автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Модели и алгоритмы информационной поддержки процессов безопасного обращения химической продукции

На правах рукописи

БАЙКАЛА ОЛЬГА ВАСИЛЬЕВНА

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССОВ БЕЗОПАСНОГО ОБРАЩЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

з ОКТ 2013

Москва 2013

005534059

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 руководитель: 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 «29» октября 2013 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д212.120.08 при Московском государственном университете тонких химических технологий им. М.В.Ломоносова 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 «Д5> сентября 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 (ХП) на здоровье человека и окружающую среду является недостаточно эффективная организация существующей системы управления безопасным обращением химической продукции, характеризующейся 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.

Вопросами совершенствования системы технического регулирования обращения химической продукции занимаются специалисты ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский центр стандартизации, информации и сертификации сырья, материалов и веществ".

Различными аспектами безопасного обращения химической продукции занимаются специалисты следующих организаций: ФБУЗ "Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ" Роспотребнадзора, осуществляющие сбор и анализ информации о потенциально опасных химических и биологических веществах, обращающихся на территории Российской Федерации; ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт органической химии и технологии», занимающиеся токсикологическими исследованиями, созданием технологий утилизации высокотоксичных и токсичных веществ, анализом аварийного риска с выбросами опасных химических веществ; ОАО "Корпорация "Росхимзащита", ответственная за разработку критических технологий химической безопасности.

Информационной поддержкой решения аналогичных задач - процессов безопасного обращения радиоактивных отходов занимаются ученые ОАО «Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии» и Московского государственного университета тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова.

Научные исследования в смежных областях ведутся в ряде вузов: Тамбовский государственный технический университет решает проблемы создания средств и систем защиты от источников химической опасности, информационных систем обеспечения безопасности; сотрудники Волгоградского государственного технического университета ведут научные исследования, в области прогнозирования свойств химических веществ в условиях нечетких данных; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева является ведущей организацией в разработке математических моделей, алгоритмов и интеллектуальных систем анализа риска и управления безопасностью химически опасных объектов.

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,

3

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.

Несмотря на значительно количество организаций, занимающихся вопросами создания математического и алгоритмического обеспечения, информационная поддержка процессов безопасного обращения химической продукции не получили существенного развития. В этой связи возникает необходимость разработки моделей и алгоритмов информационной поддержки процессов безопасного обращения 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 моделей и алгоритмов информационной поддержки процессов безопасного обращения химической продукции, предназначенных для комплексного решения задач оценки и классификации опасности и информирования заинтересованных лиц о свойствах 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 функциональной структуры информационной системы (ИС) поддержки процессов безопасного обращения химической продукции на всех стадиях жизненного цикла;

- разработка моделей и комплекса алгоритмов оценки 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 структуры комплекса программных средств (КПС) информационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции;

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

- практическое использование моделей, алгоритмов и комплексов программных средств для информационной поддержки 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 являются процессы безопасного обращения химической продукции и математическое, информационное и программно-алгоритмическое обеспечение информационной поддержки их сопровождения.

Объект разработки - модели, алгоритмы, базы данных, информационные системы и программные модули для оценки и классификации опасности химической продукции, составления паспортов безопасности, разработки предупредительной маркировки, реализованные в информационной системе поддержки процессов безопасного обращения химической продукции с целью повышения уровня информирования поставщиков и потребителей продукции на всех стадиях жизненного цикла ее обращения.

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 анализа предложен качественно новый подход к совершенствованию процессов безопасного обращения химической продукции путем создания комплекса моделей и алгоритмов информационной поддержки безопасного обращения химической продукции;

- С использованием методов функционального и структурного анализа разработана структура информационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции на всех стадиях жизненного цикла;

- 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 опасности химической продукции и разработки мер предосторожности по обращению с ней;

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

Практическая значимость

Разработано информационное и программное обеспечение процессов безопасного обращения химической продукции. Предложена структура комплекса программных средств информационной системы поддержки процессов безопасного обращения ХП, предназначенной для хранения, поиска, сбора и обработки информации на различных стадиях безопасного обращения ХП и создания выходных документов, информирующих об опасности.

Разработаны логическая и физическая модели базы данных (БД) по паспортам безопасности химической продукции, реализованные в трехзвенной архитектуре

5

информационной системы поддержки процессов 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: 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 10 публикациях, 5 из которых опубликованы в изданиях, включенных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ в перечень ведущих научных журналов и изданий.

Стру1сгура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 191 страницах, содержит 49 рисунков, 39 таблиц, список литературы из 170 наименований и одного приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы информационной поддержки безопасного обращения 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 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 информационной системы, предназначенной для поддержки процессов безопасного обращения химической продукции и повышения уровня информирования всех заинтересованных лиц об опасных свойствах химической продукции и мерах по ее безопасному обращению.

Таким образом, проведённый всесторонний анализ современного состояния проблемы безопасного обращения химической продукции позволил предложить качественно новый подход к ее решению на основе новых информационных технологий путем разработки моделей, алгоритмов и комплекса программных средств информационной поддержки процессов безопасного обращения химической продукции, предназначенной для решения задач 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 модели и алгоритмы информационной поддержки процессов безопасного обращения химической продукции на этапах оценки и классификации опасности и информирования об опасных свойствах продукции.

С использованием методов системного анализа (декомпозиции, структурного моделирования, информационного моделирования) проведена оценка процессов безопасного обращения химической продукции. Установлено, что объектом поддержки и сопровождения являются процессы безопасного обращения химической продукции на разных стадиях жизненного цикла (от производства до захоронения). Химическая продукция является системообразующим ключевым элементом.

Основными процессами информационной поддержки и сопровождения безопасного обращения химической продукции являются:

—оценка и классификация опасности, которые рассматриваются в качестве базы, гарантирующей безопасное применение химической продукции;

—информирование - передача всем заинтересованным лицам информации об опасных свойствах химической продукции и мерах по ее безопасному обращению.

Процессы информационной поддержки безопасного обращения химической продукции являются функционально и системно взаимосвязанными и функционируют в постоянно совершенствующемся и развивающемся цикле. Это подчеркивает необходимость постоянного усовершенствования моделей, методов, алгоритмов и информационного обеспечения поддержки и сопровождения всех процессов безопасного обращения химической продукции.

В настоящей работе под информационной поддержкой процессов безопасного обращения химической продукции понимается создание элементов — моделей, алгоритмов и программного обеспечения в информационной системе поддержки лиц, принимающих решения (ЛПР), на различных стадиях обращения продукции на всех этапах её жизненного цикла.

На основе проведенного в Главе 1 диссертации анализа задач безопасного обращения химической продукции определены требования и разработана функциональная структура информационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции, представленная на рис.1.

Она состоит из следующих основных блоков:

- блок «Исходная информация» включает информацию о наименовании продукции, а также её возможные идентификаторы: номер CAS - номер вещества в реестре Химической

Блок «Исходная информация»

Блок «Оценка и классификация опасности химической продукции»

ВД и др. информационные ресурсы

Рейтинг Климиша

Евклидово расстояние, компьютерное моделирование, модели ОБАЯ, лабораторные испытания

Оценка опасности

Сбор данных

Оценка достоверности и надежности информации

Получение дополнительных данных

Классификация

Сравнение с установленными критериями

Присвоение соответствующего класса опасности

Блок «Сбор и хранение данных»

БД видов, классов и критериев классификации БД шаблонов выходных документов БД веществ

I

Блок «Информирование об опасных свойствах химической продукции»

'Информационная система по мерам предосторожности

Паспорта безопасности

Предупредительная маркировка

Продукционные модели

і і : НІ

Рис. 1. Функциональная структура информационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции

Реферативной Службы, (Chemical Abstracts Service), номер EC - номер, присваиваемый Европейской Комиссией, веществам, находящимся в обращении на территории ЕС, номер RTECS - номер вещества в Реестре токсического воздействия химических веществ и др.;

- 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 (с использование рейтинга Климиша), 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 по присвоению соответствующего класса опасности с использованием разработанных в диссертации алгоритмов и рекомендуемых критериев (показателей) оценки опасности;

— блок «Сбор и хранение данных» представлен совокупностью БД:

—БД видов, классов и критериев классификации содержит основные виды и возможные классы опасности химической продукции и включает правила и условия классификации;

—БД по свойствам веществ содержит описание основных опасных свойств и показатели опасности химической продукции: информацию об опасностях, обусловленных физико-химическими свойствами, токсикологические и экотоксикологические показатели, информацию о возможном хроническом воздействии;

—БД шаблонов выходных документов содержат стандартизированные решения в области информационных документов, регламентирующих безопасное обращение химической продукции;

— блок «Информирование об опасных свойствах химической продукции» предназначен для получения основных документов стандартизированной формы о безопасном обращении химической продукции - Паспорта безопасности и предупредительной маркировки.

Для реализации перечисленных функций информационной поддержки безопасного обращения химической продукции в диссертации разработаны соответствующие 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.2.

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 2. Фрагмент блок-схемы алгоритма классификации химической продукции по оценке опасности физпкогхимических свойств

В приведенном на рис.2 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.

Ок =

N

(1)

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; Х-' - центр класса по 1-му признаку; X? - ¡-й признак классифицируемого объекта (химического вещества).

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

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

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 (Cc,H(,ClN)) для которого отсутствуют достоверные данные по пероральной токсичности до центров классов опасности.

Таблица 1 - Расстояния от вектора свойств исследуемого вещества (1-амино-З-хлорбензол (СбНбС1Ы)) до центров классов опасности

Номер класса 2 3 4 | 5

Расстояние до центра класса D^ 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 = [*,'-> А)-'], JeJ■leL (2)

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

У(/,у,/.(): М = [к'/ -»■ и/'], / е /; у е./; / е £;< € Т (3)

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

Данные продукционные модели используются для информационной поддержки безопасного обращения химической продукции с целью реализации функции выбора необходимых мер предосторожности при разработке предупредительной маркировки.

В третьей главе диссертации в соответствии с разработанной функциональной структурой информационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции разработана структура комплекса программных средств системы, определены функции ее основных подсистем и приведены результаты разработки информационного и программного обеспечения.

Основными подсистемами комплекса программных средств, предназначенного для информационной поддержки процессов безопасного обращения химической продукции, являются:

— подсистема обработки запросов, предназначенная для ввода запросов через интерфейс пользователя; реализована с помощью браузера Internet Explorer;

— подсистема поиска и сбора информации, содержит сведения о запрашиваемом веществе: данные о лабораторных испытаниях, результаты поиска информации о продукции в базах данных, существующие перечни классификаций; реализована с помощью гипертекстовых ссылок на внешние достоверные интернет-ресурсы;

— подсистема хранения и обработки данных представлена двумя основными составляющими: информационным хранилищем данных об опасных свойствах веществ, видах опасности химической продукции, мерах предосторожности и информационно-моделирующей подсистемой, в состав которой входят модели для классификации опасности и выбора мер предосторожности и программный модуль по классификации;

— подсистема обработки информации и создания выходных документов предназначена для поддержки и сопровождения процессов оценки опасности, мер по безопасному обращению химической продукции и созданию выходных документов в соответствии с шаблонными формами паспорта безопасности и предупредительной маркировки. В состав системы входит информационная система по мерам предосторожности при обращении химической продукции.

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 и приведены основные этапы разработки и программной реализации баз данных системы.

Для разработки 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 системе 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 разработаны логическая модель базы данных, выполненная в виде ER-диаграммы (сущность- связь) (рис.3). 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.

ПОКАЗАТЕЛИ ОСТРОЙ ТОКСИЧНОСТИ

Номер записи Номер продукции 11азвание показателя Нижнее значение показателя Верхнее значение показателя Путь поступления Вид животного Время воздействия Единицы измерения

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

ТЕКСТОВЫЕ РАЗДЕЛЫ/ПОДРАЗДЕЛЫ

Номер продукции Номер раздела/подраздела Название Информация

Х>

ПОКАЗАТЕЛИ ОПАСНОСТИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Номер ПРОДУКЦИИ Агрегатное состояние Цвет Запах

рн

Растворимость

Коэффициент распределения н- ктанол/вода

Температу ра кипения

Температура плавления/замерзания

Температурный интервал кипения

Температура вспышки

Температура воспламенения

Температура самовозгорания

Температура разложения

Верхний/нижний пределы воспламеняемости

Пределы взрывасмости

Давление пара

Плотность пара

Плотность

Вязкость

ТИТУЛЬНЫИ ЛИСТ Номер продукции Техническое название Химическое название Торговое название Синонимы Код ОКП КодТНВЭД

Сведения о регистрации продукции Название документа Сигнальное слово Краткое описание

>о-

-о-

ЛПВ - Лимитирующий показатель вредности ПДК - Предельно допустимая концентрация

-О

ПРОДУКЦИЯ Номер продукции

Номер титульного листа Паспорта безопасности

Н<

ИНФОРМАЦИЯ О ВОЗДЕЙСТВИИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Номер продукции Общая характеристика воздействия Пути воздействия Признаки воздействия Миграция и трансформация

ПОКАЗАТЕЛИ ЭКОТОКСИЧНОСТИ Номер записи Номер продукции Тип показателя Значение показателя Тип рыб

Время воздействия

СОСТАВ ПРОДУКЦИИ Номер продукции Номер компонента Массовая доля компонента

"Ж"

КОМПОНЕНТЫ

Номер компонента Наименование

пдкр,

Класс опасности

^САЭ

№ЕС

Массовая доля Источники информации ПДК,ГМ ЛПВ.Ш

Класс опасности атм.

пдк„,„ лпв„„ы

Класс опасности вода

ПДК„„б„

•ЛГШ,,„б,,„

Класс опасности рыб хоз.

пдк„„и

ЛПВ,,,™

Источники данных ШПК. ЛГШI

СВЕДЕНИЯ О ПРОДУКЦИИ Номер продукции Химическая формула Информация о составе

Рис. 3. Логическая модель базы данных по паспортам безопасности химической продукции

управления базами данных (СУБД). Для реализации физической структуры базы данных выбрана СУБД Oracle eXpress Edition (ХЕ).

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

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

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

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

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

Работа информационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции ориентирована на информирование заинтересованных лиц об опасных свойствах продукции. Для этого реализовано два программных приложения. Первое приложение предназначено для автоматизации процедуры выбора элементов маркировки и реализовано с помощью скриптового языка VBScript (Visual Basic Scripting Edition), который является рабочим языком приложения Microsoft Office Excel. Второе - представляет собой информационную систему по мерам предосторожности, реализованную в виде БД с трехзвенной архитектурой.

В четвертой главе приведены примеры использования моделей, алгоритмов и программного обеспечения информационной поддержки процессов безопасного обращения химической продукции.

В. качестсе объектов исследования рассмотрены следующие продукты: ацетон как пример индивидуального вещества, ингибированная смесь кислот соляной и фтористоводородной - как пример смесевой продукции, жидкий хлор - в качестве примера выбора мер предосторожности как элемента предупредительной маркировки. Выбор данных объектов обусловлен широкой областью использования этих продуктов в производственной

сфере и в быту и необходимостью информирования об опасных свойствах данной продукции большого количества потребителей и производителей.

В качестве исходных данных для каждого из объектов использовался набор достоверных данных, полученный из надежных зарубежных информационных ресурсов (ЕЭК, ТОХЫЕТ и

др)-

С использованием разработанных в диссертации алгоритмов классификации опасности химической продукции, обусловленной физико-химическими свойствами, опасной для здоровья человека и окружающей среды, и программного модуля классификации опасности ХП, реализованного в виде дерева вопросов для отнесения продукции к соответствующему классу опасности, рассмотренному в Главе 3, для классификации опасности ацетона пользователь ответил на 52 вопроса и получил результаты классификации. Ацетон относится к следующим видам и классам опасной химической продукции: легковоспламеняющаяся жидкость, класса 2; ХП, вызывающая серьезное повреждение/раздражение глаз, класса 2; ХП, обладающая избирательной токсичностью на органы-мишени (респираторный тракт) при однократном воздействии, класса 3; ХП, обладающая опасностью при аспирации, класса 2.

Аналогично с использованием разработанных и реализованных в программном модуле алгоритмов была проведена классификация жидкого хлора. Согласно результатам классификации, жидкий хлор обладает следующими видами и классами опасности: окисляющий газ, класса 1; газы под давлением, сжиженный газ; ХП, обладающая острой токсичностью по воздействию на организм при вдыхании, класса 2; ХП, вызывающая поражение (некроз)/раздражение кожи, класса 1; ХП, вызывающая серьезное повреждение/раздражение глаз, класса 1; ХП, обладающая специфической избирательной токсичностью на системы (нервная система), при однократном воздействии, класса 1; ХП, обладающая специфической избирательной токсичностью на органы-мишени (почки, органы дыхания)- класса I, (зубы) - класса 2, при многократном воздействии; ХП, обладающая острой токсичностью для водной среды, класса 1.

Полученные результаты задаются в качестве исходных данных в информационную систему по мерам предосторожности при обращении химической продукции (рис.4). Данная система предназначена для информирования широких слоев населения о мерах предосторожности при обращении химической продукции в быту, специалистов, занимающихся составлением паспортов безопасности и разработкой маркировки ХП, а так же как источник справочной информации для работников промышленных предприятий о безопасном применении химически опасных веществ.

В процессе функционирования системы пользователю задаются вопросы, определяющие условия использования мер предосторожности. После ответов на вопросы формируется отчет по каждому виду опасности.

Отчет по мерам предосторожности для жидкого хлора на примере одного из его видов опасности «Окисляющие газы, класс опасности 1» представлен на рис. 4.

Подобным образом формируются отчеты с выводом всех мер предосторожности по выбранным параметрам для различных групп пользователей: виду и классу опасности, целевой аудитории (население, отраслевые работники), по особым условиям её использования, которые дополняются в соответствии с основными нормативными документами, определяющими безопасное обращение жидкого хлора.

Вгааюогти Ст*В!Ш«т:{Гявг2<! Клам отасчояи \

Кргт ■врвтсрк-тип опгэгогл КГО - Мая гомиэ т -шгаг^г, «кг-пш, Ситн кГЬШГ 01 эво Оп УЛЗ

¡.швокавдосгв

Обие« хгр ы

"7:

ВЛИПЛИ!«

Есл хгабдош ркмедиа грса гаео грл

ямпмн

Ьрыш в пса;, I аостлпюм ш

ГЬра

КЛОДОЮТСК

Ефохтатъ 1г«п ч

ШрифСвСЧНСМ

»¡к

М«{Ы цв 1ри*т»ргасЕвв

Гека «*[!ы

пги»»*;ш

Не жусот»

¡¿пршкнозяга

цятлотзелыэ

'Орюис ¿атгриакз

К« аагтШй хгалсп I «учи»»* ахги яра! я ■ас«.

Заму-.игготы» тхтяак} ¡ш

зпр?;ест чковмстпа*

ы прв ршгровзан

н ккчуСеогшаш

¡ПЫМЯДИ

Меры С[Я хрнеш

« че? Тш.т Ч^У

«гикай»» „

кесге Еч»» 'ОТОСНЯЯШ

СОЭГрВМ*

' [ОИЛкр!

МНИ ФЛККШС

ргтошшм зшаачииг недодав»

Рис. 4. Пример отчета с выводом мер предосторожности для вида опасности жидкого хлора «Окисляющие газы»

В качестве примера классификации смесевой продукции на основании имеющихся физико-химических данных по смеси в целом, а также исходя из данных об опасных свойствах компонентов продукции для здоровья человека и окружающей среды, при помощи алгоритмического обеспечения системы была проведена классификация ингибированной смеси кислот соляной и фтористоводородной. Согласно полученным результатам, продукция обладает следующими видами и классами опасности: ХП, вызывающая коррозию металлов; ХП, обладающая острой токсичностью по воздействию на организм при введении в желудок, класса 4; ХП, обладающая острой токсичностью по воздействию на организм при вдыхании, класса 3; ХП, обладающая острой токсичностью по воздействию на организм при накожном нанесении, класса 2; ХП, вызывающая поражение (некроз)/раздраженае кожи, класса 1; ХП, вызывающая серьезное повреждение/раздражение глаз, класса I; ХП, обладающая избирательной токсичностью на органы-мишени и/или системы при однократном воздействии, класса 3; ХП, обладающая острой токсичностью для водной среды, класса 2.

Полученные результаты классификации опасности смесевой химической продукции используются при разработке паспорта безопасности, формирование которого проводится на основе разработанного в главе 2 алгоритма. Информация по 16-ти разделам паспорта безопасности хранится в ИС в соответствии со структурой базы данных, приведенной на рис.3. В результате заполнения разделов паспорта безопасности различными показателями формируют итоговый документ.

Основные результаты работы и выводы

1. С использованием методов системного анализа предложен качественно новый подход к совершенствованию процессов безопасного обращения химической продукции, заключающийся в создании комплекса моделей, алгоритмов и программного обеспечения информационной поддержки и сопровождения процессов безопасного обращения продукции на всех стадиях её жизненного цикла.

2. Разработана функциональная структура информационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции, предназначенной для оценки и классификации опасности химической продукции 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 формализованного представления задач классификации химической продукции и разработки мер предосторожности в системе информационной поддержки процессов безопасного обращения химической продукции. Для определения классов опасности химической продукции при неполноте информации о свойствах веществ разработаны модели и алгоритмы 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 системе.

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

7. Получены результаты практического использования моделей, алгоритмов и комплексов программных средств для информационной поддержки процессов 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.

5. Егоров А.Ф., Савицкая Т В., Бачкапа О.В., Кузьмина Ю.А. Алгоритмы и программные модули классификации опасности химической продукции// Химическая технология. 2013. № 6. С.374-381

Прочие публикации

6. Бачкала О.В., Егоров А.Ф., Макарова А С. 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 наноматериапы. Физико-химические основы металлургических процессов. Актуальные вопросы химического производства, оценка технических рисков : тез. докл. - Волгоград : ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. -С. 373.

7. Бачкала О.В., Егоров А.Ф., Макарова А.С., Савицкая ТВ. 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.

8. Егоров А.Ф., Савицкая ТВ., Бачкала О.В., Макарова АС. Информационная поддержка процессов безопасного обращения химической продукции // сбтрудов XXV Междунар. Науч. Конф.: в 10 т., Т.5. Секции 8,9/под общ. Ред. А.А. Большакова. - Волгоград: Волгоград. Гос. Техн. ун-т, 2012; Харьков: Национ. Техн. ун-т «ХПИ», 2012.-С.52-53.

9. 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

10. 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.

В

Подписано в печать: 24.09.2013 Тираж: 100 экз. Заказ №583 Отпечатано в типографии «Реглет» . Москва, Ленинградский проспект д.74 (495)790-47-77 www.reglet.rn

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

На правах рукописи

04201363689

Байкала Ольга Васильевна

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССОВ БЕЗОПАСНОГО ОБРАЩЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

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

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Савицкая Т.В.

Москва - 2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Список сокращений и условных обозначений 4

Введение 7

Глава 1 Современное состояние в области обеспечения безопасного обраще- 17 ния химической продукции

1.1 Анализ и обзор подходов к обеспечению безопасного обращения хими- 18 ческой продукции, действующих в России и за рубежом

1.2 Сравнительный анализ существующих подходов к оценке и классифика- 24 ции опасности химической продукции и обеспечению её безопасного обращения

1.3 Анализ существующих подходов и информационных систем безопасного 35 обращения химической продукции

1.4 Использование информационных систем поддержки принятия решений 52 для повышения уровня безопасности в различных отраслях промышленности

Выводы по Главе 1 62

Глава 2 Разработка моделей и алгоритмов информационной поддержки про- 64 цессов безопасного обращения химической продукции

2.1 Использование системного подхода для информационной поддержки 64 процессов безопасного обращения химической продукции

2.2 Функциональная структура информационной системы поддержки про- 68 цессов безопасного обращения химической продукции

2.3 Разработка математических моделей и алгоритмического обеспечения 70 информационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции

2.3.1 Разработка алгоритмов блока «Оценка и классификация опасно- 70 сти химической продукции»

2.3.2 Обобщение алгоритмов классификации опасности химической 96 продукции, представляющей собой вещество или смесевую продукцию

2.3.3 Использование евклидова расстояния для классификации опас- 98 ности химической продукции

2.3.4 Разработка алгоритмов блока «Информирование об опасных 105 свойствах химической продукции»

2.4 Продукционные модели принятия решений по классификации опасности 111 химической продукции и мерам предосторожности

Выводы по Главе 2 114

Глава 3 Разработка информационного и программного обеспечения инфор- 116 мационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции

3.1 Функциональная структура комплекса программных средств информа- 116 ционной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции

3.2 Основные этапы разработки и программной реализации баз данных ин- 119 формационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции

3.2.1 Описание шаблонных форм документов для подготовки и об- 121 работки информации в системе поддержки процессов безопасного обращения химической продукции

3.2.2 Разработка структуры базы данных по паспортам безопасно- 126 сти химической продукции

3.2.3 Реализация структуры базы данных по паспортам безопасно- 128 сти химической продукции

3.3 Программный модуль для классификации опасности химической про- 133 дукции

3.4 Описание приложений комплекса программных средств ИС поддержки 139 процессов безопасного обращения химической продукции для решения задач информирования

3.4.1 Приложение для автоматизации процедуры выбора элементов 139 маркировки химической продукции

3.4.2 Информационная система по мерам предосторожности при 141 обращении химической продукции

Выводы по Главе 3 146

Глава 4 Использование моделей и алгоритмов информационной системы 147 поддержки процессов безопасного обращения химической продукции

4.1 Примеры практического использования алгоритмов классификации ин- 148 формационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции

4.1.1 Пример классификация опасности химической продукции, 148 представляющей собой вещество

4.1.2 Пример классификация опасности химической продукции, 160 представляющей собой смесевую продукцию

4.2 Формирование паспорта безопасности и элементов предупредительной 167 маркировки химической продукции с использованием информационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции

4.2.1 Разработка паспорта безопасности как элемента информиро- 167 вания об опасных свойствах химической продукции

4.2.2 Выбор элементов маркировки с использованием информаци- 170 онной системы по мерам предосторожности при обращении химической продукции

Выводы по главе 4 175

Основные результаты работы и выводы 176

Список литературы 177

ПРИЛОЖЕНИЕ А Блок-схемы алгоритмов классификации химической про- 192 дукции по оценке опасности для здоровья человека и окружающей среды

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АРИПС - Автоматизированная распределенная информационно-поисковая система

АРМ - Автоматизированное рабочее место БД - База Данных

БОХП - Безопасное обращение химической продукции

ГН — Гигиенический норматив

ЕврАзЭС - Евразийское экономическое сообщество

ЕС - Европейский Союз

ИС - Информационная система

КПС - Комплекс программных средств

ЛПР - Лицо, принимающее решение

МНД - Максимально недействующая доза

Н<х50 - Показатель токсичности продуктов горения

ОС - Окружающая среда

ПБ - Паспорт безопасности

ПДК - Предельно допустимая концентрация

РПБ - Регистр Паспортов Безопасности

РПОХБВ - Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ

СГС - Согласованная на глобальном уровне система классификации опасности и маркировки химической продукции

СУБД - Система управления базами данных

ТС - Таможенный Союз

ФЗ - Федеральный Закон

ХП - Химическая продукция

ХПК - Химическое потребление кислорода

ЧС - Чрезвычайная ситуация

API -Application Programming Interfaces (программный интерфейс приложения)

ATSM- American Society for Testing and Materials (Американское общество испытания материалов)

BCF - Bioconcentration Factor (фактор биоконцентрации) CAS № - номер вещества в реестре Химической Реферативной Службы, Chemical Abstracts Service

CL5o - Median lethal concentration (Среднесмертельная концентрация) CLP - Classification, labelling and packaging of substances and mixtures (Регламент CLP; Европейский Регламент по классификации, маркировке и упаковке веществ и смесей)

CSA - Chemical Safety Assessment (Оценка химической безопасности) CSR - Chemical Safety Report (Отчет о химической безопасности) DL50 - Median lethal dose (Среднесмертельная доза) DNEL - Derived No-Effect Level (расчетный неэффективный уровень) DSD - Dangerous Substances Directive (Директива по опасным веществам № 67/548/EEC)

DPD - Dangerous Preparations Directive (Директива по опасным смесям № 1999/45/EC)

EC50 - Median effective concentration (Полуэффективная концентрация) ECHA - European Chemicals Agency (EXA; Европейское химической аген-ство)

e-SDS extended Safety Data Sheet («расширенный» Паспорт безопасности) ESIS - European chemical Substances Information System (Европейская система информации о химических веществах)

ER - модель - Entity-relationship model (Модель сущность-связь) GLP - Good Laboratory Practice (НЛП - Надлежащая лабораторная практика)

GHS - Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (СГС; Согласованная на Глобальном уровне Система классификации опасности и маркировки химической продукции)

Н phrases - Hazard Statements (Краткая характеристика опасности) HTML - Hypertext Markup Language (Язык разметки гипертекста) IC50 - Half maximal inhibitory concentration (Полуэффективная концентрация ингибирования)

ISO - International Organization for Standardization (Международная организация по стандартизации)

JPEG - Joint Photographic Experts Group

IUCLID - International Uniform Chemical Information Database (Международная база данных общей информации о химических веществах)

IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry (Международный союз теоретической и прикладной химии)

LOAEL - Lowest Observed Adverse Effect Level (Наименьший наблюдаемый уровень неблагоприятного воздействия)

NOEC - No Observed Effect Concentration (Концентрация, не вызывающая видимых отрицательных эффектов)

NOEL - No Observed Effect Level (Уровень, не вызывающий видимых отрицательных эффектов)

OECD - Organization for Economic Co-operation and Development (ОЭСР -Организация экономического сотрудничества и развития)

ORM - Object-relational mapping (Объектно-реляционное отображение)

PDF - Portable Document Format (кроссплатформенный формат электронных документов)

PUP - Pretty Home Page (инструмент для создания персональных вебстраниц) и скриптами (сценариями)

Р phrases - Precautionary statements (Меры по предупреждению опасности) PNEC - Predicted No-Effect Concentration (Прогнозируемая безопасная концентрация)

QSAR - Quantitative structure-activity relationship (Количественная зависимость структура-активность)

REACH - The Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals (Европейский Регламент, касающийся правил регистрации, оценки, авторизации и ограничения химических веществ) Risk Phrases - фразы риска

RIP - REACH Implementation Projects (проект по внедрению регламента REACH)

RTECS - номер вещества в Реестре токсического воздействия химических веществ

Safety Phrases - фразы безопасности

SDS - Safety Data Sheet (Паспорт безопасности)

SIEF - Substance Information Exchange Forum (Форув по Обмену Информацией о Веществе)

TSCA - Toxic Substances Control Act (Закон о контроле за токсичными веществами)

UNECE -United Nations Economic Commission for Europe (ЕЭК; Европейская экономическая Комиссия ООН)

UNECD - United Nations Conference on Environment and Development (Конференция ООН по окружающей среде и развитию)

UNITAR - United Nations Institute for Training and Research (ЮНИТАР Учебный и научно-исследовательский институт ООН)

UNCETDG - Подкомитет экспертов ООН по перевозке опасных грузов URL - Uniform Resource Locator (Единый указатель ресурсов) VBScript - Visual Basic Scripting Edition (скриптовый язык программирования)

ХЕ - Express Edition (средство администрирования БД)

Введение

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 организация существующей системы 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.

Вопросами совершенствования системы технического регулирования обращения химической продукции занимаются специалисты ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский центр стандартизации, информации и сертификации сырья, материалов и веществ".

Различными аспектами безопасного обращения химической продукции занимаются специалисты следующих организаций: ФБУЗ "Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ" Роспотребнадзора, осуществляющие сбор и анализ информации о потенциально опасных химических и биологических веществах, обращающихся на территории Российской Федерации; ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт органической химии и технологии», занимающиеся токсикологическими исследованиями, созданием технологий утилизации высокотоксичных и токсичных веществ, анализом аварийного риска с выбросами опасных химических веществ; ОАО "Корпорация "Росхимзащита", ответственная за разработку критических технологий химической безопасности.

Информационной поддержкой решения аналогичных задач - процессов безопасного обращения радиоактивных отходов занимаются ученые ОАО «Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии» и Московского государственного университета тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова.

Научные исследования в смежных областях ведутся в ряде вузов: Тамбовский государственный технический университет решает проблемы

создания средств и систем защиты от источников химической опасности, информационных систем обеспечения безопасности; сотрудники Волгоградского государственного технического университета ведут научные исследования в области прогнозирования свойств химических веществ в условиях нечетких данных; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева является ведущей организацией в разработке математических моделей, алгоритмов и интеллектуальных систем анализа риска и управления безопасностью химически опасных объектов.

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.

Несмотря на значительное количество организаций, занимающихся вопросами создания математического и алгоритмического обеспечения, информационная поддержка процессов безопасного обращения химической продукции не получила существенного развития. В этой связи возникает необходимость разработки моделей и алгоритмов информационной поддержки процессов безопасного обращения химической продукции на всех стадиях ее жизненного цикла.

Цель работы и задачи исследований

Цель работы: разработка моделей и алгоритмов информационной поддержки процессов безопасного обращения химической продукции, предназначенных для комплексного решения задач оценки и классификации опасности и информирования заинтересованных лиц о свойствах 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 функциональной структуры информационной системы (ИС) поддержки процессов безопасного обращения химической продукции на всех стадиях жизненного цикла;

— разработка моделей и комплекса алгоритмов оценки 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 структуры комплекса программных средств (КПС) информационной системы поддержки процессов безопасного обращения химической продукции;

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

— практическое использование моделей, алгоритмов и комплексов программных средств для информационной поддержки безопасного обращения химической продукции, представляющей собой вещество и смесевую продукцию.

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».

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 исследования

Предметом исследований являются процессы безопасного обращения химической продукции и математическое, информационное и программно-алгоритмическое обеспечение информационной поддержки их сопровождения.

Методы исследования

Для решения поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, математического моделирования, распознавания образов и новых информационных технологий.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, и�