Введение к работе
Актуальность темы исследования. Фундаментальной задачей современной химии является разработка методов, позволяющих надежно (с высокой степенью вероятности) прогнозировать физико-химические свойства новых, еще не синтезированных соединений, что создает предпосылки для целенаправленного конструирования соединений с заданными свойствами. Для обеспечения инновационного развития экономики страны необходима разработка новых материалов, обладающих заданными свойствами. Одним из наиболее перспективных методов решения этой проблемы является применение информационно-прогнозирующих систем, предназначенных для поиска информации об уже известных соединениях и прогнозирования еще не полученных фаз. На сегодня ни одна из разработанных информационных систем (ИС) по свойствам неорганических веществ и материалов не способна дать полную информацию обо всей совокупности свойств конкретного вещества. Чтобы найти все необходимые значения параметров заданного вещества специалисты должны просматривать материалы десятков информационных систем. Одним из путей решения проблемы является интеграция информационных ресурсов с целью предоставления полной совокупности данных о материалах, как пользователям, так и прикладным программам. Применение последних позволяет использовать методы компьютерного анализа для поиска взаимосвязей в данных. Использование найденных взаимосвязей позволяет проводить компьютерное конструирование новых соединений, обладающих заданными свойствами.
Актуальность интеграции в последние годы была осознана не только на национальном, но и на международном уровне, что вызвало появление специальной международной комиссии (Materials Task Group) в рамках известной организации CODATA (), целью которой является выработка стандартов для интеграции материаловедческих ИС. Однако, несмотря на предпринимаемые усилия, говорить о серьезных международных результатах, достигнутых в этой области, безусловно, рано.
Степень разработанности проблемы. Существенный вклад в решение задач интеграции ИС внесли: Л.А. Калиниченко, С.А. Ступников, В.А. Серебряков, А.Н. Бездушный, A. Halevy (Levy), W. Inmon, D. Calvanese, M. Lenzerini, G. Gottlob, T. Gruber и др. Работы по созданию и использованию ИС СНВМ выполняли: Е.М. Савицкий, В.Б. Грибуля, Н.Н. Киселева, B.C. Иориш, Ф.А. Кузнецов, P. Villars, S. Le Clair, N.Chen, L. Bartolo, M. Yamazaki, Y. Xu и др. Задачи прогнозирования решали: Л.А. Растригин, В.П. Гладун, Н.Г. Загоруйко, Ю.И. Журавлев, В.В. Рязанов, О.В. Сенько, R. Duda, P. Hart, К. Fu, L. Kuncheva и др.
Однако, несмотря на серьезные усилия, прилагаемые к решению проблемы учеными разных стран, методики интеграции информационных систем для компьютерного конструирования неорганических соединений с применением международных баз данных рассмотрены недостаточно.
Цель и задачи исследования: Целью работы является разработка информационной поддержки компьютерного конструирования неорганических соединений на основе интеграции международных гетерогенных информационных систем по свойствам веществ. Достижение указанной цели предполагает решение следующих задач:
провести системный анализ этапов разработки структурной схемы системы принятия решений (СППР) при прогнозировании средствами компьютерного конструирования неорганических соединений;
разработать теоретико-множественную модель поиска релевантной информации в информационных системах по свойствам неорганических веществ;
разработать систему критериев объединения ИС на уровне пользовательских интерфейсов;
провести системный анализ интеграционных технологий построения международных баз данных;
разработать реляционную структуру метабазы для интеграции ИС: «Кристалл», «Фазы», «Диаграмма», «BandGap», «Elements» и «AtomWork» (Япония) для консолидации информации по свойствам неорганических соединений;
разработать методику применения созданной интегрированной ИС для прогнозирования свойств неорганических соединений.
Объектом исследования являются информационные системы по свойствам неорганических веществ и материалов.
Предметом исследования является применение технологий интеграции распределенных информационных систем для консолидации информационных ресурсов по свойствам неорганических веществ и материалов при компьютерном конструировании неорганических соединений.
Наиболее существенные научные результаты, полученные автором:
-
на основе системного анализа разработаны этапы построения структурной схемы системы принятия решений (СППР) при прогнозировании средствами компьютерного конструирования неорганических соединений;
-
разработана теоретико-множественная модель поиска релевантной информации в информационных системах по свойствам неорганических соединений;
-
разработана система критериев оценки интегрируемых информационных систем по свойствам неорганических соединений;
-
разработана реляционная структура метабазы для описания информации, содержащейся в интегрируемых ИС по свойствам неорганических соединений;
-
разработана методика использования созданной интегрированной ИС для прогнозирования свойств неорганических соединений.
Практическая значимость работы состоит в том, что применение интегрированной ИС позволяет сократить время, затрачиваемое на поиск полной информации по свойствам неорганических веществ и материалов.
Проведена интеграция ИС, созданных на основе специализированных материаловедческих баз данных (БД), разработанных в ИМЕТ РАН: «Кристалл», «Фазы», «Диаграмма», «BandGap», «Elements» и БД «AtomWork» (NIMS).
Получены прогнозы образования неорганических соединений состава АВХ2, перспективных для использования в качестве материалов для создания магнитных запоминающих устройств большой емкости.
Разработанные методики и информационные средства используются в учебном процессе кафедр "Материалы микро-, опто- и наноэлектроники" и "Информационные технологии" МИТХТ им. М.В. Ломоносова при чтении спецкурсов для магистрантов.
Теоретической, методологической и информационной базой исследования являются труды отечественных и зарубежных учёных и практиков, посвященные проблемам построения информационных систем, методы системного анализа, методологии семейства ICAM (IDEFO, IDEF1X) и DFD. При разработке интегрированной ИС использованы: теория построения баз данных, Web-технологии. Для иллюстрации применения ИС в интеллектуальных системах использованы методы компьютерного конструирования неорганических соединений, основанные на обучении ЭВМ распознаванию образов, методы онтологического моделирования, математический аппарат теории множеств, публикации в научной литературе и периодической печати. Положения, выносимые на защиту:
системный анализ этапов разработки структурной схемы системы принятия решений при прогнозировании средствами компьютерного конструирования неорганических соединений;
теоретико-множественная модель поиска релевантной информации в информационных системах по свойствам неорганических соединений;
система критериев оценки интегрируемых информационных систем по свойствам неорганических соединений;
реляционная структура метабазы для описания информации, содержащейся в интегрируемых ИС по свойствам неорганических соединений;
методика использования созданной интегрированной ИС для прогнозирования свойств неорганических соединений.
Обоснованность и достоверность результатов исследования обусловлена: репрезентативностью статистической информации; научной методологией исследования, опирающейся на применение системного подхода, в том числе методов статистического анализа, публикациями по теме и обобщением научных исследований зарубежных и отечественных специалистов.
Апробация результатов работы: Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: «X Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физика-химия и технология неорганических материалов», ИМЕТ РАН, Москва, 2013г., «Международная научно-практическая конференция», Тамбов, 2013г., «XV Международная научно-практическая конференция», Центр научной мысли, Таганрог, 2012г., «IV Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием» Научно-инновационный центр, Красноярск, 2011г., «VIII Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физика-химия и технология неорганических материалов», ИМЕТ РАН, Москва, 2011г., «Фестиваль научно-технического творчества молодежи ЗАО» Москва, МИТХТ, 2011г., «Инновационные и информационные технологии в образовании, экономике, бизнесе и праве» МГУТУ, Волоколамск, 2010г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 статьи в изданиях из перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 4 главы, заключение, список литературы, содержит 120 страниц, 23 рисунка и 9 таблиц.
