Анализ эффективности работы компьютерной программы «Нейропакет КДС 1. 0» Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ «НЕЙРОПАКЕТ КДС 1.0»

Д.С. Королев, преподаватель, А.В. Калач, заместитель начальника института по научной работе,

д.х.н., профессор,

Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

Одной из важнейших характеристик пожароопасности вещества является температура вспышки, которая определяет температурные условия, при которых соединение становится огнеопасным в открытом сосуде или при розливе. На основании данных по температурам вспышки производится классификация горючих веществ по воспламеняемости и определяются условия их безопасного хранения. Кроме того, определение категории помещения и здания по взрывопожарной и пожарной опасности определяется на основании сведений о температуре вспышки используемого вещества [1].

Поэтому, для определения температуры вспышки были разработаны экспериментальные и расчетные методы. Найденные таким образом значения представлены в справочной литературе [2, 3], но стоит отметить, что имеющиеся на сегодняшний день литературные данные можно считать недостаточными, поскольку они охватывают не более 1 % от общего количества синтезированных к настоящему времени органических соединений, а экспериментальное определение температуры вспышки сопряжено с существенными трудностями. Наглядное изображение сложившейся проблемы представлено на рисунке 1.

Проблема прогнозирования пожароопасных свойств

веществ

Значительные технические трудности, сложная техника измерения, наличие примесей, токсичность вещества

Прогнозирование возможно только после получения

вещества

Не возможность получения вещества с заданными

свойствами

Рис. 1. Проблема прогнозирования

Таким образом, для решения сложившейся проблемы необходима разработка универсального способа прогнозирования физико-химических свойств веществ.

Быстрое развитие и внедрение в практику научных исследований

вычислительной техники и программных средств способствует все большему распространению численных методов исследования и прогнозирования свойств (физических, химических, биологических, экологических, технологических) простых и сложных веществ по данным, характеризующим свойства и строение их молекул (химическую структуру). Перспективным представляется метод, основанный на моделировании зависимости структура - свойство.

Поэтому для решения проблемы, нами был разработан «Нейропакет КДС 1.0», реализующий способ прогнозирования пожароопасных свойств веществ основанный на молекулярных дескрипторах и искусственных нейронных сетях. Предлагаемый способ хорошо себя зарекомендовал [4-7].

Программа «КДС 1.0», главное окно которой показано на рисунке 2, позволяет:

- загружать и просматривать базы данных, содержащие структуры химических соединений и их свойства;

- осуществлять корреляцию вводимых данных;

- статистически оценивать полученные модели;

- использовать полученные нейросетевые модели для прогнозирования свойств веществ, без проведения сложного эксперимента.

► Нейропакет КДС 1.0

Обучение неиросети

Путь к данным для обучения

1 Обзор

Значение ошибки обучения

1 Обучить сеть

Прогнозирование

Путь к данным прогноза

Обзор

Результат прогноза

Прогноз

Рис. 2. Компьютерная программа «Нейропакет КДС 1.0»

Таким образом, прогнозирование пожароопасных свойств предельных кетонов, альдегидов и сложных эфиров масляной и пропионовой кислот, в частности температуры вспышки, на основе данных о молекулярных дескрипторах дает удовлетворительные результаты. Использование разработанного нейропакета КДС 1.0 дает возможность без проведения сложного эксперимента спрогнозировать температуру вспышки, в том числе тех, для которых отсутствуют литературные данные по пожароопасным свойствам. Стоит отметить, что общая относительная погрешность не превысила 15 %, также способ прогнозирования носит общий характер, поэтому он применим для

прогнозирования и других пожароопасных свойств органических соединений.

Таблица

Результаты прогнозирования температуры вспышки ^ органических соединений

Вещество Температура вспышки, 0С Относительная погрешность расчетов,% Абсолютная погрешность, 0С

прогнозируемая справочная

Предельные кетоны

3-Пентанон 13 - -

3-Гексанон 32 - -

2-Гептанон 46 - -

3-Октанон 53 - -

2-Октанон 59 - -

3-Нонанон 70 - -

2-Деканон 81 - -

6-Ундеканон 93 - -

2-Додеканон 107 - -

Ацетон -23 -18 27 -5

Дипропилкетон 45 49 8,1 4

Бутилметилкетон 11 13 15 2

Средняя относительная погрешность 16,7

Предельные альдегиды

2-Фенилпропаналь 70 69 1,4 1

2-Метилбензальдегид 80 79 11,3 1

2,5-Диметилбензальдегид 90 88 2,2 2

4-Этилбензальдегид 85 92 7,6 7

2,6-Диметилбензальдегид 98 96 2 2

3,5 -диметилбензальдегид 95 99 4 4

2,3-Диметилбензальдегид 102 101,7 0,2 0,3

4-Бутилбензальдегид 99 103 3,8 4

2,4,6- 101 105 3,8 4

Триметилбензальдегид

2,4,5- 105 110 4,5 5

Триметилбензальдегид

Средняя относительная погрешность 4,08

Сложные эфиры масляной кислоты

Гексилбутират 180 178 1,1 2

Бутилбутират 154 - -

Метилбутират 139 - -

Амилбутират 120 - -

Гептилбутират 99 100 1 1

Децилбутират 129 120 7,5 9

Изобутилбутират 53 50 6 3

Пропилбутират 79 - -

Изопропилбутират 62 - -

Изоамилбутират 55 - -

Этилбутират 118 - -

Средняя относительная погрешность 3,9

Продолжение таблицы

Сложные эфиры пропионовой кислоты

Амилпропионат 60 58 3,4 2

Бутилпропионат 45 43 4,6 2

Гексилпропионат 70 71 1,4 1

Децилпропионат 230 227 1,3 3

Изоамилпропионат 54 54 -

Изобутилпропиноат 60 - -

Изопропилпропионат 59 - -

Метилпропионат -4 -2 1 -2

Октилпропионат 101 102 0,9 1

Пропилпропионат 28 - -

Третбутилпропионат 18 - -

Этилпропионат 13 12 8,3 1

Средняя относительная погрешность 2,9

Список использованной литературы

1. Федеральный закон РФ от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. Ч. I. - Ст. 3579

2. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справочник. - В 2-х ч. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Асс. «Пожнаука», 2004. - Ч. I. - 713 с.

3. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справочник. - В 2-х ч. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Асс. «Пожнаука», 2004. - Ч. II. - 774 с.

4. Королев Д.С., Калач А.В., Каргашилов Д.В., Сорокина Ю.Н. Прогнозирование основных показателей пожаровзрывоопасности органических соединений с помощью дескрипторов и искусственных нейронных сетей, используемых в расчете пожарного риска // Пожаровзрывобезопасность . - 2015. -Т. 24. - № 9. - С. 32-38. DOI: 10.18322/PVB.2015.24.09.32-38

5. Королев Д.С., Калач А.В., Каргашилов Д.В. Прогнозирование температуры вспышки с помощью нейропакета КДС 1.0 на примере сложных эфиров масляной кислоты // Пожаровзрывобезопасность. - 2016. - Т. 25. - № 3. -С. 21-26. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.03.21-26.

6. Королев Д.С., Калач А.В., Сорокина Ю.Н. Сравнительный анализ способов прогнозирования физико-химических свойств веществ // Вестник Командно-инженерного института МЧС Республики Беларусь. - 2016. - Т.23 -№ 1. - С. 78-84

7. Королев Д.С., Калач А.В., Рудаков О.Б. Прогнозирование пожароопасных свойств веществ // Безопасность в техносфере. - 2015. - № 5. -С. 3-6. DOI: 10.12737/16957.