Введение к работе
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,
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
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 XT 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.
Структура 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.
