CC BY
82
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 664.655.1
ОПТИМИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ В ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ СФЕРЕ
А.Ф. Рогачев, доктор технических наук, профессор Д.В. Шатырко, ассистент
Волгоградский государственный аграрный университет
В статье представлены результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований по оптимизации проектных решений за счет автоматизации на основе микропроцессорного управления технологическими линиями в пищевой промышленности при производстве сухарных изделий.
Ключевые слова: инновационные проектные решения, сухарные изделия, конструктивно-технологическая схема, автоматизация, экспериментальные исследования.
Современное развитие хлебопекарной промышленности России характеризуется ежегодным падением объемов производства хлебобулочных изделий, обусловленные переходом от строительства крупных хлебозаводов к развитию сети малых предприятий, характеризующихся суточной нормой производства хлебобулочных изделий.
Хлебопекарная промышленность по количеству предприятий, объему и значимости продукции, стоимости основных производственных фондов является одной из ведущих отраслей пищевой промышленности России, однако отечественное технологическое оборудование, выпускаемое для хлебопекарных предприятий, уступает зарубежным аналогам по производительности, эксплуатационной надежности, энергоемкости и степени автоматизации.
Согласно действующему ГОСТ 30317-95 «Изделия хлебобулочные сухарные. Общие технические условия», на производство 1 тонны сухарных изделий на операцию раскладки ломтей на сетчатый под или листы, вручную затрачивается следующее количество времени: сухари дорожные - 549,0 мин.; сухари сливочные - 728,7 мин.; сухари ванильные - 1018,5 мин.; сухари московские - 634,8 мин.
По сравнению с другими операциями сухарного производства по установленным нормативам времени, трудовые затраты на раскладку ломтей самые высокие и составляют около 30 % рабочего времени данной технологической операции [2].
Сложившаяся практика закупки импортного оборудования за рубежом является вынужденной мерой и не решает проблемы в перспективе. Поэтому модернизация имеющихся и внедрение новых прогрессивных технологий позволит вывести производство хлебобулочных изделий на необходимый уровень развития. Проведение модернизации хлебопекарных производств позволит снизить издержки производства, обеспечить снижение удельного расхода энергоресурсов, расширить ассортимент вырабатываемой продукции, повысить пищевую и биологическую ценность хлебобулочных изделий [4]. Требуется совершенствования и расширения производство оборудования, допускающего гибкое регулирование технологических процессов замеса, брожения, формования тестовых заготовок, выпечки или сушки изделий на основе переоснащения технологических линий, отдельных участков и машин компьютерной и микропроцессорной техникой [5].
б)
Рисунок 1 - Известные поточно-технологические линии для производства сухарных изделий: а) Поточная линия для производства сдобных сухарных изделий: 1 - тестомесильная машина; 2 - дозатор весовой; 3 - дежи; 4 - дежеопрокидыватель; 5 - манипулятор-передвижитель; 6 - формующая машина; 7 - расстойный шкаф; 8 - хлеборезальная машина; 9 - хлебопекарная печь; 10 - камера охлаждения; б) Механизированная линия для производства сухарных изделий: 1 - формовочная
машина; 2 - закаточный механизм; 3 - автоматический цепной транспортер; 4 - расстойный шкаф; 5 - печь выпечки полуфабрикатов; 6 - шкаф для выдержки сухарных плит; 7 - сухарорезальную машину с конвейером выдачи 8; 9 - печь сушки сухаря; 10 - приемный стол
Целью настоящей работы является проведение НИОКР и теоретико-экспериментальное обоснование конструктивно-технологической схемы для автоматизации поточно-технологической линии по производству сухарных изделий на основе микропроцессорного управления.
Предварительный анализ показал, что для гарантированного, своевременного и бесперебойного производства сухарных изделий необходимо совершенствование как самой поточно-технологической линии (рис. 1), так и ее агрегатов, в частности конструктивных решений укладчиков порезанных ломтей (рис. 2).
Кроме того, в настоящее время выявлена тенденция роста количества хлебозаводов малой мощности, которым необходимо качественное, высокопроизводительное и энергосберегающее оборудование [6].
Устойчивость технологического процесса производства сухарных изделий во многом определяется бесперебойной и устойчивой работой всех агрегатов технологического процесса. Раскладчики должны обеспечивать соблюдение заданных технологических параметров, поточность выполнения операции, взаимодействие всех устройств между собой и с технологической линией по производству сухарных изделий.
На рисунке 2 представлены известные технические решения укладчиков ломтей, позволяющие частично решить перечисленные задачи, повысить производительность линии и снизить трудоемкость операции раскладки порезанных ломтей.
а)
б)
2 3
в)
Вертикальный транспортер Транспортер №3
Барабан
1 1 1 1 1 1
■ Транспортер №1 Хл ебо резал ьна я машина Укладчик
1 1 II _.............. 1.....1
Транспортер №2 Хлебопекарная печь
Посадчик
г)
Рисунок 2 - Технологические схемы раскладки сухарных ломтей: а) механического раскладчика сухарных ломтей: 1 - ленточный транспортер; 2 - двухцепной конвейер; 3 - толкатель; 4 - электродвигатель; б) машина для раскладки сухарных ломтей: 1 - ленточный транспортер; 2 - верхний транспортер; 3 - гребенка;
в)установка для раскладки сухарных ломтей: 1 - ленточные транспортеры; 2 - концевые выключатели; 3 - механизм для перемещения листов; 4 - хлеборезальная машина; г) схема посадчика сухарной заготовки под печь
Анализ существующих конструктивно-технологических схем укладчиков сухарных изделий показал, что они характеризуются рядом следующих недостатков, приведённых в таблице 1.
Из данных в таблице 1 следует, что узкими местами применяемой технологии являются большое количество рабочих, занятых на операцию раскладки, неравномерное распределение порезанных заготовок, а также значительная доля брака, достигающая 4...5 %.
Таблица 1 - Сравнительные характеристики проанализированных укладчиков сухарных заготовок
Название Производительность, кг/ч Цена, тыс. руб. Недостатки и преимущества
Механический раскладчик сухарных ломтей 450-500 450 Сложность конструкции раскладчика, неравномерность раскладки сухарных изделий
Машина для раскладки сухарных ломтей 500-600 500 Неравномерность раскладки сухарных изделий
Установка для раскладки сухарных ломтей 550-650 520 Сложность конструкции установки, неравномерность раскладки сухарных изделий
Посадчик сухарной заготовки под печь 600-700 850 Высокая цена, необходимость оптимизация оборудования технологического процесса
Автоматический Использование современ-
посадчик сухарных 650-750 750 ных средств автоматизации
заготовок на кон- сухарных изделий
вейер печи
С целью совершенствования технологического процесса, были разработаны следующие технические решения.
В схему разработанного укладчика для модернизируемой линии включено выравнивающее устройство, выполненное в виде приводного щеточного вала, предназначенное для равномерного распределения порезанных ломтей. Для контроля технологического процесса раскладки сухарных изделий предусмотрены современные средства автоматизации на основе микропроцессорных средств [1].
Для инженерного расчета параметров технологической линии производства сухарных изделий используют следующие зависимости, характерные конструкционно-технологические и энергетические показатели.
Коэффициент использования мощности линии рассчитывается по формуле:
Км = В/М , (1)
где В - выпуск фактический, т/сутки; M - мощность линии, т/сутки.
Производительность туннельной печи рассчитывалась по формуле, РЧ (кг/ч):
р n * 60 * m
4 " tB '
где n - количество изделий на поду, шт.; m - стандартная масса изделия, кг; tB — продолжительность выпечки, мин.
Расчет количества пече-часов (N4), необходимых для выполнения суточного задания, производят по формуле:
N4 = Рз / Рч , (3)
где Рз - суточное задание; Рч - часовая производительность печи.
Равномерность распределения порезанных ломтей для эффективной работы хлебопекарной печи рассчитывается по формуле:
П = Й1*Й2 , (4)
где n1 - количество изделий по ширине пода, шт.; n2 - количество изделий по длине пода, шт.
Для обоснования оптимальных параметров разработанного укладчика сухарных заготовок в научно-исследовательской лаборатории Волгоградского ГАУ проводился трехфакторный эксперимент по плану Бокса-Бенкина. Исследовалось влияние конструктивно-технологических параметров на производительность линии, снижение доли брака и качество выпекаемых сухарных изделий [3].
В основе результата параметров линейной скорости перемещения сухарных заготовок по конвейеру выдачи хлеборезательной машины, линейной скорости движения конвейера печи и угловой скорости вращения щеточного вала выравнивающего устройства принималась следующая параболическая зависимость, параметры которой экспериментально определялись по обработке результатов проведенного факторного эксперимента методом наименьших квадратов (МНК).
2 2
2 (5)
I ^^^ З^^^З I ^^^ I ^^^ 3x ^^^ I X I ,
где а - оцениваемые параметры моделей; £ - погрешность.
Численные значения параметров математической модели рассчитывались с использованием аналитической платформе Deductor Academic 5.3 в модуле Data Mining (моделирование, интеллектуальный анализ данных).
Показатели качества полученной модели подтверждают ее адекватность по кри-
а
терию Фишера, а также значимость основных параметров ' - по критерию Стьюдента, подтверждающих ее применение для обоснования параметров технологического процесса.
Поверхность отклика зависимости производительности линии от линейной скорости перемещения сухарных заготовок и угловой скорости вращения щеточного вала представлена на рис. 3.
х2
Рисунок 3 - Зависимость производительности линии от линейной скорости перемещения сухарных заготовок и угловой скорости вращения щеточного вала
Анализ полученных зависимостей позволяет обоснованно выбирать конструктивно-технологические параметры модернизируемой линии для производства сухарных изделий.
Таким образом, предложенная оптимизация проектных решений в продовольственной сфере, включая инновационные решения, выполненные на уровне мировой новизны, позволяет повысить технико-экономическую эффективность производства, снизить трудоемкость технологического процесса и сократить количество работников, например на операции раскладки порезанных ломтей на 5 человек. Расчетный экономический эффект при производстве сухарных изделий составляет 990,64 руб. на 1 тонну готовой продукции.
Библиографический список:
1. Автоматизированная линия для производства сухарных изделий [Текст]: пат. на изобретение № 2535401 РФ Л21Б13/08 / А.Ф. Рогачев, В.А. Шатырко, Д.В. Шатырко. - Опубл. 13.10.2014.
2. Проспект «Российская агропромышленная выставка «Золотая осень» [Текст]/ А.Ф. Рогачев, А.П. Евдокимов, Д.В. Шатырко. - Волгоград: ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ, 2014. - 4 с.
3. Рогачев, А.Ф. Математическое моделирование и эффективность внедрения технологических инноваций [Текст] / А.Ф. Рогачев, Н.Н. Скитер // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - № 4 (17). - С. 109-113.
4. Рогачев, А.Ф. Логистическое моделирование производственных процессов на предприятиях АПК [Текст] / А.Ф. Рогачев, Р.Е. Бабнюхов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2006. - № 3(3). - С. 91-96.
5. Устройство подготовки солевого раствора для натрий-катионитного фильтра: пат. на полезную модель №138575 [Текст]/Овчинников А.С., Рогачев А.Ф., Шатырко Д.В. - Опубл. 18.02.2014.
6. Хромеенков, В.М. Оборудование хлебопекарного производства [Текст]: учебник для нач. проф. образования / В.М. Хромеенков. - 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 268 с.
E-mail: rafr@mail.ru
