автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Информационно-аналитическая система управления безопасным обращением химической продукции

На правах рукописи

БАЧКАЛА ОЛЬГА ВАСИЛЬЕВНА

ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНЫМ ОБРАЩЕНИЕМ ХИМИЧЕСКОЙ

ПРОДУКЦИИ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (химическая

промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 О МАЙ 2013

Москва 2013

005060295

005060295

Работа выполнена на кафедре компьютерно-интегрированных систем в химической технологии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Савицкая Татьяна Вадимовна -

профессор кафедры компьютерно-интегрированных систем в химической технологии РХТУ им. Д.И. Менделеева

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кузин Рудольф Евгеньевич -

главный научный сотрудник Открытого акционерного общества «Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии» (ОАО «ВНИИХТ»)

кандидат технических наук, доцент Воробьев Виктор Ильич -

заведующий кафедрой «Вычислительная техника и информационные технологии»

Новомосковского института РХТУ им.Д.И.Менделеева

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

Защита состоится «25» июня 2013 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 при Московском государственном университете тонких химических технологий им. М.ВЛомоносова по адресу:119571, г. Москва, просп. Вернадского,86

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 119571, г. Москва, просп. Вернадского, 86

Автореферат разослан «¿3 » мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Колыбанов К.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Химическая продукция в силу своих физико-химических свойств является источником химической и токсической опасности для человека и окружающей среды. По данным Всемирной организации здравоохранения более 25% заболеваемости во всем мире обусловлено экологическими факторами, в том числе воздействием химической продукции.

Одной из основных причин негативного воздействия химической продукции на здоровье человека и окружающую среду является недостаточно эффективная существующая система управления безопасным обращением химической продукции, которая характеризуется следующими факторами:

- отсутствием единой системы сбора и анализа информации об опасных свойствах химической продукции и мерах по ее безопасному обращению;

- противоречивостью существующей системы оценки опасности, приводящей в ряде случаев к занижению степени опасности продукции;

- отсутствием механизма информирования об опасных свойствах химической продукции и мерах по ее безопасному обращению.

Для снижения негативных последствий воздействий химической продукции на человека и окружающую среду в рамках совершенствования системы технического регулирования безопасного обращения химической продукции разработан ряд отечественных стандартов по паспортам безопасности и предупредительной маркировке химической продукции, классификации опасностей продукции и другие.

Объектом регулирования данных документов является широкий спектр химической продукции, основная проблема регулирования безопасного обращения которой заключается в большом количестве опасностей, связанных с физико-химическими свойствами продукции, опасностью для человека и окружающей среды.

Существующие базы данных и информационные системы в области безопасного обращения химической продукции (АРИПС, ESIS, Chemlnfo, IRIS, TOXNET, N-Class и другие), содержащие разнообразную информацию по идентификации химических веществ и продукции, об опасных свойствах веществ и материалов, разработанные за рубежом, предоставляют информацию в свободном доступе и являются в основном англоязычными, а отечественные базы данных имеют закрытый доступ. Кроме того, указанные информационные ресурсы не направлены на комплексное решение проблемы обеспечения безопасного обращения химической продукции.

В этой связи возникает необходимость разработки информационно-аналитической системы управления безопасным обращением химической продукции на всех стадиях ее жизненного цикла.

Диссертация проводилась в рамках научно-исследовательской работы: «Разработка технологий и информационно-моделирующей системы мониторинга прогнозирования состояния окружающей среды и предотвращения её загрязнения в результате негативного воздействия опасных химических веществ и техногенных отходов» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».

Цель работы и задачи исследований

Цель работы: разработка функциональной структуры, методов, моделей, алгоритмов и программ информационно-аналитической системы управления безопасным обращением химической продукции, предназначенной для комплексного решения задач идентификации

химической продукции, оценки и классификации опасности и информирования заинтересованных лиц об опасных свойствах химической продукции и мерах по ее безопасному обращению.

Для реализации поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

- проведение анализа современного состояния в области обеспечения безопасного обращения химической продукции и его информационного сопровождения;

- разработка стратегии управления безопасным обращением химической продукции, включающей комплексное решение проблемы идентификации, оценки и классификации опасности и информирования об опасных свойствах продукции и мерах по ее безопасному обращению на всех стадиях жизненного цикла;

- разработка функциональной структуры информационно-аналитической системы (ИАС) управления безопасным обращением химической продукции и ее подсистем;

- разработка моделей и комплекса алгоритмов идентификации и классификации опасности химической продукции, представляющей собой вещество и смесевую продукцию, опасности которой обусловлены физико-химическими свойствами и свойствами, опасными для здоровья человека и окружающей среды;

- разработка метода и модели определения классов опасности химической продукции при неполноте информации о свойствах веществ;

- разработка продукционных моделей принятия решений по классификации опасности химической продукции и мерам предосторожности;

- разработка алгоритмов формирования паспортов безопасности химической продукции и предупредительной маркировки;

- разработка функциональной структуры комплекса программных средств (КПС) информационно-аналитической системы безопасного обращения химической продукции и структур ее подсистем;

- разработка структур баз данных и комплексов программных средств для решения задач идентификации химической продукции, классификации продукции по степени опасности, составления паспортов безопасности и предупредительной маркировки;

- практическое использование моделей, методов, алгоритмов и комплексов программных средств ИАС для обеспечения безопасного обращения химической продукции, представляющей собой вещество и смесевую продукцию.

Объект исследования

Объектом исследования данной работы является химическая продукция, которая, в силу опасных физико-химических свойств и объемов обращения в производстве, при транспортировке и потреблении, может оказать негативное воздействие на окружающую среду и организм человека на протяжении всего жизненного цикла.

Предмет исследований

Предметом исследований является система управления безопасным обращением химической продукции и ее математическое, информационное и программно-алгоритмическое обеспечение.

Объект разработки - подходы, методы, модели, алгоритмы и программы идентификации, оценки и классификации опасности химической продукции, реализованные в информационно-аналитической системе управления безопасным обращением химической продукции с целью повышения уровня информирования поставщиков и потребителей продукции и регулирования безопасного ее обращения на всех стадиях жизненного цикла.

Методы исследования

Для решения поставленных задач в работе использовались методы системного анализа,

математического моделирования, распознавания образов и новых информационных технологий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- С позиций системного подхода проведен анализ современного состояния проблемы безопасного обращения химической продукции и предложен подход к созданию системы управления безопасным обращением химической продукции на всех стадиях жизненного цикла, включающий решение взаимосвязанных задач идентификации, оценки и классификации опасности продукции и информирования;

- Предложен качественно новый подход к совершенствованию системы регулирования безопасного обращения химической продукции путем создания информационно-аналитической системы управления безопасным обращением химической продукции и разработана функциональная структура системы и ее подсистем;

- С позиций системного анализа проведено исследование процессов безопасного обращения химической продукции и предложен обобщенный подход к классификации опасности продукции, представляющей собой вещество или смесь, опасность которой обусловлена физико-химическими свойствами и продукции, представляющей опасность для здоровья человека и окружающей среды;

- Предложена процедура формирования обобщенных алгоритмов классификации химической продукции и разработаны продукционные правила и модели для решения задач классификации химической продукции и разработки мер предосторожности по обращению с ней;

- Разработано математическое и алгоритмическое обеспечение информационно-аналитической системы, позволяющее с единых методологических позиций проводить комплексное решение задач идентификации химической продукции, оценки и классификации опасности продукции, в том числе при неполноте исходной информации о свойствах веществ.

Практическая значимость

Разработано информационное и программное обеспечение ИАС управления безопасным обращением химической продукции. Предложена структура комплекса программных средств информационно-аналитической системы, предназначенного для хранения, поиска, сбора и обработки информации на различных стадиях безопасного обращения химической продукции и создания выходных документов, информирующих об опасности.

Разработаны логическая и физическая модели базы данных (БД) по паспортам безопасности химической продукции, реализованные в трехзвенной архитектуре ИАС безопасного обращения химической продукции. Реализованы программные модули для решения задач классификации опасности и создания предупредительной маркировки.

Разработанные модели, методы, алгоритмы и программное обеспечение для классификации опасности химической продукции используются в учебном процессе кафедры КИС ХТ Российского химико - технологического университета им. Д.И. Менделеева. Также они могут быть использованы для информационной поддержки специалистов, в сферу деятельности которых входит сопровождение безопасного обращения химической продукции на различных стадиях ее жизненного цикла.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на следующих конференциях: 2-ой Научно-практический семинар «Безопасность химической продукции» (Байкал, 2011); XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011); Международная конференция по химической технологии ХТ-2012 (Москва, 2012 г.); Международная конференция Математические Методы в Технике и Технологиях - ММТТ-25 (Саратов, 2012), Международный конгресс молодых ученых по химии и химической технологии - МКХТ 2012

(Москва, 2012).

Публикации. Результаты, отражающие содержание диссертационной работы, изложены в 9 публикациях, 4 из которых опубликованы в изданиях, включенных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ в перечень ведущих научных журналов и изданий.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 198 страницах, содержит 71 рисунок, 43 таблицы, список литературы из 176 наименований и одного приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы управления безопасным обращением химической продукции, научная новизна и практическая ценность результатов диссертационной работы, сформулирована цель и поставлены задачи работы.

В первой главе проведён анализ существующих подходов к обеспечению безопасного обращения химической продукции в России и за рубежом с целью выявления их общих закономерностей.

На основе проведённого сравнительного анализа систем управления безопасным обращением химической продукции, действующих в РФ и за рубежом, выявлены существенные отличия в механизмах реализации различных этапов системы регулирования безопасного обращения химической продукции в разных странах. Установлено, что в настоящее время в России отсутствуют единая система управления безопасным обращением химической продукцией/ веществами и единая система мониторинга перемещения химических веществ и продукции по территории Российской Федерации.

В странах Европейского союза (ЕС) для координации деятельности, позволяющей снизить затраты на управление безопасным обращением химической продукции активно используются информационные технологии.

Для удобства поиска информации разработано множество баз данных (БД) в области безопасного обращения химической продукции, содержащих разнообразную информацию по идентификации химических веществ и продукции, об опасных свойствах веществ и материалов: физико-химические данные, показатели токсичности и экотоксичности, информация о стабильности и реактивности веществ, о хранении, обращении, транспортировке и маркировке продукции и другая информация. В работе проведен анализ более 40 зарубежных БД и двух отечественных БД.

Важным аспектом поиска, анализа и обработки большого количества разнородной информации является разработка современной информационно-аналитической системы, которая позволит эффективно решать задачу информирования всех заинтересованных лиц об опасных свойствах химической продукции и мерах по ее безопасному обращению.

Таким образом, проведённый всесторонний анализ современного состояния проблемы создания единой системы управления безопасным обращением химической продукции позволил предложить качественно новый подход к ее решению на основе новых информационных технологий путем разработки информационно-аналитической системы, предназначенной для решения задач идентификации химической продукции, оценки и классификации опасности и информирования заинтересованных лиц в безопасном обращении продукции на всех стадиях жизненного цикла.

Во второй главе диссертации предложены подходы и разработаны методы и алгоритмы информационно - аналитической системы управления безопасным обращением химической

продукции на этапах идентификации, оценки и классификации опасности и информирования об опасных свойствах продукции. Предложена структура системы управления безопасным обращением химической продукции на всех стадиях жизненного цикла, представленная на рисунке 1.

Рис.1. Система управления безопасным обращением химической продукции

В разработанной системе управления безопасным обращением химической продукции объектом управления является химическая продукция на разных стадиях жизненного цикла. Выделены следующие функции подсистем: мониторинг, идентификация, оценка опасности, информирование, оценка риска, регулирование. Каждая из подсистем непосредственно взаимодействует с объектом управления. При этом основными субъектами, взаимодействующими с объектом управления, является промышленность и потребители химической продукции. Процесс функционирования системы управления безопасным обращением химической продукции (рис.1) является цикличным. Это подчеркивает необходимость постоянного усовершенствования моделей, методов, алгоритмов и информационного обеспечения поддержки и сопровождения всех процессов (этапов) безопасного обращения химической продукции.

На основе проведенного в Главе 1 диссертации анализа задач системы управления безопасным обращением химической продукции определены функциональные требования и разработана функциональная структура информационно-аналитической системы, представленная на рис.2

Она состоит из следующих основных блоков:

- блок «Исходная информация» включает наименование продукции, а также её возможные идентификаторы: номер CAS - номер вещества в реестре Химической Реферативной Службы, (Chemical Abstracts Service), номер ЕС - номер, присваиваемый Европейской Комиссией веществам, находящимся в обращении на территории ЕС, номер RTECS - номер вещества в Реестре токсического воздействия химических веществ и др.;

- блок «Идентификация» позволяет решить задачу идентификации химической продукции, в рамках которой продукции присваивается соответствующий идентификатор,

Блок «Исходная информация»

~1

Блок «Идентификация»

Сценарии идентификации

Лабора горные испытания

Рсіулі.гаг нлснтифнкшиш

Сбор резулиаіон/ сосі ті клен не огчсіа

Блок «Оценка и классификация опасности химической продукции»

Оценка опасности

Сбор ДЛІІІІЬІХ

Оценка информации

Получение дополнительных данных

Классификация

Сравнение с усі ано пленным и критериями

Присвоение соотпстстпуюпюго класса опасности

Блок «Сбор и хранение данных»

БД но критериям классификации БД по иешестиам БД па I классификации с^ып^иости м 11ЄІЦЄСІИ I илрыфояки

1 Г

Блок принятия решении

Блок экспертной оценки

Блок апаліпа н сравнения результатов с испольчованнем стандартных моделей, мегодои* _алгоритмов_

Блок «Информирование об опасных свойствах химической продукции»

Разработка паспортов безопасности Разработка предупредительной маркировки

Рис. 2 Функциональная структура информационно-аналитической системы управления безопасным обращением химической продукции

определяется формула и состав вещества, проводятся лабораторные испытания в поддержку соответствующего состава и определяется информация о технологическом процессе, использовании и воздействии;

- блок «Оценка и классификация опасности химической продукции» предназначен для использования на двух этапах: этапе, связанном с осуществлением оценки опасности на основании проведения сбора информации о физико-химических, токсикологических и экотоксикологических параметрах исследуемой продукции, проверки достаточности и надежности данных, используемых для оценки опасности, и этапе классификации химической продукции путем сравнения имеющейся информации по веществу с критериями, установленными Согласованной на Глобальном уровне Системой классификации опасности и маркировки химической продукции (СГС), и последующего проведения классификации продукции с присвоением соответствующего класса опасности с использованием разработанных в диссертации алгоритмов и рекомендуемых критериев (показателей) оценки опасности;

- блок «Сбор и хранение данных» представлен совокупностью баз данных:

—БД классификации содержит основные виды и возможные классы опасности химической продукции;

—БД по веществам содержит основные опасные свойства и показатели опасности химической продукции: информацию об опасностях, обусловленных физико-химическими свойствами, токсикологические и экотоксикологические показатели, информацию о возможном хроническом воздействии;

—БД по критериям классификации веществ включает правила и условия классификации;

—БД по шаблонам паспорта безопасности и маркировки содержат стандартизированные решения по созданию информационных документов, регламентирующих безопасное обращение химической продукции.

- блок принятия решений предназначен для проведения классификации опасности химической продукции исходя из неполных знаний об опасных свойствах классифицируемой химической продукции путем использования блока экспертной оценки, а также моделей и алгоритмов на основе распознавания образов;

- блок «Информирование об опасных свойствах химической продукции» предназначен для формирования основных документов стандартизированной формы о безопасном обращении химической продукции - паспорта безопасности (ПБ) и предупредительной маркировки.

Для реализации перечисленных функций ИАС в диссертации разработаны соответствующие методы, модели, алгоритмы, информационное и программное обеспечение. Разработаны алгоритмы оценки опасности, включающие анализ полноты и достоверности данных, и комплекс алгоритмов классификации химической продукции по показателям опасности, обусловленным физико-химическими свойствами; представляющей опасность для человека и окружающей среды.

Для тринадцати видов опасной химической продукции, опасность которой обусловлена физико-химическими свойствами, в соответствии с рекомендациями СГС выявлены основные показатели опасности и разработан комплекс алгоритмов классификации опасности химической продукции. С использованием предложенных алгоритмов разработана общая блок-схема алгоритма классификации химической продукции по оценке опасности физико-химических свойств, представленная в диссертации в 9 частях. Фрагмент блок-схемы приведен на рис.3.

Процедура классификации состоит в последовательном сравнении с классификационными признаками, характеризующими различные виды опасности продукции, и отнесении к

соответствующему классу опасности или продолжении процесса классификации по данному признаку (с уточняющейся информацией) или переходу к следующему признаку. Окончанием процедуры классификации является «перебор» всех видов опасности продукции и всех классификационных признаков.

Рис. 3. Фрагмент блок-схемы алгоритма классификации химической продукции по оценке опасности физико-химических свойств

В приведенном на рис.3 примере представлена процедура отнесения продукции к термически нестабильной и/или обладающей повышенной чувствительностью при нормальных условиях обращения.

Если продукция относится к таковой, то проверяется, относится ли классифицируемая продукция к неустойчивой взрывчатой в газообразном состоянии. Если же классифицируемая химическая продукция не относится к термически нестабильной и/или обладающей повышенной чувствительностью при нормальных условиях обращения, то проводится отнесение ее к различным классам опасности как взрывчатой продукции.

Аналогично выполняются процедуры по другим классификационным признакам -показателям опасности химической продукции.

В диссертации в соответствии с рекомендациями СГС предложены алгоритмы классификации опасности различных видов химической продукции, представляющей опасность для здоровья человека. В соответствии с каждым из десяти видов химической продукции, представляющей опасность для здоровья, приведены основные показатели опасности и разработаны два блока алгоритмов классификации и общая блок-схема алгоритма классификации химической продукции.

Аналогично разработаны алгоритмы для каждого вида смесевой химической продукции и общая блок-схема алгоритма классификации химической продукции, обладающей опасностью по воздействию на организм человека, приведенные в диссертации. Данная блок-схема включает в себя как оценку опасности индивидуальных веществ, так и смесевой химической продукции в зависимости от концентрационных пределов компонентов смеси.

Разработаны алгоритмы классификации опасности химической продукции, представляющей опасность для окружающей среды. Для этого используются аналогичные подходы, описанные ранее.

На этапе классификации не всегда возможно установить класс опасности, что во многом связано с отсутствием данных по исследуемому веществу. В этих случаях предложено использовать подходы, позволяющие ориентировочно оценить опасность химической продукции.

Среди таких методов стоит выделить метод аналогов. В данной работе в качестве основной метрики для определения расстояния между двумя объектами использовалось Евклидово расстояние, позволяющее оценить близость классифицируемого объекта к центрам заранее определенных классов в некотором пространстве признаков в соответствии с соотношением (1).

Данный подход используется достаточно широко для оценки различных свойств веществ в зависимости от целей и задач исследования.

где Ок —расстояние от входного вектора до центра к-го класса; К — общее число классов (для конкретной задачи это число классов по рассматриваемому виду опасности); п- число входных признаков; X" — центр класса по ¡-му признаку; Х° — 1-й признак классифицируемого объекта (химического вещества).

Из всех рассчитанных по формуле (1) расстояний выбирается наименьшее Класс, соответствующий этому расстоянию, и будет являться предполагаемым классом опасности данного вещества.

При использовании описанного метода были сформированы центры классов для соответствующих классов опасности по хорошо изученным веществам с известным классом

(1)

опасности. Для этого использовались данные для 16 веществ. В качестве признаков были взяты различные свойства веществ, всего 9 показателей.

В таблице 1 приведен пример расчета расстояния от вектора свойств исследуемого вещества (1-амино-З-хлорбензол (СбНбСШ)) для которого отсутствуют достоверные данные по пероральной токсичности до центров классов опасности.

Таблица 1 - Расстояния от вектора свойств исследуемого вещества (1-амино-З-хлорбензол (СбНбСШ)) до центров классов опасности

Номер класса 2 3 4 5

Расстояние до центра класса (Ок) 10,80 1,9 6,98 4,26

Исследуемое вещество должно быть отнесено к 3 классу опасности по острой пероральной токсичности. Следует отметить, что метод применим не только для оценки острой пероральной токсичности, но также и для ряда других видов опасности.

Кроме рассмотренных выше алгоритмов классификации в работе разработаны алгоритмы блока информирования об опасных свойствах химической продукции: алгоритм процесса разработки предупредительной маркировки химической продукции, алгоритм процедуры разработки предупредительной маркировки химической продукции при пероральном поступлении и алгоритм заполнения паспорта безопасности.

Также в настоящей работе предложено использовать продукционные правила и модели для решения задач классификации химической продукции и разработки мер предосторожности по обращению с ней. Общий вид продукционной модели для классификации опасности химической продукции, представлен соотношением (2):

у, /): М = [х' -> к'/ ], I е /; у е У; / е £ (2)

где х\ - вектор совокупности >х признаков для /-го вида опасности химической продукции; Ь - количество видов опасностей, I - количество признаков; к'/ - множество классов опасностей химической продукции различных видов, I - количество классов для 1-го вида опасности.

В работе приведен пример продукционных правил и моделей классификации опасности химической продукции, вызывающей поражение кожных покровов (некроз/видимое раздражение) класса 1, а также моделей для выбора соответствующих мер предосторожности согласно ГОСТ 31340-2007, которую в общем виде можно представить соотношением (3):

= /е/; уе./;/е£;ГеГ (3)

где и'/ - вектор управляющих воздействий, оказываемых на объект мер предосторожности 1, направленных на предотвращение 1-ых видов опасности для /-го класса опасности; Т -количество мер предосторожности для данного класса опасности.

Данные продукционные модели используются в информационно-аналитической системе безопасного обращения химической продукции для реализации функции выбора необходимых мер предосторожности для разработки предупредительной маркировки.

В третьей главе диссертации в соответствии с разработанной функциональной структурой ИАС управления безопасным обращением химической продукции разработана структура комплекса программных средств, представленная на рис.4, определены функции ее основных подсистем и приведены результаты разработки информационного и программного обеспечения системы.

Подсистема обработки информации и создания выходных документов

БД по Существующие

критериям перечни

классификации классификации

Справочники, законодательная, нормативная базы, правила перевозки и др.

Рис. 4. Функциональная структура комплекса программных средств ИАС управления безопасным обращением химической продукции

Основными подсистемами комплекса программных средств ИАС являются:

— подсистема обработки запросов, предназначенная для ввода запросов через интерфейс пользователя;

— подсистема поиска и сбора информации, содержит сведения о запрашиваемом веществе: данные о лабораторных испытаниях, результаты поиска информации о продукции в базах данных, включает расчетные модели классификации, методики оценки опасных свойств и существующие перечни классификаций;

— подсистема хранения данных представляет собой информационное хранилище данных ИАС, включая изменения итоговых документов;

— подсистема обработки информации и создания выходных документов предназначена для поддержки и сопровождения функции идентификации, оценки опасности, мер по безопасному обращению химической продукции и созданию выходных документов в соответствии с шаблонными формами;

— подсистема экспертной оценю!, предназначенная для экспертизы выходных документов.

Информационное взаимодействие между элементами системы осуществляется

автоматически на уровне компонент хранения и обработки информации путем приема-передачи запросов на добавление, изменение, удаление или выборку данных.

В диссертации сформулированы требования к программному обеспечению ИАС и приведены основные этапы разработки и программной реализации баз данных системы.

Для разработки информационного обеспечения ИАС - структур баз данных, реализованных в системе, используется метод информационного моделирования. Для реализации данного метода на первом этапе на основе анализа шаблонных форм документов с информацией об объекте исследования проведен анализ предметной области с целью разработки концептуальной модели. Примерами таких стандартизированных форм являются шаблоны титульного листа и основных текстовых разделов паспорта безопасности химической продукции и опросные листы, содержащие перечень данных, необходимых для последующей работы в ИАС по поиску и анализу имеющейся информации для решения задач оценки и классификации опасности и выбора мер по безопасному обращению химической продукции. Вторым этапом является разработка логической модели информационной системы и структур баз данных в её составе. В качестве примера создания логической модели БД рассмотрим особенности разработки структуры БД по паспортам безопасности химической продукции, как одной из основных составляющих процедуры информирования.

Исходя из структуры паспорта безопасности (ПБ) химической продукции (ХП) разработаны логическая модель базы данных, выполненная в виде ER-диаграммы (сущность-связь) (рис.5). Она состоит из 11 таблиц. Таблицы связаны отношениями «один-ко-многим» и «многие-ко-многим».

На следующем этапе разработана физическая структура базы данных, которая определяет то, каким именно образом необходимо адаптировать логическую модель к средствам описания, хранения и обработки данных, предоставляемым конкретной системой управления базами данных (СУБД). Для реализации физической структуры базы данных выбрана СУБД Oracle eXpress Edition (ХЕ).

Разработанные в составе ИАС управления безопасным обращением химической продукции базы данных реализованы в трехзвенной (трехуровневой) архитектуре. Первый уровень, представляет собой видимую для пользователя часть - «тонкий клиент», с помощью которого пользователь осуществляет ввод, изменение, удаление и запросы на выборку данных. Это веб-браузер Internet Explorer или Firefox, который должен быть установлен на каждом рабочем месте

ПОКАЗАТЕЛИ ОСТРОЙ ТОКСИЧНОСТИ

Номер записи Номер продукции Название показателя Нижнее значение показателя Верхнее значение показателя Путь поступления Вид жизотного Время воздействия Единицы измерения

>Оі

ИНФОРМАЦИЯ О ТОКСИЧНОСТИ Номер продукции Оценка степени опасности для человека

Пути воздействия на человека Поражаемые органы Опасные последствия воздействия • Отдаленные опасные последствия Минимальные токсические дозы

ПОКАЗАТЕЛИ ОПАСНОСТИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Номер ГфОДУКНИИ

Агрегатное состояние

Цвет

Запах

рН

Растворимость

Коэффициент распределения и- етанол/вод»

Температура кипения

Температура плавления/замерзания

Температурный интервал кипения

Температура вспышки

Температура воспламенения

Температура самовозгорания

Температура разложения

Верхний/нижний пределы воспламеняемости

Пределы взрываем ости

Давление пара

Плотность пара

Плотность

Вязкость

ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ

Номер ПРОДУКЦИИ Техническое название Химическое название Торговое название Синонимы Код окп Код ТН ВЭД

Сведения о регистрации продукции Название документа Сигнальное слово Краткое описание

г<Х

>о

-сН

-4

До-

текстовые

разделы/подразделы Номер продукции

Название Информация

ЛПВ - Лимитирующий показатель вредности ПДК - Предельно допустимая концентрация

-Ї -он

ПРОДУКЦИЯ Номер продукции

Номер титульного листа Паспорта безопасности

*>1

ИНФОРМАЦИЯ О ВОЗДЕЙСТВИИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Обшая характеристика воздействия Пути воздействия Признаки воздействия Миграция и трансформация

ПОКАЗАТЕЛИ ЭКОТОКСИЧНОСТИ Номер записи

Тип показателя Значение показателя Тип рыб

Время воздействия

состав продукции

Номео ПРОДУКЦИИ Номер компонента Массовая доля компонента

"Ц7""

КОМПОНЕНТЫ Номер компонента Наименование ПДК р.,

Класс опасности

ХсСАЭ

КйЕС

Массовая доля Источники информации ПДК™. лпв„,

Класс опасности атм.

ПДК„,

ЛПВ„„

Класс опасности вода

пдкрт,»»,, лпврив101

Класс опасности рыб. хоз.

ДОК««»«

ЛПВ,«,.™

Источники данных ШДК. ЛПВ1

СВЕДЕНИЯ О ПРОДУКЦИИ Номер продукции Химическая формула Информация о составе

Рис. 5 Логическая модель базы данных по паспортам безопасности химической продукции

пользователя. Второй уровень - бизнес-логика, на котором осуществляется инициировали пользователем обработка данных, возврат их на сервер и сообщение пользователю через экр клиентского приложения о завершении запроса. Звено бизнес-логики приложений реализовано использованием стека технологий WAMP.

Основной программный код реализованных в ИАС баз данных представляет собой набо PHP-файлов с исходными текстами программ и подпрограмм, соответствующих некоторо общей модульной инфраструктуре, обусловленной функциями бизнес-логики приложений.

Разработанные в главе 2 алгоритмы классификации опасности химической продукци представляющей собой вещество, реализованы в виде программного модуля с помощь гипертекстового языка разметки HTML (англ. HyperText Markup Language) и объектно ориентированного скриптового языка программирования JavaScript.

Модуль классификации опасности химической продукции реализован в виде дерев вопросов, включающего вопросы отнесения продукции к соответствующим классам опасности обусловленной физико-химическими свойствами, представляющей опасность для здоровь человека и окружающей среды. Ветвление начинается с первого вопроса, в которо пользователю предлагается выбрать агрегатное состояние вещества. На каждый вопрос, кром первого, пользователь может ответить «да» или «нет». Одновременно с ответами пользовате заполняется таблица, в которой указаны четыре класса опасности.

Достоинствами реализованного модуля являются простота и возможность ег использования производителями, поставщиками и другими заинтересованными лицами npi обращении с химической продукцией на производстве, при транспортировке и в быту. В раб( приведены рекомендации по использованию реализованного модуля классификации опаснос химической продукции.

Работа информационно-аналитической системы ориентирована на информировани заинтересованных лиц об опасных свойствах химической продукции, что позволяют реализова рассмотренные в данной главе программные приложения. Первое приложение предназначен для автоматизации процедуры выбора элементов маркировки и реализовано с помощь скриптового языка VBScript (Visual Basic Scripting Edition), который является рабочим языко приложения Microsoft Office Excel. Второе - представляет собой информационную систему п мерам предосторожности, реализованную в виде БД с трехзвенной архитектурой. Треть приложение ориентировано на автоматизацию деятельности эксперта по формированию макет предупредительной маркировки и разработано с применением современных интернет технологий.

В четвертой главе приведены примеры использования информационно-аналитическо системы для обеспечения безопасного обращения химической продукции.

В качестве объектов рассмотрены: кислота азотная производства ОАО МХК «Еврохим» к пример индивидуального вещества и бензин «Регуляр Евро-92 вид II» производств ОАО «Газпром» в качестве примера смесевой продукции, а также жидкий хлор производств ОАО «Каустик» (Стерлитамак) в качестве примера выбора мер предосторожности. Выбо данных объектов обусловлен широкой областью использования этих продуктов производственной сфере и в быту и необходимостью информирования об опасных свойств. данной продукции большого количества потребителей и производителей.

В качестве исходных данных для каждого из объектов использовался полный набо достоверных данных, полученных в ходе проведения регистрации указанных продуктов в рамк. Европейского регламента по правилам регистрации, оценки, авторизации и ограничени химических веществ - REACH (The Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction о

Chemicals), приведенных в виде отчета о химической безопасности (CSR - Chemical Safety Report).

С использованием разработанных в диссертации алгоритмов классификации опасности химической продукции, обусловленной физико-химическими свойствами, и алгоритмов классификации химической продукции, опасной для здоровья человека и окружающей среды, и разработанного модуля классификации опасности химической продукции, реализованного в виде дерева вопросов для отнесения продукции к соответствующему классу опасности, рассмотренному в Главе 3, для классификации опасности азотной кислоты пользователь ответил на 40 вопросов.

В результате классификации с использованием программного модуля получено, что азотная кислота является: окисляющей жидкостью класса опасности 3, продукцией, вызывающей коррозию металлов класса I, продукцией, вызывающая поражение (некроз)/раздражение кожи, класса 1. По остальным признакам азотная кислота не классифицируется. Полученные результаты классификации опасности химической продукции сохраняются в подсистеме хранения данных НАС (см. рис. 4) и используются при решении других задач безопасного обращения химической продукции: составления паспортов безопасности и/или предупредительной маркировки химической продукции.

В работе приведен пример классификации опасности химической продукции, представляющей собой смесевую продукцию - бензин марки «Регуляр Евро-92 вид II», компонентный состав которого: бензин > 83,7(масс.%); толуол < 14,66(масс.%); метилтретбутиловый эфир (МТБЭ)< 15(масс.%); бензол - 0,57(масс.%). На основании имеющихся данных, полученных из отчета о химической безопасности, с использованием алгоритма классификации опасности, обусловленной физико-химическими свойствами (рис.3) проведена классификация опасности данной продукции. Получено, что бензин относится к воспламеняющимся жидкостям и продукция классифицируется как легковоспламеняющаяся жидкость класса 2 и обладающая опасностью при аспирации, класса 1.

Дальнейшая классификация смесевой химической продукции, представляющей опасность для здоровья человека и окружающей среды, проведена по компонентному составу. Для получения исходных данных использовалась информация достоверных отечественных и зарубежных информационных ресурсов (ESIS, TOXNET).

Предварительно была проведена классификация компонентов, входящих в состав бензина, представляющих опасность для здоровья человека и окружающей среды (бензол; толуол; метилтретбутиловый эфир). Результатом работы явилась классификация опасности всего бензина в целом: легковоспламеняющаяся жидкость, класса 2; ХП, обладающая острой токсичностью по воздействию на организм при введении в желудок, класса 5; ХП, вызывающая поражение (некроз)/раздражение кожи, класса 2; ХП, вызывающая серьезное повреждение/раздражение глаз, класса 3; ХП, обладающая канцерогенным эффектом, класса 1; ХП, обладающая мутагенным эффектом, класса 1; ХП, воздействующая на функцию воспроизводства, класса 2; ХП, обладающая избирательной токсичностью на органы-мишени и/или системы при однократном воздействии, класса 3; ХП, обладающая опасностью при аспирации, класса 1; ХП, обладающая хронической токсичностью для водной среды, класса 2.

Полученные результаты классификации опасности смесевой химической продукции используются при разработке паспорта безопасности бензина марки «Регуляр Евро-92 вид II», формирование которого проводится на основе разработанного в главе 2 алгоритма. Информация по 16-ти разделам паспорта безопасности хранится в ИАС в соответствии со структурой базы данных, приведенной на рис.5. В результате заполнения разделов паспорта безопасности различными показателями формируют итоговый документ.

Основные результаты работы и выводы:

1. С использованием методов системного анализа предложен единый методический подход к созданию системы безопасного обращения химической продукции, основными этапами которого является идентификация продукции, оценка ее опасности, классификация и разработка основных информационных документов.

2. Разработана функциональная структура информационно-аналитической системы управления безопасным обращением химической продукции, предназначенной для идентификации химической продукции, оценки и классификации опасности и информирования на всех стадиях жизненного цикла.

3. Разработан комплекс алгоритмов оценки и классификации опасности химической продукции, представляющей собой вещество или смесь, опасность которой обусловлена физико-химическими свойствами и представляющей опасность для здоровья человека и окружающей среды.

4. Разработаны продукционные правила и модели формализовшшого представления задач классификации химической продукции и разработки мер предосторожности в ИАС управления безопасным обращением химической продукции. Для определения классов опасности и идентификации продукции при неполноте информации о свойствах веществ разработаны модели и методы на основе евклидова расстояния.

5. Разработаны алгоритмы, предназначенные для решения задач информирования специалистов и населения об опасных свойствах химической продукции путем формирования паспорта безопасности и предупредительной маркировки продукции, реализованные в ИАС.

6. С использованием предложенных подходов, методов и алгоритмов разработано информационное и программное обеспечение ИАС: структуры баз данных и комплексов программных средств для решения задач идентификации химической продукции, классификации продукции по степени опасности, составления паспортов безопасности и предупредительной маркировки.

7. Получены результаты практического использования моделей, методов, алгоритмов и комплексов программных средств ИАС для обеспечения безопасного обращения химической продукции, представляющей собой вещество и смесевую продукцию.

Публикации по теме диссертации Статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ

1. Макаров C.B., Бачкала О.В., Макарова A.C., Скобелев Д.О. Описание функционирования национальной системы по безопасности химической продукции на примере обеспечения безопасного обращения химической продукции для окружающей среды // Мир стандартов. 2010 № 3(44), 2010. С. 7-13.

2. Егоров А.Ф., Савицкая Т.В., Макарова A.C., Бачкала О.В. Функциональная структура и программно-алгоритмическое обеспечение информационно-аналитической системы управления безопасным обращением химической продукции // Химическая технология. - 2012. - №9. -С. 574-576.

3. Егоров А.Ф., Савицкая Т.В., Михайлова П.Г., Горанский A.B., Бачкала О.В., Жукова A.A. Информационная система мер предосторожности при обращении химической продукции // Безопасность труда в промышленности. - 2013.- №1.- С.36-41.

4. Саркисов П.Д., Егоров А.Ф., Савицкая Т.В., Бачкала О.В., Кузьмина Ю.А. Системный анализ безопасного обращения химической продукции: методы и подходы к прогнозированию и классификации опасностей // Теоретические основы химической технологии. Том 47, № 1,2013, С. 26-35.

Прочие публикации

5. Бачкала О.В., Егоров А.Ф., Макарова A.C. Оценка рисков, возникающих при обращении химической продукции / XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. В 4 т. Т. 3. Химия и технология материалов, включая наноматёриалы. Физико-химические основы металлургических процессов. Актуальные вопросы химического производства, оценка технических рисков : тез. докл. - Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. - С. 373.

6. Бачкала О.В., Егоров А.Ф., Макарова A.C., Савицкая Т.В. Информационная поддержка процессов идентификации, оценки и классификации опасности химической продукции // Международная конференция по химической технологии ХТ-2012, 18-23 марта 2012 г. Москва программа конференции п.1.36 - С.23.

7. Егоров А.Ф., Савицкая Т.В., Бачкала О.В., Макарова A.C. Информационная поддержка процессов безопасного обращения химической продукции // сб.трудов XXV Междунар. Науч. Конф.: в 10 т., Т.5. Секции 8,9/под общ. Ред. A.A. Большакова. - Волгоград: Волгоград. Гос. Техн. ун-т, 2012; Харьков; Национ. Техн. ун-т «ХПИ», 20I2.-C.52-5S. <

8. Бачкала О.В., Савицкая Т.В. Информационное и программно-алгоритмическое обеспечение системы безопасного обращения химической продукции/ Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Том XXVI, № 1 (130). - М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012.-С. 72-74.

Публикации в зарубежных научных изданиях

9. P.D.Sarkisov, A.F.Egorov, T.V.Savitskaya, O.V.Bachkala, and Yu.A.Kuz'mina System Analysis of Safe Chemical Handling: Methods and Approaches to Predicting and Classifying Chemical Hazards//Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2013, Vol. 47, N1, pp.22-30.

Подписано в печать: 20.05.2013 Тираж: 100 экз. Заказ №465 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Ленинградский проспект д.74 (495)790-47-77 www.reglet.ru