Презентация на тему Системный подход к анализу пищевых производств

технологического потока
Прогнозирование технологического потока

линии, по существу, являются одним большим процессом (потоком). Поэтому

оптимизация процесса только в одном аппарате или одной машине без учета связей с процессами в другом оборудовании часто приводит к тому, что весь технологический поток далек от оптимального режима. Изучение процессов в целой линии обусловливает необходимость разработки методов их исследования на основе положений общей теории систем.

перерабатывающих производств следует считать анализ и синтез системы процессов,

выявление факторов, ведущих к распаду ее как органичного целого, и устранение этих факторов, пользуясь известными научными методами. Игнорирование концепции развития технологического потока при проектировании линий приводит к созданию нежизнеспособных систем.

из взаимосвязанных подсистем, между которыми существуют отношения соподчиненности с

тремя основными ступенями качества систем.

Системы пищевого
предприятия

система оперативного управления работой всех цехов, планирование запасов сырья

и реализации готовой продукции.

Основу средней ступени составляют технологические процессы в поточных линиях как совокупность специфических технологических операций.

Низшую ступень образуют типовые процессы пищевой технологии в определенном машинно-аппаратурном оформлении.

объединяющих, интегрирующих свойств целого, на учет взаимозависимости его частей

и позволяет свести различные задачи познания частей к единой комплексной проблеме, наметить генеральную линию ее решения и тем самым решить задачу познания и принципиального изменения целого. Современная наука и практика интерпретируют окружающую нас действительность не как отдельные, изолированные друг от друга объекты и процессы, а как определенные системные образования.

наши знания, но вместе с тем подготавливает условия для

осуществления системного синтеза дифференцированных знаний. Такое комплексирование дифференцированного знания является сегодня одним из необходимых и плодотворных направлений дальнейшего развития пищевой технологии

совокупность технологических операций. Он обладает н о в ы

м, с и с т е м н ы м к а ч е с т в о м, которого не имеет ни один из образующих его элементов. Системное качество заключается в гораздо более эффективном функционировании комплекса машин и аппаратов, нежели работа не объединенных в линию орудий труда. В линии эффективность технологических преобразований достигается в результате исполнения в высокой степени совершенства отдельных операций, что ведет к неизвестной до этого стабильности производства.

множество разнородных элементов (по крайней мере, двух), взаимосвязанных между

собой и образующих некоторое целостное единство, свойства которого больше суммы свойств составляющих его элементов
Элементами называют объекты, которые в совокупности образуют систему
Подсистема - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, реализующих определенную группу функций системы
Структура системы - это сеть отношений, т. е. определенная упорядоченность связей между элементами системы
Связи системы - это взаимодействия ее элементов, обеспечивающие возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Связи осуществляют обмен веществом, энергией и информацией между элементами системы и между системой и внешней средой.
Целостность системы определяется как совокупность элементов, взаимодействие которых обусловливает наличие новых качеств системы, не свойственных образующим ее частям

между его отдельными операциями.

поток с жесткой связью предусматривает жесткую

связь между выходом каждой предыдущей и входом каждой последующей операции; естественно, что длительность цикла каждой операции должна быть одинаковой или кратной циклу ведущей операции или группы их
поток с полужесткой связью характеризуется тем, что в нем имеются группы операций с жесткой связью лишь внутри самих себя; между собой эти группы имеют гибкие связи в виде операций хранения; конструктивно операция хранения реализуется в накопителях, бункерах, емкостях, ветвях конвейеров и т. д.;
поток с нежесткой (гибкой) связью отличается тем, что операция хранения обычно бывает между каждыми двумя технологическими операциями

- жесткой; б - полужесткой; в - нежесткой

разветвленные, причем последние имеют сходящиеся, расходящиеся и параллельные ветви.
В

простейшем случае операции составляют одну цепочку - неразветвленный поток. Такой поток предназначен для выработки преимущественно из одного вида сырья, одного вида продукции (цельного молока, ириса, леденцовой карамели, патоки из крахмала, макаронных изделий и т. д.).
Разветвленный сходящийся технологический поток предназначен для получения из нескольких видов сырья одного вида продукции (хлеба, сыра, пирожных и тортов, карамели с начинкой, конфет "Ассорти" и т. д.).
Разветвленный расходящийся технологический поток возникает при выработке из одного вида сырья нескольких видов конечного продукта (белых столовых виноматериалов из винограда, муки первого и второго сортов при помоле пшеницы, шоколада, какао-масла и какао-порошка при переработке какао-бобов и т. д.).
Технологический поток с параллельными ветвями образуется в случае одновременного параллельного функционирования ряда идентичных операций из-за недостаточной производительности оборудования на данном участке линии.

- разветвленный сходящийся;
в - разветвленный расходящийся; г -

разветвленный с
параллельными ветвями

характеризуется тремя параметрами: скоростью v, м/ч, площадью поперечного сечения

s, м2, а также плотностью ρ, кг/м3. Произведение этих параметров определяет его производительность П, кг/ч:

П=V⋅s⋅ρ

Идеальный технологический поток должен иметь:

1. Среднюю скорость в течение всего времени функционирования и на всем протяжении, равную максимально возможной с точки зрения физической, химической и микробиологической природы o6paбатываемого материала:
2. Максимальное поперечное сечение на всем своем протяжении;
3. Максимальную плотность в направлении его вектора скорости.

с неоптимальным расположением объектов;
б - с оптимальным расположением

объектов (поток с максимальной плотностью)

одинаковой производительности на всех операциях, объединенных в технологический поток.

При неодинаковой производительности каждой операции межоперационная передача объектов обработки превращается из простого перемещения их по одной и той же траектории в распределение на несколько ручьев при переходе от более производительных машин к менее производительным или, наоборот, в слияние нескольких ручьев в общий поток.

увеличении числа объединенных в технологический поток операций. Эта проблема

состоит в том, что при объединении существующих машин и аппаратов в линию остановка каждой из них приводит к остановке всей линии и, следовательно, к снижению коэффициента ее использования. Очевидно, что, начиная с некоторого числа операций, нецелесообразен переход от раздельных машин к линиям. Решение проблемы состоит, с одной стороны, в сокращении и упрощении технологии, а с другой − в повышении надежности оборудования.

ее, можно обрабатывать сырье с различными физико-механическими и биохимическими

свойствами и выпускать изделия разной формы. Сущность проблемы заключается в том, что машины, аппараты, а тем более линии, обеспечивают обычно производство лишь одного конкретного изделия данной геометрической формы из одного набора компонентов сырья. Решение проблемы − создание линий, на которых можно одновременно изготавливать различные номенклатуры изделий и полностью устранить частые переналадки линий.

обусловленная малой потребностью или необходимостью большого ассортимента. Ее решение

− полное устранение потерь рабочего времени при переходе к выпуску на линии нового продукта.

Пятая проблема − обеспечение рентабельности технологического потока. Переход к идеальному потоку часто принципиально возможен, но экономически нецелесообразен, так как затраты могут быть больше экономического эффекта от эксплуатации. Решение проблемы − создание таких машин, производительность которых может быть любой и определяться экономической окупаемостью.

две функции: обработку объекта (технологический процесс) и подачу объекта

обработки в рабочую зону (транспортный процесс). Комбинация технологического и транспортного процессов приводит к формированию четырех классов операций.

машин, реализующих операции 1 класса, обусловлена технологическими параметрами операции

и динамическими возможностями механизма перемещения пищевой среды в зону и из зоны обработки.

Перспектива развития операции II класса. Существенным отличием операций II класса является то, что вследствие совмещения во времени технологический и транспортный процессы не прерывают друг друга и могут происходить непрерывно с постоянной скоростью.

Перспектива развития операции III класса. В этих операциях, имеющих важное значение при создании линий, также важен характер соотношения между производительностью, динамическим режимом работы машин и технологическим режимом процесса.

Перспектива развития операций IV класса. Операции IV класса также позволяют создавать машины (аппараты) произвольной производительности.

на жёстких роторах, при роторно-конвейерной схеме – на гибких

замкнутых транспортных системах-конвейерах.
Эти две схемы машин имеют принципиальные различия, которые определяют их важнейшие технические возможности. Роторная схема машин соответствует начальной стадии развития операций III и IV классов и обладает ограниченными возможностями как по технико-экономическим показателям, так и по диапазону применения. Роторно-конвейерной схема машин соответствует развитой форме этих операций. Поскольку такие операции первоначально были реализованы в форме роторных машин и линий, то многие относящиеся к ним технические решения сохраняются и в роторно-конвейерных машинах и линиях.

- это логический способ воспроизведения в мышлении расчлененной объективно

существующей целостной системы.
Сущность анализа - расчленение целого на образующие его компоненты, части, выделение и изучение функций каждой из частей. Системный объект расчленяют в соответствии с присущими ему закономерностями, его функциями и структурой, с учетом состава компонентов и внутрисистемных связей. Смысл анализа - в определении места и роли каждого элемента в целостной системе.

Синтез - это физическое или мысленное воссоединение частей, границы которых были установлены в процессе анализа.
Синтез, так же как анализ, представляет собой сложный многоэтапный процесс. Многоэтапность синтеза обусловлена многоуровневостью сложных систем, их непрерывным развитием.

Рациональный метод анализа и синтеза технологических систем - разработка операторных моделей.

без сохранения поверхности раздела (смешивание сред); 2-соединение с
сохранением

поверхности раздела (образование слоя); 3-разделение на фракции; 4-измельчение;
5-сложный процесс преобразования (комплекс физических, химических и микробиологических
процессов); 6-дозирование; 7-формообразование; 8-ориентирование (в частности, предметов);
9-термостатирование (поддержание постоянной температуры); 10-нагревание; 11-охлаждение;
12-изменение агрегатного состояния; 13-хранение

исследователь выделяет в процессе познания определенную структуру объекта и

придает ей требуемое значение, которое является отражением взаимосвязи ее элементов.

При этом исследователь рассматривает объект в качестве системы, если необходимо исследовать объект в его целостности, а не как механическую сумму составляющих.

Модель представляет собой упрощение, определенным образом схематизированное отражение моделируемой системы. Это упрощение может выражаться в значительном сокращении в модели числа компонентов оригинала с сохранением лишь некоторых его общих морфологических черт, в сокращении числа взаимосвязей компонентов оригинала и упрощении их внутреннего содержания, в схематизации пространственного порядка и следования во времени присущих оригиналу компонентов и процессов и т.д.

моделированию строения технологического потока

сложную проблему, т. е. разрешить противоречие между необходимостью развития

поточной линии и невозможностью это сделать с помощью современной техники и технологии.

Моделирование строения технологического потока как системы имеет своей конечной целью выявление его механизма функционирования и развития.

При моделировании строения сложный объект качественно расчленяется на ряд простых, а в процессе моделирования его функционирования взаимодействия этих простых объектов выражаются количественно. Разрешение сложного технического противоречия распадается на ряд задач, которые имеют хорошо отработанные методы решения.

целом и ее частей отражают математические модели.

В математическом

моделировании технологических процессов пищевого производства сформировалось два направления: теоретическое и статистическое.

Теоретическое исследование базируется на применении различных математических методах

Статистическое исследование стохастических процессов имеет два подхода. Первый из них - регрессивный анализ - базируется на обработке результатов так называемых "пассивных" экспериментов. Второй - на обработке результатов «активных» экспериментов.

При оптимизации процессов все они сводятся к тому, чтобы найти минимум или максимум поверхности, описываемой уравнением целевой функции.

в подсистеме

по крайней мере, одним входом и одним выходом. Функционирование

процесса математически представляет собой преобразование входного вектора в выходной.

Закон преобразования входных факторов в выходной определяет является процесс детерминированным или стохастическим. Кроме прямой трансформации можно ввести обратную трансформацию

При обратной трансформации по значениям выходов процесса можно сделать заключение о состоянии его входов.

Кибернетическое моделирование устанавливает количественные и качественные связи между параметрами процесса и сводится к тому, чтобы теоретически или экспериментально найти оператор трансформации и в дальнейшем использовать его для изучения сущности процесса, а также для обратной трансформации при управлении им.

технологии определяет количественная оценка уровней организации бинарных систем, фактором

целостности которых является стабильность процессов их составляющих.
Стабильность i-й подсистемы технологии как системного объекта

где Нi − текущая информационная энтропия i-й подсистемы, соответствующая данному распределению значений показателя выхода подсистемы; Нmax − максимально возможная энтропия, соответствующая закону равномерного распределения.
Как известно, информационная энтропия

где P(xi) − вероятность попадания случайной величины в интервал (x(i-1); xi).
Для случая с двумя возможными исходами

Выбор основания логарифмов несуществен, так как от него зависит только масштаб измеряемой величины. Максимальное значение энтропия достигает тогда, когда P1 = P2 = ... = Рn = 1/n. Минимальное значение энтропия имеет тогда, когда одно из значений Р = 1, а остальные (n−1) значения вероятности составляют Р = 0.
В соответствии с формулой (4.3) максимально возможная энтропия, (бит)

технологической системы
При таком значении энтропии своего выхода подсистема сохраняет

достаточную стабильность и определенность и одновременно оставляет возможность для перемен и поддержания темпов развития. График совмещенных функций дает ясное представление о том, что развитие целесообразно не при всякой стабильности функционирования подсистем, а лишь при ŋ = 0,618. Другими словами, технологическая система, подсистемы которой имеют среднюю стабильность своих выходов 0,618 >> ŋ >> 0,618, в сущности, не должна и не может целесообразно развиваться: в первом случае из-за чрезвычайно низкой организации производства, а во втором, наоборот, − по причине чрезмерной заорганизованности.

вероятности параметра продукции при различных значениях коэффициента смещения: 1

− E = 0; 2 − Е > 0; 3 − E < 0

3 − T < 1

Кривые нормальной плотности вероятности параметра продукции при различных значениях коэффициента точности:
1 − T > 1; 2 − T = 1;