ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Содержательные аспекты качественного анализа ФХС из "Системный анализ процессов химической технологии" Вследствие многогранности понятия качественного анализа выделим его широкий и узкий смыслы. Основная цель качественного анализа в широком смысле — выявление и изучение характерных признаков, свойств, особенностей, отличающих одну ФХС от других, их изменения во времени для отобран ения этих различий в моделях. Особенности ФХС определяются микроскопическими и макроскопическими свойствами среды, условиями на границах раздела фаз, конструктивным выполнением технологических агрегатов и другими факторами. [c.8] Качественный этап системного анализа, определяющий всю дальнейшую стратегию, имеет два аспекта — смысловой и математический. Смысловой аспект состоит в сборе, оценке достоверности, систематизации и формализации смысловой информации. Формализация качественной информации обеспечивает связь смыслового и математического аспектов. [c.9] Сбор качественной информации осуществляют при непосредственном наблюдении за поведением ФХС, при контакте со специалистами, из литературных источников, в которых отражен общественный опыт. Достоверность качественной информации, получаемой при наблюдениях за ходом технологического процесса, существенно зависит от психических и физиологических возможностей человека. Кратко остановимся на результатах исследований в областях психологии и физиологии человека [4, 5, 13, 171. [c.9] Внешние раздражители (звуковые,. световые и др.) воздействуют на анализаторы человека, в которых происходит анализ раздражений. Анализаторы состоят нз рецепторов, осуществляющих преобразование энергии внешнего раздражителя в нервный процесс, нервных путей и коры больших полушарий головного мозга, иначе называемой мозговым концом. Нервные пути обеспечивают передачу нервных возбуждений от рецепторов в мозговой конец. Наряду с указанной связью между рецептором а мозговым концом имеется и обратная связь через волокна. Наличие обратной связи позволяет воспроизводить действия на основе полученной информации и сравнивать их с действием внешнего раздражителя. [c.9] Под воздействием психических и физиологических процессов в сознании человека формируется концептуальная (психическая) модель, которой являются представления в сознании человека о состоянии и особенностях объекта исследования. Формирование концептуальной модели основывается на специфических особенностях памяти человека, определенных инерционностью процессов, протекающих в анализаторах. Выделяют несколько видов памяти [13] 1) непосредственная, которая обеспечивает хранение поступившей информации в течение нескольких секунд 2) оперативная — сохраняет информацию в течение нескольких минут 3) долговременная, под действием которой информация может храниться годами. Заметим, что при переходе от одного вида памяти к другому происходит сжатие информации, т. е. выделение наиболее значимых для субъекта факторов и частичная потеря менее значимых. [c.9] Исходя из указанных физиологических возможностей человека схему распознания объектов представляют следующим образом [5]. Первым этапом является анализ конкретных реализаций образов объектов, при котором выделяются и оцениваются отдельные признаки. Такими признаками могут быть форма, наличие особых точек, характерных изменений кривизны, окраска и другие. При оценивании отдельные признаки сравниваются с образами (эталонами), которые хранятся в памяти человека. В этом случае получают так называемые абсолютные оценки. Абсолютные оценки, как правило, являются грубыми и рассматриваются как первое приближение при распознавании объектов исследования. Более точные сведения дают дифференциальные (разностные) оценки. При формировании дифференциальных оценок внимание исследователя постоянно переходит с одного объекта на другой и обратно. Под воздействием непосредственной и оперативной памяти формируются дифференциальные оценки. Одним из примеров использования дифференциальных оценок является визуальная оценка границы зоны варки в стекловаренной печи, что рассматривается в гл. 3 при разборе задачи экстраполяции функции тепловых сальдо-потоков под плавящейся шихтой и варочной пеной. Абсолютные и разностные оценки находятся во взаимосвя.зи, дополняя друг друга. Следующим этапом распознания объектов является проверка каждого признака на общность к некоторому классу или выделение качественных различий [19]. При отсутствии такой общности могут быть выбраны другие признаки. [c.10] Достоверность воспринимаемой качественной информации зависит от ряда факторов, и в первую очередь от физиологических возможностей человека. В работах [4, 17] показано, что человек с хорошей точностью может воспроизводить от 5 до 9 элементов из серии цифр, букв и слогов, а также запоминать в оперативной памяти от 5 до 7 признаков. Объективность сведений, получаемых при наблюдениях за поведением технологических процессов, определяется степенью воздействия среды на человека. Это доказывается проводимыми психологическими экспериментами, один из которых рассмотрен в работе [6]. Эксперимент заключался в том, что испытуемому требовалось определять частоту сигнала болевого раздражения. По сигналу экспериментатора испытуемый нажимал кнопку, получая в ответ болевое раздражение электрическим током. Частота болевого раздражения испытуемому была неизвестна. Задача испытуемого заключалась в оценке этой частоты. На рис. 1.1 показан график зависимости оценки частоты сигнала, которую указал испытуемый, от величины тока / раздражителя. Величина ш = 0,55 соответствует действительному значению частоты. Из рисунка видно, что при величине тока I = 0,5 оценка частоты болевого раздражения совпадает с действительной величиной. При уменьшении или увеличении величины тока I наблюдается расхождение между субъективной оценкой и действительным значением частоты. [c.10] С точки зрения достоверности получаемой информации одной из задач качественного анализа является уменьшение до известных пределов различия между субъективной оценкой и объективной величиной параметров ФХС. Этого достигают применением метода экспертных оценок, а также разработкой соответствующих критериев и правил. Критерии и правила определяются в зависимости от типа решаемой задачи и устанавливаются на основе известных законов, которыми описывается поведение ФХС, и особенностей объекта исследования. Такой подход применен в гл. 3 при задании граничных условий для моделирования поля температур в расплаве стекла стекловаренной печи. [c.11] Смысловой аспект качественного анализа включает формализацию качественной информации, которая заключается в преобразовании такого типа сведений в математические объекты. Отметим, что при формализации информации происходит ее сжатие 120]. Степень сжатия зависит от требуемой детализации, которую определяет исследователь. В связи с тем что качественная информация является приближенной, нечеткой информацией, выражаемой на естественном языке, она может не иметь точного и строго обоснованного математического аналога, в которой отражаются характерные свойства информации. [c.11] Математический аспект качественного анализа рассматривался в [9], поэтому ограничимся только общими сведениями и обратим внимание на вопросы, связанные с формализацией и переработкой качественной информации. [c.12] Указанные трудности являются типичными при принятии решений в условиях неопределенностей. [c.13] Л ател атический аспех т качественного анализа включает, с одной стороны, необходимость учета формализованных, в ряде случаев субъективных представлений о поведении ФХС, с другой — уменьшение до известных пределов степени субъективизма. Решение каждого вопроса математических трудностей должно выполняться и доказываться с достоверностью, достаточной для практических целей при безусловном применении качественной информации в дополнение к количественным данным. Этот этап исследований предполагает переработку качественной информации, которая состоит в преобразовании формализованной информации для решения поставленной задачи. Переработка качественной информации осуществляется применением математических методов. Для случая нечетких множеств они рассматриваются в следующей главе. [c.14] Качественный этап системного анализа не следует сопоставлять только с предварительным анализом ФХС, т. е. с теми случаями, когда исследования начинаются и используют априорную качественную и количественную информацию. Выделение качественного анализа в отдельный, четко ограниченный этап вряд ли может быть оправдано в связи с тем, что применение методов и приемов качественного анализа встречается на самых различных стадиях исследования. Практически на всех этапах исследователь использует и генерирует качественную информацию, а подчас применяет интуитивные представления о ФХС. В этом проявляется творческая активность специалиста, которая дополняется умением применять современные методы исследования. [c.14] При качественном анализе выявляют особенности поведения ФХС, которые формулируют на естественном языке. Обычно такие описания носят приближенный, качественный характер. Для перехода к количественным данным необходимо формализовать качественную информацию и тем самым осуществить ее сжатие. Степень сжатия зависит от требуемой детализации при решении конкретных инженерных задач. [c.14] Ко второму типу параметров отнесем такие, которые обычно описывают словесными (нечеткими) терминами, а при необходимости перевода в числовой вид это осуш ествляется только при непосредственном участии человека, в частности, с использованием экспертных оценок. Такой способ формализации качественной информации обусловлен уровнем знаний о рассматриваемом параметре и (или) наличием способов формализации. К параметрам второго типа в первую очередь относятся такие, которыми характеризуют качество вырабатываемой продукции химикотехнологическими производствами. Здесь под качеством продукции понимается интегральная характеристика, которая складывается из ряда взаимосвязанных между собой компонентов, часть которых в отдельности не измеряется методами количественного анализа, а контролируется визуально человеком. Примером такой характеристики является качество изделий из стекла. Качество листовых стекол оценивают по оптическим искажениям. На эту характеристику оказывают сущ ественное влияние геометрия поверхности стекла, метод оценки, субъективизм контролера. Потребность в формализации качественной информации о качестве листового стекла диктуется необходимостью решения следующих задач 1) исключения субъективизма в оценках качества изделий, 2) разработки методов и технических решений для автоматической классификации изделий, 3) нахождения взаимосвязей между показателями качества листового стекла и технологическими параметрами, а также решения задач технической диагностики при ухудшении качества вырабатываемой продукции. [c.15] При формализации качественной информации предполагается существование соответствия между нечетко определенными характеристиками и математическими объектами. Для параметров, которые относятся к первому типу, наличие такого соответствия очевидно. С одной стороны, величине параметра ставится в соответствие числовая координата с установленными на ней началом координат и мерой, а с другой — величину параметра описывают словесными высказываниями. [c.15] Несмотря на то что параметры ФХС, отнесенные к первому типу, принципиально могут быть измерены н их величина выражена в числовом виде, на практике довольно часто в силу ряда причин таких измерений не проводят. Обычно это обусловлено техническими трудностями проведения экспериментальных работ, высокими температурами, агрессивностью среды и другими факторами. В этом случае для получения количественных характеристик параметра Х1 е X может быть использована качественная информация, прошедшая предварительную формализацию и адаптацию. При этом предполагается возможным использовать выбранные термины, принятую формализацию их п распространить такие описательные представления на все множество 11. Эта возможность обосновывается исходя из качественных представлений о ФХС. [c.16] Существование соответствия словесных высказываний математическим объектам для параметров второго типа менее очевидно, но предполагаемо. Чаще всего параметры ФХС второго типа не имеют строго обоснованного математического аналога. Для формализации данного типа качественной информации, с помощью которой характеризуют ФХС, воспользуемся методом экспертных оценок [10, 21, 22]. [c.16] Отображение ср X (р можно рассматривать как способ порождения множества терминов д к е в зависимости от параметра х = X. Отметим, что отображение ф в общем случае может не иметь обратного преобразования ф , так как для произвольных Ж Ф х, имеем Ф (а ) ( 1, а ф (х/) ЕЕ ( 2, причем может существовать П 2- Иначе, можно сказать, что различные параметры X ЕЕ X могут описываться как одинаковыми, так и различными терминами д е ( . [c.17] Элементы множества Ql носят качественный, нечеткий характер. Под нечетким характером здесь понимается следующее. Пусть имеем различные объекты ( , характеризуемые параметрами XI ЕЕ X. На множестве О определим эталонный элемент gf,. Тогда любой элемент g n G с различной степенью может быть сопоставлен с каждым элементом множества терминов д, е Q. [c.18] Вернуться к основной статье