Автоматизация производства хлебобулочных изделий в условиях нечеткого представления контролируемых параметров

Одним из путей повышения эффективности производства является использование существующих и перспективных систем автоматизированного управления. Основой эффективности работы хлебопекарного предприятия является стабильное качество продукции, минимальное время производственного цикла, а также снижение материальных, энергетических и трудовых затрат.

Основными организационно-экономическими факторами, влияющими на себестоимость и сбыт готовой продукции являются: организация управления а. закупкой сырья и контроль за его расходованием, организация управления контролем и сбытом готовых изделий при ограниченном количестве персонала, а также необходимость быстро реагировать на изменяющиеся условия.

В настоящее время при решении задач автоматизации все более широкое применение получили средства компьютерной техники и современные информационные технологии. Автоматизация информационных задач позволяет в производственных условиях повысить оперативность и качество принимаемых решений.

Качество готовой хлебопекарной продукции непосредственно зависит от качества поступающего на переработку сырья (муки). Проба из партии муки анализируется по показателям качества в заводской лаборатории, кроме того проводится пробная лабораторная выпечка, а при ее отсутствии пробная производственная выпечка. Целью является получение достоверной информации о качестве исходного сырья и предполагаемом качестве готового изделия, а также возможном изменении параметров и режимов технологического процесса. Все это предполагает дополнительные материальные, энергетические и трудовые затраты.

Проблема качества готовых изделий и снижение расходования энергоресурсов частично решаются за счет использования новейшего 5 зарубежного оборудования, однако приведенные выше организационно-экономические факторы и, в частности, частая смена сырья удлиняют время отладки производственного цикла за счет пробных выпечек с последующей многократной коррекцией качества готовой продукции и параметров технологического процесса.

Существующие автоматизированные системы управления и контроля технологического процесса приготовления пшеничного хлеба предполагают применение информационно-измерительного комплекса 1 в уже текущем производственном процессе. При этом, решение по изменению тех или иных параметров принимается оператором после определенного запаздывания в получении информации. Сырье в процессе этого запаздывания уже успевает пройти часть производственного цикла и на каком-то отрезке времени может быть выпущена бракованная продукция. При этом возникает противоречие между тенденцией усложнения объектов контроля, что ведет к увеличению числа контролируемых параметров, и требованием оперативности управления.

Несомненно, квалификация персонала играет ведущую роль в решении задач подбора режимов и выбора оптимальных параметров' с использованием всех достижений и рекомендаций, которые наработаны наукой и практикой, но введение в технологический процесс современных средств компьютерной техники позволит повысить оперативность и качество принимаемых решений. В связи с этим, актуальна задача разработки методов оперативного оценивания выходных объектов контроля с возможностью моделирования технологического процесса на персональном компьютере.

Очевидно, что автоматизированное прогнозирование качества хлебобулочных изделий без пробных выпечек позволит сократить не только время, затрачиваемое на многократное повторение производственного цикла, но и сэкономить энергоресурсы, сырье и трудовые затраты обслуживающего персонала, что и определяет актуальность такого прогнозирования. 6.

Целью работы является повышение эффективности процесса производства хлебобулочных изделий за счет автоматизации прогнозирования качества выходного продукта, позволяющего экономить сырье, энергоресурсы и использовать персонал невысокой квалификации.

Основные задачи исследований.

1. Разработка способов и математических моделей автоматизированного прогнозирования параметров готовых хлебобулочных изделий по параметрам сырья в условиях нечетких представлений контролируемых параметров.

2. Разработка способа автоматизированной корректировки прогнозируемых параметров готовых хлебобулочных изделий за счет виртуального выбора групп добавок-улучшителей и изменения параметров технологического процесса.

3. Разработка и исследование системы автоматизированного прогнозирования параметров качества готовых хлебобулочных изделий, основанной на разработанных математических моделях.

4. Разработка, испытание и внедрение нового способа приготовления хлебобулочных изделий, включающего систему автоматизированного прогнозирования параметров готовых изделий.

Методы и средства исследований.

При решении диссертационных задач использовались системный анализ, элементы теории нечетких множеств, теория принятия решений, программные и языковые средства современных компьютерных технологий, персональные компьютеры.

Научная новизна.

1. Сформулирован подход к прогнозированию качества хлебобулочных изделий, основанный на представлении параметров муки, технологического процесса, добавок-улучшителей и готовых изделий в виде’векторов нечетких множеств и их преобразованиях, позволивший разработать математические 7 модели различных способов прогнозирования параметров готовых изделий.

2. В рамках сформулированного подхода разработаны способы и математические модели автоматизированного прогнозирования параметров готовых хлебобулочных изделий по параметрам сырья. Математические модели корректировки прогноза за счет виртуального выбора групп добавок-улучшителей и изменения параметров технологического процесса, основанные на представлении нечетких множеств указанных ранее параметров в виде подмножеств нечетких бинарных функций, их нечетких преобразований и позволившие при частой смене сырья сократить время производства, материальные затраты и стабилизировать параметры готовых изделий.

3. На базе полученных математических моделей разработана система автоматизированного прогнозирования параметров готовых хлебобулочных изделий «ПРОГНОЗ», позволяющая в процессе производства исключить пробные выпечки, осуществить автоматический выбор добавок-улучшителей и рекомендаций по изменению параметров технологического процесса.

4. Разработана структурная схема способа производства хлебобулочных изделий, включающая систему автоматизированного прогнозирования качества хлебобулочных изделий «ПРОГНОЗ» и обеспечивающая повышение эффективности работы предприятия, в частности экономию электроэнергии, сырья и т. д.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Новый способ и математические модели автоматизированного прогнозирования параметров качества готовых хлебобулочных изделий по параметрам сырья.

2. Способы и математические модели автоматизированной корректировки прогнозируемых параметров качества готовых изделий за счет виртуального выбора групп добавок-улучшителей и рекомендаций по изменению параметров технологического процесса.

3. Структурная схема способа приготовления хлебобулочных изделий, включающая автоматизированную систем}' прогнозирования качества хлебобулочных изделий и типовой комплекс технологического оборудования.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическую ценность работы составляют:

— разработанные в рамках предложенного подхода способы и математические модели автоматизированного прогноза и автоматизированной корректировки прогноза параметров качества готовых хлебобулочных изделий по параметрам муки за счет виртуального выбора группы добаЕок-улучшителей или изменения параметров технологического процесса;

— система автоматизированного прогнозирования качества хлебобулочных изделий «ПРОГНОЗ».

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы были обсуждены и одобрены на Первой Всероссийской научно-практической конференции «Автоматизация технологических процессов и управление производством на предприятиях пищевой промышленности» (г. Москва, МГАПП, 1996 г.). Первой международной научно-практической конференции «Проблемы здорового питания» (г. Орел, 1998 г.), а также на научно-технических конференциях в ОрелГТУ 1996;1999 г.

Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем диссертации

.

Диссертационная работа изложена на 104 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков и 15 таблиц. Состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников, включающего 76 наименовании, и семи приложений.

Выводы.

Разработанная система автоматизированного прогнозирования качества готового изделия «ПРОГНОЗ», ориентированная на персональные компьютеры типа IBM PC, включает две программы прогнозирования качества хлебобулочных изделий (Прогно-1 и Прогноз-2) и две программы расчета рецептур (Расчет-1 и Расчет-2), которые используют операционную систему DOS 6.22 или Windows 95.

Испытания автоматизированной системы «ПРОГНОЗ» и на базе этой системы сравнительные испытания способа приготовления хлебобулочных изделий в реальных условиях пекарни ООО «Визит» показали, что в течение месяца эффективность работы предприятия повысилась и в частности:

— экономия электроэнергии — 8%;

— экономия сырья — 9%,.

— сократилось время на расчеты рецептур с 40 до 5 минут,.

— экономия производственного времени — 9%,.

— общий годовой экономический эффект — 18,3 тыс. рублей. Предложенный способ внедрен на малом предприятии ООО «Визит» (г. Орел).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

При производстве хлебобулочных изделий сменяемость партий муки приводит к проведению пробных выпечек и соответственно к дополнительным материальным, энергетическим и другим затратам, к выпуску бракованной продукции и удлинению времени производственного цикла. Одним из путей оптимального функционирования предприятия является автоматизированное прогнозирование качества готовых изделий без пробных выпечек. При этом параметры готового изделия (пористость, объем, структура мякиша, цвет корки и т. д.) могут быть представлены в виде нечетких данных, например, структура мякиша может быть крупной, нормальной, плотной. Установление связей между параметрами сырья и параметрами готового изделия (прогнозирование) представляет сложную на сегодняшний день задачу.

В процессе выполнения работы получены следующие результаты:

1. Сформулирован подход к прогнозированию качества хлебобулочных изделий, основанный на представлении параметров муки, технологического процесса, добавок-улучшителей и готовых изделий в виде векторов нечетких множеств и их преобразованиях, позволивший разработать математические модели различных способов прогнозирования параметров готовых изделий.

2. В рамках сформулированного подхода разработаны способы и математические модели автоматизированного прогнозирования параметров готовых хлебобулочных изделий по параметрам сырья и корректировки прогноза за счет виртуального выбора добавок-улучшителей и изменения параметров технологического процесса, основанные на представлении нечетких множеств указанных параметров в виде подмножеств нечетких бинарных функций и их нечетких преобразований и позволившие при частой смене сырья сократить время производства, материальные затраты и стабилизировать параметры готовых изделий.

3. На базе полученных математических моделей разработана система.

96 автоматизированного прогнозирования параметров готовых хлебобулочных изделий «ПРОГНОЗ», позволяющая в процессе производства исключить пробные выпечки, осуществить автоматический выбор добавок-улучшителей и рекомендаций по изменению параметров технологического процесса.

4 Разработан способ производства хлебобулочных изделий, включающий типовую технологическую линию и автоматизированную систему «ПРОГНОЗ», обеспечивающий повышение эффективности работы предприятия, в частности экономию электроэнергии, сырья и т. д.

5. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для автоматизированного * расчета рецептур, позволяющие многократно сократить время расчетов с 40 до 5 минут.

6. Проведенные испытания разработанного способа приготовления хлебобулочных изделий на ООО «Визит» (г. Орел) подтвердили реализацию научных исследований и функционирования системы автоматизированного прогнозирования качества готовых изделий «ПРОГНОЗ» и позволили при каждой смене партии муки исключить пробные выпечки и получить в месяц экономию электроэнергии — 8%, сырья -9%, времени основного производства — 9%.

Общий годовой экономический эффект «18,3 тыс. рублей.