI двух предприятий Госкорпорации «Росатом» [19, 20], ООО «Спецморнефтепорт Козьмино» ОАО «АК «Транснефть», ООО «Газпром-нефть-Хантос», Бийский водоканал, ОАО «Салым Петролиум Девелопмент (Shell)».

Помимо этого, разработанный блок прошел аттестацию в Уральском научно-исследовательском институте метрологии, являющимся разработчиком основных НД по BJIK, на соответствие требованиям ГОСТ Р ИСО 5725-62000, РМГ 76-2004, Р 60.2.060-2008, РМГ 59-2003, ПНД Ф 12.10.1-2000, РМГ 58-2003 и ГОСТ 8.532-2002, что является официальным подтверждением достоверности получаемых блоком результатов и дает возможность применять разработку в любых аналитических лабораториях, проводящих процедуры ВЛК по указанным НД.

Область исследований по паспорту специальности 05.13.06

1) Автоматизация контроля и испытаний.

Публикации

Основные результаты работы отражены в 16 публикациях: в 4 журналах, которые рекомендованы перечнем ВАК; в 3-х отраслевых сборниках трудов; в 2-х сборниках трудов международных конференций; в 1-м сборнике трудов всероссийской школы-семинара.

Апробация результатов работы

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на XIII и XIV международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технология» (Томск, 2007, 2008);

Всероссийской школе-семинаре «Лабораторные информационные системы: их роль в обеспечении требований стандартов и контроля качества измерений» (Томск, 2008);

VI всероссийской научно-практической конференции «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (Томск, 2009);

V межотраслевом научно-техническом совещании «Проблемы и перспективы развития химического и радиохимического контроля в атомной энергетике» (СПб., 2009);

IV отраслевой научно-практической конференции молодых специалистов и аспирантов «Молодежь ЯТЦ: наука, производство, экологическая безопасность» (Железногорск, 2009); секции атомной энергетики Международного научно-технического конгресса «Энергетика в глобальном мире» (Железногорск, 2010); международной научно-практической конференции «Интеллектуальные информационно-телекоммуникационные системы для подвижных и труднодоступных объектов» (Томск, 2010).

1. ОБЗОР ВЛК

В первую очередь необходимо дать определение, указать назначение и функции и место АЛ промышленного предприятия. Следует показать важность ВЛК как обязательного бизнес-процесса лаборатории. Должно быть приведено описание основных элементов ВЛК для проведения систематизации алгоритмов. Обзор программных средств автоматизации процедур ВЛК,. представленных на российском рынке, позволит выявить общие проблемы, с которыми сталкиваются разработчики таких систем.

Заключение диссертация на тему "Информационная система синтеза и автоматизации процедур внутрилабораторного контроля качества"

4.6. Выводы

В данной главе рассмотрена программная реализация нового функционального блока автоматизации внутрилабораторного контроля. Последовательно выполнены следующие этапы:

1. обоснован выбор средства программной реализации и системы управления базами данных;

2. на основе информационной модели системы с применением MS SQL Server создана структура базы данных функционального блока;

3. с помощью интегрированной среды разработки приложений Microsoft Visual Studio 2005 реализована функциональная модель информационной' системы синтеза вычислительных процедур ВЛК;

4. программная реализация и схема базы данных внедрены в структуру ЛИУС «Химик-аналитик» - настроены связи между основными справочниками и журналами, организована одновременная работа с прежним функциональным блоком автоматизации внутрилабораторного контроля;

5. в разработанной базе данных синтезированы вычислительные процедуры внутрилабораторного контроля по современным нормативным документам: РМГ 76-2004, ГОСТ Р ИСО 5725-2002, РМГ 59-2003, Р 50.2.060 - 2008 а также по ОСТ 95 10289-2005.

6. проведено сравнение функциональных возможностей прежнего и созданного функциональных блоков, по результатам которого выявлены преимущества подхода автоматного программирования перед инкапсулирующим подходом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана классификация типовых процедур BJIK, подлежащих автоматизации. Предложенная классификация может быть использована для отнесения любого нового алгоритма контроля к определенному типу, группе, виду, что позволяет вести систематизированную обработку алгоритмов.

2. Предложен новый подход для разработки средств автоматизации BJIK, базирующийся на автоматном программировании. Предлагаемый подход вносит существенный интеллектуальный элемент как в процесс разработки, так и эксплуатацию программного продукта, поскольку объединяет опыт и знания разработчиков и пользователей.

4. Сформулированы основные требования к современным программным средствам автоматизации BJIK, основанным на автоматном программировании, суть которых заключается в автоматизации вычислений с циклическими и условными переходами и взаимосвязи всех этапов расчета процедур BJIK.

Внедрение обновленной ЛИУС «Химик-аналитик» позволит лабораториям оперативно получать достоверные и воспроизводимые результаты анализов, по которым можно будет принимать оптимальные управленческие решения. им.

А.А. Бочвара > ТВ ое -ЗДА-Р С ТВ ЕДКАЯ, КОИ1ОРМЩШ Д О'? АЗС ОТТО & Э Н ЖВГ И11? '. - -•«восл'юш . ' г"'--• откйшхж акционерное.' обществ®} ; у й

•в .

I' Г т.:- •• V

МАЖИА ЛОВ?;11МЕШ1?:А®ЭДЕМИКА^ АА. БОЧВАРА>>(

• . -л-., . ■ ■ . ' ^ . ■. - . ■ , ' ' ^ ~' ~ ' ' " .' '

-•'.и :1 м

V Выдано»' -' 22 апреля 2009 чС • л> ' *»'"" V Г'1 ■■ -. ' л Г

Ж1

ННОШ|»о;.11 квцтале 2009 "года«й Р в • ОАО«.«ВНИИИМ»»С;:. и ■ ' экспертизы . • до^меетацин^^прёдегаменной^ГОЖ ,ВШ> Щ • универстгшг»' «НЖИ; высоких-? напдяжени»1>>»,-1ла§ора-¿торно-йнформационная- система« <<Химйк-аиалвпгик)> * признается у соотаетствую|цей ^ Й ОБИ^ ^(ВЮ^'Ывуаа^Л'^ ¿йюрпорацни'?! й •• -У ••«' V. . V;? .". • - ■ •• #*••& ». - '*' . М

Росатом».,

1« Ч

•П ' * -['Л • чРезушвмиштацин- представлены .в ;акте' г. -.fi

Свидетельство действительно до 27 апреля 2014 г, .,• едо вательс кого метрологического отделения . ч- т ■ . - ■ . -ВА* Борисов1| >

Библиография Щелканов, Сергей Владимирович, диссертация по теме Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)

1. Шаевич А.Б. Аналитическая служба как система. — М.: Химия, 1981 — 264 с. '

2. Федеральный закон РФ № 184-ФЗ «О техническом регулировании» от 27 декабря 2002 г.

3. МЙ 2335-2003 Государственная система рбеспечения единства измерений; Внутренний контроль качества результатов количественного химического анализа. Екатеринбург: УНИИМ. 2003.

4. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 Точность (правильность и прецизионность) ме-. тодов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения. М: Изд-востандартов, 2002.

5. ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод определения повторяемости й воспроизводимости стандартного метода измерений. М: Изд-во стандартов, 2002.

6. ГОСТ Р ИСО 5725-3720 02 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 3. Промежуточные показатели прецизионности стандартного метода измерений. М: Изд-во стандартов, 2002.

7. ГОСТ Р ИСО 5725-4-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 4. Основные методы определения правильности стандартного метода измерений. М: Изд-во стандартов, 2002.

8. ГОСТ Р ИСО 5725-5-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 5. Альтернативные методы определения прецизионности стандартного метода измерений. — М: Изд-во стандартов, 2002.

9. ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 6. Использование значений точности на практике. М: Изд-во стандартов, 2002.

10. РМГ 59-2003 Проверка пригодности к применению в лаборатории реактивов с истекшим сроком хранения способом внутрилабораторного контроля точности измерений. Екатеринбург: УНИИМ, 2004.

11. П.Терещенко А.Г., Терещенко О.В., Соколов В.В., Замятин A.B. Программный продукт для экологических лабораторий промышленных предприятий // Экология и промышленность России. 2001. - № 6. — С. 41-44.

12. Терещенко А.Г., Соколов В.В., Сафьянов A.C., Ткаченко Д.В., Мизин П.А. Средство генерации выходных документов в системах управления аналитическими лабораториями // Автоматизация и современные технологии. — 2006. № 8. - С.40 — 44.

13. Терещенко А.Г., Терещенко О.В., Соколов В.В., Замятин A.B. Программный продукт для экологических лабораторий промышленных предприятий // Экология и промышленность России. 2001.- № 6. С. 41-44.

14. Терещенко А.Г., Терещенко В.А.,1 Толстихина Т.В., Янин A.M. ЛИУС "Химик-аналитик" новый инструмент для автоматизации аналитических лабораторий // Партнеры и конкуренты. -2005. № 4. - С. 44-45.

15. Терещенко А.Г., Толстихина Т.В., Терещенко О.В. Автоматизация внутри-лабораторного контроля на базе ЛИС "Химик-аналитик" //Законодательная и прикладная метрология. 2007, № 2, С.34 41.

16. РМГ 76-2004 Государственная система обеспечения единства измерений. Внутренний контроль качества результатов количественного химического анализа. Екатеринбург: УНИИМ, 2006i

17. ГОСТ Р 50;2.060-2008 Государственная система обеспечения единства измерений. Внедрение стандартизованных методик количественного химического анализа в лаборатории. М.: Стандартинформ, 2009.

18. ОСТ 95 10289-2005 Стандарт отрасли. Отраслевая система единства измерений. Внутренний контроль качества результатов измерений. ВНИИНМ имени академика A.A. Бочвара, 2005 49 с.

19. Исаев Л.К., Карпов Ю.А., Лахов В.М., Панева В.И., Болдарев И.В., Фридман Г.И. Российская система аккредитации аналитических лабораторий // Заводская лаборатория. 1994. -№11.

20. ГОСТ Р 52361 2005 «Контроль объекта аналитический. Термины и определения».

21. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 1. Общие вопросы. Методы разделения: Учебник для вузов/Ю.А. Золотов, E.H. Дорохова, В.И. Фадеева и др. Под ред. Ю.А. Золотова. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2004.-361 с: ил.

22. Аналиическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ. / Под ред. Р. Кельнера, Ж.-М. Мерме, М. Otto, М. Видмера. М.: «Мир»:000 «Издательство ACT», 2004. - (Лучший зарубежный учебник).

23. ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий. М: Стандартинформ, 2007.

24. ГОСТ Р 8.563-96 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений. — М: Изд-во стандартов, 2002.

25. Александров Ю. И. Спорные вопросы современной метрологии в химическом анализе. — СПб.: Библиогр., 2003 — 303 с.

26. Толстихина Т.В. Разработка структуры информационной системы и алгоритмов реализации метрологических требований документов аналитической лаборатории: Дис. канд. тех. наук / Томский политехнический университет. Томск, 2009. - 147 с.

27. Внутрилабораторный контроль качества' результатов анализа с использованием лабораторной информационной системы: учебное пособие / А.Г. Терещенко, Н.П. Пикула, Т.В. Толстихина. Томск: Изд-во ТПУ, 2006, 210 с.

28. ГОСТ Р ИСО 9001-2001 Системы менеджмента качества. Требования. -М.: Стандартинформ, 2005.

29. Дворкин В.И. Внутрилабораторный контроль качества химического анализа и Компьютерная программа «QCONTROL» // Партнёры и конкуренты,2000, № 4, с. 30-3932.http://qcontrol.ru

30. Дворкин В.И. Внутрилабораторный контроль качества химического анализа при наличии контрольного материала // Журнал аналитической химии,2001, т. 56, №7, с. 690-702

31. И.В.Куцевич, «Специализированное программное обеспечение для автоматизации процедур внутрилабораторного контроля качества результатов количественного химического анализа», Современная лабораторная практика, №3, 2008 г., стр. 37-^46

32. И.В.Куцевич, «Оперативный контроль процедуры анализа. Особенности программной реализации», Современная лабораторная практика, №1 (5), 2009 г., стр. 22-36.

33. И.В.Куцевич, «Контроль стабильности результатов анализа с применением контрольных карт. Особенности программной реализации», Современная лабораторная практика, №2 (6), 2009 г., стр. 12-23.37.http://www.avrora-it.ru/3 8. http ://www.univerlab .ru

34. Симакова Н.Ю., Троицкая Н.Б., Живаев П.Н. Информационные технологии в лабораторной службе поликлиники // Лабораторные информационные системы L1MS. Сборник статей: ООО "Маркетинг. Информационные технологии". -2006.

35. Новожилов В.В., Кубанин Е.Ю: Лабораторная информационная менеджмент-система средство автоматизации контроля качества // Промышленные AGY и контроллеры.-2005. № 8:

36. Maj S. P. Анализ и структура лабораторных информационных систем. Analysis and design of laboratory information management systems. Chemom-etrics and Intell. Lab; Syst. 1991. 13, N 2, c. 157-162. Англ.

37. Абдрахимов Ю:Р:, Воробьев К.В., Замятин Н.В. Лабораторная автоматизированная информационно-управляющая система. Сборник статей: Информационные технологии в территориальном управлении, промышленности, образовании. Томск. — 2002.

38. Gibbon G. A Brief. History of LIMS // Laboratory Automation andlnformation; Management issue. V. 32. 1996, c. 1-5

39. Куцевич И.В. Введение в LIMS // Лабораторные информационные системы. LIMS. Сборник статей-2006. М.: ООО «Маркетинг. Информационные технологии», 2006, с. 8-24

40. Новожилов В В., Кубанин ЕЛО. Лабораторная информационная менеджмент-система средство автоматизации контроля качества // Промышленные АСУ и контроллеры.-2005. № 8.

41. Терещенко А.Г., Янин A.M. Лабораторные информационные системы на отечественном рынке // Промышленные АСУ и контроллеры. № 7. — С 12-16.

42. Терещенко А.Г., Баянова Т.В., Юшкеева Н.В., Терещенко О.В., Макогон Н.А. Толтихина Т.В. Опыт внедрения лабораторно-информационной системы «Химик-аналитик» // Водоснабжение и санитарная техника, №1, 2005, с. 14-17.

43. Терещенко А.Г., Баянова Т.В., Юшкеева Н.В., Смышляева Е.А., Обухова В.А., Хорошавина Е.А. ООО «Тюментрансгаз»: внедрение ЛИС «Химик-аналитик» // Газовая промышленность. 2007. № 2. С. 43-44.

44. Шукайлов М.И., Руденко Т.М., Никифорова В.Ю., Терещенко А.Г. Смышляева Е.А. Опыт внедрения ЛИС «Химик-аналитик» в химических лабораториях филиалов ОАО «Красноярская генерация» // Энергетик. 2006. №8, с. 36-38.

45. Терещенко А.Г., Терещенко В.А. Переход лабораторий на электронные документы при внедрении лабораторно-информационных систем // Партнеры и конкуренты, №3, 2005, с. 42-45.

46. Терещенко О.В., Терещенко А.Г., Терещенко В.А., Янин A.M., Толстихина Т.В. Разработка лабораторной информационно-управляющей системы // Известия ТПУ. 2006. - №4. - С. 168-172.

47. Щелканов С.В., Терещенко А.Г., Юнак А.Л., Григорьев В.П., Вылегжанин О.Н. Концептуальная модель конструктора алгоритмов внутрилаборатор-ного контроля качества результатов анализа // Автоматизация в промышленности. 2010. № 5. С. 63-65.

48. Щелканов С.В., Терещенко А.Г., Григорьев В.П., Вылегжанин О.Н. Разработка конструктора и интерпретатора алгоритмов внутрилабораторного контроля качества результатов анализа // Известия ТПУ. — 2010. №5. - С. 162- 168.

49. С# 2005 и платформа .NET 3.0 для профессионалов. / Нейгел К., Ивьен Б., Глин Д., Уотсон К., Скиннер М. — М.: Диалектика, 2007. 1376 с: ил.

50. Шукла Д., Шмидт Б. Основы Windows Workflow Foundation. М.: ДМК Пресс, 2008. - 352 с: ил.

51. Рандалл Н., Джоунз Д. Использование Microsoft FrontPage 2002. Специальное издание. -М.: Вильяме, 2002.- 848 с: ил.

52. Ceкунов Н. Ю. Самоучитель Visual С++ .NET. — СПб.: БХВ-Петербург, 2002. — 736 с: ил.

53. Шамис В. С++ Builder 6. Для профессионалов. СПб.: Питер, 2003. - 800 с: ил.

54. Маклаков С. В., Матвеев Д. В. Анализ данных. Генератор отчетов Crystal Reports. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 496 с: ил.

55. Ковязин А.Н., Востриков С.М. Мир InterBase. Архитектура, администрирование и разработка приложений баз данных в InterBase/Firebird/Yaffil. -М.: Кудиц-Образ, 2003. 496 е.: ил.70.http://www.teamlead.ru

56. Суханов М.С., Шевелев Г.Е. Интерпретатор блок-схем для ДВК-2М // Микропроцессорные средства и системы. 1990. - №1. —С.52.

57. Лабораторно-информационные системы. Обзор рынка. М.: ЗАО "ЛИМС".-2003. www.lims.ru.

58. Дитрих Я. Проектирование и конструирование. Системный подход М.: «Мир», 1981.-456 с.

59. Проектирование информационных систем : учеб. пособие / Т.В. Гвоздева, Б.А. Баллод. Ростов н/Д : Феникс, 2009. - 508 с.

60. РД 50-680-88. Методические указания. Автоматизированные системы. Общие положения.81 .http://chemsoft.ru

61. Сафьянов A.C., Терещенко А.Г., Янин A.M., Терещенко В.А., Юнак А.Л., Щелканов C.B. Пути повышения безопасности и надежности систем аналитического контроля // Автоматизация в промышленности. 2007. № 9. С.66-68.

62. Моделирование систем: учебник / С. И. Дворецкий и др.. — М. : Академия, 2009. — 320 с.

63. Проектирование информационных систем на основе современных CASE-технологий : учебное пособие / Н. В. Федоров — М. : Изд-во МГИУ, 2008. — 279 с. : ил.

64. СА8Е-технологии / Г. Н. Калянов. — М. : Горячая линия-Телеком, 2000. — 318 с.91 .http://www.citforum.ru/database/case/index.shtml92.http://www.bpwin.ru/93 .http://www-01 .ibm.com/software/ru/rational/

65. Мамаев Е. MS SQL Server 2000. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. — 1200 с: ил.

66. Хоторн Р. Разработка баз данных Microsoft SQL Server 2000 на примерах. -M.: Вильяме, 2001,- 464 с: ил.

67. Основы системного подхода. Под ред. Перегудова Ф.И. Изд-во ТГУ. 1976, 186 с.

68. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М.: Высшая школа, 1989. - 367 с.

69. Поликарпова Н. И., Шалыто А. А. Автоматное программирование. 2008. —167 е.: ил.

70. Шалыто A.A. SWITCH-технология. Алгоритмизация и программирование задач логического управления. СПб.: Наука. 1998, 628 с.

71. Шалыто A.A. Программная реализация управляющих автоматов //Судостроительная промышленность. Серия «Автоматика и телемеханика». 1991. Вып. 13, с.41-42.

72. Джон Хопкрофт, Раджив Мотвани, Джеффри Ульман. Введение в теорию автоматов, языков и вычислений = Introduction to Automata Theory, Languages, and Computation. —M.: «Вильяме», 2002. — С. 528.

73. Harel D., Pnueli A. On the development of reactive systems / In «Logic and Models of Concurrent Systems». NATO Advanced Study Institute on Logic and Models for Verification and Specification of Concurrent Systems. Springer Verlag, 1985. pp. 477-498.

74. Туккель Н.И., Шалыто A.A. От тьюрингова программирования к автоматному // Мир ПК. 2002. № 2, с. 144-149.

75. Применение системы обработки лабораторной информации LIMS // Int. Labmate, 2000, № 7, с.36.

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00