Биотехнологиялық процестерді модельдеу

Қателер теориясы
План лекции
• 1.Эксперимент әдіснамасы:
• экспериментті метрологиялық қамтамасыз ету;
• өлшеу дәлдігі;
• өлшеу құралдары.
1. Биотехнологиядағы эксперименттік зерттеулердің
жіктелуіЭксперимент ғылыми зерттеулердің ең маңызды
бөлігі болып табылады. Эксперимент сөзі латын тілінен
шыққан.experimentum-сынама, тәжірибе.
Ғылыми тілде және зерттеу жұмысында
«эксперимент» термині әдетте мынадай мағынада
қолданылады: тәжірибе, мақсатты бақылау, таным
объектісін жаңғырту, оның өмір сүруінің ерекше
жағдайларын ұйымдастыру, болжауды тексеру.
Эксперименттің негізгі мақсаты зерттелетін объектілердің
қасиеттерін анықтау, гипотезаның әділдігін тексеру және
осы негізде ғылыми зерттеу тақырыбын кең және терең
зерттеу болып табылады.
Ғылыми эксперимент - арнайы құрылған және
бақыланатын жағдайларда бақылау, бұл жағдайды
қайталауда зерттелетін құбылыстың барысын қалпына
келтіруге мүмкіндік береді.
БИОТЕХНОЛОГИЯДАҒЫ ТӘЖІРИБЕЛІК
ЗЕРТТЕУЛЕР
• Зертханалық тәжірибелер типтік аспаптарды, арнайы
модельдеуші қондырғыларды, стендтерді,
жабдықтарды және т. б. қолдана отырып жүргізіледі.
• Өндірістік эксперименталды зерттеулер өндірістік
ортаның әр түрлі кездейсоқ факторларының әсерін
ескере отырып, нақты жағдайларда процесті
зерделеуді мақсат етеді.
Биотехнологиялық процестерді модельдеу

• Үлгілеу ұқсастығы сияқты қабылдауға негізделеді-бұл белгілі бір
қатынастағы нысандардың ұқсастығы негізінде олардың өзге де
бірқатар қатынастардағы ұқсастығы туралы ой-пікір.
• Модель-бұл объектінің, құбылыстың немесе процестің белгілі бір
аспектілерде ауыстыратын оңайлатылған көшірмесі.Модельдеу-
объектінің, құбылыстың немесе процестің оңайлатылған көшірмесін
жасау.
• Модельдеу:
• 1) таным объектілерінің оңайлатылған көшірмелерін жасау;
• 2) таным объектілерін олардың оңайлатылған көшірмелерінде
зерттеу.
• Модельдеу әдісі - бұл зерттеу міндеттерін шешу үшін неғұрлым
ыңғайлы және бірінші объектіге сәйкес белгілі бір объектінің
(модельдің) қасиеттерін зерттеу арқылы белгілі бір объектінің
қасиеттерін зерттеу.
• Методы моделирования
• 1. Табиғи үлгілеу-арнайы таңдалған тәжірибе
жағдайында өзін-өзі моделдеу болып табылатын
Зерттелетін объектідегі эксперимент.
2. Физикалық моделдеу-құбылыстардың табиғатын
сақтайтын, бірақ сандық өзгерген масштабталған
түрдегі құбылыстарды жаңғыртатын арнайы
қондырғылардағы эксперимент.
3. Математикалық модельдеу-модельдеуші
объектілерден ерекшеленетін, бірақ ұқсас
математикалық сипаттамасы бар физикалық табиғат
бойынша үлгілерді пайдалану.
• Табиғи және физикалық үлгілеуді физикалық ұқсастық
үлгілерінің бір сыныбына біріктіруге болады, себебі екі
жағдайда да модель мен түпнұсқа физикалық
табиғатта бірдей.
• Математикалық модельдеуді аналитикалық,
Имитациялық және аралас деп бөлуге болады.
• Анатикалық Модельдеу кезінде объектінің
аналитикалық моделі алгебралық, дифференциалдық,
әрине-айырымдық теңдеулер түрінде құрылады.
Аналитикалық үлгі аналитикалық әдістермен немесе
сандық әдістермен зерттеледі.
• Ол үшін имитациялық модель құрылады, компьютерде
Имитациялық модельді іске асыру үшін статистикалық
үлгілеу әдісі қолданылады.
• Аралас модельдеу кезінде ішкі процестерге жүйенің
қызмет ету процесінің декомпозициясы жүргізіледі.
Бұл мүмкін болған жағдайда аналитикалық әдістерді,
әйтпесе Имитациялық әдістерді қолданады.
• Модельдеу әдістерін үш негізгі топқа жіктеуге болады:
аналитикалық, сандық және имитациялық
• 1. Модельдеудің аналитикалық әдістері. Аналитикалық
әдістер жүйенің сипаттамасын оның жұмыс істеу
параметрлерінің кейбір функциялары ретінде алуға
мүмкіндік береді. Осылайша, аналитикалық модель
теңдеулер жүйесін білдіреді, оны шешу кезінде жүйенің
сипаттамаларын есептеу үшін қажетті параметрлерді
алады (тапсырманы өңдеудің орташа уақыты, өткізу
қабілеті және т.б.). Аналитикалық әдістер жүйе
сипаттамаларының нақты мәнін береді, бірақ тек тар
есептер класын шешу үшін қолданылады. Мұның себептері
келесідей. Біріншіден, көптеген нақты жүйелердің
күрделілігіне байланысты олардың аяқталған
математикалық сипаттамасы (моделі) жоқ немесе құрылған
математикалық модельді шешудің аналитикалық әдістері
әзірленбеген. Екіншіден, аналитикалық әдістерге
негізделген формулаларды шығару кезінде нақты жүйеге
әрдайым сәйкес келмейтін белгілі бір жорамалдар
қабылданады. Бұл жағдайда талдау әдістерін қолданудан
бас тартуға тура келеді.
• 2. Модельдеудің сандық әдістері . Сандық әдістер модельді
Есептеу математикасы әдістерімен шешу мүмкін болатын
теңдеулерге түрлендіруді көздейді. Осы әдістермен шешілетін
міндеттер класы айтарлықтай кең. Сандық әдістерді қолдану
нәтижесінде берілген дәлдікпен жүйенің Шығыс
сипаттамаларының жақын мәндері (бағалау) алынады.
• 3. Модельдеудің Имитациялық әдістері. Есептеу техникасының
дамуымен стохастикалық әсер (случайность и вероятность) ету
басым болып табылатын жүйелерді талдау үшін модельдеудің
Имитациялық әдістері кеңінен қолданылады.
Имитациялық модельдеудің (Имитациялық модельдеудің) мәні
жүйенің уақыт бойынша жұмыс істеу процесін түпнұсқадағы
жүйе сияқты операциялар ұзақтығының бірдей арақатынасын
сақтай отырып имитациялаудан тұрады. Бұл ретте үдерісті
құрайтын қарапайым құбылыстар имитацияланады,олардың
логикалық құрылымы, уақыт ағымының бірізділігі сақталады.
Олардың қолдану нәтижесінде талдау, басқару және жобалау
міндеттерін шешу кезінде қажетті жүйенің Шығыс
сипаттамаларының бағасын алады.
• Математикалық модельдеуді басқа әдістермен қатар
қолданған жағдайда зерттеуші-биотехнолог сипаттау
моделінен кейін заттық-математикалық модель (әдетте
дифференциалдық теңдеулер жүйесі түрінде) жасайды,
оның негізінде оны сәйкестендіргеннен және барабарлығын
тексергеннен кейін ол биотехнологиялық процестің
оңтайлы режимін іздестіруді жүзеге асырады.
• Эмпирикалық көзқарастың алдында сандық теориялық
тәсілдің артықшылығы барабар математикалық модельді
алғаннан кейін оңтайлы биотехнологиялық режим
математикалық сипаттама бойынша есептеулер негізінде
таңдалады (биотехнологиялық процестің имитациясы
негізінде), ал тәжірибелік пайдалануға ұсынылатын
табылған режимдердің ең жақсысы ғана эксперименталды
тексеріледі.
• Модельдеу биотехнологиялық процестерді әзірлеуде ең маңызды бағыттардың
бірі болып табылады, өйткені модельдеу, эксперименталды және
математикалық, жаңа процестер зерттеледі және әзірленеді, өндірістің
аппараттары мен технологиялық сұлбалары жетілдіріледі.
• Зертханалық және өнеркәсіптік жағдайларда эксперименталды Үлгілеу кезінде,
әдетте, масштабпен ерекшеленетін объектілер мен процестердің модельдері
қолданылады. Эксперименталды модельдеу мәні аз зерттелген процестерді
зерттеуге және оңтайландыруға мүмкіндік береді. Бұл тәсіл жиі
биотехнологиялық процесті зерттеудің жалғыз құралы болып табылады.
Эксперименталды модельдеудің бірінші кезеңі зертханалық деңгей болып
табылады, оның барысында салыстырмалы түрде аз шығынмен жаңа
продуценттерді зерттеу және жаңа процестерді әзірлеу жүргізіледі. Бұдан әрі
алынған нәтижелер тәжірибелік, жартылай өнеркәсіптік және өнеркәсіптік
масштабтарға ауыстырылады.
• Тәжірибелік қондырғыларда болашақ процестің барлық технологиялық
бөлшектері өңделеді, персонал оқытылады, жабдықтар құрылады, техникалық-
экономикалық көрсеткіштер нақтыланады. Содан кейін ірі ауқымды қымбат
тұратын өнеркәсіптік эксперименттер мен сынақтар жүргізіледі.
• Мысалы, Зертханалық жағдайларда ферментация
процестерін зерттеу алдымен колбаларда, содан кейін
көлемі 1 — 10 л зертханалық масштабтағы
ферментерлерде жүргізіледі, одан әрі көлемі 50, 100,
1000 л және одан жоғары тәжірибелі қондырғыларда
сынақ жүргізіледі. Өнеркәсіптік қондырғылардың
көлемі өнімнің түріне және оның қажеттілігіне
байланысты. Әдетте он текше метр туралы— 10, 20,
50, 60, 100, жекелеген аппараттардың көлемі 1000 м3
артық (жем ашытқысын алу үшін) болады.
Программа эксперимента
• Эксперименттің мақсаты мен міндеттері
• Өзгермелі факторларды таңдау
• Эксперимент көлемін, тәжірибе санын негіздеу
• Тәжірибелерді іске асыру тәртібі
• Факторлардың өзгеру реттілігін анықтау
• Факторларды өзгерту қадамын таңдау, болашақ
эксперименталды нүктелер арасындағы аралықты орнату
• Өлшеу құралдарының негіздемесі
• Эксперимент жүргізу сипаттамасы
• Эксперимент нәтижелерін өңдеу және талдау тәсілдерін негіздеу
• Биотехнология әдістерінің басқа жіктелуін ерекшелейді:
• I. биологиялық жүйелердің жұмыс істеуінің іргелі механизмдерін зерттеу
кезінде қолданылатын әдістер. Бұл Биохимияның, генетика, молекулалық
биологияның, иммунологияның және басқа да биологиялық ғылымның
заманауи әдістері. Осы әдістердің арсеналын пайдалана отырып,
биотехнологтар продуценттерді құрылымдық-функционалдық ұйымдастыру
механизмдері сияқты іргелі міндеттерді шешеді.
• ІІ. Биотехнологияда қолданылатын биологиялық объектілерді қайта жаңартуды
жүзеге асыруға мүмкіндік беретін әдістер (молекулалық биотехнология
әдістері). Бұл әдістерді, өз кезегінде, 2 топқа бөлуге болады:
• 1) векторлар мен рекомбинантты ДНҚ құрастыру, яғни молекулалық
манипуляциялар;
• 2) жасушалардың гибридизациясы, яғни жасушалық деңгей.
• II. Өнеркәсіптік көлемде мақсатты өнім алуға мүмкіндік беретін
биообъектілерді ірі масштабты (өнеркәсіптік) өсірудің ерекше әдістері.
Биотехнология әдістерінің ерекшелігі барлық продуценттер асептикалық
(стерильді) жағдайларда, яғни биоооообъектілерді (патогенді)
микроорганизмдерді өсіру ортасына түсу мүмкіндігін болдырмайтын
жағдайларда жүзеге асырылатындығымен байланысты.

Ұқсас жұмыстар

Биотехнология және экология мен қоршаған ортаның мәселелері

Сандық әдіс

Микробтық массалар алуға негізделген биотехнологиялық процестер

Жануарлар биотехнологиясы

ӘЛЕУМЕТТІК ЖӘНЕ ЭКОНОМИКАЛЫҚ ҮРДІСТЕРДІ МОДЕЛЬДЕУ

Математикалық модельдеу

Имитациялық жүйелерді модельдеу

Модель және модельдеу

ANSYS CFX программа пакеті

Мектептегі информатика курсында

Пәндер