CC BY
4
УДК 004.942-664.951
ПОДСИСТЕМА «СЫРЬЕВАЯ БАЗА И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА «ТЕХНОЛОГИЯ РЫБНЫХ ПРОДУКТОВ»
В.Д. Богданов, А.А. Ефимов, М.В. Ефимова (КамчатГТУ)
Приведены цели, задачи и содержание научно-исследовательской работы по созданию тренажерного комплекса, предназначенного для подготовки специалистов-технологов рыбной промышленности. Работа, проведенная в 2007 г., включала создание базы данных для моделирования технологических процессов обработки водного сырья и демонстрационной версии технологического процесса.
Scientific work on developing a simulator unit for training fish industry specialists-technologists, its purpose and tasks are taken into consideration in this article. The work carried out in 2007 included the creation of database for modeling the technological processes for raw products processing and a technological process itself.
В системе подготовки кадров рыбной промышленности в настоящее время используется тренажерная техника, разработанная различными специализированными фирмами для специалистов морского профиля. Однако для технологов рыбных продуктов такие разработки не проводились, и готовых программных тренажерных комплексов на сегодняшний день не существует.
На кафедре технологии рыбных продуктов проводится научно-исследовательская работа по созданию тренажерного комплекса «Технология рыбных продуктов». Проект нацелен на создание подсистемы «Сырьевая база и современные технологии» тренажерного комплекса на базе персонального компьютера с использованием методов математического моделирования, позволяющих анализировать режимы всех технологических процессов - от приемки сырья до хранения готовой продукции.
Качество подготовки специалистов-технологов рыбных продуктов во многом определяет эффективность работы рыбохозяйственного комплекса России. Освоение и внедрение новейших технологий невозможно без квалифицированного кадрового состава предприятий. Существующая в настоящее время лабораторная база вузов рыбной отрасли позволяет в целом готовить современных специалистов-технологов. В то же время тренажерные формы подготовки применяются не в полной мере. Увеличение прибыли рыбообрабатывающих предприятий зачастую возможно только при условии оптимизации технологических процессов. Именно необходимостью оптимизации технологических процессов обосновывается актуальность разработки данного компьютерного тренажера.
Наличие очень большого количества самых разнообразных технологий переработки водного сырья, в том числе безотходных и комплексных, не дает возможности выбрать самую оптимальную для каждого конкретного вида сырья в зависимости от его сезона вылова, качества, структурно-механических свойств, химического состава. Особенно сложной становится задача при изменчивости этих характеристик внутри одного биологического вида объектов промысла.
В условиях рыночной экономики увеличилась доля малых, «узкопрофильных» рыбообрабатывающих предприятий. Это не дает возможности обучающимся закрепить полученные теоретические знания в период прохождения производственной практики, что в итоге ведет к сужению профессионального и тем более творческого мышления. Следовательно, решить создавшуюся проблему можно с помощью виртуальной отработки навыков.
Тренажер предназначен:
- для обучения студентов в высших учебных заведениях по специальностям 260302 «Технология рыбы и рыбных продуктов» и 260100 «Технология продуктов питания» квалифицированному ведению технологических процессов переработки водного сырья на основе знания физикохимических, биохимических, микробиологических, гистологических изменений, происходящих в сырье, полуфабрикате и готовой продукции на всех стадиях создания и существования продукции;
- для использования в научно-исследовательской работе с целью оптимизации режимов и повышения эффективности технологических процессов, так как применение тренажера позволит углубить знание технологических процессов.
Целесообразность реализации данного проекта на Камчатке диктуется огромным разнообразием объектов промысла, составляющих сырьевую базу региона, а также необходимостью расширения возможностей технологической базы по переработке рыбной продукции в России.
Суть проекта состоит в разработке компьютерного тренажера на основе анимационных программных технологий и моделирования технологических процессов переработки водного сырья с возможностью поиска оптимальных решений при различном наборе критериев. Продукция представляет собой специализированный компьютерный пакет с мультимедийным интерфейсом.
В результате проделанной в 2007 г. работы создана подсистема «Сырьевая база и современные технологии» тренажерного комплекса «Технология рыбных продуктов» и демонстрационная версия программного обеспечения «Тренажер линии производства мороженой продукции». Работа включала последовательное выполнение задач, а именно:
- разработка структуры электронной библиотеки по основным промысловым объектам Камчатки;
- подготовка информационно-аналитических материалов для электронной библиотеки;
- объединение вышеуказанных результатов и формирование электронной библиотеки;
- разработка демоверсии программного обеспечения интерактивной модели технологического процесса;
- разработка демоверсии программного обеспечения взаимодействия модели с электронной библиотекой;
- разработка демоверсии программного обеспечения операционного пульта управления и контроля;
- объединение вышеуказанных результатов, отладка и тестирование программного обеспечения в демонстрационном варианте.
В базе данных содержится информация по 17 видам промысловых объектов (горбуша, камбала белобрюхая, камбала желтобрюхая, камбала желтоперая, кета, кижуч, краб камчатский, минтай тихоокеанский, навага тихоокеанская, нерка, окунь тихоокеанский морской, палтус тихоокеанский черный (синекорый), палтус тихоокеанский белокорый, сельдь тихоокеанская, терпуг северный одноперый, треска тихоокеанская, чавыча).
База данных выполнена в формате Microsoft Access 2002 (10.2701.2625). В нее включены следующие характеристики сырьевых объектов:
- вид объекта;
- район промысла;
- период промысла;
- период нереста;
- основной способ добычи;
- размерно-массовые характеристики, в том числе промысловые длина и масса;
- допустимая высота слоя при хранении;
- допустимое время хранения до обработки без охлаждения;
- насыпная масса неразделанного сырья;
- массовый состав;
- химический состав мышечной ткани и органов;
- характерные для объекта виды паразитических организмов.
База данных состоит из 46 таблиц, каждая из которых содержит информацию по отдельному виду промыслового объекта или список параметров. По каждому объекту создана основная таблица, в которой приведена информация по району и периодам лова и нереста, морфологическим характеристикам сырья, технохимические параметры, биохимический и элементный составы. Данные по составу приведены парами - минимальное и максимальное значения.
Состав и формат полей основной таблицы одинаков для всех видов сырья, за исключением краба камчатского по причине специфичности его морфологии и технохимических характеристик. Дополнительные таблицы введены для описания свойств сырья, специфичных для некоторых конкретных объектов. Списки параметров по видам сырья, районам промысла, периоду промысла отражены в соответствующих таблицах.
При создании подсистемы «Сырьевая база и современные технологии» тренажерного комплекса «Технология рыбных продуктов» использованы современные программные средства и технологии, которые обеспечивают высокую надежность, качество и функциональность.
Структура базы данных дает возможность дальнейшего ее расширения и структурирования за счет включения новых объектов обработки и добавления новых данных о свойствах сырья, закономерностях их изменений в процессе технологической обработки, которые будут получены на последующих этапах научно-исследовательской работы.
Взаимодействие программы, модели с базой данных организовано на технологии dbGo.NET. Используется провайдер данных Microsoft Jet 4.0 OLE DB, платформы NET Framework.
Операционный пульт - главная операционная панель - состоит из взаимосвязанных панелей управления, объединенных между собой логикой программы. Часть панелей, обеспечивающих базовые функции программы, обращение к которым происходит часто, создается при старте программы и визуализированы постоянно. Часть панелей, обеспечивающих взаимодействие с оператором на отдельных этапах, создается и визуализируется динамически, программным путем в процессе взаимодействия с оператором.
Панели управления, мнемосхемы и диаграммы скомпонованы в главный операционный пульт. Для демонстрационной версии процесса производства мороженой продукции он имеет вид, приведенный на рис. 1.
Рис. 1. Операционный пульт демоверсии процесса производства мороженой рыбы
В состав операционного пульта входят:
- панель управления загрузкой исходной информации из базы данных;
- панель управления технологическим процессом;
- панель управления параметрами технологического процесса;
- панель индикации исходных данных;
- мнемосхема технологического процесса;
- мнемосхема процесса замораживания;
- панель индикации блока температурных параметров процесса замораживания;
- панель индикации блока биохимических и физических параметров процесса замораживания;
- панель индикации параметров процесса холодильного хранения;
- панель анализа результатов;
- панель выбора режима работы тренажера;
- панель выбора вида сырья;
- панель выбора периода промысла;
- панель выбора района промысла.
Панель управления загрузкой исходной информации из базы данных предназначена для загрузки основной информации из базы данных, необходимой для задания начальных условий, параметров модели.
Кнопка «База» обеспечивает выбор базы данных. При нажатии выводится стандартный диалог выбора файла, после чего происходит формирование строки соединения, подключение программы к источнику данных, создается виртуальный набор записей.
Кнопка «Сырье» обеспечивает выбор вида сырья. При нажатии создается и выводится на монитор панель выбора вида сырья (рис. 2). При выборе в списке вида сырья его наименование отображается на соответствующем элементе панели индикации исходных данных.
Кнопка «Район» обеспечивает выбор района промысла. При нажатии создается и выводится на монитор панель выбора района промысла (рис. 3). При выборе в списке района лова его наименование отображается на соответствующем элементе панели индикации исходных данных.
Кнопка «Период» обеспечивает выбор периода промысла. При нажатии создается и выводится на монитор панель выбора периода промысла (рис. 4). При выборе в списке периода промысла его наименование отображается на соответствующем элементе панели индикации исходных данных.
Рис. 2. Панель выбора сырья
Рис. 3. Панель выбора района промысла
Рис. 4. Панель выбора периода промысла
Кнопка «Вид продукции» обеспечивает выбор вида продукции. При нажатии создается и выводится на монитор панель выбора вида продукции (вяленая, копченая, консервы, соленая, мороженая и пр.). При выборе в списке вида продукции его наименование отображается на соответствующем элементе панели индикации исходных данных, визуализируется технологическая схема на мнемосхеме технологического процесса, создается и выводится панель управления параметрами технологического процесса.
В состав панели управления параметрами технологического процесса входят следующие группы элементов управления: задержка до обработки, вид охлаждения, параметры охлаждения, параметры мойки, вид замораживания, хладагент, время замораживания, параметры глазирования (рис. 5).
В состав группы элементов управления «Задержка до обработки» входят индикатор температуры и регулятор температуры.
В состав группы элементов управления «Вид охлаждения» входит группа переключателей вида охлаждения и вида охлаждающей среды (лед, льдоводяная смесь, вода без охлаждения, с применением антисептика, в модифицированной атмосфере).
В состав группы элементов управления «Параметры охлаждения» входит группа переключателей: соотношение вода/лед, температура среды, тип льда, вид газовой атмосферы, продолжительность.
В состав группы элементов управления «Параметры мойки» входит группа переключателей: температура воды, соотношение рыба/вода.
В состав группы элементов управления «Вид замораживания» входит группа переключателей: воздушное, контактное, жидкостное, в кипящем хладагенте, в льдосоляной смеси.
В состав группы элементов управления «Время замораживания» входят индикатор времени замораживания и регулятор времени замораживания.
В состав группы элементов управления «Параметры глазирования» входит группа переключателей: температура, кратность, время, вид среды.
При выделении переключателей модель процесса корректируется в соответствии с заданным вариантом.
На мнемосхеме отображается технологическая схема процесса. Активная в данный промежуток времени технологическая операция подсвечивается желтым цветом. При нажатии на название операции активизируется соответствующая панель. В демоверсии это панель индикации параметров процесса холодильного хранения.
Панель индикации параметров процесса холодильного хранения (рис. 6) содержит следующие элементы индикации и управления:
- модельное время - для индикации времени;
- состояние процесса (активизирован, не активизирован, пауза);
- регулятор скорости модельного времени;
- индикатор температуры поверхности рыбы;
- индикатор температуры в термическом центре рыбы;
- перекисное число;
- кислотное число;
- активность воды;
- размер кристаллов льда;
- растворимость белка;
- количество глазури;
- усушка;
- содержание азота летучих оснований (АЛО);
Рис. 6. Панель индикации параметров процесса холодильного хранения
-Задержка до обработки
-Параметры моСто Темпер, воды Г
рВид охлаждения—
<* Лед
С Льдо-водяная смесь
С Без охлаждения Г с применением антисептика В модифицированной атмосфере
-Параметры охлаждения—
Соотн. вода/лед
Температура среды Тип льда Вид г/атмосферы Продолжительность
-Хладагент------
С Я-22 Г И-123 Г |?-125а Г К- 134а Г А30ТЖИД№1Й Г Углекислота
-Время замораживания—
-Вид замораживания------
Г Воздушное Г Контактное С Жидкостное Г в кипящем хладагенте В льдо-водяной смеси Г в льдо-солевой смеси
“Параметры глазирования Температура | Кратность
Вид среды
Рис. 5. Панель управления параметрами технологического процесса
- форма кристаллов льда;
- график изменения температуры с индикацией температуры на поверхности, в термическом центре и средней конечной температуры.
При нажатии на кнопку «Режим работы» операционного пульта демоверсии создается панель выбора режима работы тренажера. Панель содержит группу переключателей режима: демонстрационный, обучение, тестирование, конструирование. При выборе переключателя загружается соответствующая конфигурация модели.
Панель управления технологическим процессом содержит кнопки «Старт», «Пауза», «Step», «Стоп».
При нажатии на кнопку «Старт» активизируется программный таймер и начинается выполнение загруженного процесса. При нажатии на кнопку «Пауза» дезактивируется программный таймер, выполнение процесса приостанавливается. При нажатии на кнопку «Step» происходит пошаговое выполнение процесса. При нажатии на кнопку «Стоп» происходит остановка процесса и сброс всех загруженных параметров.
Панель индикации исходных данных содержит индикаторы вида сырья, района промысла, периода промысла, вида готовой продукции.
Панель управления временем процесса содержит элементы индикации и регулирования модельного времени: индикатор модельного времени, индикатор состояния процесса (Enable, Disable, Pause), регулятор скорости модельного времени.
Панель индикации блока температурных параметров процесса замораживания (рис. 7) содержит элементы управления - индикаторы температурных параметров процесса замораживания: температура поверхности рыбы, температура в термическом центре рыбы, средняя конечная температура рыбы, скорость замораживания, диаграмма замораживания.
Диаграмма процесса замораживания отражает изменения температуры поверхности (^пов), в термическом центре рыбы (^терм), средней конечной температуры (^Ср).
Панель индикации блока биохимических и физических параметров процесса замораживания содержит элементы управления - индикаторы биофизических изменений, изменений кристаллической структуры льда, физических изменений, технологические параметры в процессе замораживания: размер кристаллов льда, содержание молочной кислоты, растворимость белка, усушка, количество глазури, активность воды, форма кристаллов льда, диаграмма количества вымороженной воды.
Диаграмма распределения температуры показывает распределение и изменение температурного поля в толще тела рыбы или в толще блока в процессе замораживания.
При нажатии на панели инструментов кнопки «Отчет» создается панель показателей качества продукции, которая содержит индикаторы качества: АЛО, кислотное число, перекисное число, количество глазури, консистенция мяса, состояние поверхности, растворимость белка.
Индикаторы сведены в две группы: для продукции, соответствующей требованиям нормативной документации, и для продукции, произведенной в смоделированных условиях. Для оценки и анализа результатов проведения процесса в составе панели имеются соответствующие элементы индикации.
Демоверсия операционного пульта контроля и управления содержит в своей структуре все необходимые для взаимодействия с моделью процесса программные элементы управления - индикаторы процесса.
Демоверсия программного обеспечения «Тренажер линии производства мороженой продукции» демонстрирует следующие возможности:
Рис. 7. Панель индикации блока температурных параметров процесса замораживания
- выбор базы данных;
- корректное подключение программы к базе данных;
- устойчивое взаимодействие модели процесса с базой данных;
- согласованность типов данных, используемых в базе данных и программном коде;
- выбор вида сырья, района промысла, периода лова, вида готовой продукции, режима взаимодействия с программой, параметров технологических операций;
- управление моделью процесса;
- визуализация параметров в цифровой и графической форме;
- анализ результатов проведения заданного варианта процесса.
Подсистема «Сырьевая база и современные технологии» является неотъемлемой частью, первым этапом создания тренажерного комплекса «Технология рыбных продуктов».
Внедрение тренажера в учебный процесс позволит поднять конкурентоспособность специальности «Технология рыбы и рыбных продуктов» на рынке образовательных услуг, развить дополнительные платные формы образования в виде курсов повышения квалификации, а также обеспечит усиление фундаментальной и специальной подготовки инженеров-технологов, соответствующих современным требованиям. В сложившейся в настоящее время ситуации создание и применение в учебном процессе тренажера позволит гарантированно обеспечить выпуск квалифицированных, творчески мыслящих специалистов.
