автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Комплекс информационных моделей обработки и анализа многомерных данных по технологическим параметрам процессов кондиционирования радиоактивных отходов

004616687

На правах рукописи

Комплекс информационных моделей обработки и анализа многомерных данных по технологическим параметрам процессов кондиционирования радиоактивных отходов

Специальность 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации (химическая промышленность)»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

~ 9 ДЕК 2010

Москва, 2010

004616687

Работа выполнена на кафедре Информационных технологий государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова» (МИТХТ).

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Колыбанов Кирилл Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гартман Томаш Николаевич

кандидат технических наук, доцент Вербова Людмила Федоровна

Ведущая организация: Ивановский государственный

химико-технологический университет

Защита диссертации состоится 21 декабря 2010 г. в 14.00 часов в аудитории М-119 на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 по адресу: г. Москва, пр. Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В. Ломоносова (119571, г. Москва, просп. Вернадского, д.86). Автореферат диссертации размещен на сайте www.mitht.ru

Реферат разослан 19 ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

К.Ю. Колыбанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Очень сложной и до конца еще не решённой проблемой является обезвреживание и захоронение радиоактивных отходов. Общепризнанно, что избавление человечества от этих отходов — одна из самых острых экологических проблем.

В настоящее время разработаны многочисленные методы утилизации муниципальных радиоактивных отходов, т. е. отходов, не связанных с деятельностью АЭС и военно-промышленного комплекса. Это цементирование, остекловывание, битуминирование, сжигание в керамических камерах, кондиционирование с последующим перемещением продуктов переработки в специальные хранилища («могильники»).

Одним из предприятий, занимающихся захоронением и долговременным хранением радиоактивных отходов (РАО), является ГУП МосНПО «Радон», осуществляющее переработку, кондиционирование и долговременное технологическое хранение радиоактивных отходов в течение времени, за которое захороненные отходы перестанут быть источником опасности для человека и окружающей среды.

В связи с постоянно нарастающим объёмом использованных радиоактивных веществ, подлежащих утилизации, и увеличением в связи с этим количества хранилищ, в связи с длительным периодом дезактивации радиоактивных отходов, огромное значение приобретает вопрос накопления достоверной подробной информации обо всех параметрах технологических процессов, проводимых в процессе кондиционирования и обеспечение её надёжного долговременного хранения. Это необходимо для оперативного предотвращения возможных нештатных или аварийных ситуаций в отдаленном будущем.

Решение накопления и централизованного хранения информации требует разработки надёжного аппаратного обеспечения, выполняющего бесперебойную передачу и хранение информации, резервное копирование и экспорт данных в открытые форматы для перспективной совместимости, а также разработки регламентов информационного взаимодействия.

Цель и задачи работы

Целью работы является создание информационной системы для обеспечения надёжности хранения и обработки информации на всех стадиях жизненного цикла информационных систем, разработанных для обеспечения экологической безопасности предприятий по кондиционированию и

долговременному технологическому хранению радиоактивных отходов, а также разработка регламентов информационного взаимодействия для обеспечения бесперебойной работы системы.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Системный анализ технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов на основе классификации первичных форм радиоактивных отходов, стадий и технологических процессов их кондиционирования, существенных параметров технологических процессов.

2. Функциональное моделирование технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов с использованием методологии IDEF0.

3. Информационное моделирование хранилища данных с использованием методологии моделирования потоков данных DFD и теории реляционных баз данных и хранилищ данных.

4. Разработка информационного обеспечения для экспорта/импорта данных на основе расширяемого языка разметки данных XML для обеспечения совместимости при переходе на перспективные программные платформы хранилищ данных.

Методы исследования

В основу решения поставленных задач положены методы системного анализа (декомпозиция, классификация, иерархическое упорядочение, абстрагирование, формализация, композиция, моделирование), методология функционального моделирования IDEF0, методология моделирования потоков данных DFD, методология проектирования баз данных IDEF1X, теория реляционных баз данных и хранилищ данных.

Научная новизна

1. Выполнен системный анализ технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

2. Разработаны функциональные модели технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

3. Разработаны модели потоков данных для заполнения хранилища данных технологических параметров процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

4. Разработана многомерная информационная модель хранилища данных технологических параметров процессов кондиционирования радиоактивных отходов.

Практическая значимость результатов работы

♦ Разработаны схемы резервирования, долговременного хранения и экспорта данных из хранилища данных на внешние носители;

♦ Определено минимальное время хранения информации о кондиционированных РАО;

♦ Разработаны регламенты обработки информации для технологических процессов кондиционирования РАО.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на XII международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2008» (ВлГТУ, Волгоград) и III Молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2009» (МИТХТ им. М.В.Ломоносова, Москва). Публикации

По теме диссертации опубликовано 6 работ, включая 2 статьи в журналах и сборниках трудов, входящих в перечень периодических научных изданий, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, 2 статьи в сборниках научных трудов и 2 тезисов докладов в трудах всероссийских и международных научно-технических конференций.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка, включающего 78 наименований. Работа изложена на 94 листах машинописного текста, содержит 42 рисунка и 5 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении определены цели и задачи исследования, обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы новые научные результаты и их практическое значение.

В первой главе проведен системный анализ производственных процессов кондиционирования РАО на предприятии МосНПО «Радон». На его основе разработана классификация радиоактивных отходов и технологических процессов кондиционирования РАО.

Технологии переработки и кондиционирования радиоактивных веществ (РВ) и РАО на перерабатывающем комплексе МосНПО «РАДОН», в том числе и на других предприятиях системы «РАДОН», предназначены для того, чтобы обеспечить долговременное технологическое хранение кондиционированных

отходов (сотни и тысячи лет). Исключительное значение имеет при этом сохранение полной информации о технологии получения каждого объекта хранения на такую же долговременную перспективу для подготовки технологических и организационных решений при нарушении кондиции отходов или угрозе нарушения в отдаленном будущем.

Исходные формы радиоактивных отходов (рис. 1) непригодны для хранения из-за малой механической прочности и значительной химической активности. Поэтому они подлежат кондиционированию, которое включает уменьшение объема и перевод в твердую стабильную монолитную форму с последующим долговременным хранением кондиционированных РАО в течение времени, необходимого для снижения их активности до допустимых уровней.

Рис. 1. Отношения обобщения исходных форм РАО

В результате анализа технологических регламентов и процедурных документов МосНПО «РАДОН» были выявлены существенные параметры технологических процессов переработки и кондиционирования РАО, необходимые для занесения в хранилище данных для решения прямой и обратной задач поиска. Существенные параметры классифицированы и объединены в четыре группы: входные, технологические, контролируемые и выходные параметры. Рассмотрены технологии цементирования, остекловывания, прессования, концентрирования, сжигания и плазменной переработки различных групп радиоактивных отходов (рис. 2). Такие параметры, как группа РАО, радионуклидный состав, суммарная активность и ряд других, являются существенными для всех технологий, в отличие от специфических для каждой отдельной технологической установки.

жо

жн

ВНЕ

ип

ССТЕКПОеЫВЧНИЕ

КСНДИЦИОН('РОВ»Нке^ ■ '...''. ЦЕМЁНПР06АЧИЕ • '..■■■■■•". иммоеилизаци?

1 1

долгосрочное". 1 : . ХРАНЕНИЕ 1 ДОЛГОСРОЧНОЕ ХРАНЕНИЕ

Рис. 2. Технологические стадии переработки и кондиционирования различных групп радиоактивных отходов на МосНПО «Радон» (Ф- фильтры, К - кондиционируемые, П - прессуемые, Б - биологические, Г - горючие небиологические, ЖО - жидкие органические, ЖН - жидкие неорганические, Ж - жидкие прочие, И - источники с контейнерами, ИР - радиоизотопные приборы, ИП -ампулироваииые препараты, И-69 - источники, выгружаемые из контейнеров).

На основе системных факторов (рис. 3) проведена классификация стадий и технологических процессов переработки и кондиционирования РАО, решающих задачи сокращения объемов, обеспечения механической прочности и химической инертности конечных объектов длительного хранения для различных исходных форм РАО.

Системные щитврмн

1 1 1 1

Фуни|1П»<альнОСтъ 1 1т>в1 рпитмын .чплх! л Тробооэни» пр«д*ари1«г»ной подготидм Тип |>в1Мр«6а ■ ыиавиых ОгеООО! Т*м)№(игурнмй режим | Сюммоыь

пробное»« ОА*спам«миа

Обеспечение - химичоогэй инертности

ЧИОТ1ЮСТЧ

Обеспечение

объем опюао*

- иоимирутанвгв иэл>*«»мм|1 (ИИИ)

- ИомооОмвнм»« о Бчолог^юои

Вьпмотмглврвт/вни)

Рис. 3. Системные факторы классификации технологий переработки и кондиционирования РАО

Вторая глава посвящена функциональному моделированию технологических процессов кондиционирования РАО. Определены характерные особенности работы предприятия, включающие различные способы обработки исходных форм радиоактивных отходов. На основе анализа технологических регламентов составлены комплекты сопроводительных документов, используемых на всех этапах переработки радиоактивных отходов.

Рассмотрены вопросы применения методологии функционального моделирования с использованием нотации ГОЕРО к процессам переработки и подготовки к длительному хранению радиоактивных отходов. Построены функциональные модели для технологий цементирования, остекловывания, прессования, концентрирования, сжигания и плазменной переработки РАО и проведена • декомпозиция всех этапов процесса кондиционирования РАО. Фрагменты функциональной модели процесса остекловывания радиоактивных отходов и дерево узлов функциональной модели приведены на рис. 4-6. Глубина декомпозиции составляет 3 уровня. Построены диаграммы потоков данных для процессов кондиционирования, а также описаны дальнейшие шаги по переходу от моделирования к многомерному анализу данных.

иЭЕО АТ: AUTHOR: Пашннцева И Ю DATE. 28.10.2010 1 WORMNG READER DATE CONTEXT.

PROJECT: Оствкловываниа РАО REV: 28.10.2010 DRAFT TOP

RECOMMENDED

NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 9 10 PUBLICATION

Жидки» радиоактивны» отпады

Стекпообреэующи«

Методически» Процедурные Технологический документы документы регламент

Осте кловы баки« жидких радиоактивных отходоа

Прсонал Прсонал Прсонал Лрсо«ал Прсонал Долшетрист цвхаМв3 цеха №5 цеха №9 цеха »10 цеха »12

Остеклованные ЖРО .

Заполненный паспорт ЖРО

А-0

Остекловывание жидких радиоактивных отходов

Рис. 4. Обобщенная контекстная диаграмма остекловывания РАО

Рис. 5. Третий уровень декомпозиции процесса остекловывания РАО

А8 Остекловывание

А1 Приём ЖРО

А2 Концентрирование ЖРО

А21 Подготовка к проведении процесса

А211 Отбор пробы

А212 Расчёт параметров процесса

А213 Определение количества стеклообразующих добавок

А214 Определение конечного уровня конденсата

А215 Выключение установки

А22 Подготовка к работе узла концентрирования

А23 Концентрирование ЖРО с использованием роторного испарителя

А24 Концентрирование низкосолевых ЖРО

АЗ Остекловывание ЖРО

А31 Приготовление шихты

А32 Подготовка к плавлению стекла

АЗЗ Плавление смеси

А34 Остекловывание

А341 Получение стекломассы

А342 Слив стекломассы в приёмный контейнер

А343 Анализ проб продуктов техпроцесса

АЗД4 Отжиг и выгрузка стеклоблоков

А345 Нейтрализация побочных продуктов техпроцесса

А4 Очистка газов и конденсатов

А41 Анализ проб

А42 Промывка трубопроводов, шлангов и насосов

А43 Откачка конденсата из ёмкостей

А44 Очистка отходящих газов

Рис. 6. Дерево узлов функциональной модели процесса остекловывания РАО

В третьей главе решается задача построения информационной модели функционирования предприятия по переработке РАО, обеспечивающая системный подход к вопросам работы по обеспечению надёжности хранения информации в хранилище данных. Структура информационной системы базируется на понятиях долговременного защищенного хранения данных о радиоактивных отходах. Для построения информационной модели составлены диаграммы потоков данных в нотации ОБР (рис. 7).

Рис. 7. Диаграмма потоков данных для процесса остекловывания ЖРО Установлено, что основными системообразующими элементами информационной модели предприятия являются регламенты взаимодействия элементов' системы, программные и аппаратные особенности реализации хранилища данных.

Разработано формальное описание многомерной модели данных, являющейся информационной основой хранилища данных: О = ( Щ Т, ит, Ки, Р, А, Р, Б, 0),

где О - объект долговременного хранения; \Л/ - множество исходных форм радиоактивных отходов, Т - множество технологий переработки и кондиционирования РАО; ит - множество технологических установок; Ки -множество технологических регламентов; Рк - множество технологических

параметров; А - множество показателей активности; Р - множество показателей кондиционированных форм РАО; Б - множество мест долговременного хранения объектов; 0 - хронологическая привязка данных.

Основной таблицей фактов является таблица паспортов объектов долговременного хранения. Остальные таблицы являются измерениями многомерной модели. Ряд измерений являются иерархическими. Например, для каждой технологии кондиционирования 1,еТ={Иммобилизация; Цементирование; Остекловывание; Плазменная переработка; ...} может быть несколько различных технологических установок иуе11т, каждая из которых реализует одну из технологий Ъ, для которых утвержден соответствующий технологический регламент г^еЯи. Регламент Г;,к строго привязан к конкретной установке и^. Совершенствование процессов переработки РАО (смена технологических регламентов и установок) и появление перспективных технологий будет отражаться в многомерной модели расширением множеств Т, ит, Яи.

Измерение А={аь а^, ар, а,, а„} включает удельные показатели активности по отдельным радионуклидам а„ и агрегированные значения по типу активности Эа, а^ а, и в целом аЕ по объекту. Фрагмент иерархии измерения \У={ИИИ; ТРО; ЖРО; ...} приведен на рис. 1. Измерение Б также включает несколько уровней иерархии: контейнер - участок - хранилище - полигон. Измерение Б изначально является иерархическим: месяц - квартал - год - десятилетие -столетие (исходя из ожидаемой длительности хранения порядка сотен лет).

Технологии! кондиционирования

Полигоны, хранения

Категории-РАО

Технологические-установки

Участок-, хранения:

Технологические- параметры Дата-время

Исходные~формы

Технологические 1 регла меить!. Объекты-хранения <-' Показатели- активности

4-

1 Показатели- конечных- форм

Рис. 8. Многомерная модель данных

Таким образом, информационная система на основе хранилища многомерных данных обеспечивает информационную поддержку для подготовки обоснованных технологических и организационных решений по рекондиционированию объектов хранения с целью предотвращения возникновения аварийных ситуаций и минимизации их последствий, а также по дальнейшему обращению с кондиционированными радиоактивными отходами.

Четвёртая глава диссертационной работы посвящена разработке программного решения для долговременного хранения данных, исходя из рассчитанного минимального промежутка времени хранения информации.

Анализ регламентирующих документов МосНПО «Радон» показывает, что на данном предприятии перерабатываются, в основном, радиоактивные изотопы 137Сб и 239Ри с периодами полураспада соответственно 30,17 и 24360 лет.

Для определения сроков хранения информации по радиоактивным отходам использовано преобразованное уравнение скорости радиоактивного распада для расчёта времени, за которое активность рассматриваемого изотопа упадёт до значения, не превышающего естественный радиационный фон Земли:

здесь I — промежуток времени, в течение которого проводится измерение распада, 2 — период полураспада, И0— исходное число ядер (в момент времени, равный нулю) и N1 — число ядер, не распавшихся по истечении времени I.

Расчет времени хранения проведен на основе среднестатистические показателей активности конечных продуктов (табл. 1), взятых из нормативных документов МосНПО "Радон".

Таблица 1. Показатели активности конечных продуктов

Вид конечных продуктов Средняя удельная (объемная) активность ГР С«137, Бк/кг(л) Средняя удельная (объемная) активность 1а Ри239, Бк/кг(л)

Шлаковый компаунд 9,0-105 + 3,0-107 5,0-Ю4+7,0-Ю5

Зола летучая 9,0-105+5,0-10б 8,0-104+2-105

Конденсат 7,5-102 -6,0-104 1,0-102 + 1,0-103

Отработанный орошающий раствор 7,5-103 + 2,5-10б 1,2-102 + 1,5-104

Расчет произведен по изотопу 55 , имеющему минимальныи период полураспада и максимальную удельную (объёмную) активность (9Т05Бк/кг(л)).

Количество радиоактивного вещества измеряется активностью, которая равна числу ядерных превращений в единицу времени, т. е. в данном случае соответствует исходному числу ядер (No). Максимально допустимая объёмная активность радиоактивных изотопов, не представляющая угрозы для человека составляет 100 Бк/м3 (N,).

9.105

/ = 3,32 • 30 = 692,64

0,1

В результате, время хранения информации должно составлять не менее семисот лет. Таким образом, для обеспечения надёжности хранения данных необходимо разработать схему резервирования данных с учётом непрерывного развития технологий хранения информации.

Для организации процедур импорта-экспорта информации в хранилище данных использован расширяемый язык разметки данных XML, что позволит обеспечить преемственность данных при переходе к новым версиям систем управления базами данных в долгосрочной перспективе. Для описания структуры таблиц хранилища данных используются теги XML. Пример использования формата XML для описания структуры и хранения данных таблицы параметров активности конечных форм РАО (табл. 2) приведен на рис. 9.

Таблица 2. Параметры активности конечных форм РАО

Код Индекс-идентификатор Категория РАО Удельная активность, Бк/кг:

а ß.y

1 ВО высокоопасные особого вида ~ 4Е+6

2 В высокоопасные 4Е+5 ч- 4Е+6 >4Е+6

3 с умеренноопасные 4Е+3 -н 4Е+5 4Е+5 -i- 4Е+6

4 м малоопасные < 4Е+3 <4Е+5

Расширяемый язык разметки XML позволяет определить теги для описания структуры документа (в данном случае - реляционных таблиц), и представить данные таблиц в структурированной форме, не зависящей от особенностей реализации конкретной программной платформы системы управления хранилищем данных.

<?xml version="1.0" encoding="windows-1251" ?>

<!-- Имя файла: activity.xml -->

<ACTIVITY>

<FINAL_FORM>

<FF_ID>1</FF_ID> < F F_INDEX>BO</FF_INDEX>

<FF_CATEG0RY>Bb!COKOonaCHbie особого B»via</FF_CATEGORY> <ALPHA_LOW>4000000</ALPHA_LOU> </FINAL_FORM> <FINAL_FORM>

<FF_ID>2</FF_ID> <FF_INDEX>B</FF_INDEX> <FF_CATEG0RY>BbicoKOonaCHbie</FF_CATEG0RY> <ALPHA_LOW> 400000</ALPHA_LOW> <ALPHA_HIGH>4000000</ALPHA_HIGH> <BETA_LOW> 4000000</BETA_LOW> <GAMMA_L0W> 4000000</GAMMA_LOW> </FINAL_FORM> <FINAL_FORM>

<FF_ID>3</FF_ID> <FF_INDEX>C</FF_INDEX>

<FF_CATEG0RY>yMepeHHOonaCHbie</FF_CATEG0RY> <ALPHA_LOW> 4000</ALPHA_LOW> <ALPHA_HIGH> 400000</ALPHA_HIGH> <BETA_LOW> 400000</BETA_LOW> <BETA_HIGH> 4000000</BETA_HIGH> <GAMMA_LOW> 400000</GAMMA_LOW> <GAMMA_HIGH>4000000</GAMMA_HIGH> </FINAL_FORM> <FINAL_FORM>

<FF_ID>4</FF_XD> <FF_INDEX>M</FF_INDEX> <FF_CATEGORY>Maлooпacныe</FF_CATEGORY> <ALPHA_HXGH> 4000</ALPHA_HIGH> <BETA_HIGH> 400000</ВETA_HIGH> <GAMMA_HIGH>400000</GAMMA_HIGH> </FINAL_FORM>

</ACTIVITY»_

Рис. 9. Пример XML-документа

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие результаты:

♦ Выполнен системный анализ технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

♦ Разработаны функциональные модели технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

♦ Разработаны модели потоков данных для заполнения хранилища данных

нологических параметров процессов кондиционирования радиоактивных :одов;

Разработана многомерная информационная модель хранилища данных нологических параметров процессов кондиционирования радиоактивных вдов;

Разработаны схемы резервирования, долговременного хранения и экспорта шых из хранилища данных на внешние носители;

Определено минимальное время хранения информации о щиционированных РАО;

Разработаны регламенты обработки информации для технологических щессов кондиционирования РАО.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

атьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов •сертационных работ:

1. Пашинцева И.Ю., Колыбанов К.Ю., Пашинцев С.С. Системный анализ )цесса кондиционирования радиоактивных отходов. // Вопросы современной ки и практики, Университет им. В.И. Вернадского, т. 30, №7,2010

2. Пашинцева И.Ю., Колыбанов К.Ю., Пашинцев С.С. Многомерная |)ормационная модель хранилища данных технологических параметров щессов кондиционирования радиоактивных отходов. // Интеграл, №5,2010 атьи и материалы конференций:

3. Пашинцева И.Ю., Корнюшко В.Ф., Кулыгина М.М. Комплексный згомерный анализ данных о состоянии МТО вузов. // Сборник трудов научно-исгической конференции "Проблемы мониторинга МТО ГОУ", СПб: (ательство ФИНЭК, 2006

4. Пашинцева И.Ю. Проектирование информационных систем на основе нологий хранилищ данных. // Труды XII международной научно-технической ференции «Наукоемкие химические технологии-2008», Волгоград, Изд-во 1гГТУ, 2008

5. Пашинцева И.Ю., Пашинцев С.С. Построение информационной системы поддержки и обеспечения учебного и научно-исследовательского процесса в

[ТХТ. // Сборник научных трудов "Алгоритмы, методы и системы обработки ных", Изд-во МИ ВлГУ, Муром, вып. 14,2009

6. Пашинцева И.Ю. Функциональное моделирование технологических |цессов кондиционирования РАО. // Сборник тезисов докладов III Молодежной чно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2009», сква, МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2009

Подписано в печать 17.11.2010. Сдано в производство 18.11.2010. Формат бумаги 60x90 1/16. Объем 1 п.л.

_Тираж 100 экз. Заказ № 257_

Отпечатано в ООО "Фирма БЛОК" 107140, г. Москва, ул. Краснопрудная, вл. 13. тел. (495) 264-3073

Введение

Глава 1. Системный анализ производственных процессов кондиционирования радиоактивных отходов , б

1.1. МосНПО «Радон» и переработка радиоактивных отходов.

1.2. Обзор технологий переработки радиоактивных отходов.

1.3. Системный анализ технологических процессов.

Глава 2. Функциональное моделирование технологических процессов переработки радиоактивных отходов

2.1. Остекловывание радиоактивных отходов.

2.2. Концентрирование жидких радиоактивных отходов.

2.3. Цементирование радиоактивных отходов.

2.4. Сжигание радиоактивных отходов.

2.5. Цементирование зольного остатка от сжигания радиоактивных отходов

2.6. Суперкомпактирование радиоактивных отходов.

2.7. Плазменная переработка твёрдых радиоактивных отходов.

Глава 3. Моделирование данных по технологическим параметрам процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов

3.1. Построение диаграмм потоков данных в нотации ОРР.

3.2. Построение информационной модели данных технологических параметров кондиционирования радиоактивных отходов.

3.3. Построение многомерной информационной модели данных технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов.

Глава 4. Разработка программно-аппаратного решения хранилища данных для долговременного хранения информации

4.1. Анализ хранимых радиоактивных отходов и определение времени хранения информации.

4.2. Программное решение для долговременного хранения информации.

4.3. Аппаратное решения для долговременного хранения информации о кондиционированных радиоактивных отходов.

Актуальность темы

Очень сложной и до конца еще не решённой проблемой является обезвреживание и захоронение радиоактивных отходов. Общепризнанно, что избавление человечества от этих отходов — одна из самых острых экологических проблем.

В настоящее время разработаны многочисленные методы утилизации муниципальных радиоактивных отходов, т. е. отходов, не связанных с деятельностью АЭС и военно-промышленного комплекса. Это цементирование, остекловывание, битуминирование, сжигание в керамических камерах, кондиционирование с последующим перемещением продуктов переработки в специальные хранилища («могильники»).

Одним из предприятий, занимающихся захоронением и долговременным хранением радиоактивных отходов (РАО), является ГУП МосНПО «Радон», осуществляющее переработку, кондиционирование и долговременное технологическое хранение радиоактивных отходов в течение времени, за которое захороненные отходы перестанут быть источником опасности для человека и окружающей среды.

В связи с постоянно нарастающим объёмом использованных радиоактивных веществ, подлежащих утилизации, и увеличением в связи с этим количества хранилищ, в связи с длительным периодом дезактивации радиоактивных отходов, огромное значение приобретает вопрос накопления достоверной подробной информации обо всех параметрах технологических процессов, проводимых в процессе кондиционирования и обеспечение её надёжного долговременного хранения.

Это необходимо для оперативного предотвращения возможных нештатных или аварийных ситуаций в отдаленном будущем.

Решение накопления и централизованного хранения информации требует разработки надёжного аппаратного обеспечения, выполняющего бесперебойную передачу и хранение информации, резервное копирование и экспорт данных в открытые форматы для перспективной совместимости, а также разработки регламентов информационного взаимодействия.

Цель и задачи работы

Целью работы является создание информационной системы для обеспечения надёжности хранения и обработки информации на всех стадиях жизненного цикла информационных систем, разработанных для обеспечения экологической безопасности предприятий по кондиционированию и долговременному технологическому хранению радиоактивных отходов, а также разработка регламентов информационного взаимодействия для обеспечения бесперебойной работы системы.

Методы исследования

В основу решения поставленных задач положены методы системного анализа (декомпозиция, классификация, иерархическое упорядочение, абстрагирование, формализация, композиция, моделирование), методология функционального моделирования ЮЕРО, методология моделирования потоков данных РРР, методология проектирования баз данных ЮЕР1Х, теория реляционных баз данных и хранилищ данных.

Научная новизна

1. Выполнен системный анализ технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

2. Разработаны функциональные модели технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

В. Разработаны модели потоков данных для заполнения хранилища данных технологических параметров процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

4. Разработана многомерная информационная модель хранилища данных технологических параметров процессов кондиционирования радиоактивных отходов.

Практическая значимость результатов работы

Разработаны схемы резервирования, долговременного хранения и экспорта данных из хранилища данных на внешние носители;

Определено минимальное время хранения информации о кондиционированных РАО

Разработаны регламенты обработки информации для технологических процессов кондиционирования РАО;

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на XII международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технояогии-2008» (ВлГТУ, Волгоград) и III Молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2009» (МИТХТим. М.В.Ломоносова, Москва).

Публикации

По теме диссертации опубликовано б работ, включая 2 статьи в журналах и сборниках трудов, входящих в перечень периодических научных изданий, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, 2 статьи в сборниках научных трудов и 2 тезисов докладов в трудах всероссийских и международных научно-технических конференций.

Вывод:

Тенденции развития электронных микропроцессоров свидетельствуют о том, что новый продукт появляется на рынке в среднем 1 раз в полтора года, а аппаратная поддержка предыдущих версий процессоров имеет место в течение пяти лет с момента появления на рынке.

По итогам анализа истории развития основных элементов аппаратной конфигурации, включая приведённые выше, а также основные интерфейсы и форм-факторы, можно установить срок регулярного обновления через 5 лет. При этом желательно использовать комплектующие, представленные на рынке не менее 6 месяцев, в связи с возможным проявлением скрытых конструктивных дефектов или других факторов, критически влияющих на перспективу долгосрочного использования комплектующих.

4.3.5. Регламенты резервного копирования и экспорта данных

Резервное копирование информации необходимо для обеспечения возможности считать информацию в будущем в случае реализации угроз целостности или доступности информации в основной информационной системе.

К основной информационной системе относятся хранилище данных, содержащее полную информацию обо всех процессах переработки и параметрах хранения, параметрах установок и т. п., а также операционные реляционные СУБД, предназначенные для обслуживания ввода информации в хранилище данных и выполнение запросов, связанных с формированием, хранением и выводом обобщённой информации, необходимой для анализа работы предприятия, поддержки принятия решений об изменении технологических процессов, анализа и предсказания аварийных ситуаций. Все этапы резервирования используют данные, полученные на предыдущем этапе, таким образом, снимается нагрузка с основных серверов, и проводится дополнительная проверка целостности информации и возможности её восстановления.

Первый этап резервирования предусматривает работу серверов репликации, содержащих копию (с учётом задержки на отработку по журналу транзакций) текущего состояния хранилища данных и дублирующий в независимой конфигурации с меньшим числом физических серверов основной кластер. Резервирование на этом этапе осуществляется в полностью автоматическом режиме, вмешательства пользователей и администраторов не требуется.

Второй этап резервирования включает осуществляемый по расписанию экспорт данных в простой текстовый формат с разметкой, соответствующей стандарту XML. Процесс осуществляется при помощи программного обеспечения, выполняемого на резервном сервере один раз в сутки в 3:00 часа. Это связано с тем, что время выбирается таким образом, чтобы в период выполнения резервного копирования не осуществлялось операций, связанных с внесением изменений в структуру и объём данных. Текстовые данные архивируются с избыточностью архива для восстановления в случае частичного повреждения. Данные за каждый день хранятся в отдельных архивах.

Третий этап предусматривает ежемесячное копирование архивов с данными в формате XML на резервный носитель — BD диски в 2 экземплярах, обслуживаемые роботизированной библиотекой. Такая форма хранения информации является конечной и была выбрана в связи с тем, что BD диски имеют достаточно большой (100 лет) срок хранения без потери информации, относительно высокий уровень защиты от неблагоприятных внешних воздействий.

Каждые 30 лет данные, хранящиеся на ЕЮ дисках извлекаются, проходят г проверку целостности, и записываются на новый носитель. Ежегодно по расписанию, ПО, обслуживающее хранилище данных удаляет из хранилища детальные данные о параметрах переработки и захоронения РАО, содержащиеся в записях старше 50 лет. В течение 20 лет после удаления из хранилища, данные остаются доступными в виде архива файл-сервера, после чего существуют только в виде архивов на ВЭ дисках.

Обобщённые данные хранятся в СУБД для расчёта обобщённых показателей хранения, и срок давности определяет только уровень агрегации данных. В рамках данной работы этот вопрос детально не рассматривался.

В случае возникновения аварийных ситуаций, данные со сроком давности 0-30 лет для точного анализа обстановки восстанавливаются из резервного хранилища, со сроком 30-50 лет — из архивов файл-сервера, боле старые данные восстанавливаются с дополнительного носителя.

4.3.6. Регламенты информационного взаимодействия

Первичная информация поступает на предприятие на бумажном носителе.

Для помещения записи о переработке и захоронении РАО, необходимо выполнение ряда этапов по обработке информации, частично связанных с технологическими процессами.

1. Создание записи в соответствии с паспортом партии РАО - оператор

2. Ввод информации с бумажного носителя - оператор

3. Проверка и подтверждение введённой информации - оператор

4. Ввод информации о результатах сортировки - оператор

5. Перемещение информации в запись сортированных РАО, подготовленных к технологическому процессу переработки - оператор

6. Ввод информации о технологических параметров установки — оператор + И С предприятия

7. Ввод информации о результатах переработки и выходных параметрах РАО — оператор + ИС предприятия

8. Формирование записи о кондиционируемых РАО - оператор

9. Очистка информации, включающая удаление информации, не имеющей значения для хранения, сравнение и проверку информации о переработанных РАО на предмет выявления возможных ошибок оператора — ПО сервера ХД

10. Помещение информации в хранилище данных.

11. Формирование обобщённых показателей для анализа эффективности работы предприятия и помещение информации в реляционную СУБД

Заключение

В диссертационной работе получены следующие результаты:

Выполнен системный анализ технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

Разработаны функциональные модели технологических процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

Разработаны модели потоков данных для заполнения хранилища данных технологических параметров процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

Разработана многомерная информационная модель хранилища данных технологических параметров процессов кондиционирования радиоактивных отходов;

Разработаны схемы резервирования, долговременного хранения и экспорта данных из хранилища данных на внешние носители;

Определено минимальное время хранения информации о кондиционированных РАО;

Разработаны регламенты обработки информации для технологических процессов кондиционирования РАО.

1. Антонов A.B. Системный анализ. Учеб. для вузов/А.В. Антонов. 2-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2006.

2. Анфилатов B.C., Емельянов A.A., Кукушкин A.A. Системный анализ в управлении. -М.: Финансы и статистика, 2002.

3. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: СПбГТУ, 1999.

4. Браун Т., Лемей Г.Ю. Химия в центре наук. М.: Мир, 1983.

5. Дорохов, И. Н. Системный анализ процессов химической технологии. Интеллектуальные системы и инженерное творчество в задачах интенсификации химико-технологических процессов и производств / И. Н. Дорохов, В. В. Меньшиков. -М.: Наука, 2005.

6. Ахунов В.Д., Брыкин С.Н., Попова Ю.Н., Серебряков И.С., Якушев С.А. Организация учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов. «Атомная энергия», №2, 2001.

7. Гейн К., Сарсон Т. Системный структурный анализ: средства и методы. М.: Эйтекс, 1992.

8. Гершанов И.В., Пелихов В.П. Методы оценки полноты информационного описания предметной области. «Проблемы управления безопасностью сложных систем», N97, 1997.

9. ГОСТ 17606-81. Переработка и захоронение радиоактивных отходов. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1981.

10. Дмитриев С.А., Пантелеев В.И, Демкин В.И., Адамович Д.В., Свитцов A.A. Способ переработки жидких радиоактивных отходов Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2004127180/06 (029548) от 07 октября 2005 г

11. Ефимов K.M., Гембицкий П.А., Варлаков А.П., Горбунова O.A., Баринов A.C. Биоцидный цементный раствор. Патент РФ № 2197760 С2 , приоритет от 25.04.01.-Комитет РФ по патентам и товарным знакам, 2003, бюл. №3.

12. Карлин Ю.В., Чуйков В.Ю., Адамович Д.В. и др. Переработка жидких радиоактивных отходов с помощью мобильных модульных установок //Атомная энергия, 2001г., т.90, вып.1.

13. Никифоров A.C., Куличенко И.И., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. Энергоатомиздат, Москва, 1985.

14. Силин В. Tamino. Информационный сервер для электронного бизнеса, http://www.citforum.ru/internet/xml.shtml

15. Грейвс М., Проектирование баз данных на основе XML. M.: Вильяме, 2001.

16. Товмасян A.B. Разработка формализованных методов анализа задач обработки данных и синтеза типовых модульных систем обработки данных: ил РГБ ОД 61:85-5/562

17. Брайан Ливингстон, Пол Таррот Секреты Microsoft Windows Vista = Windows Vista Secrets. — M.: «Диалектика», 2007. — С. 456. — ISBN 0-7645-7704-2

18. Пол Мак-Федрис Microsoft Windows XP SP2. Полное руководство = Microsoft Windows XP Unleashed. — M.: «Вильяме», 2006. — С. 880. — ISBN 0-672-328B3-X

19. Home page for the Windows family of products and technologies. URL: https://www.microsoft.com/windows/default.aspx

20. Документация — Windows URL: http://www.compdoc.ru/os/windows/

21. Сэм P. Алапати. Oracle llg: руководство администратора баз данных = Expert Oracle Database llg Administration. — M.: Вильяме, 2009. — 1341 с. — ISBN 978-5-8459-15924

22. Рик Гринвальд, Роберт Стаковьяк, Гэри Додж, Дэвид Кляйн, Бен Шапиро, Кристофер Дж. Челья. Программирование баз данных Oracle для профессионалов = Professional Oracle Programming. — М.: Диалектика, 2007. — С. 784. — ISBN 0-7645-7482-5

23. Томас Кайт. Oracle для профессионалов: архитектура, программирование и особенности версий 9i и 10g = Expert Oracle Database Architecture: 9i and lOg Programming Techniques and Solutions. — M.: Вильяме, 2007. — С. 848. — ISBN 159059-530-0

24. Сайт Oracle URL: http://www.oracle.com/ru/

25. Журнал Oracle Magazine URL: http://www.oracIe.com/global/ru/oramag/

26. Антон Платов. Компьютерные корпорации.' История Oracle URL: http://msk.nestor.minsk.by/kg/2005/26/kg52614.html

27. Наталия Елманова, Алексей Федоров. Oracle и Microsoft SQL Server: прошлое, настоящее и будущее. КомпьютерПресс № 2001-07 URL: http://www.interface.ru/fset.asp?Url=/oracle/ormic.htm

28. Эви Немет, Гарт Снайдер, Трент Хейн. Руководство администратора Linux. Установка и настройка = Linux Administration Handbook. — 2-е изд. — М.: Вильяме, 2007. — 1072 с. — ISBN 0-13-148004-9

29. Кристофер Негус. Linux. Библия пользователя = Linux Bible. 2005 Edition. — М.: Диалектика, 2006. — 704 с. — ISBN 0-7645-7949-5

30. Скотт Граннеман. Linux, карманный справочник. Необходимые коды и команды. — М.: Вильяме, 2008. — 211 с. — ISBN 978-5-8459-1118-6 (рус)

31. Маттиас Калле Далхаймер. Запускаем Linux. — М.: Символ-Плюс, 2008. — 992 с. — ISBN 978-5-93286-100-4 (рус)

32. В. А. Костромин. История Linux в России, 10 мая 2005 года. URL: http://rus-linux.net/kos.php?name=papers/history/lh-05.html

33. IBM developer Works. Раздел no Linux. Статьи, обзоры, учебные пособия URL: http://www.ibm.com/deveIoperworks/ru/linux/?STACT=105AGX99&SCMP=GR01

34. Сравнительный анализ основных лицензий Open Source: GPL, LGPL, BSD, MIT, Mozilla public license, Apache software license URL: http://www.libertarium.ru/Iibertarium/18586

35. Richard Stallman. Why «Open Source» misses the point of Free Software (англ.). Free Software Foundation (7 октября 2008) URL: http://www.gnu.org/philosophy/open-source-misses-the-point.html

36. Иерархия взаимоотношений дистрибутивов , Linux URL: http://linuxhelp.blogspot.com/2006/04/mind-map-of-linux-distributions.html

37. Linux ext3 FAQ (русская версия) URL: http://www.nixp.ru/articles/linuxext3faqrussian

38. Систематика и обобщение методологий моделирования и языков URL: http://computer20.euro.ru/5morf.htm

39. Tsisa.ru — ресурс о теории систем и системном анализе URL: http://tsisa.ru/

40. Георгий Лыскин. Социальная структура виртуальных • сетевых сообществ разработчиков программного обеспечения с открытыми кодами (автореферат диссертации) URL: http://www.isn.ru/public/open.doc

41. Технологии Linux Open Source //Труды международной школы-семинара, М.: 2006.

42. Дэвид Хантер, Джефф Рафтер и др. XML. Базовый курс = Beginning XML. — M.: Вильяме, 2009. — 1344 с. — ISBN 978-5-8459-1533-7

43. Сергеев А. П. HTML и XML. Профессиональная работа. — М.: Диалектика, 2004. — 880 с. — ISBN 5-8459-0676-8

44. Роберт Тейбор. Реализация XML Web-служб на платформе Microsoft .NET = Microsoft .NET XML Web Services. — M.: Вильяме, 2002. — 464 с. — ISBN 0-672-32088-6

45. Официальная спецификация стандарта XML 1.1 URL: http://www.w3.org/TR/xmlll

46. Краткий учебник по XML Описание возможностей языка XML, а также базовые правила, позволяющие грамотно составлять XML документы. URL: http://sytchev.ru/xml/xml

47. Классификация компьютеров (энциклопедия Алфёрова) URL: http://www.computer-encyclopedia.ru/main.php?n=2&f=14

48. Технологии флеш-памяти iXBT URL: http://www.ixbt.com/storage/flash-tech.shtml

49. CPP: Архив новостей о SSD-накопителях URL: http://www.cpp.com.ua/?cat=30

50. Боухьюз Г., Браат Дж., Хейсер А. и др. Оптические дисковые системы = Principles of Optical Disc Systems. — M.: Радио и связь, 1991. — 280 с. — ISBN 5-256-00378-Х

51. Марк Л. Чемберс. Запись компакт-дисков и DVD для «чайников» = CD & DVD Recording For Dummies. — 2-е изд. — M.: Диалектика, 2005. — 304 с. — ISBN 0-76455956-7

52. Э. Таненбаум. Современные файловые системы = Modern file systems. — 2-е изд. — Питер, 2006. — 1037 с. — ISBN 0-13-031358-0

53. Принципы работы устройств воспроизведения оптических дисков URL: http://www.b-t.org.ua/statiobyitovoytehnike/cd-proigryivateli/ osnovnyieprintsipyiustroystvvosproizvedeniyakompaktdiskov.php

54. Альтернативная версия разработки компакт-дисков http://www.membrana.ru/articles/simply/2004/04/20/150100.htm

55. Барри Брэй Микропроцессоры Intel: 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro Processor, Pentium 4. Архитектура, программирование и интерфейсы = The Intel Microprocessors 8086/8088,58.