CC BY
55
УДК 614.847
ИНФОРМАЦИОННО-ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА В АНАЛИЗЕ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
Н.В. Бердникова, А.А. Исаев, А.М. Чуйков, А.В. Калач, О.Б. Рудаков, В.В. Петренко
В работе представлена технология разработки информационно-экспертной системы. Показаны основные продукционные правила для определения уровня пожарной опасности
Ключевые слова: информационные и экспертные системы
Любая информационная система (ИС) есть совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначенная для того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией. Федеральный закон РФ от 27 июля 2006 г. № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» даёт следующее определение: «информационная система - совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств», т.е. ИС должна включать в себя базы данных (БД), систему управления базами данных (СУБД) и прикладные программы для решения задач в конкретной предметной области.
По характеру обработки данных ИС делятся на информационно-справочные, или информационно-поисковые (ИПС), в которых нет сложных алгоритмов обработки данных, а целью ИС является поиск и выдача информации в удобном виде; ИПС обработки данных, или решающие ИПС, в которых данные подвергаются обработке по сложным алгоритмам. К таким системам в первую очередь относят автоматизированные системы управления и системы поддержки принятия решений (СППР) [1-3].
Информационно-экспертные системы (ИЭС) могут функционировать в 2 режимах: режиме ввода знаний, в котором эксперт с помощью инженера по знаниям вводит известные ему сведения о предметной области в базу знаний (БЗ) системы; и в режиме консультации, когда пользователь ведет диалог с ИЭС, сообщая ей сведения о текущей задаче и получая рекомендации ИЭС.
Представление знаний с помощью правил продукции - самая распространённая форма реали-
Бердникова Надежда Вячеславовна - ВГАСУ, аспирант, e-mail: chemistry@vgasu.vrn.ru Исаев Андрей Александрович - ВИ ГПС МЧС России, начальник учебного отдела, тел. (473) 236-33-05 Чуйков Александр Митрофанович - ВИ ГПС МЧС России, ст. преподаватель, тел. (473) 236-33-05 Калач Андрей Владимирович - ВИ ГПС МЧС России, канд. хим. наук, доцент, тел. (473) 236-33-05, e-mail: a_kalach@mail.ru
Рудаков Олег Борисович - ВГАСУ, д-р хим. наук, профессор, e-mail: chemistry@vgasu.vrn.ru Петренко Виктория Владимировна - ВГАСУ, студент, e-mail: chemistry@vgasu.vrn.ru
зации БЗ. С помощью продукций можно описать практически любую систему знаний. Продукционная форма представления знаний является естественной и удобной для формализации знаний, полученных у эксперта.
По степени сложности структуры разрабатываемая нами ИЭС относится к простым. На разработку такой ИЭС с помощью ПК требуется до 1 года работы коллектива, она включает БЗ, содержащую 21 правило (см. таблицу), характеризующее пожарную, химическую опасность и ряд других технико-эксплуатационных свойств индивидуальных и смешанных растворителей, а также БД по указанным свойствам для 100 растворителей.
Технология разработки ИЭС включает несколько этапов.
• Этап идентификации проблем - определяются задачи, которые подлежат решению, выявляются цели разработки, определяются эксперты и типы пользователей.
• Этап извлечения знаний - проводится содержательный анализ проблемной области, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач.
• Этап структурирования знаний - выбираются ИС и определяются способы представления всех видов знаний, формализуются основные понятия, определяются способы интерпретации знаний, моделируется работа системы, оценивается адекватность целям системы зафиксированных понятий, методов решений, средств представления и манипулирования знаниями.
• Этап формализации - осуществляется наполнение экспертом базы знаний. В связи с тем, что основой ИЭС являются знания, данный этап является наиболее важным и наиболее трудоемким этапом разработки ЭС. Процесс приобретения знаний осуществляется инженером по знаниям на основе анализа деятельности эксперта по решению реальных задач.
• Реализация ИЭС - создается прототип системы, решающий требуемые задачи.
• Этап тестирования - производится оценка выбранного способа представления знаний в ИЭС в целом.
По степени готовности к использованию ИЭС близка к демонстрационному прототипу, который предназначен для демонстрации возможностей будущей ИЭС, основных архитектурных решений, пользовательского интерфейса, для уточнения тре-
бований к пользовательскому интерфейсу и функциям, выполняемым экспертной системой. Она содержит демонстрационную, далеко неполную БЗ.
Прототип ИЭС реализован в оболочке рабочей книги MS Excel.
Для количественной оценки характеристик общей безопасности и технического качества жидкостей использовали обобщенный критерий, который рассчитывают по формуле: m
RE = ai (xi / xi ) , (1)
i=1
где Re— значение критерия для 5-го варианта (объекта, процесса, решения), at - коэффициент веса для i-го показателя, х* - величина i-го показателя для s-го варианта объекта, xw - нормирующее значение для i-го показателя (свойства гипотетического объекта, имеющего оптимальное значение i-го показателя), m - количество показателей. В качестве нор-
W
мирующего значения для i-го параметра xi в уравнении (1) на основе экспертного заключения берут оптимальные значения параметров, характерные для некоторых объектов из анализируемой выборки.
Поскольку в многопараметрической векторной оптимизации одни критерии максимизируются, другие, наоборот, минимизируются, следует учитывать эти векторы. Перед частными критериями, которые максимизируются, в уравнении (1) ставится знак плюс, а перед минимизируемыми критериями - минус.
Таким образом, применение обобщенных
критериев, поученных из выражений типа (1), позволяет легко и с помощью типового ПО проводить выборку объектов из БД и количественно их сопоставлять при заданных нормирующих значениях параметров и весовых коэффициентах.
Второй алгоритм рейтинга растворителей основан на применении обобщенных целевых функций. Их применение возможно, если известны функциональные зависимости «свойство - вариант (объект, процесс)»:
5 F
Fo6=T,akFHOpM ^ max (2)
k=1 Fk
где Fk - k-ая целевая функция, F™pM - нормирующее значение k-ой целевой функции, S - число составляющих целевых функций, ak - коэффициент
веса k-ой целевой функции.
При этом перед составляющими целевой функции, которые максимизируются, ставится знак плюс, перед минимизируемыми - минус. Из (2) следует, что для формирования обобщенной целевой функции необходимо знать ak и F™pM . Зна-
т^норм 77 max
чения гк = Fk , если имеют дело с максими-
зацией k-ой составляющей целевой функции, а при ее минимизации Fk!o1JM = Ft*™. Весовые коэффициенты определяются экспертным путем, согласо-
ванность экспертных оценок устанавливается по коэффициентам конкордации или вариабельности.
Основные продукционные правила для определения уровня пожарной опасности и качества технико-эксплуатационных свойств растворителей
№ Параметр Правило Факторы
1 Темпера- тура кипения Достаточно высокая Для предотвращения: образования паровых пузырей, мешающих работе техники; изменения состава раствора из-за испарения низкокипяще-го компонента; для предотвращения образования токсичных паров растворителей выше уровня ПДК или пожаро-, взрывоопасных воздушных смесей
2 Темпера- тура вспышки Достаточно высокая Для безопасности при хранении и использовании
3 Температура са-мовосп-ламене-ния Достаточно высокая Для безопасности при хранении и использовании
4 Токсич- ность Мини- мальная Для обеспечения безопасности работ
5 Плот- ность Достаточно высокая Более плотные растворы требуют меньшей высоты напора над входом в жидкостный насос, для них менее вероятен турбулентный тип потока
6 Давление насы- щенного пара Достаточно низкое Для предотвращения образования токсичных паров растворителей выше уровня ПДК или по-жаро-, взрывоопасных воздушных смесей
7 Вязкость Достаточно низкая В низковязких растворах эффективней диффузия, массообмен, меньше рабочее давление жидкостного насоса
8 Коэффи- циент прони- цаемости Достаточно низкий Для обеспечения эффективной диффузии и мас-сообмена
9 Химиче- ская стабиль- ность Макси- мальная Чтобы не использовать стабилизаторы, для избегания химической деструкции, приводящей к повышению пожарной и взрывоопасности
10 Химиче- ская инерт- ность Макси- мальная Для предотвращения химических реакций с кислородом воздуха и компонентами смеси, приводящих к повышению пожарной и взрывоопасности
Продолжение таблицы
11 Чистота Отсутствие летучих и ме-ханиче-ских примесей Для предотвращения помех в работе техники
12 Стои- мость Невысокая Для снижения расходов на эксплуатацию
13 Совместимость с разбавителем Макси- мальная Для избегания расслоения растворов и избегания помех в работе техники
14 Поляр- ность (гидро- филь- ность) Низкая или средняя в случае неполярных и малополярных смесей, средняя или высокая для полярных смесей Для обеспечения максимальной растворимости всех компонентов в жидкости
15 Смешиваемость с водой Достаточно высокая (или низкая) Для предотвращения расслоения растворов
16 Поверх- ностное натяже- ние Достаточно высокое Для уменьшения летучести
17 Диэлек-триче-ская про-ницае-мость Достаточно низкая Для уменьшения опасности поражения электрическим током при контакте раствора с источниками электропитания
Окончание таблицы
18 Запах Не резкий, не раздражающий Для обеспечения комфортных условий работы
19 Температура замерзания Достаточно низкая Для предотвращения образования фазы льда при низких температурах
20 Молеку- лярная масса Сравни- тельно высокая Для уменьшения летучести
21 Наркоти- ческие свойства Слабо выраженные или отсутствуют Для безопасности при хранении и использовании
Разрабатываемая ИЭС может быть полезна в рейтинговой оценке пожаровзрывоопасности технических жидкостей, растворителей, разжижите-лей, применяемых в бытовой химии, на химических производствах, в цеховых и других лабораториях, в оценке категорийности помещений по пожаров-зрывобезопасности.
Литература
1. Мешалкин В.П. Экспертные системні в химической технологии. М.: Химия. 1995. 367 с.
2. Рудаков О.Б., Востров И.А., Федоров С.В., Филиппов А.А. Селеменев В.Ф., Приданцев А.А. Спутник хроматографиста. Методы жидкостной хроатографии. Воронеж: Водолей. 2004. 528 с.
3. Рудаков О.Б. Экспертная система для жидкостей хроматографии: принципы построения и применение в химическом анализе. Дисс.д-ра хим. наук. Воронеж. 2004. 412 с.
Воронежский институт Государственной противопожарной службы МЧС России Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
INFORMATION AND EXPERT SYSTEM ANALYSIS OF FIRE HAZARD LIQUIDS N.V. Berdnikova, A.A Isaev, A.M. Chuikov, A.V. Kalach, O.B. Rudakov, V.V. Petrenko
The paper presents the development of an information technology expert system to analyze the fire safety of liquids. Shows the basic production rules for determing the fire hazard
Key words: information and expert systems
Сведения об авторах:
1. Бердникова Надежда Вячеславовна Воронежский государственный архитектурностроительный университет, аспирант, E-mail: chemistry@vgasu.vrn.ru
2. Чуйков Александр Митрофанович, старший преподаватель, Воронежский институт Государственной противопожарной службы, МЧС России (473) 2421265, 394052 Воронеж, ул.Краснознаменная, 231
3. Исаев Андрей Александрович, начальник учебного отдела , Воронежский институт Государственной противопожарной службы МЧС России, 394052 Воронеж, ул.Краснознаменная, 231
4. Калач Андрей Владимирович, к.х.н., доцент, заместитель начальника института по научной работе, Воронежский институт Государственной противопожарной службы МЧС России (473) 2421265, 394052 Воронеж, ул.Краснознаменная, 231
5. Рудаков Олег Борисович, заведующий кафедрой физики и химии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, д.хим.н, профессор, E-mail: chemistry@vgasu.vrn.ru
