автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Семантическая модель хранилища данных по технологическим характеристикам процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов низкой и средней активности

На правах рукописи

Ладин Евгений Геннадьевич

СЕМАНТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ХРАНИЛИЩА ДАННЫХ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НИЗКОЙ И СРЕДНЕЙ АКТИВНОСТИ

05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации (химическая технология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2006 г.

Работа выполнена на кафедре Информационных технологий Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова".

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Колыбанов Кирилл Юрьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Соболев Андрей Игоревич

Ведущая организация

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Серебряков Игорь Серафимович

Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии Росатома (ФГУП ВНИИХТ)

Защита состоится " 19 " " декабря " 2006 года в 13.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 в Московской Государственной Академии тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова по адресу: 119571, г. Москва, пр. Вернадского, 86.

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

Реферат разослан " 17 " " ноября " 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Бурляева Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы, В мире накоплено значительное количество радиоактивных отходов, которые образовались в результате эксплуатации атомных электростанций, переработки отработанного ядерного топлива, использования источников радиоактивного излучения в науке, технике, медицине. Радиоактивные отходы представляют большую опасность для человека и других объектов биосферы из-за их радиационного и токсического воздействия. В исходном виде радиоактивные отходы непригодны для хранения из-за малой механической прочности и значительной химической активности. Поэтому они подлежат переработке и кондиционированию, которые включают уменьшение объема отходов и их перевод в твердую стабильную монолитную форму.

Перерабатывающие предприятия системы «РАДОН» обеспечивают переработку, кондиционирование и долговременное технологическое хранение кондиционированных отходов в течение сотен и даже тысяч лет. При этом исключительное значение имеет сохранение полной информации о технологии получения каждого объекта хранения на такую же долговременную перспективу для подготовки технологических и организационных решений при нарушении или угрозе нарушения кондиции отходов в отдаленном будущем.

Созданные к настоящему времени информационные технологии на основе «хранилищ данных» позволяют обеспечить долговременное и надежное хранение информации, обеспечивая преемственность при изменении форм носителей информации.

Однако до настоящего времени практически не были проработаны методические вопросы ввода информации о химико-технологических параметрах используемых процессов кондиционирования. Это не позволяло приступить к созданию информационно-поисковой системы по объектам долговременного хранения радиоактивных отходов.

Целыо работы является повышение эффективности поиска объектов долговременного хранения и химико-технологических параметров процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов низкой и средней активности для подготовки управленческих решений по обращению с радиоактивными отходами.

Для достижения указанной цели в диссертации были поставлены и решены следующие основные задачи:

проведен системный анализ технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов с целью выявления характеристик технологий, используемых в качестве рубрикаторов хранилища данных;

• проведена классификация технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов и формализованы рубрикаторы хранилища данных;

• выполнено моделирование хранилища данных;

• разработана структура хранилища данных;

• разработаны методики заполнения и поиска в хранилище данных по основным технологиям для технического персонала предприятия;

Научная новизна разработок:

• Впервые выполнен системный анализ технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов с целью выявления существенных характеристик технологических процессов;

• На основе формализованных параметров основных технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов разработаны рубрикаторы хранилища данных;

• Разработана многомерная модель данных по объектам долговременного технологического хранения;

• Разработана структура хранилища данных по объектам долговременного хранения и химико-технологическим характеристикам процессов переработки и кондиционирования низко- и среднеактивных радиоактивных отходов;

• Разработаны и реализованы методики заполнения и поиска в хранилище данных для технического персонала предприятия.

Практическая значимость работы заключается в следующих результатах:

Разработан базовый вариант рубрикаторов химико-технологических характеристик процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов низкой и средней активности;

• Разработана методика заполнения хранилища данных для использования технологическим персоналом в МосНПО «Радон»;

• Методика работы информационно-поисковой системы используется в учебном процессе МИТХТ им. М. В. Ломоносова при изучении дисциплины «Теория информационных систем».

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на международных и всероссийских конференциях «Математические методы в технике и технологии (ММТТ-2004)», VIII Международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника экологически чистых производств в XXI веке: Проблемы и Перспективы», XII Международной студенческой школе-семинаре «Новые информационные технологии».

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных трудах в том числе 4 статьях, 4 публикациях в сборниках трудов и тезисов докладов конференций и семинаров.

Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, трёх глав и заключения, изложенных на 92 страницах, включая библиографию из 93 источников, 10 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель, диссертационного исследования, отражаются поставленные задачи, научная новизна работы и ее практическая значимость. Приводится структура диссертационной работы.

В первой главе «Системный анализ технологических процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов» описывается применение основных принципов и методов системного анализа в рассматриваемой предметной области, выявляются системные критерии, на основе которых проводится классификация радиоактивных отходов и химических технологий их переработки и кондиционирования.

Процесс переработки радиоактивных отходов можно разделить на три основных этапа: выявление и получение объектов, подлежащих переработке; переработка и кондиционирование отходов; долгосрочное хранение кондиционированных отходов (рис. 1).

Рис. 1. Информационная поддержка процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов.

Выявление объектов происходит посредством отбора проб грунта, воздушной и водной сред, а также измерения уровня радиационного фона. Для выявления объектов на предприятиях и в организациях периодически проводится плановое инспектирование. Выявлением объектов, подлежащим переработке, занимается служба мониторинга НПО «Радон» и Ведомственный информационно-аналитический центр государственного учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов ВНИИ Химической Технологии Росатома.

Технологические процессы переработки и кондиционирования РАО

Долговременное технологическое хранение кондиционированных РАО

Т

Принятие решений

Анализ и классификация технологий переработки и кондиционирования РАО

Выявление системных факторов

Ввод текущих данных в хранилище

Анализ возмущений

Формирование рубрикаторов хранилища данных

Разработка методики заполнения хранилища данных

Выработка системных требований к хранилищу данных

Разработка структуры хранилища данных

ЛПР

Выборка данных

Формирование запросов

ХРАНИЛИЩЕ ДАННЫХ

Резервирование и восстановление данных

1

Администрирование хранилища данных

Рис. 2. Структурная схема системного анализа системы обработки информации об объектах долговременного хранения.

Для эффективного функционирования представленной схемы необходима информационная поддержка на всех стадиях. Поддержка отдельных этапов, таких как радиоэкологический мониторинг, осуществляется уже давно и является более развитой. Однако информационная поддержка завершающих этапов остается недостаточно разработанной и требует развития (выделены пунктиром на рис. 1).

На основе системного анализа была синтезирована схема процессов обработки информации об объектах долгосрочного храпения, которая позволит решить описанную проблему (рис. 2).

Первым этапом является анализ химических технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов и выявление системных критериев, которые будут положены в основу классификации химических технологий. Далее для каждой технологии определяются наиболее существенные параметры, на основе которых формируются рубрикаторы хранилища данных. Завершающими этапами являются моделирование хранилища данных, разработка его структуры и методики заполнения.

Таким образом, лицо, принимающее решения, получает доступ ко всей существенной информации об объектах хранения посредством запросов к хранилищу данных, что дает возможность проанализировать текущую ситуацию и скорректировать существующие технологические процессы при обнаружении скрытых недостатков в технологиях кондиционирования и долговременного хранения (контур обратной связи выделен жирным).

Для анализа технологических процессов переработки и кондиционирования была выполнена классификация технологий по применимости к различным типам радиоактивных отходов (рис. 3). Одни технологии предназначены для кондиционирования какого-либо одного типа радиоактивных отходов, например, иммобилизация источников ионизирующего излучения (блок номер 9), другие применимы к нескольким типам радиоактивных отходов, например сжигание горючих отходов и последующая термическая обработка зольных остатков (блоки 2, 3 и 4).

Рис. 3. Классификация технологических процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов. 1-очистка ЖРО низкого уровня активности, 2-сжигание горючих ЖРО и ТРО; 3-плавление зольного остатка; 4-термохимический способ обработки зольного остатка; 5-кондиционирование илов, загрязненных радиоактивными и токсичными веществами; 6-плазмохимическая переработка ТРО; 7-термохимическая переработка отработанных ионообменных смол; 8-остекловывание или цементирование методами заливки цементным раствором или пропитки высокопроникающими цементными растворами; 9-иммобилизация ИИИ в хранилищах с использованием легкоплавких металлических матриц.

Завершающим этапом кондиционирования отходов является их иммобилизация, основными технологиями которой являются цементирование и остекловывание (блок номер 8). К некоторым типам радиоактивных отходов они могут применяться без предварительной подготовки.

На рисунке отображены не все возможные связи между типами радиоактивных отходов и технологиями кондиционирования, а только основные. При наличии альтернатив выбор технологии кондиционирования осуществляется исходя из экономической и технологической целесообразности.

В результате проведенного анализа технологических процессов были выявлены системные критерии классификации технологий кондиционирования.

опасные отходы

Рис. 4. Системные критерии классификации технологических процессов.

По количеству и виду решаемых задач технологии кондиционирования можно разделить на технологии, обеспечивающие механическую прочность, химическую инертность и сокращение объемов отходов.

Степень универсальности технологии определяется типом перерабатываемых отходов и требованиями к их предварительной подготовке перед кондиционированием.

По отношению к разным типам отходов одна и та же технология может быть отнесена к разным категориям. Универсальные технологии, как правило, являются более дорогими, однако предъявляют минимальные требования к перерабатываемым радиоактивным отходам.

Во второй главе «Разработка рубрикаторов хранилища данных» проанализированы химические технологии подготовки и кондиционирования радиоактивных отходов с целью выбора существенных параметров рассматриваемых технологических процессов для использования их в качестве рубрикаторов хранилища данных.

В результате выполненного анализа химических технологий подготовки и кондиционирования радиоактивных отходов была составлена сводная таблица системных характеристик рассмотренных технологий (табл. 1). Очевидно, что тип кондиционируемых отходов относится к существенным характеристикам любой технологии кондиционирования.

Высокотемпературными являются технологии обработки зольных остатков и остекловывание. К низкотемпературным относятся технологии, не требующие нагревания (например, цементирование). Фактор стоимости процессов переработки весьма относителен, однако можно отметить, что дешевых технологий кондиционирования не существует.

Каждый технологический процесс имеет множество параметров. Однако по отношению к долговременному хранению продуктов переработки существенными являются только некоторые из них. В таблице 2 приведены типовые значения рассматриваемых параметров технологических процессов.

Для технологий иммобилизации существенное значение имеет тип связующего материала, в значительной степени обеспечивающий механическую прочность и химическую инертность конечного продукта. Кроме того, важную роль играет предельно допустимое количество наполнителя, при котором обеспечиваются удовлетворительные характеристики получаемого объекта и снижаются удельные затраты на переработку отходов.

Таблица 1. Сводная таблица характеристик технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов.

Системные факторы V 5 X ГС ю а £ Н X О) £ Ф X X со ш л ш о г Ё (истка ЖРО от адионуклидов центрирование) зление зольного остатка эмохимическая эботка зольного остатка эмохимическая переработка юбменных смол 0 X го ¡о т о 1 & о . • 5 В я о к со О ш н 1 3 1 5 X 1 а 1 а (иционкрование ИИИ

З' о 6 3-5 ГС с с (п О. ■"Я £ 5 1- о X X £ X

механическая механическая прочность, радиационная и химическая инертность

Решаемые механическая прочность, механическая прочность, сокращение механическая прочность, механическая прочность, механическая прочность, химическая прочность, химическая

задачи химическая химическая объема химическая химическая химическая инертность инертность

инертность инертность инертность инертность инертность сокращение объема

Требование

предварительном подготовки не требует не требует не требует требует требует не требует не требует не требует не требует

отходов

Тип радиоактивных отходов универсальная для ЖРО и ТРО универсальная для ЖРО и ТРО Низкосолевые ЖРО (до 20 г/л) зольный остаток зольный остаток ионообменные смолы илы, грунты, ЖРО с солесодер-жаниемдо 1000 г/л отходы смешанного типа ИИИ

Температурный низкотем- высокотем- низкотем- высокотем- высокотем- среднетем- среднетем- высокотем- среднетемпер

режим пературная пературная пературная пературная пературная пературная пературная пературная атурная

Стоимость средняя высокая средняя высокая высокая средняя высокая высокая высокая

Таблица 2. Существенные технологические параметры

Технология Параметр Значение

Цементирование Тип отходов различные типы РАО

Содержание наполнителя (РАО) до 80%

Марка связующего материала М-400, М-500 ...

Марка ПФД состав полифункциональной добавки

Содержание ПФД . 0-15 %

Остекловывание Тип отходов различные типы РАО

Содержание наполнителя 15-40% масс

Марка стекла/стеклокерамики боросиликатное, алюмофосфатное, керамика Булгос...

Температура процесса 1400-1500 "С

Сжигание горючих РАО Тип отходов горючие ТРО и ЖРО

Температура процесса 900-950 "С

Плавление зольного остатка Тип отходов зольный остаток от сжигания ТРО и ЖРО

Температура процесса 1500-1600 °С

Термохимическая обработка зольного остатка Тип отходов зольный остаток от сжигания ТРО и ЖРО

Температура процесса 1200-1500"С

Термохимическая переработка ионообменных смол Тип отходов ионообменные смолы, хлорсодержащие химические отходы ...

Температура процесса до 1000°С

Кондиционирование илов, грунтов Тип отходов грунты, шлаки, зола ...

Температура процесса 900-1000 °С

Плазмохимическая переработка ТРО Тип отходов РАО смешанного типа

Температура процесса 1100-1300 °С

Кондиционирование ИИИ Суммарная активность источников менее 1 Ки, свыше 1 Ки

Период полураспада источников менее 30 лет, более 30 лет

Для технологий термической обработки, ориентированных на снижение объема и повышение химической инертности продукта, большое значение имеет температура проведения процесса.

В таблицах 3, 4, 5 приведен базовых вариант рубрикаторов-справочников по основным технологиям переработки и кондиционирования РАО и их технологическим параметрам.

Таблица 3. Типы технологий

Тип технологии Назначение технологии

1 Технологии кондиционирования РАО

2 Технологии иммобилизации РАО

3 Технологии кондиционирования ИИИ

Таблица 4. Кодификация технологий

Тип технологии Код технологии Название технологии кондиционирования

1 1 Сжигание горючих ЖРО и ТРО

1 2 Плавление зольного остатка

1 3 Термохимический способ обработки зольного остатка

1 4 Кондиционирование илов

1 5 Плазмохимическая переработка ТРО

1 6 Переработка отработанных ионообменных смол

2 7 Остекловывание

2 8 Цементирование

3 9 Заключение в металлическую матрицу

Таблица 5. Технологические параметры

Код параметра Название параметра

1 Тип РАО

2 Содержание РАО

3 Марка связующего компонента

4 Температура процесса

Таблица 6. Фрагменты классификатора РАО и ОЯТ

№ фасета 1 2 4 5

Наименование Физическое состояние Категории активности РАО и ОЯТ Пожароопасность Технологическое происхождение

Идентификатор 1 - Жидкие 2 - Твердые 1 — Низкоактивные 2 - Среднеактивные 1 — Горючие 2 — Негорючие 66 - Отработавшие закрытые радионуклидные источники 72 — Цементированные отходы 73 - Остеклованные отходы

Из стандартизованного классификатора РАО и ОЯТ (табл. 6), разработанного во ВНИИ Химической Технологии Росатома, для классификации отходов, поступающих на переработку, используются фасеты 1, 2 и 4. Для кондиционированных РАО используется только фасет 5, поскольку такие отходы всегда являются твердыми и негорючими. В зависимости от использованной технологии иммобилизации, идентификатор 5-го фасета будет принимать одно из трех возможных значений.

В третьей главе «Информационно-логическое моделирование хранилища данных» рассматриваются вопросы построения различных моделей хранилища данных.

На первом этапе была разработана вербальная модель в виде словесного описания предметной области. В результате формализации вербальной модели была построена концептуальная модель «сущность-связь» (ЕЯ-модель). Были выявлены основные сущности (классы однотипных объектов) и их атрибуты (существенные характеристики), а также установлены связи между ними. Данная модель не является нормализованной, поскольку содержит связи типа «многие-ко-многим».

Основными сущностями хранилища данных являются объекты долговременного технологического хранения, места хранения, радиоактивные отходы, технологии переработки и кондиционирования отходов и наборы технологических параметров.

Рис. 5. Семантическая модель хранилища данных.

Следующим этапом моделирования стало создание семантической модели. В данной модели отражен не только тип отношений между сущностями, но и их смысловая нагрузка (рис. 5). Следует подчеркнуть, что существенные параметры технологических процессов, использованные при кондиционировании

объектов хранения, представляют собой отдельную сущность, поскольку связаны с соответствующими объектами хранения и технологиями переработки отношением типа «многие-ко-многим».

Для дальнейшего поиска данных, анализа, обработки и визуализации данных на основе семантической модели и разработанных справочников-рубрикаторов была создана многомерная модель данных типа «снежинка», (рис. б). Эта модель является нормализованной и включает только связи типа «один-ко-многим».

Тип технологии Значения параметров Технологические параметры

Тип технологии

Объекты

Тип РАО (РК) Код технологии (РК) Код набора (РК) Тип места (РК) Код места (РК) Код завода (РК)

Номер объекта Происхождение Дата начала хранения

Код параметра (РК) Код набора (РК) Код технологии (РК) Тип РАО (РК) Код параметра

Наименование Размерность

Значение

Технологии кондиционирования Наборы параметров Типы РАО

Код технологии Код набора Тип РАО (>К) Код технологии (РК) Тип РАО

Тип технологии (РК) Описание Агрегатное состояние Пожароопасность Описание

Описание .

Классификатор1РАО и ОЯТ

Агрегатное состояние Активность Радионуклидный состав Пожароопасность Происхождение

Рис. 6. Многомерная модель хранилища данных по объектам долговременного хранения.

Диаграмма построена с использованием нотации ГОЕР1Х, являющейся стандартной для проектирования реляционных баз данных. Главной таблицей фактов является таблица объектов долговременного технологического хранения кондиционированных отходов. Справочники-рубрикаторы хранилища (измерения в многомерной модели данных) показаны прямоугольниками, остальные зависимые сущности — скругленными прямоугольниками.

Для ввода сведений об объектах долговременного хранения и параметрах технологий переработки и кондиционирования отходов была разработана методика заполнения хранилища данных (рис. 7), включающая два основных режима работы.

Рис. 7. Блок-схема методики заполнения хранилища данных.

Процесс ввода технологических данных техническим персоналом перерабатывающего предприятия преимущественно состоит в выборе соответствующих параметров из заранее подготовленных рубрикаторов (эти блоки выделены цветом). Пополнение рубрикаторов осуществляется квалифицированными специалистами-технологами при появлении новых технологий обработки радиоактивных отходов, значений технологических параметров или их комбинаций.

Многомерная модель позволяет получать и анализировать данные, агрегированные по многим измерениям с различными уровнями обобщения. Для решения прямой и обратной задач поиска данных в хранилище были разработаны методики поиска данных. Методики реализованы на структурированном языке запросов SQL, соответствующем стандарту ANSI SQL-92 (тексты SQL-запросов приведены в диссертации).

17

Например, по номеру объекта хранения можно установить значения набора параметров технологий, использованных для его переработки, а по коду набора параметров - получить информацию о номерах других объектов, кондиционированных при тех же условиях, а также определить места их хранения, что послужит основой для принятия управленческих решений по рекондиционированию данных объектов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

• проведен системный анализ технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов;

• выявлены системные факторы и проведена классификация радиоактивных отходов и химических технологий;

• определены и формализованы существенные химико-технологические характеристики процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов, которые могут быть использованы в качестве рубрикаторов хранилища данных;

разработан базовый вариант рубрикаторов ^ основных химико-технологических характеристик процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов;

• разработана семантическая модель хранилища данных по технологическим характеристикам процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов;

• разработана структура хранилища данных на основе многомерной модели данных;

• разработана методика ввода записей в хранилище данных;

• разработаны методики поиска данных для прямой и обратной задач информационно-поисковой системы;

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования

результатов диссертационных работ:

1. Колыбанов К.Ю., Ладин Е.Г. Информационная поддержка процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов на основе хранилищ данных. «Системный анализ. Теория и практика», Вестник Костромского государственного университета им.Н.А.Некрасова, 2006 г. Статьи и тезисы докладов:

2. Бабский М.В., Василенко И.А., Жук А.И., Ладин Е.Г., Морозова Я.В. Автоматизированная система управления аналитической информацией. «Ученые записки МИТХТ», вып. 4, 2002 г.

3. Кузин P.E., Ладин Е.Г. Информационно-аналитическая система управления качеством. Тезисы докладов XII Международной студенческой школы-семинара «Новые информационные технологии». М.: МГИЭМ, 2004 г.

4. Кузин P.E., Ладин Е.Г. Система управления качеством в химической промышленности. Тезисы докладов XVII международной конференции «Математические методы в технике и технологии (ММТТ-2004)». Кострома, 2004 г.

5. Кузин P.E., Ладин Е.Г. Информационно-аналитическая система управления на химическом производстве. Тезисы докладов VIII Международного Симпозиума молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника экологически чистых производств в XXI веке: Проблемы и Перспективы», М.: МГУИЭ, 2004 г.

6. Буравцов A.B., Колыбанов К.Ю., Ладин Е.Г. Информационная система мониторинга специального радиохимического и химико-технологического оборудования. Тезисы докладов Первой научно-технической конференции молодых ученых МИТХТ «Наукоемкие химические технологии», 2005 г.

7. Бараков Е.И., Ладин Е.Г. Об особенностях массового аналитического контроля в производственном экологическом мониторинге. «Ученые записки МИТХТ», вып. 13,2005 г.

8. Буравцов A.B., Колыбанов К.Ю., Ладин Е.Г. Информационная система мониторинга специального радиохимического и химико-технологического оборудования. «Ученые записки МИТХТ», вып.12, 2005 г.

Подписано в печать 08.11.2006. Сдано в производство 11.11.2006. Формат бумаги 60x90 1/16. Объем 1,25 п.л.

._Тираж 100 экз. Заказ № 497_

Отпечатано в ООО "Фирма БЛОК" 107140, г.Москва, ул. Краснопрудная, вл.13. т.264-3073 Изготовление брошюр, авторефератов, печать и переплет диссертаций

Введение.

Глава 1. Системный анализ технологических процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов.

1.1. Основные принципы системного анализа.

1.2. Системный анализ предметной области.;.

1.3. Классификация радиоактивных отходов и химических технологий кондиционирования РАО.

1.4. Выявление системных факторов.

Глава 2. Разработка рубрикаторов хранилища данных.

2.1. Анализ химических технологий подготовки и кондиционирования РАО.

2.1.1. Технологии иммобилизации РАО.

2.1.2. Технологии кондиционирования жидких РАО.

2.1.3. Технологии кондиционирования твердых РАО.

2.1.4. Технологии кондиционирования отработавших источников ионизирующих излучений (ИИИ).

2.2. Выбор и формализация существенных технологических параметров для составления рубрикаторов хранилища данных.

2.3. Базовый вариант рубрикаторов химико-технологических характеристик процессов подготовки и кондиционирования РАО.

Глава 3. Информационно-логическое моделирование хранилища данных.

3.1. Этапы моделирования хранилища данных.

3.1.1. Системные требования к хранилищу данных.

3.1.2. Вербальная модель.

3.1.3. Семантическая модель.

3.2. Многомерная модель данных хранилища.

3.3. Методики заполнения и поиска в хранилище данных.

Актуальность темы

В мире накоплено значительное количество радиоактивных отходов (РАО), которые образовались в результате эксплуатации атомных электростанций, переработки отработанного ядерного топлива, использования источников радиоактивного излучения в науке, технике, медицине. РАО представляют большую опасность для человека и других объектов биосферы из-за их радиационного и токсического воздействия. В исходном виде РАО 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.

Технологии переработки и кондиционирования РВ и РАО [3, 21, 26, 27, 29, 46, 53, 68] 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.

Созданные к настоящему времени информационные технологии на основе хранилищ данных позволяют обеспечить долговременное и надежное хранение информации, обеспечивая преемственность при изменении форм носителей информации.

Однако до настоящего времени практически не были проработаны методические вопросы ввода информации о химико-технологических параметрах используемых процессов кондиционирования. Это не позволяло приступить к созданию информационно-поисковой системы по объектам долговременного хранения радиоактивных отходов.

Цель работы

Целью работы является повышение эффективности поиска объектов долговременного хранения и химико-технологических параметров процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов низкой и средней активности для подготовки управленческих решений по обращению с радиоактивными отходами.

Для достижения указанной цели в диссертации ставятся и решаются следующие основные задачи:

• проведен системный анализ технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов с целью выявления характеристик технологий, используемых в качестве рубрикаторов хранилища данных;

• проведена классификация технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов и формализованы рубрикаторы хранилища данных;

• выполнено моделирование хранилища данных;

• разработана структура хранилища данных;

• разработаны методики заполнения и поиска в хранилище данных по основным технологиям для технического персонала предприятия.

Научная новизна:

• Впервые выполнен системный анализ технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов с целью выявления существенных характеристик технологических процессов;

• На основе формализованных параметров основных технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов разработаны рубрикаторы хранилища данных;

• Разработана многомерная модель данных по объектам долговременного технологического хранения;

• Разработана структура хранилища данных по объектам долговременного хранения и химико-технологическим характеристикам процессов переработки и кондиционирования низко- и среднеактивных радиоактивных отходов;

• Разработаны и реализованы методики заполнения и поиска в хранилище данных для технического персонала предприятия.

Практическая значимость работы заключается в следующих результатах:

• Разработан базовый вариант рубрикаторов химико-технологических характеристик процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов низкой и средней активности;

• Разработана методика заполнения хранилища данных для использования технологическим персоналом в МосНПО «Радон»;

• Методика работы информационно-поисковой системы используется в учебном процессе МИТХТ им. М. В. Ломоносова при изучении дисциплины «Теория информационных систем».

Апробация работы: Основные результаты работы были доложены на международных и всероссийских конференциях «Математические методы в технике и технологии (ММТТ-2004)», VIII Международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника экологически чистых производств в XXI веке: Проблемы и Перспективы», XII Международной студенческой школе-семинаре «Новые информационные технологии».

Публикации: Результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных трудах, в том числе 4 статьях, 4 публикациях в сборниках трудов и тезисов докладов конференций и семинаров.

Структура и объем диссертации: Работа состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 92 страницах, включая библиографию из 93 источников, 10 рисунков и 12 таблиц.

Заключение

В работе получены следующие основные результаты.

• проведен системный анализ технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов;

• выявлены системные факторы и проведена классификация радиоактивных отходов и химических технологий;

• определены и формализованы существенные химико-технологические характеристики процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов, которые могут быть использованы в качестве рубрикаторов хранилища данных;

• разработан базовый вариант рубрикаторов основных химико-технологических характеристик процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов;

• разработана семантическая модель хранилища данных по технологическим характеристикам процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов;

• разработана структура хранилища данных на основе многомерной модели данных;

• разработана методика ввода записей в хранилище данных;

• разработана методика поиска данных для прямой и обратной задач информационно-поисковой системы.

1. Анфилатов B.C., Емельянов А.А., Кукушкин А.А. Системный анализ в управлении. М.: Финансы и статистика, 2003.

2. Артемов Д. В., Погульский Г. В., Альперович М. М„ Microsoft SQL Server 7.0 для профессионалов: установка, управление, эксплуатация, оптимизация. М.: Издательский отдел "Русская редакция". - 1999. - 576 с.

3. Арустамов А.Э., Ожован М.И., Полуэктов П.П. и др. Устройство для захоронения высокоактивных источников ионизирующего излучения. Авторское свидетельство №1350663, Бюлл. откр. и изобр. №41, с. 202.

4. Архипенков С., Голубев Д., Максименко О., Хранилища данных. М.:Диалог-МИФИ, 2002.

5. Ахупов 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.

6. Бирюков А. Системы принятия решений и Хранилища Данных. Системы управления базами данных № 4,1997

7. Бритов П. А., Липчинский Е.А. Практика построения хранилищ данных: SAS System / Корпоративные системы, № 3,1999

8. Брыкин С.Н., Брыкина Г.В., Якушев С.А. Создание информационной подсистемы для системы государственного учета и контроля РВ и РАО. «Экология и жизнь», №3, 2001.

9. Брыкин С.Н., Серебряков И.С., Якушев С.А Отчет по теме: "Обработка данных первичной инвентаризации РВ и РАО, формирование сводных результатов по отрасли", М., 2001г.

10. Брыкин С.Н., Серебряков И.С., Якушев С.А. Разработка БД по системе учета и контроля РВ и РАО. Материалы международного проекта РАДИНФО «Вопросы разработки базы мета-данных по радиационным объектам Советского ядерного комплекса», Москва, ВНИИХТ, 2003г.

11. Брыкин С.Н., Якушев С.А. Разработка баз данных и системы классификации и кодирования для системы государственного учета и контроля РВ и РАО. «Ученые записки МИТХТ», М„ МИТХТ, №5,2002, с.65-66.

12. Брыкина Г.В., Серебряков И.С. Критерий оценки воздействия выбросов ВХВ и РН на окружающую среду. Тезисы доклада. Второй международный семинар "Радиационное наследие бывшего СССР: современное состояние и проблемы реабилитации", Москва, 22-25 ноября 1999

13. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1998.

14. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. СП.: Из-во СПбГТУ, 2001.

15. Вон Ким. Три основных недостатка современных хранилищ данных. Открытые системы, № 2,2003.

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

17. Гершанов И.В., Пелихов В.П. Методы оценки полноты информационного описания предметной области. «Проблемы управления безопасностью сложных систем», №7, 1997.

18. Глушаков С.В., Третьяков Ю.В., Головаш О.А. Администрирование Oracle9i. -Харьков: Фолио, 2003. 695 с.

19. Горев А., Ахаян Р., Макашарипов С. Эффективная работа с СУБД СПб.: Питер Пресс, 1997.

20. Горштейн А. О. Разработка специального математического и программного обеспечения системы анализа и оценки химических и радиационных загрязнений мегаполиса в условиях неполноты исходных данных. Кандид, диссертация. М., МИТХТ, 2001.

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

22. ГОСТ 34.602-89 ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы.

23. ГОСТ 34.602-89 ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Термины и определения.

24. Дейт К. Введение в системы баз данных. М., Мир, 1981

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

26. Дмитриев С.А., Стефановский С.В., Обращение с радиоактивными отходами. Издательский центр РХТУ им.Д.И. Менделеева, Москва, 2000. 125 с.

27. Дубова Н. Устройство и назначение хранилищ данных. Открытые системы, № 4, 1998.

28. Дэн Хотка. Oracle9i. Пер. с англ. СПб.: «ДиаСофтЮП», 2002. - 560 с.

29. Ефимов К.М., Гембицкий П.А., Варлаков А.П., Горбунова О.А., Баринов А.С. Биоцидный цементный раствор. Патент РФ № 2197760 С2 , приоритет от 25.04.01 -Комитет РФ по патентам и товарным знакам, 2003, бюл. №3.

30. Иванов И.А., Стефановский С.В., Гулин А.Н. Физика и химия стекла. 1993. Т.19, №5. С. 746-754.

31. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М., Гидрометиздат, 1976. 560с.

32. 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,с.65

33. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. М., Химия, 1971

34. Колыбанов К.Ю., Кузин Р.Е., Марковский В.В., Якушев С.А. Информационно-аналитическая система мониторинга за образованием, перемещением и хранением радиоактивных веществ и радиоактивных отходов. Сборник научных трудов МИФИ, М., 2002.

35. Конноли, Томас, Бегг, Каролин, Страчан, Анна. Базы данных: проектирование, реализация, сопровождение. Теория и практика. М., Издательский дом «Вильяме», 2001.

36. Корб В.Р., Тимофеев Е.М., Адамович Д.В. и др. Переработка жидких радиоактивных отходов, образующихся в результате ремонта и утилизации атомных подводных лодок. Журнал «Экология и промышленность России», август 2003 г. с.4-7

37. Кузнецов С.Д. Введение в системы управления базами данных //СУБД. 1995. -№1,2,3,4,1996.-№1,2,3,4,5.

38. Липаев В.В. Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: СИНТЕГ, 2002.

39. Лифанов Ф.А., Стефановский С.В., Цвешко О.Н., Лащенова Т.Н. Физика и химия стекла. 1991. Т. 17, №5. С. 810-815.

40. Львов В. Создание систем поддержки принятия решений на основе хранилищ данных. Системы управления базами данных, № 3,1997, стр. 30-40.

41. Львов М. Построение информационно-аналитической системы. Открытые системы, №4,2003.

42. Никифоров А.С., Куличенко И.И., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. Энергоатомиздат, Москва, 1985.184 с.

43. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99), Госкомсанэпиднадзор России, М.1999

44. Обращение с радиоактивными отходами. Сб. трудов. IV Международная научно-техническая конференция 26 28 июня 2001 г./ М., 2002.

45. Отчет о НИР по теме 4.03.06 "Разработка и создание интегрального программного комплекса по региональному радиоэкологическому мониторингу на базе локальных баз данных", М., ГУП МосНПО "Радон", 2003.

46. Пржиялковский В. В. Сложный анализ данных большого объема: новые перспективы компьютеризации. Системы управления базами данных № 4,1996, стр. 71-83.

47. Ревунков Г.И. и др. Базы и банки данных и знаний. М.: Высшая школа, 1992 367 с.

48. Рикунов В.А., Польский О.Г., Коренков А.П., Вербов В.В., Соболев А.И., Ивлиев М.В., Коренков И.П., Шахбазов А.Ш., Шишкин Г.В. Уровни контроля за содержанием радионуклидов в окружающей среде г. Москвы. М.: Санитарные правила № 11,1995, 28с.

49. Романов Г.Н., Спирин Д.А., Алексахин P.M. Поведение радиоактивных веществ в окружающей среде. Природа, 1990 г., № 5.

50. Сахаров А. А. Концепции построения и реализации информационных систем, ориентированных на анализ данных. Системы управления базами данных № 4,1996, стр.55-70.

51. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.7.728-99 "Правила сбора, хранения и удаления отходов лечебно-профилактических учреждений". Утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 22 января 1999 г. N 2. ГУП ЦПП,2000 г.

52. Соболев А. И., Вербова Л. Ф. Особенности статистической обработки данных радиоэкологического мониторинга // Гигиена и санитария, 2002, № 3, стр. 76 79.

53. Соболев А.И. Региональный мониторинг радионуклидов в окружающей среде. Докторская диссертация. Санкт-Петербург. Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет). 1996.

54. Соболев А.И., Тихомиров В.А., Вербова Л.Ф., Ефимов К.М. Программно-аппаратный комплекс автоматизированной подсистемы контроля радиационной обстановки // Атомная энергия, 1998, т.84, вып.5, стр. 403-409.

55. Соболев А.И., Тихомиров В.А., Вербова Л.Ф., Зубов В.Ю, Гершанов И.В., Алешин Д.В. Интегральный комплекс радиационных измерений как склад-хранилище данных радиоэкологического мониторинга. «Ядерные измерительно-информационные технологии», №1,2004.

56. Соболев И.А. Ожован М.И., Щербатова Т.Д., Батюхнова О.Г. Стекла для радиоактивных отходов. Энергоатомиздат, Москва, 1999. 240 с.

57. Соболев И.А., Арустамов А.Э., Ожован М.И.и др. Захоронение высокоактивных отработавших источников ионизирующего излучения в металлические матриц. Атомная энергия, 1989, т.66, вып.5, с.340-343.

58. Соболев И.А., Пантелеев В.И., Демкин В.И. и др. Переработка ЖРО низкого уровня активности передвижной установкой ЭКО. Журн. «Атомная энергия» т.73, вып. 6 декабрь 1992 г. с.474.

59. Соболев И.А., Тимофеев Е.М., Ожован М.И. и др. Подземное захоронение высокоактивных источников ионизирующего излучения. Препринт, 1-46. М.: ЦНИИатоминформ, 1988, с. 18.

60. Соболев И.А., Хомчик JI.M. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. М.: Энергоатомиздат, 1983,128 с.

61. Спирли Э. Корпоративные хранилища данных. Планирование, разработка, реализация. Том 1.: Пер. с англ. -М.: Издательскмй дом «Вильяме», 2001.

62. Стефановский С.В., Иванов И.А., Гулин А.Н. Физика и химия стекла. 1991. Т. 17, №1. С. 120-125.

63. Стефановский С.В., Лащенова Т.Н., Князев О.А. и др. Вопросы радиационной безопасности. 2003, №3. С. 21-31.

64. Стулов А. Особенности построения информационных хранилищ. Открытые системы, № 4,2003.

65. Тихомиров В.А., Соболев А.И., Вербова Л.Ф. и др. Информационно-аналитическая система радиоэкологического мониторинга. М.: «Прима», серия изданий по радиоэкологической безопасности населения, №3,1995 г.

66. Фосфатные стекла с радиоактивными отходами / Под ред. А.А. Вашмана и А.С. Полякова Москва, ЦНИИатоминформ, 1997. 172 с.

67. Чебышов С.Б., Горн Л.С., Ильин Б.А. и др. «Комплекс технических средств для построения информационно-измерительных систем мониторинга и контроля радиационной обстановки» Экологические системы и приборы № 3,1999.

68. Шумский А.А., Шелупанов А.А. Системный анализ в защите информации. М.: Гелиос АРВ, 2005.

69. Bachman, C.W. Data structure diagrams. Data Base 1,2 (Summer 1969), 4-10.

70. Bachman, C.W. Trends in database management 1975. Proc., AFIPS 1975 NCC, Vol.44, AFIPS Press, Montvale, N.J., pp. 569-576.

71. Barker Richard "CASE*Method. Entity-Relationship Modelling", Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990

72. Barker Richard "CASE*Method. Function and Process Modelling", Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990

73. Clark W.E., Godbee H.W. Treatment and Storage of High Level Radioactive Wastes. IAEA, Vienna, 1963. P. 412-432.

74. Clark W.E., Godbee H.W., Fitzgerald C. Laboratory Development of Processes for Fixation of High Level Radioactive Waste in Glassy Solids. 3. Wastes from the Purex Solvent Extraction Process. ORNL-3640, Oak Ridge, TN, USA. 1967.

75. Codd E. F. Relational Model Of Data for Large Shared Data Banks. Communications of the ACM. Volume 13. Number 6. — New York, London and Amsterdam: ACM, June 1970.

76. Dmitriev S.A., Srefanovsky S.V., Lashchenova T.N. et al. 6th Int. Seminar on Primary and Secondary Side Water Chemistry of Nuclear Power Plants. May 16-19,2005/ Budapest, Hungary. 2005.

77. Godbee H.W., Clark W.E. Conversion of Simulated High Level Radioactive Waste Solutions to Glassy Solids in a Pot by Rising Level Method: The RL Potglass Process. ORNL-3629, Oak Ridge, TO, USA. 1964.

78. Inmon W.H. Building the Data Warehouse, second edition. QED Publishing Group, 1996.

79. Joseph M. Firestone, Data Warehouses, Data Marts and Data Warehouses: New Definitions and New Conceptions, DKMS Brief No Six, 1999

80. Kimball R. The Data Warehouse Lifecycle Toolkit. New York: Wiley Computer Publishing, 1998.

81. S. Yasui, K. Adachi, T. Amakawa. Vaporisation behavior of Cs in plasma melting of simulated low level miscellaneous solid waste. Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 36 (1997), pp. 57415746.

82. Shukla B.S., Vaswani G.A., Sunder Rajan N.S. Studies on the Immobilization of Sulphate-Bearing Waste in Pb0-B203-Si02 System. BARC-951, Bombay, India. 1977.

83. E.F. Codd, S.B. Codd, and C.T.Salley, Providing OLAP (on-line analytical processing) to user-analysts: An IT mandate. Technical report, 1993