ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА В РЕЖИМЕ ИНТЕРАКТИВНОЙ ИМИТАЦИИ

Исмайылов А.Е., Заурбеков Н.С., Айтуганова Ж.Т., Жумагалиулы Ж.Ж.

Магистранты

Алматинский технологический университет

Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме применение новых информационных технологий в режиме интерактивной имитации, ориентированных на построения интеллектуального управления в биотехнологических процессах.

В статье рассматриваются ключевые этапы разработки программы по определению изменение удельной скорости роста микроорганизмов типа Halobacterium halobium, при периодическом культивировании.

Результатом работы интерактивной программы является, определения основных кинетических параметров изменения скорости биомассы микроорганизмов, за счет усвоения веществ.

Ключевые слова: интерактивная имитация, автоматизированные рабочие места, проблемно-ориентированная подготовка, интерфейс программы, компьютерного моделирования.

Практическая реализация возможностей интерактивного компьютерного моделирования существенно повышает эффективность инженерных разработок особенно при создании принципиально новых, не имеющих прототипов технологических машин и приборов, материалов и технологий, что позволяет сократить затраты времени и средств на использование в технике и технологиях передовых достижений физики, химии, механики и других фундаментальных наук. Отмеченные возможности интерактивного компьютерного моделирования еще далеко не исчерпаны, представляются достаточно перспективными и поэтому заслуживают детального рассмотрения.

Функционирование объекта представляет собой совокупность координированных действий, необходимых для достижения заданной цели или решения определенной задачи. С этой точки зрения биотехнологическим объектам, которыми мы интересуемся, свойственна целенаправленность.

Структура автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) в области физико-химической биологии и биотехнологии включает использование компьютера как в вычислительном режиме, так и в режиме управления процессами и сложными приборами.

Подготовка к работе с использованием АСНИ проходит в три этапа:

1. Общая подготовка, включающая изучение алгоритмических языков высокого уровня, архитектуры компьютера и решение задач в терминал-классах.

2. Учебная подготовка на автоматизированных рабочих местах в режиме имитации биотехнологических объектов с использованием периферийных дополнительных устройств, позволяющих получать более наглядную информацию о свойствах объекта.

3. Научно-учебная подготовка (проблемно-ориентированная), включающая работу на АРМах в режиме связи с объектом в реальном масштабе времени.

Объекты и методы исследования. Решение биотехнологических задач в режиме имитации, которые является базовой подготовкой при переходе к работе на компьютере с непосредственной связью с объектом. Здесь представляется интерактивная компьютерная система автоматизированного построения математических моделей биотехнологических процессов по начальному диалогу с биологом-исследователем [1].

Интерфейс программы «Определение изменения удельной скорости роста микроорганизмов Halobacterium halobium при периодическом культивировании».

Галофильные бактерии Halobacterium halobium при определенных условиях синтезируют родопсиноподобный белок, который используется для создания биоэлектронных устройств. Основным кинетическим параметром изменения биомассы микроорганизмов за счет усвоения веществ является удельная скорость роста µ-прирост биомассы на единицу биомассы в единицу времени (формула 1).

; , (1)

Об изменении концентрации биомассы X можно судить по изменению оптической плотности D культуральной жидкости в каждый момент времени. По характеру зависимости D(t) и µ(t) определяют эффективность роста микроорганизмов на данной среде.

При выращивании Halobacterium halobium использовали среду: хлорид натрия -250 г/л; хлорид калия -2,0; сульфат магния - 20; цитрат натрия -3,0; дрожжевой экстракт- 10,0; пептон - 10,0; казеиновый экстракт - 7,5 г/л;
рН 65; освещение в диапазоне частот 700—900 нм.

Измерение оптической плотности культуральной жидкости начали с 30-й минуты роста (D₁ = 0,08) и затем через каждые 15 мин получали значения ΔD:
0,006; 0,004; 0,006; 0,008; 0,009; 0,01; 0,012; 0,016; 0,017; 0,018; 0,02; 0,017; 0,018; 0,011; 0,014; 0,014; 0,011; 0,007; 0,012; 0,012; 0,009; 0,01.

Результаты и их обсуждение. В процессе описания обзора современного состояния интерактивных компьютерных методов моделирования интеллектуальных систем управления, описаны основные понятие и вопросы построения интеллектуальных систем. Изучена биотехнологический процесс как система управления; изучена интерактивные методы компьютерного моделирования, а также свойства математического моделирования сформулированы цели исследования. Разработано алгоритм определения удельной скорости роста микроорганизмов (рис. 1.).

Рис. 1. Блок-схема программы определения удельной скорости роста микроорганизмов [2]

Интерфейс программы Определение изменения удельной скорости роста микроорганизмов» приведен в рисунке 2.

Рис. 2. Интерфейс программы «Определение изменения удельной скорости роста микроорганизмов».

Таким образом, проведено обоснование разработки интерактивных компьютерных методов моделирования. В этой части подробно описано, методология компьютерного моделирования. Приведен интерактивная автоматизированная система построения математических моделей процессов микробного синтеза для интеллектуальной системы управления. Рассмотрено преимущество применение компьютера в режиме интерактивной имитации. Приведены математические модели различных процессов биотехнологических систем.

Таким образом, разработка и применение интерактивных компьютерных моделей все еще в большей степени искусство, нежели наука. Следовательно, как и в других видах искусства, успех или неудача определяется не столько методом, сколько тем, как он применяется.

Список литературы

1. Иванов В.И. Математические методы в биологии. — Кемерово: Издательство КемГУ (Кемеровский государственный университет), 2012. — 196 с.

2. Гумеров А.М. Математическое моделирование химико- технологических процессов. — СПб.: Лань, 2014. — 176 с.

Түйін

Ғылыми мақалада биотехнологиялық процестерді интеллектуалды басқаруды интерактивті имитациялау режимінде жаңа ақпараттық технологияны қолданудың бүгінгі күнгі өзекті мәселелері мен Halobacterium halobium типті микроорганизмдерді периодты өсіруде, өсу жылдамдығының өзгеруін анықтайтын бағдарламаны жасаудың кезеңдері қарастырылған.

Summary

The article is devoted to the issue date, the use of new information technologies in the mode of interactive simulation focused on the construction of intelligent control in biotechnological processes.

The article examines the key stages of program development, by definition, change of specific growth rate Halobacterium halobium type of microorganisms in a batch cultivation.

The result of the interactive program is determining the main kinetic parameters of the rate of change of biomass of microorganisms, due to the assimilation of substances.