CC BY
12
УДК 004.65
Казанова М.А., Савицкая Т.В.
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ БАЗЫ ДАННЫХ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Казанова Мария Анатольевна - магистрант 1-го года обучения кафедры кибернетики химико-технологических процессов; mashka-romashka2806@mail.ru.
Савицкая Татьяна Вадимовна - доктор технических наук, профессор кафедры кибернетики химико-технологических процессов; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»,
Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье рассмотрена актуальность проблемы информационной поддержки специалистов в области проектирования и оптимизации производств. Разработаны логическая и физическая модели базы данных результатов синтеза нескольких технологических структур. На основании моделей реализована структура базы данных в программе DBeaver7.2.3.
Ключевые слова: синтез химико-технологической системы, база данных, логическая модель, физическая модель, сущность, связь.
DEVELOPMENT OF A DATABASE STRUCTURE FOR INFORMATION SUPPORT IN THE DESIGN OF MULTIASSORTMENT CHEMICAL TECHNOLOGICAL SYSTEMS
M.A. Kazanova, T.V. Savitskaya
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article considers the relevance of the problem of information support for specialists in the field of projecting production optimization. Logical and physical models of the database of the results of the synthesis of several technological structures are developed. Based on the models, the database structure is implemented in the DBeaver7.2.3 program.
Key words: synthesis of a chemical-technological system, database, logical model, physical model, entity, relationship.
Введение
Информационная поддержка специалистов, занимающихся задачами оптимизации повышения эффективности производства, является актуальной проблемой сегодня. Повышение эффективности реконструирующихся действующих заводов и проектирующихся новых связано, в основном, с организацией выпуска большого ассортимента продуктов на едином оборудовании [1]. Информационная система (ИС) - система, реализующая автоматизированный сбор, обработку и манипулирование данными и включающая технические средства обработки данных, программное обеспечение и обслуживающий персонал [2].
Проектирование, базы данных (БД) является одним из этапов жизненного цикла информационной системы. К задаче разработки структуры БД любой информационной системы, прежде всего, подходят со стороны информационного (логического)
моделирования: необходимо провести анализ предметной области с целью выявления всех информационных сущностей, их атрибутов, ограничений, и связей между ними. Результатом этого этапа проектирования является разработка концептуальных (логических) моделей,
описывающих необходимый «разрез» предметной области, безотносительно к архитектуре системы управления БД [1].
Результаты, полученные на данном этапе, используются на следующих этапах проектирования структуры БД. Следующим этапом проектирования является разработка физической структуры БД. Физическая структура данных определяет то, каким именно образом необходимо адаптировать информационную модель к средствам описания, хранения и обработки данных, предоставляемым конкретной СУБД [1]. Основной метод проектирования структуры БД заключается в моделировании - создании логической и физической моделей данных. Наиболее широко для этого используются диаграммы типа «сущность - связь» или ER-диаграммы (Entity-Relationship Diagrams -ERD), наглядно показывающие атрибутный состав и взаимоотношение между отдельными сущностями предметной области [1].
Синтез химико-технологических систем (ХТС) -это этап технологического проектирования, осуществляемый на основе предварительно разработанных математических моделей, конкретный вид которых зависит от количества производимых продуктов, числа и типов стадий, а также способа соединения аппаратурных стадий между собой [3]. Целью синтеза химико-технологических систем является определение наилучшей структуры и оптимальных размеров оборудования,
обеспечивающих достижение желаемой цели на основе исходной информации о технологических процессах. Эксперимент заключался в создании
информационной системы, позволяющей
пользователям определять и находить необходимую информацию для конкретной технологической структуры, как совмещенной, так и индивидуальной на основании результатов уже проведенного синтеза с использованием специализированного
программного обеспечения. Экспериментальная часть
Разработана логическая модель БД, содержащая данные о синтезе ХТС, выполненная в виде ER-диаграммы, включающая в себя 9 таблиц: «ХТС» описывает основные свойства технологической
схемы; «Вещества» содержит в себе информацию о веществах, участвующих в схемах; таблица «Результаты расчетов» содержит в себе данные о результатах расчетов той или иной технологической схемы; таблицы «Характеристики реакторов», «Характеристики фильтров», «Характеристики сушилок» хранят информацию о конкретном технологическом оборудовании, использующемся на той или иной стадии в определенной схеме; таблица «Стадии ХТС» несет в себе информацию о каждой стадии каждой схемы; таблицы «Оборудование», «Промежуточное вещество» связующие (рисунок 1).
> ID рМСГОра ! теп peatropi
> *- *v11 л теплообч*на
> раастора : i;» ::' i реактор ) рабой** oCuv
5 обOi>WW
> firaveip дешалс* у^ а рдбеч« дааг*-№ в topny« ■
S8J
XTC
т*л XTC
<оя»*»ество стадии в схема XTC n po* аводггельиость соличество веществ последовательность ID XTC
в схеме
выпуска продуете
I
+
T
Оборудован*« ID оборудовался туп оборудовав* ID стади* XTC
т
н
т
Вещества
о название вещества
о область применения
О ВнвШн»1* В1*д
о формула вещества
о плотность HipCfl
о теплоемкость вещества
о ID вещества
Т
Retatei-4)-i;)_S
nalniJilli|l_4
3
42
Харасгернстоо* фильтров о ID фильтра о модель фильтра о объем фильтра о Т рабочее среды о вьюота фильтра о вес фильтра
о S поверхности фильтрования о давление в сороусе установленная мощность диаметр диссов
tjorJhip_3
i
XaparrefMtcrrot сушрлос
о ID сушился
о модель сушww
о объем сушило»
о вес сушило*
о деидость
о масс Т нагрева
о высота саперы
о S поверхности теплообмена
о остаточное давление в корпус*
о скорость вращения veuiarxn
о температура греющего пара
о давление пара в рубашке
mJh
Стадии ХТС ID стад** ХТС № стад«1!!* ID ХТС
ReJatoisNpJJ
Т
I I
4-
Relit I
-р_7- -
Прамхутечм» eeojecru о статус etii"E3 о ID
о ID стдс*у ХТС
Рнулагати расчетов vr-wi/Tb^bv сээ.i'Z парт** дг* caxsorc ~ 1~-2,<г2
*с№*ггво парт** дпя о продукта (nvin) hinrv« »wcocTr {стадия, V) (nw>)
последователь мостъ веще ста гр/ ц*<л*<>4сх№ г. »'у : < f срс* выпусса пр* ^wtctfiv o^-yct« {max) сро* вылума гру " »следователь*:G» "У(miti) постадуунъс puuepw оборудовамхя [гг -
гюетадггиь* реальные <0эфф*4ре>ть1 галол***** ¡гиг)
олуталь »«г затраты ;mm> салутальмме затраты Imax; ID результатов :э спетое
vatCi'varhN^/ puvep гэртуу для кавдого проду<та <: :'•-(стае гарт** для цахдего лродуста [max) -ал*--уе ewcocry (стадия. V> (max) cpoc выггуедл пру последовательны выпуске (max) -остадур'-ые реальные •: эффг запшъ-емуя (max} у постади*»** рдшеры оборудования (max)_^y
Рис.1. Логическая модель базы данных
Физическая модель, представленная на рисунке 2, является более полной. Кроме таблиц она содержит информацию о связях между ними и типами переменных. Разработанная модель содержит 2 типа связей: «Один-к-одному» и «Один-ко-многим». Связь типа «Один-к-одному» означает, что один экземпляр первой сущности связан с одним экземпляром второй сущности. Связь типа «Один-ко-многим» означает, что один экземпляр первой сущности связан с несколькими экземплярами второй сущности. В модели используются следующие типы переменных: varchar (текстовые строки переменной длины до 4000 байт; integer (число без десятичной точки); numeric (числовые данные); char (фиксированные текстовые
строки до 2000 байт). Также в физической модели приводится информация о ключах. В физической модели использовались следующие ключи: первичный ключ (рк) - поле или набор полей, однозначно идентифицирующий запись; внешний ключ (:£к) - набор атрибутов одной таблицы, являющийся ключом другой таблицы, он используется для определения логических связей между таблицами.
Реализация структуры БД производилась в программе БВеауег7.2.3. ББеауег - это бесплатный универсальный инструмент баз данных с открытым исходным кодом для разработчиков и администраторов баз данных [4].
CTS
CTSJtype varcharflOO)
sta d ies_qu a n tity_i n_sch e me integer
CTS_scheme varchar(300)
perf or ma n œ_Df_sche me integer
su bsta n oes_q u a nti ty_i n_sch e mei nteger
sequen oe_of_prod и cts_re lease varch ar(200)
ID CTS integer <o*>
FK CALCUL
Rea ctorechar set« Í sties
I" reactor integer gp«>
reaaofs_type varchar] 100) heat_transfer_area numeric
reaaors_weight numeric
reactors_height numeric
working_votume numeric
tQtal_vclume numeric
aaftaIors_dt3metr numeric
woriung_pressure numeric
ЦцШ
T
о
:K_EQUIPMEN_FtEFI í RE NC E_ REACTORS
Substances
substances title varch arftOO)
application varchar;300)
appearance varcharl200)
su bstan ces_f ormu 1 a varsharCtOO)
su bsta n oes_de n sity numeric
substances_heat_capacityn umeric
ID iu bsta noes integer <C*>
FEREUOE CTS
FKJ NTERMED^fe=E«£WCE_SUBSWiC
Са I cu I a ti ons_resu I ts
batch_size_for_each_pro<iuct_min varchar
b a tch«_q и sntity_f ctr_e-ach_produ ct_m i n varchar oortaineri_presence_(stadies.V)_min varchar
substances_seqи e noe_during_cydic_reiease v3rchBr|200) d a te„re I ease_d uri ng_oyd i c_re lease numeric
d a te_re I ease_d uri n g_seq u enti a l_re lease_mi m umeri с ste p_by_step_eq и i p me n ts_d i me nsions_m in vareta г
step_by_step_rea I_fill_ra tes_mm va rchar
capltal_expenditure_min numeric
ID calculation results numeric
ID_CTS numeric
rspltal_expenditure_max numeric
ste p_by_step_rea I_fill_ra tes_max varchar
ste p_by_siep-_eq u i p me n ts_d i me n sions_max varch a r date_release_during_bequentisl_releese_majíumerií: containers_presenoe_(stadies.V)_max vardiar
batch es_q uami ty_for_ea ch_produ ct_max va rcha r batch_size_f pr_ea ch_prod u ct_max varchar
<ft>
FK CTSS STA REFERENCE CTS
Equipment
ID equipment integer equipments type chart 1 ■ <pk> ID CTS stapes integer *:рк.Яс1>
FK_E<SUIPMEN_REf
+
CTSs_stages
ID CTS stages integer <ptt> ls¡S_stage integer
10_CTS integer <ft>
K_EQUIPMEN„REF ERENCE_CTSS_S-»
FK EQUIPWEN REFERENCE DRYERS
ERENCE FILTERS
Fi 1 ters_ch ara cteri sti cs
ID filter Integer <ciO
filters model varchar[200)
filters_vplume numeric
T_»vortt ng_en viron men t n и meri с
filters_height numeric
filters_weight numeric
filters surface area numeric
press ure.jn_corp us numeric
i nsta 11 ed_ca pa ci ty numeric
diSiS_diametr numeric
F-Í IfcTERMED REPëFtEMCE CTSS ! ~A
Intermediate substance
substances status varchar: 1 OO'i
ID substances
ID CTS stages
integer integer
<p*.ftt> <ct.ft2>
A.
Dri ers_ch ara cteri sti cs
ID diver integer <pfc>
dryers_model varchar* 200)
dryera_vol и me numeric
dryers_weigbt numeric
power numeric
max_T_hea!ing numeric
-a meras_height numeric
h ea t_exch a ng es_su rf a ce_ .areanumeric
resi d u a l_ptessu re numeric
rstation_speed numeric
T_h e a <i ng_stea m numeric
steam_pressure numeric
Рис.2. Физическая модель базы данных
Для реализации структуры базы данных в ББеауег использовались следующие функции:
1) Создание шаблона таблицы (рисунок 3);
2) Создание комментариев к таблице (рисунок 4);
3) Создание первичных и вторичных ключей соответственно (рисунок 5);
CREATE TABLE EQUIPMENT
ID_EQUIP INTEGER NOT NULL,
EQUIP_TYPE CHAR NOT NULL,
ID_CTS_STAGES INTEGER NOT NULL
);
Рис.3. Созданий шаблона таблицы
COMMENT ON TABLE EQUIPMENT IS 'Таблица оборудования'; COMMENT ON COLUMN EQUIPMENT.ID_EQUIP IS "ID оборудования";
Рис. 4. Создание комментариев
ALTER TABLE EQUIPMENT
ADD CONSTRAINT EQUIPMENT PRIMARY KEY (ID_EQUIP, EQUIPTYPE, ID_CTS_STAGES)j
ALTER TABLE EQUIPMENT
ADD CONSTRAINT FK1_ID_CTS_STAGES FOREIGN KEY (ID_CTS_STAGES) REFERENCES CTS_STAGES (ID_CTS_STAGE);
Рис.5. Создание ключей
н
4) Создание последовательностей (рисунок 6);
CREATE SEQUENCE SQ_CTS Рис.6. Создание последовательности
5) Внесение данных в таблицу (рисунок 7);
INSERT INTO EQUIPMENT
(IDEQUIPj EQUIPTYPE^ ID_CTS_STAGES)
VALUES
(29^ 'R'j 1)
COMMITj
Рис.7. Внесение данных
Для использования базы данных создаются запросы. Примеры использования запросов представлены
ниже:
SELECT С. STADQUANТ_IN_S С Н Е М Е, CR.CAP_ 30IN CALC_RESULTS CR ON С. ID_CTS=CR '27' ■
1) Задача: вывести на экран минимальные и максимальные капитальные затраты для всех схем, в которых количество стадий = 27 (рисунок 8).
2) Задача: определить, сколько времени займет выпуск ассортимента на всех схемах (рисунок 9).
3) Задача: определить, какие и сколько реакторов каждого типа используется в составленных схемах (рисунок 10).
4) Задача: определить, в каком состоянии находятся вещества в Схеме №1 на 9 стадии (рисунок 11).
EXPENOj™, CR.CAP_EXPEND_MAX FROM СТ5, С ID_CTS WHERE С. STADQUANTINSCHEME =
Щ STAD.QUANTJN.SCHEME \ÍJ CAP.EXPEND.MIN ТГI CAP.EXPEND.MAX
7 760
S 520
Рис.8. Код и результат запроса 1 SELECT SUM (CR. DAT E_R E L_DU R_CYC_R E L) FROM CALC_RESULTS CR;
Щ. SLIM(CR.DATE_REL_DUR_CYC_REL) VJ
5
-1
Рис.9. Код и результат запроса 2
SELECT COUNT (RC.ID_RE ACT), RC. ,REfl£I TYPE FROM REACT_CHARACTER RC CROUP BY RC.REACT_TYPE HAVING COUNT(RC.ID_REACT) > 0;
1 lgCOUNTtRCJD REACT) STI REACT.TVPE ТГ11
£ 1 I ENAMELLED STEEL RE*
1- 2 17 5TEEL REACTOR
11 з S ENAMELÍD REACTOR
,. i_ 3 CLASS REACTOR
Í
fr_
Код и результат запроса 3.
SELECT SUBST_TITLE AS Название_вещества; SUBST_STATUS AS Статус_вещества., ID_CTS_STAGES AS Юстадиивещества FROM SUBSTANCES DOIN INTERMEDSUBST ON SUBSTANCES.ID_SUBST = INTERMED_SUBST.ID_SUBST WHERE ID_CTS_S TAG E S = '4-9';
ъ eg НАЗВАНИЕМЕЩЕСТ6А tft СТАТУС_ВЕЩЕСТЙА fí| 1 ЩЮ_СТАДИИ_ВЕЩ£СТЕА tí
$ 1 Ц npOjyiCT 49
ь 2 EMOKSJPIN промежуточное вещество 49
УУ 3 KAR BAZO L промежуточное вещество 49
Рис.11.Код и результат запроса 4
Как видно из запросов, разработанная БД понятна и удобна в использовании, что значительно экономит время пользователям. Заключение
Разработанная структура базы данных позволяет специалистам находить конкретную информацию о той или иной технологической схеме, а именно: производительность схемы; продукты,
выпускающиеся на схеме, а также последовательность их выпуска; время реализации схемы как при последовательном выпуске продуктов, так и при циклическом; капитальные затраты на схему, информацию об оборудовании и.т.д. Список литературы
1. Егоров А.Ф., Савицкая Т.В., Михайлова П.Г., Горанский А.В. Рекомендации по созданию и работе
с базами данных учебно-методического комплекса по проблемам химической безопасности. М.: Издат. центр РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2011. 184с.
2. Хомоменко А.Д., Цыганков В.М., Мальцев М.Г. Базы данных: учеб. Для высших учебных заведений / под ред. Хомоменко А.Д. - 2-е издание, перераб. и доп. - СПб.: КОРОНА принт. - 2002. -672с.
3. Савицкая Т.В., Бельков В.П. Синтез гибких химико-технологических систем (детерминированный и стохастический варианты): учебное пособие. М.: Издат. Центр РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2005. 119с.
4. Универсальный инструмент базы данных ББеауег [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://dbeaver.io/ (дата обращения 25.05.2021).
