КУРС ЛЕКЦІЙ з дисципліни “ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ГАЛУЗІ” для студентів спеціальності 091709 “Технологія зберігання, консервування та переробки молока”
|
|
Скачати 1.62 Mb.
|
FEDCBA Провести прийман-ня сирови-ни та від-повідне оброблен-ня основ-ної і до-даткової сировини Забезпечити умо-ви для уповіль-нення протікання небажаних процесів при збе-ріганні продукту: підвищення кис-лотності, розша-рування, погір-шення мікробіо-логічних показ-ників Скласти нор-малізовану суміш шля-хом змішу-вання попе-редньо роз-рахованої кількості ком-понентів ос-новної та до-поміжної сировини Провести теплове та механічне оброблення нормалізо-ваної суміші згідно вимог НТД Провести фасування молока пас-теризовано-го з напов-нювачами згідно вимог НТД  Рис. 3 Граф цілей і задач виробництва молока пастеризованого з наповнювачами. Підсистема E характеризує процес приймання та підготовки основної та додаткової сировини. Її умовно можливо поділити на дві підсистеми більш низького рівня: Е1 – приймання і підготовка основної сировини (визначення якості незбираного молока, визначення маси молока, очищення, охолодження, тимчасове резервування) та Е2 – приймання і підготовка допоміжної сировини (визначення якості цукру – піску, кави, какао та ін., просіювання цукру, приготування екстракту кави та ін.). Аналізуючи функціонування визначених підсистем, можливо зробити висновок, що найбільший вплив на якість готового продукту мають підсистеми С і D. Тобто, ці підсистеми є головними або центральними і підлягають оптимізації в першу чергу. При аналізі складних процесів, коли не завжди можливим є визначення внутрішні зв’язки в системі використовують принцип «чорного ящика».Цей принцип полягає в тому, що не маючи вичерпної інформації про будову внутрішньої структури процесу, для його математичного описання використовують лише залежність вихідних величин від вхідних. Такий прийом значно спрощує порядок побудови математичної моделі. Аналізуючи поведінку моделі і порівнюючи її з поведінкою досліджуваної системи, можливо робити висновки про властивості самої системи і при їх спів паданні з властивостями моделі обрати робочу гіпотезу про будову досліджуваної системи. За принципом «чорного ящика» складається параметрична схема процесу в цілому або окремих найбільш суттєвих його ланок. Призначення та порядок побудови параметричних схем технологічних процесів Параметрична схема технологічного процесу складають з метою визначення факторів, що так чи інакше мають вплив на процес, параметрів, що характеризують його, а також показників, що визначають ефективність технологічної системи. Параметрична схема характеризує взаємозв’язок всіх факторів, параметрів і показників, що визначають вхід, стан та вихід технологічного процесу, які далі будуть включені до математичної моделі системи. При побудові параметричної схеми елемент технологічного процесу умовно зображують у вигляді прямокутника – абстрактної системи, внутрішні процеси та перетворення в якій докладно не вивчаються. Визначаються лише вхідні параметри, які визначають характер функціонування системи та вихідні параметри, які характеризують кінцевий результат. Тому таку модель часто називають «чорним ящиком», зображення якої представлено на рис. 4. Стрілки до «чорного ящика» означають чисельні характеристики певних дій на обєкт та отриманих результатів. Стрілки, направлені всередину, отримали назву факторів оптимізації, які умовно поділяються на керуючі та збурюючі. Керуючі фактори (Х1, Х2, , Хm) – фактори, що мають суттєвий вплив на результат функціонування системи, і значення яких можливо змінювати у визначених межах у відповідності із конкретними умовами, тобто керувати процесом (наприклад, тиск та температура випаровування у вакуум – випарній установці, подача сировини при виробництві згущених молочних консервів, температура та тривалість сквашування при виробництві кисломолочних продуктів). Збурюючі фактори (1, 2, , k-1, k)– фактори, які хоча і мають вплив на процес, але він або є незначним і з деяким наближенням ним можна знехтувати, або хоча і мають суттєвий вплив, але їхні значення не піддаються керуванню. Наприклад, наявність інгібуючих речовин вихідної молочної сировини, активність закваски та зміна її активності в процесі сквашування. Стрілки, направлені назовні характеризують результати функціонування системи, що отримали назву параметрів процесу і які умовно поділяються на керовані та параметри стану. К  еровані параметри (Y1, Y2, , Yn-1, Yn) – характеризують результат функціонування системи, наприклад вихід продукту, масова частка вологи сиру кисломолочного або сичужного, реологічні властивості кисломолочних згустків. Із числа керованих параметрів обирається параметр оптимізації.Параметри стану (U1, U2, , Up-1, Up) – характеризують результат функціонування системи, але ці характеристики є технологічно чи технічно незначущими на даному етапі оптимізації. При зміні вихідних умов параметри стану можуть частково відноситись до керованих параметрів. По відношенню до процесу керуючі і збурюючі параметри відносяться до зовнішніх, а керовані та параметри стану – відповідно до внутрішніх, так як були отримані в результаті діяльності системи. Слід пам’ятати, що при складанні параметричної схеми до уваги беруться тільки ті фактори, що мають чисельне значення. Вибір цільової функції процесу визначається метою функціонування підсистеми. При зміні поставленої задачі деякі з керуючих факторів можуть бути віднесені до збурюючих та навпаки, або навіть керуючі фактори і керовані параметри можуть мінятись місцями. Параметричну схему можливо складати як для технологічного процесу в цілому, так і для окремих ланок його виробництва залежно від поставленої задачі. Зазвичай для детального аналізу складних технологічних систем складають параметричні схеми найбільш суттєвих (головних, центральних) її ланок. Як приклад розглянемо побудову параметричної схеми виробництва сметани резервуарним способом (рис.5).        Іп tзc tc Дз с СКВАШУВАННЯ         Рис. 5 Параметрична схема центральної підсистеми виробництва сметани резервуарним способом. За попереднім аналізом системи визначено, що основною (головною) підсистемою процесу виробництва сметани є отримання згустку. Ця ланка включає процеси заквашування і сквашування оброблених вершків. Метою операції заквашування є створення благоприємних умов для протікання біохімічних, колоїдних і мікробіологічних процесів для отримання продукту із стандартними, властивими саме цьому продукту показниками: кислотності, реологічних властивостей, вмісту смако – ароматичних речовин. Побудову параметричної схеми починають з аналізу вихідних величин, що характеризують напівфабрикат на початковій стадії. Заквашена суміш характеризується наступними показниками: масою Мс (якщо на меті ставиться збільшення виходу продукції), температурою tc , масова частка жиру Жс та доза внесеної закваски (Дз). Ці показники цілеспрямовано формують на стадії заквашування, тому вони можуть бути віднесені до вихідних керованих параметрів. Також заквашена суміш характеризується показником кислотності (Кс) та реологічними показниками (Rв), але вони не підлягають цілеспрямованому зміненню під час заквашування і лише характеризують заквашену суміш. Тому їх слід віднести до вихідних параметрів спостереження або параметрів стану. До вхідних відносять керуючі та збурюючі фактори. Керуючими факторами є маса (Mнв) та масова частка жиру нормалізованих вершків (Жнв), їх температура (tв), маса внесеної закваски (Мзакв). Для того, щоб змінились керовані параметри, проводять направлене змінення керуючих. До збурюючи факторів відносять масу заквашеної суміші (Мс), її температуру (tзc) та масову частку жиру (Жс), які на змінити неможливо, але потрібно їх враховувати при керуванні технологічним процесом. На етапі сквашування суміші до керованих параметрів слід віднести кислотність продукту (Кпр), реологічні властивості (Rпр) та вміст ароматичних сполук (Ар). До параметрів стану, які характеризують результат функціонування системи – готовий продукт сметану, але технологічно не піддаються керуванню на цій стадії – маса продукту (Мпр) та масова частка жиру (Жпр). або вони не мають принципового значення при формуванні характеристик готового продукту – температура (tпр). До збурюючи факторів слід віднести початкову кислотність заквашеної суміші (Кс), масу суміші (Мс), наявність інгібуючих речовин (Ір) та склад сквашених вершків (масова частка сухих речовин, білку, вуглеводів і т.ін.). Як вже говорилась раніше, з метою оптимізації технологічного процесу одночасно може бути обраний лише один параметр із числа керованих. Відповідно цільова функція процесу визначається як залежність параметру оптимізації від керуючих факторів. Значення збурюючих факторів при цьому по можливості фіксується на сталому рівні або враховується при проведенні досліджень (наприклад, в сировині потрібно ретельно контролювати можливий вміст інгібуючих речовин). Якщо в якості параметру оптимізації було обрано отримання найкращих реологічних властивостей продукту, цільова функція процесу буде мати вигляд: Rв= F (Дз,Іп, tзc, tc, с). Оптимізаційні задачі вирішуються в виробничій діяльності на підприємстві, при виконанні науково – дослідних робіт та проектуванні. В науково – дослідній та виробничій діяльності найчастіше доводиться вирішувати задачі по удосконаленню технологічних процесів, встановлення оптимальних технологічних параметрів в процесі експлуатації лінії, коректування технологічних режимів залежно від якості сировини та інших факторів зовнішнього середовища. Вибір і дотримання оптимальних параметрів може здійснюватись: як шляхом прогнозування оптимальних режимів на підставі інформації, отриманої на попередній стадії виробництва та математичних моделей, що описують закономірності процесу, так і шляхом коректування технологічних режимів із запізненням на підставі інформації, отриманої на даній стадії виробництва раніше. Наприклад, якщо у виробництві сичужних сирів показник якості не відповідає вимогам нормативної документації, на підставі даних про показники якості вихідної сировини і отриманої математичної моделі прогнозуються оптимальні параметри проведення процесу. За іншим варіантом, підбирають відповідно до отриманої математичної моделі такі значення параметрів процесу, застосування яких забезпечує отримання готового продукту із заданими показниками якості. Питання для самоперевірки:
ЛЕКЦІЯ №5Вимоги та порядок вибору вихідних даних для оптимізації технологічних процесів.
Підготовка до проведення досліджень. Види експериментів. З метою раціонального і коректного визначення оптимальних технологічних параметрів необхідно отримати математичну модель, що найбільш точно (адекватно) описує технологічний процес. Для отримання математичної моделі технологічного процесу виробництва того чи іншого виду продукції, чи окремих його ланок, після детального аналізу обраної технологічної системи необхідно провести серію експериментальних досліджень. Реальні задачі експериментування можливо розділити на задачі опису, мета яких – вивчення запальних закономірностей явищ і процесів і екстремальні задачі, мета яких – виявлення оптимальних умов проведення процесів. Часто задачі опису та екстремальні вирішуються спільно. В усіх випадках найкращим результатом експериментування є побудова математичної моделі. За допомогою математичної моделі дія досліджуваного об’єкту описується у вигляді математичних залежностей і рівнянь. Моделі можливо спробувати побудувати на основі знань механізмів явищ, тобто теоретичним шляхом. Але механізми більшості явищ вивчені недостатньо для того, щоб тільки з теоретичних міркувань побудувати математичну модель того чи іншого процесу. Найбільш реалістичним шляхом побудови математичних моделей є експеримент. За способом організації розрізняють пасивний та активний експеримент. У першому випадку об´єкти досліджень спостерігають, результати реєструють і обробляють. За результатами багаторазових спостережень оцінюють властивості об´єкта. Експеримент, при проведенні якого цілеспрямовано змінюються параметри проведення технологічного процесу із наступною реєстрацією результатів, називається активним. Активний експеримент дозволяє:
Активний експеримент можна планувати. Методи, що здійснюють активне експериментування, називаються методами планування експерименту. При підготовці до проведення експериментальних досліджень насамперед обираються об’єкт, параметр та фактори оптимізації, а також вид математичної моделі. До об’єкта, на якому буде здійснюватись експеримент, пред’являються умови:
Експеримент характеризується відтворюваністю, якщо при фіксованих умовах досліду в різний час отримується один і той же результат в межах заданої похибки експерименту. Допустима похибка при проведенні експериментальних досліджень зазвичай приймається на рівні 5% ((1 – 3)% при проведенні медико – біологічних досліджень). Порядок вибору параметру оптимізації При плануванні екстремального експерименту важливим є вибір параметру оптимізації, тобто показнику процесу, за яким буде проводитись оптимізація. Параметр оптимізації є реакцією (відгуком) на дію факторів, що визначають поведінку обраної системи. Зазвичай, можливо визначити велику кількість параметрів, із яких потрібно обрати «найкращий», «найвагоміший». В якості вихідних параметрів можливо розглянути: вихід продукції, показники якості продукту, його собівартість і т. д. Від вибору параметру оптимізації багато в чому залежить успіх вирішення поставленої задачі. Реальні ситуації є завжди складними, вони потребують одночасного врахування декількох, або багатьох параметрів. Але рух до оптимуму можливий, коли обрано один єдиний параметр оптимізації. При цьому інші характеристики процесу вже не виступають в якості параметрів оптимізації, а служать обмеженнями. Інший шлях – побудова узагальненого параметру оптимізації як деякої функції від множини вихідних. Побудова узагальненого параметру оптимізації пов'язано із створенням єдиної ознаки, що кількісно визначає функціонування досліджуваного об'єкту з багатьма вихідними параметрами. Параметр оптимізації повинен бути кількісним, крім того повинна бути можливість вимірювання його при будь-якій можливій комбінації факторів. Множину значень, які може приймати параметр оптимізації, будемо називати областю його застосування. Області застосування можуть бути безперервними, дискретними і необмеженими. Вміти вимірювати параметр оптимізації – це значить мати необхідний прилад. В ряді випадків такого приладу або не існує, або він занадто дорого коштує. Якщо не має способів кількісного вимірювання результату, користуються так званим ранжуванням (ранговим підходом). При цьому параметрам присвоюються оцінки-ранги за раніше обраною шкалою: 5-бальною, 20-, 100-бальною. Ранговий параметр має дискретну обмежену область визначень. У найпростішому випадку область має 2 значення (“так”, “ні” або “добре”, “погано”), що може, наприклад, відповідати придатності продукту або браку. Тобто, ранг – кількісна оцінка параметру оптимізації, що має умовний (суб'єктивний) характер. У відповідність якісному показникові ставиться деяке число – ранг. Для кожного фізично виміряного параметру оптимізації можливо побудувати ранговий аналог. Необхідність такої побудови виникає, якщо отримані чисельні характеристики є неточними, або невідомий спосіб побудови задовільних чисельних оцінок. Але при інших рівних умовах перевагу необхідно надавати фізичному вимірюванню, таким чином ранговий підхід є дещо неточним, менш чутливим. Наступна вимога – параметр повинен задаватись одним числом. Іноді це відбувається природно, як реєстрація показань приладів. Іноді, наприклад, потрібно отримати продукт із заданим співвідношенням компонентів А:В=3:2. Один із варіантів вирішень: число 1,5, а у якості параметру оптимізації користуються значеннями відхилень (або квадратів відхилень) від цього числа. Параметр оптимізації повинен бути однозначним у статистичному відношенні. Заданому набору значень факторів повинно відповідати одне з точністю до помилки експерименту значення параметра оптимізації. Однак зворотне невірно: одному й тому ж значенню параметру може відповідати різний набір факторів. Для успішного досягнення мети оптимізації необхідно, щоб параметр оптимізації дійсно оцінював ефективність функціонування системи. У раніше обраному сенсі; уявлення про ефективність не зостається постійним у ході досліджень, воно змінюється по мірі накопичення інформації залежно від досягнутих результатів. Наприклад, спочатку як параметр цікавить вихід продукту, потім, коли можливість підвищення виходу вичерпана, нас починають цікавити такі параметри, як чистота продукту, його собівартість. Говорячи про оцінювання ефективності функціонування систем, мова іде про систему в цілому. Часто системи складається із ряду підсистем, кожна з яких оцінюється своїм локальним параметром оптимізації. Параметр оптимізації повинен бути універсальним, тобто всебічно характеризувати об'єкт. Параметр повинен мати фізичний сенс, бути простим і легко обчислюватись, бути суттєвим для всіх станів процесу. При дослідженнях технологічних процесів параметрами оптимізації можуть бути: вихід продукції, продуктивність апарату, показники якості продукції – масова частка вологи, кислотність, в’язкість, здатність утримувати сироватку просторовою структурою молочно – білкового драглю тощо, а також собівартість, витрати сировини, вихід продукції. |
Схожі:
|
КУРС ЛЕКЦІЙ для студентів спеціальностей 091700 «Технологія зберігання,... «Технологія зберігання, консервування та переробки молока» і «Технологія жирів і жирозамінників» напряму 0917 «Харчова технологія... |
Навчально-методичний посібник для самостійного вивчення навчальної... «Товарознавство і комерційна діяльність», 05170104 «Технологія зберігання, консервування та переробки м’яса», 05170107 «Технологія... |
|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ... «Технологія зберігання, консервування та переробки молока» і «Технологія жирів і жирозамінників» напряму 0917 «Харчова технологія... |
Конспект лекцій з курсу “ Системно-структурне моделювання технологічних... Конспект лекцій з курсу “Системно-структурне моделювання технологічних процесів” / Укладач П. В. Кушніров. – Суми: Вид-во СумДУ,... |
|
Курс лекцій СУМИ 2003 МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ СУМСЬКИЙ... Курс лекцій спрямований на надання студентам допомоги по вивченню навчального курсу з „Торгового права” та розрахований на студентів... |
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ з дисципліни “ СТРАХОВІ ПОСЛУГИ ” для напряму підготовки 0501 зі спеціальності Напрямки вдосконалення державної політики в галузі страхування Контрольні питання |
|
Курс лекцій Київ 2006 Київський Національний Університет культури і мистецтв Безклубенко Сергій Данилович. Основи філософських знань. Курс лекцій для слухачів Академії пепрукарського мистецтва та студентів... |
КУРС ЛЕКЦІЙ для студентів спеціальності «Економіка підприємства» Розглянуто і схвалено на засіданні обласного методичного об’єднання викладачів економічних дисциплін вищих навчальних закладів І-ІІ... |
|
1. Сутність принципи і роль страхування Говорушко Т. А., Еш С. М., Дем’яненко І. В., Г.І. Лановська. Страхування. Курс лекцій для студентів спеціальності «Фінанси» денної... |
Конспект лекцій з дисципліни «Особливості водопостачання і водовідведення... Конспект лекцій з дисципліни «Особливості водопостачання і водовідведення промислових підприємств» (для студентів 5-6 курсів денної... |
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua