CC BY
1105.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические науки) йО!: 10.25712/А8Т11.2072-8921.2020.02.019 УДК 664
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НАУЧНОГО ОБОСНОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ МОДИФИКАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ
Н.А. Ермошин, С.А. Романчиков
Рассмотрены методологические аспекты научного обоснования новых технических решений модификации технических средств и технологического оборудования продовольственной службы. Предлагается концептуальный подход к техническому совершенствованию технологического оборудования для производства и оценки качества продуктов питания на основе комплексного применения совокупности методов таксономического анализа, теории планирования эксперимента, имитационного моделирования, а также статистических методов анализа точности и стабильности технологических процессов.
Новизной предложенного научного обоснования технических решений модификации технических средств и технологического оборудования продовольственной службы является комплексное применение совокупности методов таксономического анализа, теории планирования эксперимента, имитационного моделирования, а также статистических методов анализа точности и стабильности технологических процессов.
Новый подход состоит в том, что для научного обоснования технических решений используется комплексное применение методов теоретического и экспериментального исследования на основе установленного соответствия технических образцов Продовольственной службы предъявляемым к ней военно-техническим требованиям.
Ключевые слова: технические решения, научное обоснование, модификация, методология, аспекты.
ВВЕДЕНИЕ
Модификация технических средств продовольственной службы требует наличия соответствующей методологической базы, позволяющей принимать научно обоснованные технические и технологические решения в целях повышения эффективности продовольственного обеспечения. Несмотря на значительное количество исследований, выполненных в этой области, проблема формирования методологических принципов совершенствования технологического оборудования не решена. Во многом это объясняется ее сложностью, которая состоит в невозможности отразить все вопросы модификации с использованием какой-либо одной теории. Для научного обоснования технических решений требуется применение совокупности методов теоретических и экспериментальных исследований, позволяющих принимать технические решения проверки качества сырья, производства продуктов питания, их хранения и транспортировки.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В целях научного обоснования технических решений модификации технических средств и технологического оборудования продоволь-
ственной службы предлагается использовать методы таксономического анализа, теории планирования эксперимента, имитационного моделирования, а также статистические методы анализа точности и стабильности технологических процессов [1-5].
Так, для обоснования технических и эксплуатационных характеристик технических средств контроля качества продовольствия целесообразно использовать методы таксономического анализа [4].
В этом случае целью научного обоснования, как правило, является создание технических устройств, принцип работы которых основан на определении соответствия тех или иных показателей качества продуктов питания их физическим единицам измерения (силы света, силы тока, яркости, электропроводности, давления), определяемым с применением предлагаемых технических средств. Для оценки степени соответствия можно использовать результаты сравнения показателей качества эталонных образцов продовольствия с фактическими (измеренными) показателями качества исследуемых образцов, включая продукты питания низкого (сомнительного) качества и фальсификаты [6, 7, 8, 9, 10].
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НАУЧНОГО ОБОСНОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ МОДИФИКАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ
Количественные значения рассчитанных коэффициентов сходства эталонного образца с фактическим продуктом питания позволяют определить интервалы физических единиц измерения показателей качества, соответствующих свежему (эталонному), качественному, удовлетворительному качеству образца и неудовлетворительному качеству, а также фальсификату.
Исходя из этого, для оценки качества продуктов питания и исходного сырья можно успешно использовать принципы таксономического анализа, позволяющие на основе сравнения объектов по их признакам оценить меру их сходства. В этом смысле предлагаемый подход является моделью работы технических средств контроля за качеством продовольствия.
Если учесть, что показатели качества продуктов питания характеризует наличие или отсутствие у них определенных свойств, то эти показатели можно легко свести к логическим, что позволяет с достаточной точностью промоделировать работу технических средств контроля качества продуктов питания по определению меры сходства конкретного образца с эталоном.
При этом предполагается, что имеются признаки качества некоторого набора продуктов питания. В [7, 8, 9] такие признаки определены для мяса, рыбы, хлебопекарных дрожжей, овощей, фруктов и др.
В целях проведения расчетов формируется матрица (таблица 1), в которой каждому 7-му образцу продукта питания присваивается строка т с показателями § , принимающими значения единицы или нуля в соответствии с правилом:
§ =
1 при наличии у ] — го объекта I — го признака, 0 при отсутствии признака.
Наличие или отсутствие у объекта /-го признака при оценке его качества может быть отражено коэффициентом информативности, равным отношению числа объектов, у которых данный признак отсутствует, к числу объектов, у которых он есть:
п —
I§
К111 =_!±
инф I п
(1)
Т.*,
]=1
Таблица 1 - Признаки органолептических показателей качества продуктов питания
Продукты питания Органолептические показатели качества
Внешний вид Запах Вкус Текстура (консистенция) продукции
Цвет Форма Состояние поверхности
Мясо
свежее (эталонный образец) 0 0 0 0 0 0
качественное 0 0 0 0 0 0
удовлетворительное 1 0 1 0 0 1
неудовлетворительное 1 1 1 1 1 1
фальсификат 1 1 1 1 1 1
Рыба
свежее (эталонный образец) 0 0 0 0 0 0
качественное 0 0 0 0 0 0
удовлетворительное 1 0 0 1 0 1
неудовлетворительное 1 1 1 1 1 1
Масло коровье
эталонный образец 0 0 0 0 0 0
удовлетворительное 0 0 0 0 1 0
неудовлетворительное 1 1 1 1 1 1
фальсификат 1 1 1 1 1 1
Овощи
эталонный образец 0 0 0 0 0 0
удовлетворительное 0 0 1 1 0 1
неудовлетворительное 1 1 1 1 1 1
Ф эукты
эталонный образец 0 0 0 0 0 0
удовлетворительное 0 0 1 1 0 1
неудовлетворительное 1 1 1 1 1 1
Продолжение таблицы 1
Дрожжи хлебопекарные
эталонный образец 0 0 0 0 0 0
удовлетворительное 0 0 0 0 0 0
неудовлетворительное 1 1 1 1 1 1
Мука
эталонный образец 0 0 0 0 0 0
удовлетворительное 0 0 0 0 0 0
неудовлетворительное 1 1 1 1 1 1
фальсификат 1 1 1 1 1 1
Сахар
эталонный образец 0 0 0 0 0 0
удовлетворительное 0 0 0 0 0 0
неудовлетворительное 1 1 1 1 1 1
фальсификат 1 1 1 1 1 1
Следовательно, если признак характе- сономический анализ основан на попарном рен для всех образцов данного продукта пи- сравнении подвергающегося контролю об" разца с эталоном, то в качестве меры сход-тания (£5 = п), то его информативность ства рассчитывается коэффициент сходства
'=1 г я ^
т к( эт) по зависимости
равна нулю к^ ; тш = 0, и наоборот: если ^
признак имеется только у одного из п(^5.; = 1) образцов, то его информатив-
j=1
ность максимальна, -г. е. К^ф i max = п -1.
Однако распознание образца может производиться не только по наличию признака качества, но и по его отсутствию. Коэффициент информативности отсутствия у образца /'-го признака оценивается отношением числа объектов, у которых он присутствует, к числу объектов, у которых его нет:
п
К (°) = _jzi
инф i
п
n -jSji
j=1
(2)
Нетрудно заметить, что 1
К (°) инф i
К (1)
инф i
(3)
Значения коэффициентов К^ф t и
где Щ'1'1 = КНф 1 - весовой коэффициент, учитывающий вклад в меру сходства наличия у контролируемого и эталонного образца /'-го признака;
щ(0,0) = к(0) - весовой коэффициент,
1 инф 1
учитывающий вклад в меру сходства отсутствия у контролируемого и эталонного образца /-го признака;
щ (0,1,1,0) = 1 - весовой коэффициент, учитывающий вклад в формирование меры сходства несовпадения наличия или отсутствия у контролируемого и эталонного образца /-го признака.
Здесь
/1 I 1, если 5 , = 5 = 1
57(1,1) _ ] э__обг_этг_ ,
0 , в противном случае
¿(0,0) = I 1 если So6i = S3mt = 0 ' I 0 , в противном случае
К
(1)
нф i при расчетах целесообразно записать
в виде матрицы размером 2*т (где т - количество признаков, а 2 - информативность, отсутствие информативности), где в одной
строке указывается значение к , а во второй - к^ ^ для всех 1 = 1, т . Поскольку так-102
£(0,1;1,0) = I 1 ест Sш ф Sm ,
' I 0 , в противном случае
m
jj (S(u) + S(0,0) +S(0'1;1'0)) = m . (5) i=1
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НАУЧНОГО ОБОСНОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИИ МОДИФИКАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ службы
Если последовательно сравнивать эталонные и фактические образцы, то вычисленные коэффициенты сходства образуют матрицу размерностью N * М которая обладает интерактивными свойствами.
По значению коэффициента сходства, рассчитанному по формуле (4), определяется уровень качества конкретного продукта питания. В случае, когда признаки качества имеют не только логическую природу, но и количественные измерители, элементами матрицы являются конкретные физические единицы измерения качественных признаков эталонных образцов продуктов питания.
При этом учитываются следующие условия:
1. Сумма коэффициентов сходства объектов с самими собой к числу объектов
п
X К = п. (6)
] = сх г-]
2. Сумма коэффициентов сходства любого объекта с самим собой и со всеми объектами равна нулю:
п
X Ксх я = о, г = 1, п . (7)
]=1
Эти условия, характеризующие свойства продуктов питания эталонных образцов, дают возможность проверить правильность вычислений коэффициентов сходства.
Для модификации технических средств производства продовольствия целесообразно использовать статистические методы анализа точности и стабильности технологических процессов. Применение этих методов обеспечивает возможность выбора режимов работы технологического оборудования на всех этапах приготовления продуктов питания.
Имитационное моделирование и методы планирования эксперимента следует использовать для сокращения количества натурных испытаний образцов технологического оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания. Применение этих методов позволяет значительно сократить затраты на поиск оптимальных технических решений по применению конструкционных материалов для изготовления технических средств продовольственной службы.
Новизной предложенного научного обоснования технических решений модификации технических средств и технологического оборудования продовольственной службы является комплексное применение совокупности методов таксономического анализа, теории планирования эксперимента, имитационного
моделирования, а также статистических методов анализа точности и стабильности технологических процессов.
Новый подход состоит в том, что для научного обоснования технических решений используется комплексное применение методов теоретического и экспериментального исследования на основе установленного соответствия технических образцов Продовольственной службы предъявляемым к ней военно-техническим требованиям.
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
С использованием методов таксономического анализа проведена экспериментальная проверка разработанных технических решений [6, 7, 8, 9, 10] контроля качества продовольствия, их технических и эксплуатационных характеристик.
Экспериментальные исследования проводились методом определения коэффициентов сходства эталонных показателей качества продуктов питания с изменёнными показателями (фактическими единицами измерения качества исследуемых образцов).
Количественные значения рассчитанных коэффициентов сходства эталонного образца с фактическим продуктом питания позволили определить интервалы физических единиц измерения показателей качества соответствующих свежему (эталонному), удовлетворительному и неудовлетворительному качеству, а также фальсификату. Декомпозиция коэффициентов сходства эталонного образца с фактическим продуктом питания на основе таксономического анализа представлена на рисунке 1.
Исходя из этого, принципы таксономического анализа позволяют на основе сравнения объектов по их признакам оценить меру их сходства. По этому же принципу работают и предложенные [6, 7, 8, 9, 10] в диссертации технические средства контроля за качеством продовольствия.
Если учесть, что показатели качества продуктов питания характеризуют наличие или отсутствие у них определенных свойств, то эти показатели можно легко свести к логическим, что позволяет с достаточной точностью смоделировать работу технических средств контроля качества продуктов питания по определению меры сходства конкретного образца с эталоном. При этом предполагается, что имеются признаки качества некоторого набора продуктов питания. При проведении исследований такие признаки определе-
ны для мяса, рыбы, хлебопекарных дрожжей, овощей, фруктов и других продуктов питания. Значения полученных коэффициентов
К{о)
инф г
к(11 ,
инф г
рассчитанных по зависимо-
стям (2) и (3), показаны в таблице 2.
-Свежий
— Качественный —
Продукт питания (Эталон) —
Животного — пр оисхожд ения
Животного
Сомнителвно качественный
Животного
— Некачественнвга.
происхождения
Растителвного происхождения
— Дрожжи -
— Неорганический Растителвного
— Фалвсификат —Г происхождения
— Неорганический
происхождения
Растительного _ пр оисхождения
— Дрожжи -
Неорганический
Животного происхождения —
Растителвного происхождения
— Дрожжи-
Неорганиче ский
— сила тока _рН
_обвем сероводорода объем аммиака сила тока
[—рн
объем сероводорода объем аммиака
Еобъем спирта длина волны сила света
- давление -сила света
- длина волнв1 —сила тока _рН
объем сероводорода объем аммиака объем спирта длина волнв!
—С]
ила света
-давление
|—сила света —I- длина волнв1
— сила тока _рН
--объем сероводорода
объем аммиака _ объем спирта —(—длина волны '—сила света
-давление
сила света длина волнв1 —длина волнв1
- сила света "длина волнв1 —сила света
Рисунок 1 - Декомпозиция коэффициентов сходства эталонного образца с фактическим продуктом питания на основе таксономического анализа
Таблица 2 - Признаки органолептических показателей качества продуктов питания
и
Продукты питания Органолептические показатели качества
Внешний вид Запах Вкус Текстура (консистенция) продукции
Цвет Форма Состояние поверхности
Мясо
информативность 0,6 1,5 0,6 1,5 0,6 1,5
отсутствие информативности 1,5 0,6 1,5 0,6 1,5 0,6
Рыба
информативность 1 3 3 1 3 1
отсутствие информативности 1 0,3 0,3 1 0,3 1
Масло ко ровье
информативность 1 1 1 1 0,3 1
отсутствие информативности 1 1 1 1 3 1
Овощи
информативность 2 2 0,5 0,5 2 0,5
отсутствие информативности 0,5 0,5 2 2 0,5 2
Фрукты
информативность 2 2 0,5 0,5 2 0,5
отсутствие информативности 0,5 0,5 2 2 0,5 2
Дрожжи хлебопекарные
информативность 2 2 2 2 2 2
отсутствие информативности 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НАУЧНОГО ОБОСНОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ МОДИФИКАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ
Продолжение таблицы 2
Мука
информативность 1 1 1 1 1 1
отсутствие информативности 1 1 1 1 1 1
Саха э
информативность 1 1 1 1 1 1
отсутствие информативности 1 1 1 1 1 1
Сравнение подвергающихся контролю разцов занесены в таблицу 3, что позволило
образцов с эталоном осуществлялось по за- сформировать матрицу размерностью N х ы,
висимости (4). Результаты последовательно- которая обладает интенсивными свойствами. го сравнения эталонных и фактических об-
Таблица 3 - Матрица количественных значений признаков качества измеряемых устройствами контроля качества
Объекты Фотоэлектронный измеритель для экспертизы свежести пищевых продуктов по цвету Фотометр контроля качества продовольствия по измерению энергии, Лм/м2 Анализатор концентрации летучих, органических веществ в продуктах питания. Ом 1 м-1 Прибор для оценки свежести мясных н рыбных продуктов по рН: мА Анализатор качества хлебопекарных дрожжей по подъемной силе, Па
Красный, кд Зеленый, кд Белый, кд
Аммиак 1 Сероводород 1 Спирт
Мясо (свнннна)
эталонный образец 32-34 53-55 42-44 170-175 до 60 0 - 855-895 —
качественное 25-31 48-52 38-41 160-169 60-80 2 - 800-820 -
удовлетворительное 18-24 40-47 32-37 120-159 80-110 з - 680-750 -
неудов летв орнтельное 10-12 32-38 22-29 90-118 110-160 10 - 460-535 -
ф'альснфнкат < 9 нлн > 36 <30 нлн >58 <18 нлн > 46 <85 нлн > 180 0 1 0
Рыба (горбуша)
эталонный образец 28-30 48-50 46-48 160-165 0 0 - 630-680 -
качественное 24-27 45-47 41-45 150-159 э 2 - 575-600 -
удовлетворительное 17-23 40-44 31-40 130-149 10 з - 440-520 -
неудов летв орнтельное 9-15 30-35 22-30 110-125 20 10 - до 420 -
Масло коровье
эталонный образец 36-38 59-60 50-54 185-190 - - -
удовлетворительное 33-35 55-58 46-49 176-184 - - - - -
неудовлетворительное 30-32 50-54 40-45 150-170 - -
фальсификат <29 <48 <39 <145 нлн > 200 - - - - -
Овощи (капуста)
эталонный образец - - - - - - 0-10 -
удовлетворительные - - - - - - 11-20 - -
неудовлявсрнгельньк - - - - - - >21 - -
Фрукты (яблоки)
эталонный образец - - - - - - 0-15 - -
удовлетворительные - - - - - - 16-40 - -
неудовлетворительны; - - - - - - >41 - -
Дрожжи хлебопекари,» сухие
эталонный образец - 1050
удовлетворительные - - - - - - - - 1035
неудовлетворительны; - - - - - - - - < 1020
Мука пшеничная 1 сорт
эталонный образец 37-38 59-62 47-49 193-195 -
удовлетворительная 33-36 56-58 43-45 187-192 - - - - -
неудовлетворительная 30-31 53-55 42-47 180-185 - - - - -
фальсификат <29 <52 <43 <179 нлн > 196 - - - - -
Сахар-песок (белый СЕеклоЕнчныи сахар, мелкокрнсталлнческнн)
эталонный образец 39-40 64-65 58-60 198-200
удовлетворительное 35-38 60-63 54-57 194-197 - - - - -
неудовлетворительное 32-34 55-59 46-50 185-190 - - - - -
фальшфнкнт <30 <54 <45 <180 - -
Уровень качества конкретного продукта питания определялся по формуле (4), позволяющей рассчитать значение коэффициента сходства.
На основе проведенных экспериментальных исследований продуктов питания были разработаны программы для ЭВМ [11], обеспечивающие экспресс-оценку качества продуктов питания в любых природно-климатических зонах.
ВЫВОДЫ
Таковы основные методологические принципы и аспекты научного обоснования технических решений модификации технических средств и технологического оборудова-
ния продовольственной службы. Предполагается, что их применение позволит в значительной степени повысить обоснованность технических решений по разработке и принятию на вооружение новых высокотехнологичных и эффективных технических устройств, обеспечивающих решения задач продовольственного обеспечения ВС РФ, других войск, воинских формирований и органов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. -М. : Наука, 1976. - 280 с.
2. Ермошин, Н.А. Обоснование показателей качества инвестиционно-строительного проекта / Н.А. Ермошин, В.В. Шишкина // Региональные аспекты развития науки и образования в области архитектуры, строительства, землеустройства и кадастров в начале III тысячелетия // Материалы V Международной научно-практической конференции. - Комсомольский-на-Амуре государственный университет. - 2018. - С. 351-359.
3. Ермошин, Н.А. Комплексный подход к определению сроков разработки и повышению качества проектов транспортных сооружений / Н.А. Ермошин, А.А. Змеева // Актуальные проблемы транспортного обеспечения военной безопасности государства // Сборник материалов межвузовской научно-практической конференции. - СПб. : ВАМ-ТО, 2019. - 384 с. ; С. 177-184.
4. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. - М. : Высшая школа, - 1999. - 576 с.
5. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика : учеб. пособие для бакалавров / В.Е. Гмурман. - М. : Юрайт, 2013. - 479 с.
6. Романчиков, С.А. Фотометрический способ оценки качества продовольствия / С.А. Романчиков // Ползуновский вестник. - 2017. - № 4. -С. 26-30.
7. Романчиков, С.А. Использование принципов колориметрии и люминесценции для оценки качества продуктов питания для военнослужащих / С.А. Романчиков // Пищевая промышленность. -2018. - № 2. - С. 40-43.
8. Романчиков, С.А Способ электрохимического анализа качества пищевых продуктов /
С.А. Романчиков // Ползуновский вестник. - 2018. -№ 2. - С. 50-55.
9. Романчиков, С.А. Термодинамический способ оценки бродильной активности дрожжей при производстве хлеба / С.А. Романчиков // Хлебопродукты. - 2018. - № 5. - С. 55-57.
10 Романчиков, С.А. Способ газохромато-графического измерения содержания летучих органических веществ в составе пищевых продуктов / С.А. Романчиков // Новые технологии. - 2018. -№ 1. - С. 63-70.
11. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019616342. Методика оценки свежести продовольствия по измерению содержания летучих веществ образующихся при порче [Текст] / С.А. Романчиков, Г.В. Гайду-кевич // заявл. 06.05.2019; опубл. 22.05.2019. Бюл. 5.- С. 168-173.
Ермошин Николай Алексеевич,
д.воен.н., профессор, профессор 10 кафедры (автодорожной службы), Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева. 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, д.8, е-тэИ: ermonata@mail.ru.
Романчиков Сергей Александрович, к.т.н., старший преподаватель 3 кафедры (материального обеспечения), Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева. 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 8, e-mail.romanchkovspb@mail.ru.
