Лекции по "Информационным системам в экобиотехнологии"

  - враховує експлуатаційні витрати  на проведення ферментації;

  - враховує капітальні витрати  на придбання та експлуатацію  ферментатора.

 Крім того, необхідно врахувати:

  - питомий витратний коефіцієнт  i-го компонента живильного середовища;

  - ціну i-го компонента живильного середовища.

 А також:

  - Витрати енергії на аерацію  і перемішування;

  - Робочий об'єм ферментатора;

  - Концентрація мікроорганізмів на виході біореактора;

  - Тривалість ферментації;

  - Ціна за використану електроенергію.

Зв'язок з технологічними параметрами  реалізований через витрату повітря  і гідродинамічні умови перемішування  в ферментаторі, що забезпечує заданий  режим ферментації.

Математична модель представлена ​​системою рівнянь для опису процесу культивування мікроорганізмів в ферментаторі періодичної дії з інтенсивною аерацією і перемішуванням на основі моделі Моно і моделі ідеального перемішування середовища при лімітуванні процесу зростання концентраціями субстрату і розчиненого кисню.

В якості локального критерію при  виборі ферментатор був обраний  об'ємний коефіцієнт масопередачі K, який вказує на можливість забезпечення обсягу живильного середовища необхідною кількістю кисню за допомогою даного апарату.

Розроблена інтерактивна MathCAD-програма грає роль інструменту для розрахунків, вхідна інформація організована у вигляді таблиць баз даних. Програму легко вдосконалювати, оскільки код програми відкритий, а БД реалізована в доступному для більшості пакеті MS Excel.

2. Типові технологічні та апаратурні схеми в Microsoft Visio

Програма MS Visio містить сучасні фігури та шаблони для створення схем різного призначення, зокрема для керування інформаційними технологіями, моделювання процесів, будівництва й архітектури, оформлення інтерфейсу користувача, керування ресурсами та проектами тощо.

Технологічна схема  виробництва - це графічне зображення послідовності технологічних стадій та операцій. Технологічна схема виробництва повинна наочно (графічно у вигляді блок-схеми з назвами операцій або стадій з переліком технологічних параметрів у них) відображати послідовність виконання робіт виробництва з поділом їх на стадії та операції технологічного процесу, графічним позначенням основних матеріальних потоків (сировини, допоміжних матеріалів, отримання проміжних продуктів) та місць утворення відходів, стічних вод, викидів газів у атмосферу, систем їх очищення та утилізації.

Потоки сировини, матеріалів, а  також зв'язок між стадіями та операціями зображують у вигляді ліній зі стрілками або без них.

Матеріальні потоки характеризують позначенням  фізико-хімічних показників: вміст  основної речовини, температура, тиск та інше.

Кожну операцію закінчують одержанням результату технологічного процесу (продукт, напівпродукт). Санітарна підготовка виробництва – це допоміжні роботи, включає:

• санітарна підготовка персоналу (підготовка одягу, перевірка санітарного стану персоналу, навчання основам санітарії;
• підготовка приміщень включає в себе підготовку мийних та дезінфікуючих речовин, щоденне та генеральне прибирання виробничих приміщень;
• підготовка обладнання та комунікацій складається з підготовки розчинів мийних та дезінфікуючих речовин для оброблення обладнання та комунікацій, миття, дезінфекції, обполіскування, стерилізації.

Роботи основного технологічного процесу охоплюють підготовку посівного  матеріалу, проведення виробничого  біосинтезу, виділення цільового  продукту, стандартизацію, пакування, маркування та відвантаження.

На технологічній схемі показують точки контролю: Кт – контроль технологічний, Кх – контроль хімічний, Кмк – контроль мікробіологічний.

Апаратурна схема  – це графічне зображення технологічного процесу у вигляді умовних позначень апаратів та трубопроводів відповідно до вимог ГОСТ, ДСТУ, ГСТУ, ОСТ. Послідовність розташування апаратури на апаратурній схемі відповідає стадіям та операціям технологічної схеми.

Креслення апаратурної схеми має  відобразити все технологічне обладнання, включаючи допоміжне (допоміжні  збірники, теплообмінна апаратура, насоси, компресори). Склади та централізовані станції кисню та ін. не наводять на кресленні, а показують стрілкою з написом, звідки надходить сировина, повітря та ін. Підведення трубопроводів до обладнання зображується схематично. Рух основного продукту на протязі всієї схеми показується суцільною потовщеною лінією.

Таблицю специфікації обладнання (де вказані номер позиції на апаратурній  схемі, назву обладнання, його технічні характеристики та кількість апаратів для даного виробництва), розміщують у пояснювальні записці або на кресленні поряд з апаратурною схемою виробництва (справа). Таблицю з умовними позначеннями трубопроводів розміщують на кресленні в лівому нижньому куті.

Умовні позначки обладнання та трубопроводів  повинні відповідати стандартам ЄСКД (Єдиної системи конструкторської документації). У разі відсутності стандартної умовної графічної позначки будь-якого обладнання використовують довільну позначку, по можливості із зазначенням конструктивних особливостей виробу.

Дисципліна «Інформаційні системи в екобіотехнології»

Модуль №1. Інформаційні системи у сфері екобіотехнологій

Лекція 1.8. Інформаційні технології в управлінні екобіологічним виробництвом

План

1. Основні компоненти системи  підтримки прийняття рішень (СППР).

2. Експертні системи.

3. Інформаційні технології автоматизації  процесу аналізу інформації з  використанням програмного забезпечення.

1. Основні компоненти системи підтримки прийняття рішень (СППР)

У 1980-ті роки американські та японські компанії почали розвивати нові інформаційні системи, зручні, інтерактивні, їхньою метою була допомогти кінцевим користувачам працювати зі всіма типами даних, здійснювати аналітичні дослідження, будувати моделі тощо. Системи, які надають такі можливості, називаються системами підтримки прийняття рішень - СППР(Decision Support System - DSS). У діючий час СППР є обов’язковою частиною корпоративних ІС (КІС) Основні характеристики систем підтримки прийняття рішень: пропонують гнучкість використання, адаптованість ті швидку реакцію; допускають управління входом та виходом; працюють практично без участі професійних програмістів; забезпечують інформаційну підтримку для рішення проблем, які не можуть бути визначені наперед; застосовують складний багатовимірний та багатофакторний аналіз та інструментальні засоби моделювання.         СППР складаються з  трьох складових : програмного ядра, сховища даних, аналітичних засобів обробки, аналізу та надання інформації, телекомунікаційних пристроїв.

2. Експертні системи

Експертною системою (EC) називають систему підтримки прийняття рішень, яка містить знання з певної вузької предметної області, а також може пропонувати користувачу рішення проблем з цієї галузі і обґрунтовувати їх. Експертна система складається з: бази знань, механізму логічного виводу і підсистеми обґрунтувань.

До появи експертних систем комп'ютери  створювались за принципами алгоритмічної  методології. Для кожної розв'язуваної задачі потрібно знайти або створити алгоритм. Потім цей алгоритм потрібно перетворити у докладну програму, яка реалізуватиме майбутні обчислення. Всі обчислення були забезпечені повним обсягом достовірної вихідної інформації.

Такий спосіб використання комп'ютерної  техніки пов'язаний зі значними труднощами. Багато практичних задач, які виникають  в процесі діяльності людини, не забезпечені належним об'ємом вихідних даних, оскільки людина діє як правило в умовах більшої чи меншої інформаційної невизначеності. Як результат, багато важливих задач людина не може перекласти на комп'ютер, що працює за принципами алгоритмічної методології, що істотно знижує область практичного застосування комп'ютерної техніки.

 Разом з цим, людина успішно  справляється з подібними задачами  завдяки своєму вмінню:

• працювати з задачами, не здійснюючи їх повну формалізацію;
• знаходити і використовувати для розв'язання задач різноманітні, найнеочікуваніші джерела інформації;
• поєднувати суперечливі відомості, надаючи їм потрібну інтерпретацію і відповідну вагу;
• цілеспрямоване вивчення або перевірка об'єкту дії для одержання додаткової інформації;
• відтерміновувати рішення до накопичення потрібних даних;
• продукувати неоднозначні рішення і успішно керуватися ними;
• створювати і накопичувати знання, які уможливлюють діяти в умовах значної інформаційної невизначеності.

Спроба наділити комп'ютери переліченими цінними характеристиками призвела до створення експертних систем.

На практиці експертна система представляє собою спеціалізовану обчислювальну машину (процесор), що відтворює алгоритм розв'язання людиною певних практичних задач на основі професійно-орієнтованих знань, переданих їй відповідними спеціалістами.

При цьому експертна система проявляє такі властивості:

• по мірі розв'язання задач проводить діалог з людиною, обмінюючись з ним питаннями і відповідями;
• аналізує наявну проблемну ситуацію і може управляти нею через людину;
• обґрунтовує зроблені висновки і пропоновані дії у зрозумілій для людини формі;
• сприймає і накопичує нові професійні знання.

Особливістю сучасних діючих експериментальних  експертних систем є їх дуже вузька спеціалізація. Це системи для діагностики певного конкретного виду захворювань людини, або для визначення структурної формули певного класу органічних з'єднань, або для пошуку оптимальної конфігурації конкретної обчислювальної системи.

Професійні знання передаються  експертній системі відповідним спеціалістом, а їх зведення до вигляду, зручного для використання у комп'ютері виконує програміст. Найпоширенішою і природною формою представлення знань у системі є їх запис у вигляді професійних правил або тверджень типу "якщо..., то...".

Знання або, за термінологією спеціалістів, база знань експертної системи складається  з великої кількості подібних професійних правил різного ступеня  спільності. Розв'язуючи задачу, експертна  система вибирає правила у  порядку зниження їх спільності, що відтворює алгоритм міркувань спеціаліста у подібній ситуації від цілі до конкретних дій.

Отже, програмування системи здійснюється на більш зрозумілому для людини рівні, ніж у сучасних комп'ютерах. Це робить експертні системи та їх програмування доступним для  малопідготовлених користувачів. По-друге, на відміну від сучасних комп'ютерів, експертна система може пояснити людині, яким чином вона отримала той чи інший результат. По-третє, експертна система, база знань якої побудована на основі знань групи спеціалістів, має більші інтелектуальні можливості, ніж кожний спеціаліст окремо. По-четверте, експертна система просто навчається шляхом поповнення її бази знань новими знаннями, що набуваються спеціалістами. Надалі, систему можна наділити здатністю до самонавчання.

Розглянемо приклад експертної системи, база знань у якої побудована з допомогою продукцій. Система МИЦИН була розроблена у Стенфордському університеті і призначалася для надання допомоги лікарям-терапевтам при постановці діагнозу і призначенні курсу лікування пацієнтів з бактеріальними захворюваннями крові. Пізніше дана система успішно застосовувалася і в інших цілях (для діагностики різних форм захворювань). Назва системи MYCIN виходить від суффіксу «-міцин», який часто зустрічається у назвах антибіотиків. Розроблена система працює в режимі діалогу з лікарем, виступає в ролі його консультанта при постановці діагнозу захворювання. Система складається з чотирьох основних блоків:

1. Консультаційний блок взаємодіє з лікарем при отриманні інформації про пацієнта, постановці діагнозу і виводі рекомендацій.
2. Блок питань і відповідей уможливлює проводити діалог з системою на обмеженій професійній мові.
3. Блок пояснень інформує лікаря про те, як система одержала той чи інший результат або чому вона задає відповідне запитання.
4. Блок зміни і поповнення знань служить для передачі системі нового досвіду, який спеціалісти одержали під практичної діяльності.