CC BY
66
664.683.9:517
СИСТЕМНЫМ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ БИСКВИТНЫХ ТОРТОВ
И.К. АФАНАСЬЕВ, О.А. УРАКОВ
Московский государственный университет пищевых производств
Технологический поток любого производства, в том числе кондитерского, следует рассматривать не как сумму отдельных технологических операций, а как систему, что позволит учесть взаимодействия машин и аппаратов, входящих в состав линии [1].
При всем многообразии технологий, процессов и их машинно-аппаратурного оформления общим для всех производств является функционирование по определенным закономерностям в качестве непрерывного технологического потока преобразования исходного сырья в готовый продукт.
На основании функционального анализа различных технологических операций, выполняемых с целью преобразования исходного сырья с определенными свойствами сначала в полуфабрикаты с заданными свойствами, а затем в готовую продукцию, соответствующую требованиям стандарта, любую технологию можно представить как совокупность нескольких подсистем [2]:
А - изготовление готовой продукции из окончательного полуфабриката;
В - получение окончательного полуфабриката из промежуточных полуфабрикатов;
С - образование промежуточных полуфабрикатов из исходного сырья.
При функционировании конечной подсистемы А нормативные значения потребительских свойств готовой продукции получаются в результате преобразования окончательного полуфабриката, имеющего определенные технологические свойства. В центральной подсистеме В из различных промежуточных полуфабрикатов получают окончательный полуфабрикат, состав и строение которого соответствуют только одному конкретному виду готовой продукции. Подсистема В наиболее ответственна в любой технологии. Подсистема С предназначена для подготовки исходного сырья к переработке, а также для такого преобразования потребительских свойств сырья в технологические, которое обеспечит эффективное извлечение полезных веществ и оптимальные условия для получения требуемого состава и строения промежуточных полуфабрикатов.
Число подсистем в составе технологии и конкретные задачи их функционирования зависят от способа преобразования исходного сырья и вида выпускаемой продукции. При переработке сырья методом разборки в состав технологий вводят обычно одну подсистему С, а число подсистем А и В равно числу видов выпус-
каемои готовой продукции, включая вторичное сырье, направляемое на другие предприятия. В технологиях, предназначенных для выпуска готовой продукции методом сборки исходного сырья, как правило, имеется по одной подсистеме А и В, а число подсистем С зависит от числа промежуточных полуфабрикатов, из которых необходимо собрать окончательный полуфабрикат.
Производство бисквитных тортов является многостадийным процессом сборки готовой продукции из исходного сырья, включающим приготовление теста и крема, формование теста, выпечку полуфабрикатов, резку, прослойку и т. д. На основании выполненного системного анализа разработана структурная схема системы производства бисквитных тортов (рисунок), включающая следующие подсистемы производства: А - образование продукции с заданными показателями качества, соответствующей стандарту; В - получение заготовок бисквитных тортов; С1 - получение выпеченного полуфабриката; С2 - приготовление бисквитного теста; С3 - приготовление крема.
Эта схема положена в основу диагностики соответствующего производства.
На структурной схеме технологической системы могут быть показаны входные, выходные, управляющие и возмущающие параметры (например, температура, влажность, плотность, кислотность, органолептические показатели и т. п.). При этом целесообразно привести не только значения самих параметров, но и пределы их возможных изменений (допусков). На такой графической модели могут быть указаны требования к сырью и готовой продукции. Кроме этого, могут быть отмечены длительность производственного цикла системы в целом и в границах ее подсистем.
Таблица
Подсистема Полуфабрикат или продукция Контролируемый параметр Норма
А Готовая продукция Масса, кг 0,75 ± 0,015
Массовая доля влаги, % 24 ± 3
В Заготовки бисквитного торта Масса, кг 0,65 ± 0,015
Массовая доля влаги, % 24 ± 3
Относительная доля бисквитного полуфабриката, % 44 ± 11
С1 Выпеченный полуфабрикат Масса, кг 0,25 ± 0,025
Массовая доля влаги, % 25 ± 3
Высота, мм 50 ± 10
Плотность, кг/м3 0,3 ± 0,1
Пористость, % 78 ± 3
С2 Бисквитное тесто Плотность, кг/м3 450 ± 50
Массовая доля влаги, % 35 ± 2
Относительный объем, % 275 ± 25
Устойчивость взбитой смеси, % 85 ± 5
Сз Крем Массовая доля влаги, % 22 ± 2
Для оценки качества технологической системы из технологической инструкции и других нормативных документов, из всей совокупности параметров системы производится выбор ведущих параметров, характеризующих качество функционирования подсистем. В таблице представлены контролируемые параметры подсистем технологической системы производства бисквитного торта Вацлавский.
Исследуемые технологические процессы рассчитаны на выпуск большого числа одинаковых изделий, т. е. являются процессами массового производства. Специфика их заключается в том, что каждая отдельно взятая операция и весь процесс в целом совершенствуются в одних и тех же производственных условиях. Чем меньше возмущений будет влиять на процесс, тем в меньшей степени он будет колебаться и более постоянным будет качество продукции. Поэтому основная техническая характеристика таких процессов - стабильность как фактор целостности системы.
Решение проблемы развития таких производств связано с расчетом уровня целостности существующих технологических систем через экспериментальное определение стабильности отдельных подсистем. Стабильный процесс - это процесс, утвердившийся на определенном уровне устойчивости. Устойчивость характеризует качество функционирования системы, а стабильность - уровень организованности, целостности системы, уровень ее развития.
Стабильность технологической подсистемы рассчитывается по формуле
ц = 1 - И, / Ятах,
где ц - стабильность функционирования ,-й подсистемы; И, - инфор -мационная энтропия, соответствующая данному распределению значений показателя качества промежуточного продукта или изде -лия как результата функционирования ,-й подсистемы; Ятах - макси -мально возможная информационная энтропия, соответствующая закону равномерного распределения значений величин.
Количественно информационная энтропия определяется
Н=-"Р(х, )1одР( х,) ,
где Р(х,) - вероятность попадания случайной величины в интервалах (х(м) ••• л,); п - число возможных исходов опыта.
Для случая с двумя возможными исходами И = - Р 10М2 Р - (1 - Р) 10М2 (1 - Р).
В перерабатывающих отраслях все системы - бинарные, т. е. возможен выпуск или стандартной, или дефектной продукции. Максимального значения энтропия достигает при равной вероятности отдельных наблюдений (Р = 0,5), и, следовательно, распределение обладает полной неопределенностью
Н = - 0,5 ^2 0,5 - 0,5 ^2 0,5 = 1 бит.
Построение структурных схем производств и выбор контролируемых параметров подсистем позволяют разработать математическое обеспечение количественной оценки стабильности производств. Вид формулы для расчета уровня целостности системы зависит от числа подсистем в системе и ее структуры. Уровень целостности технологической системы, состоящей, например, из пяти подсистем А, В, С1, С2 и С3 (рисунок), определяется формулой
ЭС3С2С1ВА = цс3 # цс2 # ЦС1/С2 #цв/С3С2С1 # ЦА/С3С2С1е
- 4
где тс , Ц - стабильности функционирования подсистем С3 и С2 соответственно; ц/с , Тв/ссс , Та/сссв - условная стабильность подсистем С1 относительно ¿¿В относительно С3, С2 и С1; А относительно С3, С2, С1 и В соответственно.
Стабильность каждой подсистемы определяют экс -периментально за определенный период. Как стабильность подсистем, так и целостность системы измеряются в относительных единицах (бит/бит). Если стабильность каждой из подсистем равна единице (максимальное значение), то уровень целостности всей систе-
¡=1
мы также равен единице. Если стабильность каждой из подсистем равна нулю, то уровень целостности всей системы равен такому количеству отрицательных единиц, которое на одну меньше числа подсистем в системе. В первом крайнем случае мы имеем дело с идеально организованной целостной системой, а во втором -система представляет разобщенные, произвольно функционирующие составные части, совокупность которых образует простую суммативную систему.
Проведенный функциональный анализ и разработанная структурная схема системы производства позволили количественно оценить стабильность и цело-
стность системы, обозначив пути повышения эффективности производства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Панфилов В .А. Технологические линии пищевых про -изводств: теория технологического потока. - М.: Колос, 1993. -288 с.
2. Панфилов В .А., Ураков О.А. Технологические линии пищевых производств: создание технологического потока. - М.: Пи -щевая пром-сть, 1996. - 472 с.
Кафедра технологического оборудования пищевых производств
Поступила 25.04.05 г.
621.7.013.6:621.824
ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОКАТКИ МАТЕРИАЛА ВАЛКАМИ
В.П. БОРОДЯНСКИИ
Кубанский государственный технологический университет
Уплотнение сыпучих продуктов и формоизменение пластичных материалов часто проводят в устройствах, имеющих валки, что позволяет вести процесс непрерывно. Такие устройства широко используются для прокатки металлов, получения гранул [1-3]. Технология получения пищевых продуктов также использует различные валковые устройства - нагнетатели, вальцы, прессы и т. п. [4-6].
Для проектирования и анализа работы оборудования, осуществляющего прокатку материала, необходимо определять энергосиловые параметры процесса. В настоящей работе предлагаются сравнительные методики расчета, в которых силовые параметры прокатки тесно увязаны с кинематическими.
Важной основой для расчета являются следующие положения.
Если на материал действуют только силы со стороны валков, то направления векторов равнодействующей Р12 и относительной скорости ¥12 совпадают. Поэтому если известно направление вектора ¥12, то определяется и направление вектора Р12 и наоборот.
Считаем, что точка приложения равнодействующей не меняет своего положения на контактирующей поверхности ведущего валка при изменении характера нагрузки (без торможения, с торможением материала и др.).
Нейтральным слоем в обрабатываемом прокаткой материале будем называть тот, относительно которого перемещаются частицы навстречу друг другу. Нейтральный слой, его скорость ¥3 определяет производительность прокатки. Это условная поверхность, на которой частицы материала не смещаются (в основном) относительно друг друга при деформации материала.
При равных окружных скоростях валков плечи моментов равнодействующей обратно пропорциональны радиусам валков
Л1 = £2.
^2 £ '
Уплотнение сыпучего материала целесообразно проводить при одинаковых скоростях поверхностей валков ¥1 = ¥2. Рассмотрим несколько вариантов прокатки материала валками.
При валках разного диаметра (г 1 Ф г2) и ¥1 = ¥2 предположим, что известно положение точки А1 на поверхности контакта валка 1 с материалом 3 (рис. 1), через
Рис. 1
