CC BY
8
УДК 004.942; 66.011 Бадалян М.Г., Женса А.В.
СОЗДАНИЕ ВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА СВОЙСТВ КАТАЛИЗАТОРНЫХ ПАСТ
Бадалян Максим Грачьяевич, студент 4 курса бакалавриата факультета цифровых технологий и химического инжиниринга;
Женса Андрей Вячеславович, к.т.н., доцент кафедры информационных компьютерных технологий. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия. e-mail: andreygensa@,mail.ru
Разработано веб-приложение с минимальными системными требованиями, при помощи которого пользователь может регулярно проводить расчеты конечных химических, физических и механических свойств катализаторных паст. В этом приложении используется модель формования пасты с использованием экструзионного метода, эта модель позволяет рассчитать концентрации компонентов сплошной фазы. Система включает в себя базу данных и веб-приложение, допускающее динамические, гибкие наборы входных параметров. Ключевые слова: катализаторные пасты, базы данных, веб-приложение.
CREATION OF A WEB APPLICATION FOR CALCULATING THE PROPERTIES OF CATALYST PASTS
Badalyan Maksim Grachyaevich, Zhensa Andrey Vyacheslavovich D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
A web application with minimal system requirements has been developed, with use of which one can regularly perform calculations of the final chemical, physical and mechanical properties of the catalyst paste. This application includes a paste molding model with an extrusion method, this model allows to calculate the concentrations of the components of the continuous phase. The system includes a database and a web application that allows dynamic, flexible sets of input parameters.
Keywords: catalyst pastes, databases, web application.
Благодаря скачку в развитии таких отраслей, как химическая, нефтехимическая, автомобильная промышленность и так далее, привело к тому, что растет актуальность в применении катализаторов. Наиболее успешной практикой является использование катализаторов с развитой геометрической формой. Существует большое количество способов формовки катализаторов, среди которых в рамках этой работы рассматривается экструзия.
В связи с широким распространением сложных процессов, подразумевающих под собой в том числе проведение комплексных вычислений, нуждающихся в компьютерных вычислительных мощностях, возникла задача в разработке и оптимизации таких инструментов, программ и приложений, позволяющим ученым и специалистам указанных отраслей проводить все необходимые расчеты.
Учитывая вышеизложенное, можно
сформулировать цель работы: создание такого веб-приложения, которое сможет предсказывать необходимые параметры и переменные процессов, возникающие при формировании катализаторной пасты.
Вместе с целью можно поставить следующие задачи:
1. Разработка веб-приложения (в том числе серверной расчетной части веб-приложения), которое будет отвечать за получение конечных параметров физико-химических свойств катализаторных паст а-Fe2O3 с помощью инструментов веб-разработки,
которыми в данном случае выступают язык JavaScript, язык разметки HTML5 и такие технологии, как CSS3. JSON и др.
2. Разработка базы данных, содержащей в себе начальные концентрации компонентов, используемых для получения катализаторных паст. База данных также содержит и соответствующие компонентам физико-химические и механические свойства.
3. Использование адаптивного подхода при разработке фронт-энда. Максимизировать скорость расчетов внутри приложения.
При разработке использовалась программная платформа ASP.NET Core [1], с помощью которой создавалось приложение для отображения расчетных данных.
Говоря об актуальности практической части работы и её ценности вообще, можно сказать, что на текущий момент большинство расчетных модулей, программ, приложений реализованы в формате десктопной программы, что подразумевает целый ряд ограничений и неудобств. Реализованное в рамках данной работы веб-приложение разработано с использованием передовых технологий
программирования, доступно на любой вычислительной машине, имеющей доступ к Интернету. Приложение предсказывает свойства физико-химических и механических свойств катализаторных паст a-Fe2O3 при известных начальных концентрациях компонентов. А также при решении обратной задачи, то есть для расчета начальных компонентов для заданных физико-
химических (пластическая прочность и вязкость) и механических свойств (механическая прочность и пористость) катализаторных паст а-Ре2О3.
Интерфейс приложения представлен в виде вебстраницы с размещённой на ней формой для исходных условий процесса экструзивного формования (рис. 1). Заполненная форма может быть отправлена на сервер для вычисления по её значениям характеристик катализаторной пасты. Для ограничения несанкционированного доступа к системе предусмотрен механизм авторизации. Неавторизованный пользователь (гость) может только просматривать результаты ранее произведённых вычислений.
Авторизованному пользователю открывается доступ к основному функционалу системы:
1. Расчёт характеристик пасты, полученной из заданного состава исходных веществ. Расчёт
Все компоненты приложения, отвечающие непосредственно за процесс вычислений, расположены в серверной части приложения. Серверная часть представляет собой приложение на языке C#, предназначенное для выполнения на высокопроизводительной удалённой машине, доступной через Интернет. При этом, если возникнет такая необходимость, серверную часть можно запустить и на локальном компьютере. Структура серверной части организована по парадигме MVC (Model-View-Controller). Согласно этой парадигме, логика приложения разбита на три независимые, но взаимодействующие с собой части:
1. Модель инкапсулирует данные, используемые как входные данные расчётов, а также результаты этих расчётов.
2. Вид (интерфейс) представляет данные модели в удобной форме.
3. Контроллер содержит всю логику приложения, в том числе методы Compute и Extrude, в которых проходят все вычисления, связанные с процессом моделирования формирования паст.
производится по математической модели расчета свойств катализаторных паст [2].
2. Подбор состава, необходимого для получения пасты с характеристиками, максимально близкими к заданным. Для подбора состава дополнительные вычисления не производятся; вместо этого выполняется проход по базе ранее проведённых результатов в поиске паст с похожими характеристиками. Результаты поиска ранжируются по близости к искомым характеристикам, и пользователю возвращается самый близкий вариант. В нижней части страницы отображается история ранее проведённых расчётов. Выбрав необходимый результат щелчком мыши, можно загрузить детальные параметры расчёта в поля формы. Если исследователя не устраивает полученный им результат, то он может запросить его удаление из базы результатов.
Для создания приложения использовался фреймворк ASP.NET Core, созданный специально для упрощения разработки веб-приложений и веб-сервисов. Компоненты этого фреймворка используются для приёма HTTP-запросов от клиентов, десериализации передаваемых данных, вызова соответствующих методов контроллера, и передачи результатов обратно.
Даже на достаточно мощном компьютере процесс расчёта занимает не меньше одной минуты. Однако, прирост производительности даёт то, что каждый из одновременно проводимых расчётов производится в отдельном потоке - в том случае, если пользователь воспользовался функцией «Загрузить файл» и тем самым инициировал сразу несколько расчётов. Дополнительный прирост производительности придаёт оптимизация излишних вычислений: перед началом нового расчёта сервер сканирует базу данных в поисках уже проведённого расчёта с такими же входными данными. Если такой расчёт был найден, то его результат сразу возвращается пользователю.
Экструзионное формование катализаторных паст
Добрый день, гость
| Войти || Регистрация |
Состав пасты
Масса оксида железа (г): масса растворами (г): Масса мц э растворе (г): Масса раствора ПВА (г) Масса ПВА в растворе {г): □ Альт, метод расчета
?55
[~68
J7
Загрузить файл со значениями 0
| Выбрать файл...
Файл tie выбран |
Реологические свойства
Пласт, прочность (кПэ): 1205
Влажность (s>): | is.aes
Вязкость {Па'с): | 5.53
Е Предпоч прочность <-Подобрать состав
Механические свойства
Мехам,
прочность (МПа): Пористость: 0.515
Рис. 1. Интерфейс веб-приложения
ИСТОРИЯ ЩЕЛКНИТЕ ПО СТРОКЕ, ЦТ05Ы ОТОБРАЗИТЬ ЗНАЧЕНИЯ ИЗ НЕЁ В ФОРМЕ
Выгрузить I
да масса оксида железа (г) масса раствора мц (Г) масса раствора пва (г) пластическая прочность (кпа) влажность (%) вязкость (па-с) механическая прочность (МПА) пористость
1 550 55.0 87.0 640 18.9 0.0120 0.423 0.571
2 700 50.0 87.0 1.54е+3 16.0 15.3 1.26 0.505
3 550 50.0 67.0 1.19е+3 16.0 2.15 1.03 0.523
4 655 50.0 87.0 1.11 £+3 16.0 3.34 1.07 0.519
5 625 50.0 82.0 1.10е+3 16.0 2.87 1.06 0.521
Рис. 2. Таблица результатов проведённых вычислений
Все расчеты выполняются на удалённом (или локальном) сервере, а доступ к интерфейсу можно получить по протоколу HTTP с помощью любого современного веб-браузера. Таблица результатов проведенных вычислений представлена на рис. 2.
Все результаты проведённых вычислений сохраняются сервером в базу данных SQLite. SQLite - компактная свободная библиотека для работы с базами данных с помощью языка запросов SQL. Все данные баз при этом сохраняются в один файл, что идеально подходит для приложений с простой структурой и незначительным объёмом хранимой информации.
Помимо этого, приложением также используется фреймворк Entity Framework Core. Компоненты этого фреймворка выполняют роль посредника между сервером баз данных и самим приложением, и поэтому позволяют работать с содержимым базы
данных так, как если бы оно находилось внутри обычного массива данных, избавляя от необходимости вручную составлять запросы на языке SQL. С помощью EF Core в приложении установлена взаимосвязь между моделями результатов вычислений и содержимым базы данных, что позволяет в значительной степени упростить задачу загрузки и сохранения информации.
Структура базы данных приведена на рис. 3. Все результаты проведённых вычислений сохраняются в таблице Computations. У каждого элемента этой таблицы присутствует поле UserlD, в которое записывается уникальный идентификатор пользователя, проведшего это вычисление. Вся информация о пользователях, включая их идентификаторы, хранится в таблице Users.
User Computation
[К] Userld [К] Computatlonld
Email Userld
Hash k -О comp
Salt comp
mech
Рис. 3. Схема базы данных приложения
Передача данных между клиентом и сервером происходит по протоколу HTTP. Для передачи информации происходит её сериализация в формат JSON (JavaScript Object Notation). Структура передаваемых данных представляется в виде текстового файла, который затем сжимается и прикрепляется к телу HTTP-запроса или ответа.
В данной работе получены следующие результаты:
1. Создано приложение и серверный модуль, на котором проводятся вычисления начальных концентраций для получения катализаторной пасты.
2. Разработана база данных начальных концентраций компонентов для получения катализаторных паст.
3. При создании приложения использовалась блочная вёрстка и увеличена адаптивность приложения.
4. Реализован функционал вычисления оптимальных начальных параметров для заданной катализаторной пасты.
Список литературы
1. Эспозито, Дино. Программирование на основе Microsoft® ASP.NET MVC [Текст] : [с учетом версии ASP.NET MVC 3 : перевод с английского] / Дино Эспозито. - 2-е изд. - Санкт-Петербург : БХВ-Петербург, 2012. - 447 с.
2. Женса А. В., Кольцова Э. М., Петропавловский И. А., Костюченко В. В. Математическое моделирование течения водно-оксидных катализаторных паст в поршневом экструдере // Теоретические основы химической технологии. -2006. - Том 40 - № 2. - С. 157-162.
