Применение ЭВМ в технологии переработки полимеров

1.2 Автоматизированные банки данных и

информационно-поисковые системы

АБнД являются одним из основных средств современной информационной технологии. Банки создаются для хранения большого объема информации.

При создании АБнД как подсистемы разработки новых технических решений, а не только как хранилища информации, необходимо руководствоваться определенными принципами [8].

Согласно этим принципам, банк должен быть не только информационно-поисковой системой, но и активным элементом автоматизированного проектирования и получения новых технических решений. Для этого АБнД должен отвечать не только на вопрос "что?", но и на вопросы "как?", "каким образом?". Банк должен быть достаточно адаптированным к запросам и возможностям пользователей и обеспечивать достаточно простой ввод и вывод информации.

Банки данных являются мощными информационными системами и в них производят большие "интеллектуальные вложения". Это касается как эффективного проектирования баз данных, так и рационального и творческого заполнения БД необходимой и ценной информацией. Для эффективного решения последнего вопроса необходимо привлечение квалифицированных предметных специалистов - технологов, конструкторов, экономистов.

Современные АБнД способны хранить практически любые типы данных и содержат средства, повышающие универсальность баз данных, но отношению к форматам данных.

Кроме АБнД с мощными промышленными СУБД, созданы небольшие и легкие в освоении ИПС для автоматизированного рабочего места технолога. Такие ИПС легко встраиваются в системы автоматизированных расчетов и содержат необходимые данные для проведения вычислений. Так, в

11

автоматизированной системе расчета теплофизических характеристик резин по их составу включена ИПС, содержащая значения теплопроводности, температуропроводности, теплоемкости и плотности большинства ингредиентов, встречающихся в рецептурах. Аналогичный подход использован в автоматизированной системе для прогнозирования изменения свойств эластомеров и изделий из них. В последнем случае создается база данных проведенных расчетов для разных марок резин.

Отличительной чертой созданных информационных систем является не только хранение и поиск информации, но возможность их использования в системах проектирования и моделирования в качестве "интеллектуальных советчиков.

Кроме банков данных, в последнее время стали разрабатываться новые информационные системы: банки знаний, банки документов, визуальные хранилища данных. Последние позволяют хранить информацию в любых видах, в различных источниках и создавать информационное окружение любой компании, предприятия и организации. Интеграция хранилищ данных с системами интеллектуального анализа данных позволяет приносить немалую выгоду.

Следует отметить, что такие программные продукты как текстовые редакторы и электронные таблицы также могут быть использованы для хранения и поиска информации. Так проведение необходимой индексации и выделение ключевых слов позволит использовать для поиска информации в текстовых файлах современные текстовые редакторы, возможности которых, в силу недостаточной квалификации пользователей используются, как правило, не более чем на 20 %. Редакторы типа Word могут вставлять в создаваемые тексты любую информацию из других программ, в том числе и из баз данных, используя технологию OLE (связывание и внедрение

12

объектов). Со ответственно и из текстовых файлов информация может переносится в базы данных.

1.3 Компьютеризация процесса создания новых

многокомпонентных полимерных материалов и

технологических процессов

Разработанная интерактивная система [9] проектирования рецептур резин и ее версия "Рецепт-база" предполагает активное, диалоговое участие технолога на разных этапах проектирования, позволяет учитывать опыт и интуицию предметного специалиста. Перспективным направлением раз вития указанной системы является прогнозирование свойств спроектированных материалов на качественном и количественном уровне. Развиваются также подходы, основанные на создании базы данных математических моделей типа "состав - свойство" на основе информации, содержащейся в банке данных рецептур и использовании экспертных оценок влияния ингредиентов на свойства резин. Безусловно, во всех случаях можно говорить только о прогнозировании свойств с некоторым уровнем надежности.

Кэтому же направлению относятся и экспертные системы.

Втехнологической практике они могут найти широкое применение для анализа технологических ситуаций: выявления причин брака, поиска необходимых замен ингредиентов и т.д.

1.4 Эвристическая поддержка компьютерных

технологий

Эффективность компьютерных технологий повышается при использовании методов инженерного творчества (эвристических методов), усиливающих ассоциативное мышление специалиста [10]. Для эвристической поддержки специалистами предложена методика проведения

13

функционально-физического анализа многокомпонентных материалов, создан специализированный фонд эвристических приемов, разработана методология эвристического использования положений неравновесной термодинамики при создании технических решений.

1.5 Графическая визуализация физико- химических и технических эффектов и графическое

представление информации

Визуализация - это термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы.

Увеличение важности этого направления связано не только со значительным облегчением восприятия большого объема информации, но и с возможностью лучшего выявления протекания физико-химических процессов, в том числе в динамическом режиме. В настоящее время созданы модули для графической визуализации конформационной динамики, нестационарного прогрева в материалах с физико-химическими превращениями, тепловым взрывом процессов разрушения и других физико-технических эффектов, а также визуализации технологических процессов.

В настоящее время для графической визуализации используются не только алгоритмические языки типа Си++, но и ряд мощных графических пакетов: 3D Studio, Corel Draw, Photoshop и другие. Новым и необычным в конструкторско- технологической практике является использование мультимедийных приложений и средств создания виртуальной реальности.

14

1.6 Аналитические информационные

технологии

Новые информационные технологии сегодня развиваются не только в направлении все более производительных решений (скорость обработки и передачи данных, объем хранимой информации, аудиовизуальные интерфейсы и т.п.), но и в области интеллектуализации, заменяя и дополняя возможности человека при анализе и моделировании сложных процессов, управлении крупными технологическими объектами, лечении болезней, обучении и т.п.

Важнейшее место среди таких интеллектуальных технологий занимают аналитические информационные технологии (АИТ) [11]. Они позволяют перейти от простого сбора, обработки и представления данных, в соответствии с определенными, заранее заданными процедурами, к анализу информации, выявлению в ней наиболее существенной, с точки зрения решаемой задачи, части, осуществлять содержательное представление информации и подойти к наиболее важной составляющей части мыслительных процессов - пониманию информации.

Основная цель АИТ - поддержка решения неформализованных задач. АИТ включает в себя программные средства и механизм их взаимодействия между пользователем и информацией. В основе этого механизма конкретный метод обработки и интерпретации неструктурированной информации. В зависимости от эффективности решения определенного круга аналитических задач, предлагаемые АИТ имеют большую или меньшую ценность на рынке: от нескольких тысяч до сотен тысяч долларов США.

В России наиболее успешными сферами применения АИТ являются государственное управление - системы поддержки и принятия решений; финансовая и банковская сфера деятельности - анализ ситуации на валютных рынках, рынках

15

ценных бумаг, оценка крупных инвестиционных проектов и т.п. Имеются также примеры использования АИТ в области обучения и образования. АИТ интенсифицируют сам процесс самообучения, стимулируют мышление, позволяют более эффективно разбираться в сложных для усвоения вопросах и проблемах. Кроме того, они могут использоваться при обучении дома, как сегодня принято говорить, в телеобучении.

В основе разработок отечественных аналитических систем лежит использование достижений российской фундаментальной науки в области лингвистики, анализ семантических сетей и методов искусственного интеллекта.

1.7 Обучающие системы

Быстрое обучение предметного специалиста новым программным средствам является важным фактором для их эффективного применения [11]. При этом необходим учет психологии восприятия информации при решении задач в данной предметной области. Сложность и неадаптированность многих универсальных систем, таких как электронные таблицы типа Excel, мешает их применению технологами. В связи с этим необходимы обучающие программы с примерами решения конкретных технологических ситуаций.

Обучающие системы становятся также необходимой составляющей частью самих программных средств. При этом специализированные компьютерные системы и технологии должны, на наш взгляд, содержать не только руководство пользователя, но и необходимую информацию о предметной области с использованием набора проблемных ситуаций и идеологии "гипертекста". Это особенно важно для начальных стадий процесса разработки новых материалов концептуального проектирования.

Создаваемые программно-информационные средства позволяют создать непрерывно пополняемые и корректируемые

16

информационные ресурсы и «электронные рекомендации», методические указания и учебники на носителях доступные для любого пользователя - предметного специалиста. Такие "электронные информационные ресурсы", могут быть ядром научно-технических сообществ, имеющих общее информационное пространство.

1.8 Сетевые технологии и Интернет.

Традиционно работа исследователя сопряжена с изучением печатных и электронных материалов по предмету исследования, что связано с использованием большого количества данных (печатных, электронных), что занимает чрезвычайно много времени. Объемы ежегодно издаваемой научной литературы настолько велики, что их изучение даже в области исследований по времени превышает охватываемый период публикации. И это при наличии всех материалов и отсутствии языкового барьера при их изучении! И не считая финансовой стороны (стоимость материалов), задача оказывается трудноразрешимой. А ведь ещё существуют публикации 5, 10, 30 летней (и более) давности. Их изучение также необходимо, чтобы не открывать того, что было открыто значительно раньше. Здесь на помощь человеку приходят ЭВМ, объединённые глобальной сетью Интернет или локальными вычислительными сетями. Сбор, хранение и доступ к какой-либо информации в Интернет значительно облегчается использованием систем мониторинга, которые позволяют отслеживать информацию об интересующем нас объекте в течение конечного промежутка времени.

Системы мониторинга представляют собой набор средств и инструкций, при помощи которых можно за сравнительно короткий период времени получить необходимую информацию по интересующему нас предмету. Также, данные системы позволяют вести наблюдения за объектом в течение конечного промежутка времени, то есть, в конечном счете, призваны

17

значительно снизить время, затрачиваемое исследователем на поиск необходимой информации по интересующему его объекту.

На наших глазах ИТ завоевывают новую позицию в жизни человечества. На предыдущем витке развития компьютер стал привычным средством работы и досуга сотен миллионов людей. Теперь он осваивает новую роль - средства информации и связи. В виде компьютерной сети Интернет человечество получило не знающую границ глобальную информационную систему, в которой можно найти сведения о любой сфере деятельности общества.

18

2 Системный подход к описанию технических материалов

Проблемы создания АБнД возникают уже при сборе информации и описании технических материалов (ТМ)- резин, пластмасс, металлических сплавов и т.п. - с целью ввода информации в память ЭВМ. Данные должны быть, по возможности, полными, непротиворечивыми, структурированными и обеспечивать реализацию самых разнообразных запросов. Подготовка данных должна вестись в основном силами предметных специалистов (технологов, конструкторов) и является важнейшим этапом.

Описания ТМ в различных источниках информации заметно отличаются друг от друга: в патентоведении, рецептурных картах основное внимание уделяется составу и комплексу физико-механических свойств, в научной литературе приоритет отдается структурным исследованиям и механизму физико-химических превращений и т.д. В связи с этим возникает необходимость в едином концептуальном подходе к описанию ТМ.

2.1 Общая характеристика современных

технических материалов

Создание новых ТМ является в настоящее время весьма трудоемким делом. Чрезвычайно велик ассортимент полимерных материалов и еще более разнообразен ассортимент деталей из полимеров. В целом только в подотрасли резинотехнических изделии выпускается свыше 100000 наименований деталей. Ассортимент рецептур резин превышает 10000, такого же порядка число марок пластмасс и синтетических смол, композиционных материалов.

С развитием техники затраты на создание новых ТМ возрастают, а их разработка усложняется. Сокращается и время, в течение которого можно монопольно пользоваться

19

результатами своих работ.

Гигантское расширение ассортимента новых потенциально перспективных компонентов ТМ и различных способов модификации существующих ТМ, расширение потребностей техники может привести к уменьшению «степени проработанности» ТМ.

Большие издержки несет общество из-за неквалифицированного использования существующих ТМ (использование дорогих материалов из-за отсутствия информации о более дешевых, боязнь использования материалов непривычного класса, например, полимера как материала трубопроводов, незнание возможностей применения ТМ в новом качестве и т. д.) Однако эти издержки связаны не только с недостаточной компетентностью технологов и конструкторов, но и с отсутствием развитой естественной систематики ТМ и их количественной, параметрической классификации.

В то же время общей теории создания новых ТМ нет, несмотря на высокий уровень развития материаловедения в отдельных областях. Основное внимание в материаловедении, особенно в том виде, в каком оно преподается в вузах, уделяется не принципам создания новых ТМ, а описанию существующих ТМ в довольно узких областях (металловедении, технологии полимеров, стекла, керамики, бетонов и т. д.).

ТМ претерпели такую эволюцию по усложнению своей структуры и расширению выполняемых функций и пределов работоспособности, что для подготовки специалистов, свободно ориентирующихся во всем многообразии ТМ, актуальным стало создание общего материаловедения, базирующегося на определенном наборе инвариантных понятий, общих функциональных и морфологических структурах, на развитой, естественной и, главное, количественной систематике. Материаловедческая систематика должна определять по месту

20