CC BY
1801
УДК 665.3+004.4+004.89
А. А. Волкова*, П. Г. Михайлова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: albutyrina@yandex.ru
РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОИЗВОДСТВА КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ
Аннотация
Представлены результаты разработки лабораторной информационной системы контроля и управления качеством производства карбамидоформальдегидных смол. Описаны функции данной системы. Приведены основные этапы и средства её разработки.
Ключевые слова: лабораторные информационные системы, автоматизация лаборатории, управление качеством продукции, экспертная система, продукционные правила.
Химическая лаборатория, независимо от формы организации на всех промышленных предприятиях, выполняет определенные задачи, цель которых -контроль качества выпускаемой продукции. Контроль и проведение испытаний должны охватывать все стадии производства - от поступления сырья до получения товарной продукции [1].
Реализация указанных требований предполагает формирование большого объема информации и организацию архива для хранения результатов проведенных испытаний по контролю качества продукции. В каждой лаборатории ведутся журналы, где регулярно фиксируются разнообразные показатели качества, относящиеся к каждому конкретному продукту или его составляющим. Формируется огромный массив данных.
При такой организации работы в лаборатории появляется очень много разнообразной документации: результаты анализов продукции, полупродукции, сырья, паспорта качества, данные о реактивах и пр. Для упрощения работы и повышения пропускной способности лаборатории необходимы средства автоматизации [1]. В качестве инструмента автоматизации рекомендуются системы контроля качества продукции последнего поколения -лабораторные информационные менеджмент системы (ЛИМС).
В соответствии с ГОСТ Р 53798-2010 [2] ЛИМС (Laboratory Information Management System, LIMS) -компьютерное приложение программного и аппаратного обеспечения, с помощью которого можно собирать, анализировать данные, управлять данными и информацией лаборатории, оформлять отчеты [2].
В данной статье приводятся результаты разработки ЛИМС контроля качества производства карбамидоформальдегидных смол. Эти смолы используются для пропитки/склеивания/нанесения покрытия древесноволокнистых плит.
Карбамидоформальдегидные смолы состоят из
формалина, карбамида, меламина и различных добавок. Показателями качества на формалин являются кислотность, концентрации формалина, метанола, муравьиной кислоты и содержание ионов натрия. Взаимосвязь технологических параметров процесса с показателями качества представлена на рисунке 1.
Разрабатываемая ЛИМС обеспечивает выполнение следующих задач:
- регистрации и идентификации образцов;
ручного или автоматического (из спецификаций) назначения анализов на образец;
- ручного ввода результатов анализов;
- проверки введенных результатов испытаний на соответствие диапазону допустимых значений согласно нормативным документам;
- автоматического расчета показателей качества;
- возможности просмотра результатов, их утверждения или отклонения;
- формирования различных форм отчетов (паспортов качества, протоколов испытаний, отчетов об отклонениях показателей качества от нормы с использованием статистических методов).
Данная система разрабатывалась с использованием программного комплекса LabWare LIMS V6 компании LabWare, дополнительного модуля M0094 Quality Analyst Interface, реализующего статистические методы контроля качества и генератора отчетов Crystal Reports.
Для определения параметров конфигурации программного комплекса был проанализирован технологический регламент участка производства карбамидоформальдегидных смол и формалина, в котором для каждого анализируемого продукта, перечислены контролируемые показатели и их нормативные значения, нормативные документы на методы испытаний, а также частота и место отбора проб. Изучены методики определения показателей качества продукции, что позволило определить составляющие каждого анализа.
Вснмущлннцие воздействия Teoohn.fi Твот Рвот
к
а
и
В «
п
о сс
X
к
К -
-
FMe
Fh>o. F.Aii -
Fcoohna-
С Fa СМе
-> Снсоон ^ Na+
я jC
я о С
Рис. 1. Структурная схема объекта, как объекта управления качеством: Жме - расход метанола, кг/ч; Жы20 - расход воды, кг/ч; Жди- - расход воздуха, кг/ч; Жсоои^ - расход охлаждающей воды, кг/ч; Тсооип§ - температура охлаждающей воды, оС; Твот - температура высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ), С; Рвот - давление высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ), бар; Сжа - концентрация формалина, %; Сме - концентрация метанола; Сысооы - концентрация муравьиной кислоты, %; рН - показатель
кислотности; - содержание ионов 0-28№+
В ходе работы было создано более 100 видов анализов, 21 список анализов, 2 продукта, 24 сорта продукта, а так же 2 вида сырья, созданы спецификации анализов для каждого сорта продукта, кроме того был создан единый шаблон регистрации образцов и единый текстовый идентификатор для них. В программе Crystal Reports были созданы шаблоны паспорта/сертификата качества.
В разработанной ЛИМС не реализуются функции по управлению качеством выпускаемой продукции. В данной работе для этой цели предлагается использовать экспертную систему.
Экспертная система (ЭС) - программный комплекс для ЭВМ, способный накапливать и обобщать знания и эмпирический опыт эксперта в какой-либо предметной области и выдавать рекомендации и проводить консультации с лицом, принимающим решения.
Экспертная система разрабатывалась для участка производства формалина, который является основным компонентом для производства карбамидоформальдегидных смол. ЭС по управлению качеством производства формалина была разработана с помощью программного обеспечения «Эксперт V 1.0», которое представляет собой оболочку экспертной системы и предназначено для построения экспертных систем путём создания новой базы знаний.
Ядром экспертной системы является продукционная база знаний (БЗ). Разработка БЗ включает три этапа:
1. Создание так называемых разрешенных значений, которые соответствуют значению определяемых лингвистических переменных.
2. Создание вопросов для каждой лингвистической переменной, которые задаются пользователю для определения ее значений.
3. Создание самих продукционных правил. Для создания составных условий и постусловий продукционных правил возможно использование только логической операции «И».
Всего была задана 21 лингвистическая переменная, составлено 19 продукционных правил (рис. 2).
Лингвистические переменные «концентрация формалина» и «концентрация метанола» могут принимать значения нечетких переменных (термов) {ниже нормы не допустима, ниже нормы допустима, ниже нормы, выше нормы допустима, выше нормы не допустима}, а так же лингвистические переменные «концентрация муравьиной кислоты, «рН» и «содержание ионов натрия» могут принимать значения нечетких переменных (термов) {ниже нормы, норма, выше нормы}.
Лингвистические переменные «расход_ метанола!», «расход воздуха 1», «расход воды 1», «расход_ метанола2», «расход _воздуха2», «расход__воды2», «расход метанолаЗ»,
«расход воздухараЗ», «расход водыЗ», «расход_ метанола4», «расход _воды4», «расход _воды5», «расход_охлаждающей_воды5», «температура_охлаждающей_воды5», «температура_ВОТ5» и «давление ВОТ5», описывающие управляющие воздействия, принимают следующие значения: {сильно понизить, немного понизить, понизить, не изменять, немного повысить, повысить, сильно повысить}.
Пример продукционного правила,
реализованного в программе:
Если концентрация_формалина= ниже нормы не допустима, то расход_метанола1=сильно повысить и расход_воздуха1=немного_понизить.
Разработанная ЭС используется в режиме консультации. Для того, чтобы начать консультацию, нужно выбрать «Цель консультации», т.е. выбрать лингвистическую переменную, соответствующую управляющему воздействию (рис. 2а). При выборе цели экспертная система задаст вопрос и предоставит варианты ответа (рис. 2в). Если выбрать один из предоставленных вариантов, то система начнет следовать правилам, заложенным в базу знаний, и в конце выдаст результат консультации (рис. 2с).
а
Lie ль консультации
Введите ш выберите цепь консультации.
3
чему равно концентрацияформалина?
Выберите ответ;
ниже нормы допустима норма
выше нормы допустима i? ниже нормы не допустима выше нормы не допустима
В
|| Выбор сделан
Статус: База Знаний загружена
ниже нормы допустима - норма
5 выше нормы допустима
4 ннже нормы не допустима
5 выше нормы не допустима
Сделайте выбор. Выборгом 4 значение,
Тж км:
концентрлщиформалина-ниже нормы не допустима
Можно сделать вывод, что 1)яскод_метанола1=сильно_павысигь1к.ощ).=100
расход_в отдух а1=немног о понизить, к. опр =100
РЕЗУЛЬТАТ КОНСУЛЬТАЦИИ:
расход_метанола1 сильнопов ысигь Зкд= 100
КОНЕЦ КОНСУЛЬТАЦИИ.
Л Консультация
Ё> -Загрузкть Е.З.
И Сохранить
Очистить
? Вопрос
^ Просмотр Б.3.
Редактор Б.З.
Y i Помощь
Очистить факты
Щ Í1 одключигь БД.
Эксперт V1.0.
Рис. 2. Проведение консультации с использованием ЭС управления качеством производства формалина, реализованной в экспертной оболочке «Эксперт V 1.0»
Результат консультации - это рекомендации производства карбамидоформальдегидных смол и
персоналу по изменению технологических экспертная система управления качеством
параметров процесса, для поддержания заданных производства формалина, позволяющая выдавать
показателей качества производства формалина. рекомендации и проводить консультации по ведению
Таким образом, разработана лабораторная технологического процесса, при отклонении
информационная система контроля качества показателей качества от заданных значений.
Волкова Александра Алексеевна, студентка 5 курса факультета Информационных технологий и управления РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Михайлова Павла Геннадьевна, к.т.н., доцент кафедры Компьютерно-интегрированных систем в химической технологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Идзиковский В.И., Горшкова Е.А. ЛИМС - Автоматизированная система управления для лаборатории, или нечто больше? // Современная лабораторная практика, 2012. - № 9. - С.1-24.
2. ГОСТ 53798-2010. Лабораторные информационные менеджмент-системы (ЛИМС). Стандартное руководство по валидации ЛИМС. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-r-53798-2010 (дата обращения: 12.04.2015).
Volkova Alexandra Alekseevna*, Mikhajlova Pavla Gennad'evna D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: albutyrina@yandex.ru
DEVELOPMENT OF LABORATOTY INFORMATION SYSTEM OF QUALITY CONTROL OF PRODUCTION OF UREA-FORMALDEHYDE'S RESINS
Abstract
Current information. Results of working out of the laboratory information system of quality of urea-formaldehyde's resins products are presented. Functions of the given system are described. The basic stages and means of its working out are resulted.
Key words: laboratory information system, laboratory automation, quality management, expert system, production rules.
