Введение к работе
І. Актуальность темы исследования
Оценка безопасности промышленных объектов это неотъемлемая часть их функционирования. Главным источником опасности является потокообо-рот веществ. В рамках данного исследования, вещество рассматривается как дискретный, сложный, технических объект (система), оценка безопасности которого осуществляется методами системного анализа.
В связи с вышесказанным, данное исследование выполнено в области применения методов системного анализа для классификации и прогнозирования экологической опасности промышленных веществ. В практическом плане работа ориентирована на органы экологического нормирования, обеспечивающие безопасность функционирования промышленных объектов.
Основанием для постановки исследования является государственная политика в области защиты окружающей среды, гигиенический норматив 1.1.701-98, указывает: «Допустим расчет и использование новых, не включенных в утвержденные Минздравом России методические документы, уравнений для прогноза токсичности, если они соответствуют теоретическим, методическим и статистическим критериям ускоренного нормирования и основаны на репрезентативном материале».
Развитие в наши дни исследований методов системного анализа и информационных технологий связано с работами отечественных ученых Л.И. Александрова, B.C. Балакирева, А.А. Давыдова, И.Н. Дорохова, А.А. Кобзе-ва, В.В. Кострова, В.Ф. Коростелева, В.Н. Ланцова, Р. И. Макарова, В.П. Мешалкина, А.В. Невского, С.С. Садыкова и других. Широко известны также работы зарубежных специалистов: В. Кларка (W.C.Clark), Е. Одума (Е.Р. Odum), Р. Мунна (R.E. Munn), Л. Мартина (L.B.Martin) и др.
Здесь важнейшим инструментом является прогнозирование опасности веществ, особенно на предпроектной стадии применения в промышленности, оценка опасности которых осуществляется на основе определения их класса опасности.
Актуальность проблемы прогнозирования опасности подчеркивает хотя бы тот факт, что к настоящему моменту известны более 100000000 только органических соединений. К ним ежегодно добавляется примерно 1000 новых соединений (данные U.S. National Toxicology Program) и только примерно для 20000 из них в отечественной и международной практике оценены количественно параметры безопасности.
Сегодня (2013г.) представлены в Российском реестре потенциально опасных промышленных веществ1, чуть больше тысячи, класс опасности которых определен эмпирически . Для 15-18% из находящихся в промышленном обороте веществ известны характеристики опасности.
В тоже время экспериментальное определение характеристик, на основе которых идентифицируется класс опасности, является сложной, дорогостоящей процедурой и во многих случаях внедрения в промышленность, малооправданной. Например, в США стоимость токсикологических биотестов оценивается в сумму от 3 миллионов долларов.
Тема диссертации является актуальной еще и потому, что в ней поставлена новая задача: прогнозирование безопасности промышленных веществ на основе теоретических методов, как заградительной альтернативы по введению в промышленный оборот токсикантов. Это вписывается в государственную доктрину Российской Федерации, которая ставит одной из важнейших целей дать количественные оценки опасности веществ и предотвратить их использование, как это показано на рисунке 1.
Цель работы
Цель данной работы - создание теоретических основ прогнозирования риска использования новых веществ для ограничения их антропогенного воздействия на окружающую среду.
При выполнении работы были поставлены основные задачи:
идентифицировать новую задачу системного анализа - прогнозирование опасности веществ на основе моделирования зависимости «структура-свойство - безопасность»;
провести системный анализ факторов, определяющих опасность промышленных и других веществ в рамках экологического нормирования; -идентифицировать связь физико-химических и структурных свойств веществ с их классами опасности принятыми в промышленности; -разработать модели класса опасности веществ;
-провести верификацию и кластеризацию информации об экологических свойствах промышленных веществ и сформировать обучающие и экзаменационные выборки в соответствии с их классами опасности, принятыми в Российской Федерации;
1 ;
2 ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности:
издание официальное. - Введен 01.01.1977 (изм. Постановлением Гос. ком. СССР по
управлению качеством продукции и стандартам от 28.03.90 № 625). - М., Издательство
стандартов, 1991. - 5 с.
-разработать методику прогнозирования опасности намечаемых к промышленному использованию веществ.
Объектом исследования являются системы обработки информации об используемых в промышленности веществах и методы оценки последствий их воздействия на окружающую среду.
Предметом исследования является методическое и информационно-техническое обеспечение прогнозирования опасности воздействия на окружающую среду веществ, намечаемых к промышленному использованию.
При изучении потокооборота веществ в промышленности, выдвинута гипотеза о наличии устойчивой связи «физико-химические и структурные характеристики вещества - факторы безопасности». Аналогами, предлагаемого в данной диссертационной работе подхода, могут служить информационные технологии определения медико-биологических параметров веществ по структурной формуле химических соединений ' .
Нормирование изыскательской,
предпроектной, проектной и технологической деятельности
Обработка инфор
мации
шип I
Предупреждение неблагоприятных воздействий токсикантов на человека в производственном процессе
Оценка промышленного риска
Предварительный
анализ для принятия
Оценка воздействия на окружающую среду и снижение ан- \ь/\ тропогенного давления на природу
решений
Рисунок 1. Области использования прогноза опасности веществ Научная новизна
Впервые сформулирована новая задача внеэкспериментального прогнозирования опасности веществ на основе использования зависимости «структура - свойство - безопасность».
3 Васильев, П.М. Информационная технология прогноза фармакологической активности химических соединений: дисс. на соиск. уч. ст. д-ра биол. наук: 14.00.25.-Волгоград, 2009.-445C.
4 Савицкая, Т.В. Системный анализ и управление безопасностью химических производств с использованием новых информационных технологий: дисс. на соиск. уч. ст. д-ра техн. наук: 05.13.01/Савицкая Татьяна Вадимовна. -М., 2004.-591с.
Впервые разработаны модели зависимости «структура - свойство - безопасность», для оценки безопасности новых веществ в промышленности.
Впервые введены понятия «расчетный класс опасности вещества» теоретической характеристики и «статистический образ опасного вещества». Предложена модель класса опасности, основанная на гипотезе «вещества со сходной структурой близки по характеристикам промышленной опасности».
Впервые идентифицирована связь "физико-химические характеристики веществ - класс опасности", которая использована в вычислительном эксперименте.
Впервые разработана методика использования нечетких множеств при ранжировании веществ по признакам безопасности; введен новый интегральный показатель опасности веществ.
Разработан оригинальный алгоритм идентификации опасности химических соединений, содержание которого показано на рисунке 2.
Приближение неопасной структуре
Задача прогнозирования
или конструирования химического соединения
Приближение к
опасной струк
туре
е к
—
Стоп:ест опасная структура
Стоп:есть
опасная
структура
Коррекция
Рисунок 2. Алгоритм движения к неопасному/опасному веществу Теоретическая и практическая значимость работы
Теоретическая значимость заключается в развитии представлений и методов системного анализа, управления и обработки информации, практическая - в том, что результаты использованы в методиках прогнозирования класса опасности веществ и на их основе разработаны технические решения. Методики тестируются рядом организаций экологической направленности Нижневолжского региона.
Результаты используются в учебном процессе высшей школы.
Методология и методы исследования
Использованы методология системного анализа, обработки и управления информации. В качестве методов использованы: априорное ранжирование факторов, параметрическая обработка экспериментальной информации,
классификационные модели, нечеткие множества, математическая статистика и теория вероятности.
Положения, выносимые на защиту
прогнозирование безопасности вещества должно быть важной составляющей функционирования промышленного предприятия;
существует устойчивая связь «физико-химические и структурные характеристики вещества - факторы безопасности»;
набор методов системного анализа дает возможность надежно прогнозировать опасность вещества;
набор моделей опасного вещества.
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность полученных результатов обеспечена корректным использованием методов системного анализа, математического моделирования, оценки риска в промышленности, а также результатами параметрической обработки экспериментальной информации и методами математической статистики. Содержание работы опубликовано в монографии, 2-х свидетельствах о государственной регистрации программы для ЭВМ, 35 статьях из перечня, рекомендованного ВАК РФ, 10 патентах, 54 статьях в сборниках, 25 докладах и тезисах докладов конференций международного и другого уровня. Результаты исследования апробированы на ряде предприятий Нижневолжского региона. Работа поддержана грантом ВолгГТУ для молодых ученых (2010г.).
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из основной части, изложенной на 340 стр., и приложения - на 30 стр. Содержит 7 глав, 72 таблицы, 64 рисунка, библиография 430 источников на 48 стр.
