Научное обеспечение создания инновационных аграрно-пищевых технологий icon

Научное обеспечение создания инновационных аграрно-пищевых технологий


2 чел. помогло.
Смотрите также:
Программа научной сессии по факультету пищевых технологий Уфа 2009...
Рабочая программа дисциплины «Технология консервирования» иконтрольные работы для студентов...
Публичный доклад...
Г. Рассказово Тамбовской области...
Задачи: анализ спектра используемых технологий (на примере инновационных школ Санкт-Петербурга)...
Реферат отчет: 8 с., 5 рис., 1 табл., 3 источника...
Научное обоснование и промышленная реализация инновационных технологий санитарной обработки...
Доклад о результатах и основных направлениях деятельности Республиканского агентства по развитию...
Использование инновационных технологий...
Удк 631. 22. 014 Опыт и перспективы использования ресурсосберегающих...
Доклад посвящен описанию инновационных технологий при обучении иностранному (французскому) языку...
Xiv московский международный Салон изобретений и инновационных технологий «Архимед»...



Загрузка...
скачать

Научное обеспечение создания инновационных аграрно-пищевых технологий


Академик РАСХН В.А. Панфилов


Цель доклада сформировать концепцию фундаментальных исследований в направлении организации пищевых технологий середины XXI века.

На дворе XXI век, а количество технологических операций с участием рук человека в пищевых и перерабатывающих отраслях АПК России превышает 50 %. Таких операций в производствах, связанных с переработкой рыбы и морепродуктов, свыше 70 %. Человечество уже давно мечтает о безлюдных технологиях получения продуктов питания, а эта проблема в нашей стране лишь усугубилась ввиду социальных потрясений конца XX века.

Создав в 40-е…70-е годы механизированные поточные линии в большинстве пищевых и перерабатывающих отраслей, ученые и инженеры с середины 70-х годов вступили в длительный этап их совершенствования. Первая стадия этого этапа (до середины 80-х годов) протекала эволюционно, с ориентацией на постепенное осуществление необходимых изменений. При этом переоценивался достигнутый технический уровень: распространялись представления, что эти первые поколения механизированных поточных линий есть непосредственная основа для создания автоматизированных производств продуктов питания. Одновременно недооценивалась острота и неотложность задач по оптимизации и снижению чувствительности самих процессов в машинах и аппаратах и интенсификации производств.

Попытки автоматизации таких линий, как правило, приводят к негативным результатам, подрывая саму идею.

Известно [1], что автоматизация представляет собой комплексную конструкторско-технологическую задачу создания принципиально новой техники. Главное в решении этой задачи – не замена функций человека при обслуживании машин и аппаратов, а разработка таких технологических процессов, которые были бы вообще невозможны при непосредственном участии человека. Поэтому требования автоматизации предусматривают переход от многостадийных процессов с системой транспортирования сырья и полуфабрикатов от одного аппарата (машины) к другому к одностадийным, от малопроизводительного оборудования – к высокопроизводительному, от периодических процессов – к непрерывным.

Автоматизация затрудняется вследствие несовершенства конструкций машин и аппаратов, в частности из-за отсутствия устройств для эффективного регулирования технологического процесса, отсутствия концентраций процессов, их совмещения во времени, их большой инерционности. Предъявляя требования к сокращению числа возмущений технологических процессов, автоматизация предусматривает меры по стабилизации входных параметров сырья. Одним из эффективных решений этой проблемы может стать разработка и создание сквозных аграрно-пищевых технологий. Жесткие требования предъявляются и к выходным величинам процессов. Новые технологические процессы пищевых производств, протекающие за секунды, при низких и высоких температурах, высоких давлениях и разрежениях, предопределяют связь с проблемой автоматизации, так как управлять такими процессами без автоматических систем уже нельзя.

Формально проблема развития любой пищевой технологии заключается в том, чтобы, например и точки «А», т.е. из области суммативных систем, войти в область целостных систем (рис. 1) [2].




Рис. 1 Модель процесса развития технологической системы при различных уровнях организации – Θ

(L – количество подсистем в системе; H – информационная энтропия состояния подсистем)


Это возможно структурным упрощением технологии (направление 1) или стабилизацией процессов в машинах и аппаратах (направление 2).

Лишь после вхождения в область высокоорганизованных систем целесообразна автоматизация производственных процессов (направление 3), приближающая организацию технологии к идеальному состоянию, когда Θ = 1 (при данных допусках на параметры технологических свойств полуфабрикатов и готовой продукции за оцениваемый период).

Однако, все эти направления достижения минимальной энтропии состояния технологической системы можно рассматривать как адаптацию ее самой к внешним возмущениям. Эти направления развития хорошо известны и претворяются в жизнь. Показанные на рис. 1 три направления стабилизации производственных процессов пищевых технологий, которые связаны с их адаптацией к внешним условиям, по-видимому, во многом исчерпали себя. И машинные технологии непрерывных производств в виде механизированных поточных линий представляют, по существу, первое и единственное поколение.

В этой связи решение проблемы повышения уровня организации, т.е. создания линий второго и следующих поколений следует искать в разработке направления 4 (рис. 1). Это четвертое направление – суть структурное усложнение пищевой технологии, т.е. увеличение количества подсистем до 12 ÷ 16, и создание системного комплекса путем включения в него технологической системы соответствующего сельскохозяйственного производства (точка «В» на рис. 1) [3].

При создании системного комплекса не только возникает новое качество, которое заключается в более эффективном функционировании его частей, но и при известных условиях образуются его новые части. Цель всех этих преобразований – усилить интегративные качества аграрно-пищевой технологии. В системном комплексе связь между его частями настолько тесна и органична, что изменение одних вызывает то или иное изменение других и комплекса в целом. Наличие столь тесных взаимодействий технологических систем внутри комплекса и обуславливает тот факт, что при взаимодействии с окружающей средой системный комплекс выступает как единое целое. При этом фактором целостности, связывающим составные части комплекса в единое целое, следует считать стабильность функционирования технологических систем, которая в свою очередь проявляется через качество конкретной технологии [4].

Системообразующая роль различных технологических систем комплекса неодинакова. Различие в значении частей комплекса приводит к понятию «централизованный системный комплекс», т.е. ведущей роли одной технологии, в частности, технологии пищевых продуктов путем разборки на компоненты сельскохозяйственного сырья (рис. 2).



Рис. 2. Вариант системного комплекса «Аграрно-пищевая технология» продуктов питания П1, П2, П3 имеющих единый основной компонент.


Аграрно-пищевая технология функционирует не изолировано, а в определенной взаимосвязи с окружающей средой. Отношение этой сквозной технологии к окружающей среде как системного комплекса характеризуются рядом показателей ведущих процессов отдельных технологий: точностью, устойчивостью, надежностью функционирования, а также управляемостью. В свою очередь эти показатели определяются качеством самого системного комплекса: уровнем целостности структуры, уровнем стохастичности связей, уровнем чувствительности составных частей. Поэтому реакция аграрно-пищевой технологии на внешнее воздействие проявляется через ее внутреннюю организацию.

В связи с этим необходимо уяснить понятие «фильтра» системного комплекса в целом и каждой отдельной системы, под которым понимается контроль и ограничение колебаний различных входов по значениям качества и количества.

Концепция системности требует обеспечения обратных связей в аграрно-пищевой технологии. Другими словами, перерабатывающая часть должна выдвигать целый ряд требований к выходу производящей части, т.е. к своему сырью:

  • стабильность технологических свойств, в частности геометрических размеров, формы, массы, химического состава и др.;

  • оптимальное соотношение содержания ценных и балластных веществ;

  • простые условия разделения ценной части и сопутствующей.

Выполнение этих требований для технологии разборки сельскохозяйственного сырья на компоненты позволит не только значительно упростить ее, но и создать более простые конструкции машин и аппаратов. Поэтому и селекционная работа, и генная инженерия, и технологии выращивания, уборки и хранения должны быть ориентированы на простую технологию переработки сельскохозяйственной продукции, т.е. мало операционную и сжатую во времени.

Таким образом, решение вопросов стыковки двух технологий, которые на протяжении десятков и сотен лет существовали раздельно, не кажется простым. Необходим период подготовки пищевой и соответствующей сельскохозяйственной технологии, который будет наверняка науко- и инженероемким.

Если мы сейчас, в начале XXI века, при реализации пищевых и сельскохозяйственных технологий обходимся без диагностики основных показателей их качества, то это совсем не значит, что так и должно быть в будущем. Наши технологии во многом носят вероятностный характер. Переход к аграрно-пищевым технологиям заставит нас анализировать их вероятностный «образ жизни» как открытых систем. При этом качество аграрных технологий, которые находятся в начале цепочки должно быть не ниже качества технологий продуктов питания. Вместе с этим проведённая выборочная диагностика пищевых технологий говорит и об их недостаточно высоком качестве. Поэтому такая огромная и многолетняя работа выявит уже в процессе её выполнения негативные стороны существующих технологий и покажет пути оптимизации различных механических, гидромеханических, тепло-массобменных и биотехнологических процессов. Вот почему эту работу, не откладывая, надо начинать уже сейчас силами академических институтов и специальных вузовских кафедр.

Аграрно-пищевые технологии будут наверняка высокими технологиями. Специфическими свойствами таких технологий являются, в частности, высокая точность, высокая устойчивость, высокая управляемость и высокая надежность процессов. Создание таких технологий требует новых, пионерных принципов и подходов к организации преобразований сельскохозяйственных ресурсов и пищевых сред в поточных производствах. Вот эти неизвестные ранее методы преобразований и способы подвода энергии и могут быть вскрыты через количественную оценку качества процессов существующих аграрных и пищевых технологий, т.е. нужна их диагностика. Результаты такой диагностики укажут пути развития тех технологий, к которым мы давно привыкли и уже не задумываемся об их другом воплощении, а так же их машинно-аппаратурном и приборном оформлении. Даже сама процедура диагностики станет чрезвычайно плодотворна, особенно при искуственном сужении допусков на параметры выходов процессов.

Сейчас специалисты различных отраслей пищевой промышленности перерабатывают сельскохозяйственную продукцию, имеющую значительные величины допусков на основные показатели качества. Используя при этом самое разнообразное оборудование, они обеспечивают требуемые показатели качества пищевой продукции. Это оборудование, как правило, адаптировано инженерами пищевых производств к существующим диапазонам показателей качества сельхозсырья. Надо сказать, что такое адаптирование конструкций машин и аппаратов к качеству сырья – чрезвычайно сложная работа. Однако такая работа рассматривалась и рассматривается на протяжении десятков лет как сама собой разумеющаяся деятельность инженеров-конструкторов. Но адаптация машин и аппаратов всё же имеет определенный предел и, несмотря на все усилия инженеров, не позволяет подойти к созданию роторной техники, которая требует значительно более узких диапазонов технологических свойств сельхозсырья.

Такая возможность возникает в связи с созданием сквозных аграрно-пищевых технологий, которые с одной стороны могут обеспечить требуемые кондиции растениеводческой и животноводческой продукции сельского хозяйства, а с другой – требуемые кондиции обрабатываемых пищевых сред и готовой продукции.

Принципиальной базой для широкого осуществления комплексной автоматизации на основе роторной техники в отраслях, перерабатывающих сельскохозяйственное сырьё, являются операции III и IV классов по классификации акад. АН СССР и акад. ВАСХНИЛ Л.Н. Кошкина [5].

В этой связи важнейшей задачей ближайшего будущего является создание оборудования для операции III и IV классов и распространение их хотя бы на отдельные части линий.

Машины для этих операций могут быть выполнены по двум схемам: роторной и роторно-конвейерной. При роторной схеме рабочие органы монтируются на жёстких роторах, при роторно-конвейерной схеме – на гибких замкнутых транспортных системах-конвейерах.

Эти две схемы машин имеют принципиальные различия, которые определяют их важнейшие технические возможности. Роторная схема машин соответствует начальной стадии развития операций III и IV классов и обладает ограниченными возможностями как по технико-экономическим показателям, так и по диапазону применения. Роторно-конвейерной схема машин соответствует развитой форме этих операций. Поскольку такие операции первоначально были реализованы в форме роторных машин и линий, то многие относящиеся к ним технические решения сохраняются и в роторно-конвейерных машинах и линиях [6, 7].

Необходимо подчеркнуть, что сегодня разработка любой современной технологии пищевых продуктов выполняется без учёта классов операций, которые будут в ней реализованы. Как правило, технологический поток представляет собой набор операций разных классов. С этой точки зрения развитие такой технологии носит тупиковый характер. По-видимому, целесообразно ещё на первых этапах разработки технологий предусматривать возможность её реализации в операциях III и IV классов. Таким образом, речь идёт о разработке роторных технологических потоков.

Признаками такого роторного потока должны быть: простота его структуры, малооперационность, стабильность свойств исходного сырья и промежуточных продуктов, постоянство параметров окружающей среды, относительная простота рецептуры, структуры и формы изделия. Конечно, не всякий пищевой продукт можно получить по такой технологии. Поэтому лишь часть существующих производств может быть положена в основу разработки роторных технологических потоков [8].

Следует подчеркнуть, что роторный поток не содержит противоречия, присущего всем традиционным технологическим потокам: производительность – качество. Это техническое противоречие раскрывается следующим образом: рост производительности неизбежно ведёт к снижению качества продукта. Именно в этом заключается препятствие к повышению производительности современных линий, как правило, базирующихся на операциях I и II классов по классификации акад. Л.Н. Кошкина.

Создание потоков с операциями высших классов возможно лишь при новом стиле мышления, методологическую основу которого составляет системный подход к проблеме развития линий [9]. В настоящее время процессы в машинах и аппаратах линий протекают с неизвестной точностью, устойчивостью, надёжностью, стохастичностью, чувствительностью. Другими словами, количественная оценка качества технологий практически отсутствует.

Таким образом, сегодня мы создаём и эксплуатируем технологические линии, в которых организован технологический поток преобразуемых пищевых сред, совершенно не обращая внимания на важнейший системообразующий фактор – стабильность самих механизмов явлений в ведущих процессах. Все усилия учёных и инженеров обеспечить стабильность ведущих процессов по основным показателям выходов процессов путём их автоматизации, т.е. постоянной корректировке заведомо некачественных процессов, не приведут к созданию роторной технологии. Для такой технологии требуется высокоточное по технологическим свойствам исходное сырьё. Единственная возможность получения такого сырья открывается при создании сквозной аграрно-пищевой технологии, позволяющей обеспечить адресность производимого сельскохозяйственного сырья, полуфабрикатов и готовой пищевой продукции.

Вот почему прежде необходимо разобраться с качеством современных аграрных технологий и пищевых технологий, а затем повысить их качество до необходимых кондиций. Следующий шаг – создание аграрно-пищевых технологий, системы процессов которых есть методологическая основа для разработки принципиально новой техники – роторных и роторно-конвейерных машин, т.е. роторной системы машины.

Нет сомнений в том, что предстоит исключительно сложная и масштабная работа, но её надо начинать уже сейчас силами научных организаций РАСХН и специальных кафедр вузов сельскохозяйственного и пищевого профиля. В противном случае мы никогда не уйдём от стереотипа существующего машинно-аппаратурного оформления современных технологий продуктов питания. Именно в этом, в частности, должен состоять академизм научно-технических изысканий в пищевых отраслях АПК.

Итак, концепцию фундаментальных исследований в направлении организации пищевых технологий будущего составляет вскрытие закономерностей строения, функционирования и развития технологических систем производства сельскохозяйственной продукции и технологических систем производства продуктов питания, которые должны быть положены в основу разработки роторных технологий и роторной техники в пищевом подкомплексе АПК России. И создание даже одной-двух роторных пищевых технологий будет означать смену поколений и переход к качественно другим способам и средствам преобразования сельскохозяйственного сырья в продукты питания человека.

Литература


  1. Комплексная автоматизация производства / Л.И. Волчкевич, М.П. Ковалев, М.М. Кузнецов. – М.: Машиностроение, 1983. – 269 с.

  2. Панфилов В.А. Теория технологического потока. – 2-е изд. исправл. и доп. – М.: КолосС, 2007. – 319 с.

  3. Панфилов В.А. Диалектика пищевых технологий // Хранение и переработка сельхозсырья. 2004. №6. – с. 17-22.

  4. Панфилов В.А. Аграрно-пищевая технология: вопросы создания системного комплекса // Хранение и переработка сельхозсырья. 2005. №8. – с. 8-14.

  5. Кошкин Л.Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. – 2-е изд. стереотип. – М.: Машиностроение, 1986. – 320 с.

  6. Прейс В.В. Технологические роторные машины: вчера, сегодня, завтра. – М.: Машиностроение, 1986. – 128 с.

  7. Клусов И.А. Проектирование роторных машин и линий. – М.: Машиностроение, 1990. – 320 с.

  8. Панфилов В.А. Аграрно-пищевая технология: вопросы создания принципиально нового оборудования // Хранение и переработка сельхозсырья. 2006. №8. – с. 66-69.

  9. Панфилов В.А. Научные основы развития технологических линий пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1986. – 245 с.







Скачать 113.68 Kb.
оставить комментарий
Дата28.09.2011
Размер113.68 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  3
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх