CC BY
6
5. Constructive-regime parameters of rotor-brush cleaner for tuberous roots dry cleaning / B. Nuralin, A. Bakushev, Y. Janaliev et al. // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2018; 40 (2): 113.
6. Пивень В.В., Уманская О.Л., Кривчун Н.А. Математическое моделирование траекторий движения компонентов при воздушном сепарировании сыпучих смесей // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 2. С. 128 - 132.
7. Ряднов А.И., Федорова О.А., Мамахай А.К. Совершенствование конструкции измельчителя корнеклубнеплодов // Вестник НГИЭИ. 2021. № 3 (118). С. 40 - 51.
8. Shukhanov S.N., Ovchinnikova N.I., Kosareva A.V., Dorzhiev A.C. Determination of the optimal incline
angle of the incision of the cutting machine of the tuber grinder of potatoes // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. III International Scientific Conference: AGRITECH-III-2020: Agribusiness, Environmental Engineering and Biotechnologies. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. 2020. С. 52026.
9. Шуханов С.Н. Совершенствование технических средств дозирования торфа при выращивании горшечных культур // Агропромышленные технологии центральной России. 2017. Вып. 3. № 4. С. 75 - 79.
10. Шуханов С.Н. Аналитическое исследование процесса дозирования торфа бункером - дозатором // Аграрный научный журнал. 2018. № 3. С. 56 - 57.
Станислав Николавич Шуханов, доктор технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского». Россия, 664038, Иркутская область, п. Молодежный, пер. Молодежный, 1/1, [email protected]
Stanislav N. Shukhanov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor. Irkutsk State Agricultural University named after A.A. Yezhevsky. 1/1, Molodezhny per., Molodezhny settlement, Irkutskii district, Irkutsk region, 664038, Russia, [email protected]
-Ф-
Научная статья
УДК 631.363:619:616.995.1
doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-156-159
Инновационная цифровая модель оптимизации энергоёмких динамических процессов в пищевой и перерабатывающей промышленности
Владислав Анатольевич Пушко1, Сергей Александрович Соловьёв2, Ирина Геннадьевна Бойко1
1 Оренбургский государственный аграрный университет
2 Аппарат главного учёного секретаря Президиума РАН
Аннотация. В статье представлены инновационные требования для повышения эффективности пищевого и перерабатывающего производства на основе цифровой модернизации вибрационных технологических процессов, энергетического оборудования в области комплексной переработки сельскохозяйственного сырья. Обоснован практический переход на одностадийный способ изготовления лекарственных смесей в птицеводстве. Предложен блочно-модульный принцип для совершенствования способа оптимизации технических средств исходя из контрольно-измерительных приборов, позволяющий определить рабочие характеристики при динамических воздействиях для проведения сертификационных испытаний при внедрении специального дискретного объёмного дозатора и конструкции смесителя периодического действия вибрационного типа. Для снижения рисков в производстве лекарственной смесей, применяемых в птицеводстве, разработана система контроля сельскохозяйственного сырья с одновременным осуществлением постоянного мониторинга содержания токсических веществ в исходном материале.
Ключевые слова: переработка сельскохозяйственного сырья, блочно-модульный принцип, вибрационный процесс, дискретный объёмный дозатор, смеситель периодического действия, цифровое производство, наночастицы.
Для цитирования: Пушко В.А., Соловьёв С.А., Бойко И.Г. Инновационная цифровая модель оптимизации энергоёмких динамических процессов в пищевой и перерабатывающей промышленности // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 156 - 159. doi: 10.37670/20730853-2021-90-4-156-159.
Original article
An innovative digital model of energy-intensive dynamic processes optimization in the food and processing industry
Vladislav A. Pushko1, Sergey A. Soloviev2, Irina G. Boyko1
1 Orenburg State Agrarian University
2 Office of the Chief Scientific Secretary of the Presidium of the Russian Academy of Sciences
Abstract. The article presents innovative requirements for increasing the efficiency of food and processing industries based on digital modernization of vibration technological processes of power equipment in the field of complex processing of agricultural raw materials. The practical transition to a one-stage method of manufac-
turing medicinal mixtures in poultry farming has been substantiated. A block-modular principle is proposed to improve the method for optimizing technical means, based on control and measuring instruments, which allows to determine the operating characteristics under dynamic influences for carrying out certification tests when introducing a special discrete volumetric batcher and the design of a vibrating-type batch mixer. To reduce the risks in the production of medicinal mixtures used in poultry farming, a system for monitoring agricultural raw materials has been developed with the simultaneous implementation of constant monitoring of the content of toxic substances in the starting material.
Keywords: processing of agricultural raw materials, block-modular principle, vibration process, discrete volumetric batcher, batch mixer, digital production, nanoparticles.
For citation: Pushko V.A., Soloviev S.A., Boyko I.G. An innovative digital model of energy-intensive dynamic processes optimization in the food and processing industry. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 90(4): 156 - 159. (In Russ.). doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-156-159.
Одной из главных задач перерабатывающего производства России является увеличение продукции животноводства и птицеводства для удовлетворения потребностей населения. В настоящее время общий объём производства комбикормов в мире составляет более 800 млн т в год, при этом качество смешивания комбикормов непосредственно зависит как от разработчиков смесительного оборудования, так и от производителей, которые стремятся к достижению высокой степени однородности смеси при значительных энергозатратах, трудоёмкости и капиталовложениях.
С целью обеспечения физиологической полноценности, профилактики заболеваний, стимуляции роста и продуктивности, обеспечения сохранности компонентов, увеличения доступности питательных веществ и улучшения вкусовых и технологических свойств смеси следует включать в состав кормов и рационов животных и птицы кормовые добавки, содержащие продукты растительного, животного, микробиологического, минерального и синтетического происхождения, или смеси, что является основным показателем качества.
При этом повышение требований к качеству премикса и БВМД, а именно к питательности, улучшению санитарного состояния, эффективному использованию сырьевых ресурсов, ведёт к увеличению удельных затрат кормов на производство животноводческой продукции. Применение комбикормов, премиксов и БВМД низкого качества, заражённых различными болезнетворными микроорганизмами, приведёт к росту заболеваний животных (в экстремальных ситуациях и к гибели) и, как следствие, снижению их продуктивности, дополнительным затратам на лечение и т.д.
Технологические операции, такие, как транспортировка, хранение и переработка, оказывают значительное воздействие на состояние животных и птицы. Их нарушение может стать причиной различных заболеваний, вызванных несоответствующими условиями содержания и кормления, бактериями, вирусами, токсическими веществами и др.
Основные этапы внедрения экологической безопасности для продукции переработки утверж-
дены в Комплексной программе развития биотехнологий в Российской Федерации до 2030 г.
Стратегия устойчивого развития должна способствовать увеличению производства комбикормов, премиксов и БВМД, поскольку продуктивность животных на 50 - 60 % зависит от качества потребляемого корма. Реализация Комплексной программы развития биотехнологий будет способствовать сокращению заболеваемости, повышению продуктивности, сохранности животных и птицы за счёт применения новых технических решений с учётом рациональных подходов, последних научных достижений.
Внедрение современных инновационных технологий и оборудования для пищевого и перерабатывающего производства значительно повлияет на производство продукции животноводства и птицеводства, где основой кормового рациона животных и птицы являются комбикорма, премикс и БВМД. Поэтому появление новых конструктивных решений для современной смесительной техники с изменением требований к ресурсным характеристикам, а именно сокращение времени проведения всего комплекса работ по внедрению специального смесительного оборудования, снижение затрат на единицу продукции, а также получение экологически безопасных пищевых продуктов являются актуальной проблемой.
Таким образом, в настоящее время комплексное применение информационных технологий определяет цифровую концепцию - интеграцию производственных процессов с интернет-технологиями и значительное сокращение времени на изготовление новой продукции, что характеризует конкурентоспособность перерабатывающего производства и увеличивает экспортный потенциал с сохранением продовольственной безопасности РФ.
Основным фактором, влияющим на создание высокоэффективной комбикормовой промышленности, является использование прогрессивных схем построения технологического процесса, внедрение современных подходов с учётом энергосберегающего и эффективного отечественного оборудования, автоматических систем управления производством.
Стратегия развития машиностроения для пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2030 г. по-
зволит обеспечить предприятия современным и высокотехнологическим отечественным оборудованием [1 - 4].
Следует отметить, что возникающие проблемы в области переработки сыпучего материала в большей степени обусловлены не только нерациональным использованием энергии, значительным сокращением природных ресурсов и экологической составляющей, но и нехваткой производственных и интеллектуальных возможностей и т.д. [5, 6].
Следовательно, для оптимизации энергоёмких технологических процессов и повышения эффективности управления производством комбикормов, премиксов и БВМД в пищевой и перерабатывающей промышленности необходимо использовать цифровую модель исходя из современных научно-практических подходов при внедрении блочно-модульной системы вибрационного типа для одностадийного дискретного объёмного дозирования и смешивания готовых смесей [7 - 10].
Рис. 1 - Система автоматизированного сбора данных результатов экспериментальных исследований установки смесителя вибрационного типа
Материал, методы и результаты исследования. В Оренбургском ГАУ разработана автоматизированная система, которая позволяет значительно сократить энергоёмкость и металлоёмкость смесительного дозирующего оборудования вибрационного типа при изготовлении новых лекарственных смесей (рис. 1). Блочно-модульные принципы её построения обеспечивают повышение качества готовой продукции, снижение их себестоимости и сокращение номенклатуры оборудования.
Для автоматизированного сбора информации, регистрации и статистической обработки данных использовано программное обеспечение SCADA - OWEN PROCESS MANAGER (ORM), предназначенное для осуществления связи ПК со следующими приборами: преобразователь интерфейса, преобразователь частоты векторный, счётчик оборотов (тахометр), измеритель-регулятор двухканальный, панель оператора программируемая (панельный контроллер).
В дозировании - смешивании необходимо использовать предлагаемую систему автоматизированного контроля процесса с надлежащей компоновкой, обеспечивающей комплексную регистрацию рабочих характеристик на основе адаптированного программного обеспечения. Таким образом в пищевой и перерабатывающей промышленности будет обеспечено непрерывное совершенствование производственной деятельности.
Вывод. На основе установленных взаимосвязей определена модель системы технологического управления исходя из интеграции в цифровое производство. Для значительного сокращения энергоёмкости и повышения производительности смесительного оборудования необходимо использовать схему блочно-модульного исполнения, которая состоит из основных конструктивных составляющих - смесителя и дозатора.
Литература
1. Стратегия развития машиностроения для пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2030 года / Распоряжение Правительства РФ от 30 августа 2019 г. № 1931-р.
2. Разработка баз данных интеллектуальных экспертных систем автоматического контроля показателей качества пищевой продукции / И.М. Донник, М.Г. Ба-лыхин, И.Г. Благовещенский [и др.] // ХИПС. 2018. № 4. С. 126 - 138.
3. Цифровая трансформация пищевой и перерабатывающей промышленности: аналит. обзор / Л.Ю. Конова-ленко, Н.П. Мишуров, И.Г. Голубев [и др.]. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2020. 80 с.
4. Григорьев С.Н., Кутин А.А., Долгов В.А. Принципы построения цифровых производств в машиностроении // Вестник МГТУ СТАНКИН. 2014. № 4 (31). С. 10 - 15.
5. Устройство объёмного дозирования сыпучих компонентов для производства комбикормов / Ю.А. Ушаков, В.А. Пушко, А.Р. Ягудин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. №3 (83). С. 226 - 229.
6. Афанасьев В.А., Орлов Е.Л., Богомолов И.С. НПЦ «ВНИИКП» высокоэффективные комбикормовые заводы в блочно-модульном исполнении // Птицеводство. 2020. № 1. С. 23 - 29.
7. Сиваченко, Л.А., Сиваченко, Т. Л. Управляемые вибрационные машины и технологии - основа создания новой отрасли промышленности - технологического машиностроения // Вестник Белорусско-Российского университета. 2016. № 3 (52). С. 74 - 85.
8. Карташов С.Г., Клычев Е.М. Способ приготовления кормолекарственных смесей с антигельминтиками // Российский паразитологический журнал. 2018. Т. 12. № 1. С. 70 -75.
9. Карташов С.А., Клычев Е.М. Модульное построение инновационного оборудования для приготовления обогатительных кормовых добавок // Инновации в сельском хозяйстве. 2019. № 3 (32). С. 186 - 196.
10. Пат. 2558940 РФ. Способ и устройство одностадийного дозирования и смешивания компонентов для приготовления кормолекарственных смесей / С.Г. Кар-ташов, Е.И. Резник, А.А. Перов, О.В. Полозова. Заявл. 07.03.2014. Опубл. 10.08.2015.
Владислав Анатольевич Пушко, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, [email protected]
Сергей Александрович Соловьёв, член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор. Аппарат главного учёного секретаря Президиума РАН. Россия, 119991, г. Москва, Ленинский просп., 14, sasolovev @presidium.ras.ru
Ирина Геннадьевна Бойко, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, [email protected]
Vladislav A. Pushko, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, [email protected]
Sergey A. Solovyov, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Doctor of Technical Sciences, Professor. Office of the Chief Scientific Secretary of the Presidium of the Russian Academy of Sciences. 14, Leninsky prospect, Moscow, 119991, Russia, sasolovev @ presidium.ras.ru
Irina G. Boyko, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Orenburg State Agrarian University. 18,
Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, [email protected]
-♦-
