Введение к работе
Актуальность темы. На сегодняшний день для контроля потребительских свойств пшеницы руководствуются в основном государственным стандартом на показатели качества, однако даже их комплексный учет не может однозначно охарактеризовать потребительские достоинства зерна и продуктов переработки. Методики их определения в промышленности характеризуются большой трудоемкостью, высокими инструментальными и субъективными погрешностями, а сами показатели - высокой лабильностью: при одинаковых показателях качества разные сорта характеризуются существенными различиями технологических свойств.
В отличие от российского, в американском стандарте пшеницы классифицируют по признаку твердозерности, что позволяет точнее определять различия в их технологических свойствах и рациональнее использовать по целевому назначению. Однако используемые для оценки твердозерности методы имеют недостаточную точность измерения, что делает их малопригодными для использования. В одной группе методов оценка прочностных свойств зерновой массы происходит по величине крутящего момента, фиксируемого при разрушении зерна на электродинамометре, что характеризуется невысокой точностью при большой трудоемкости. В другой группе методов пользуются различными вариациями микротвердомеров, определяющими твердозерность каждой отдельной зерновки с последующим нахождением среднего значения, что вызывает необходимость большого числа измерений. Наиболее распространёнными при исследовании зернопродуктов являются методы, основанные на анализе гранулометрического состава муки с нахождением, например, содержания частиц определенной фракции крупности - индекса размера частиц. Однако данные методы оценивают размер частиц только одним параметром - проходимостью через сито с фиксированным размером отверстий - и характеризуются низкой точностью определения показателей свойств.
На предприятиях отрасли контроль микробиологической контаминации зерна, его загрязненности тяжелыми металлами носит эпизодический характер ввиду сложности проведения измерений. Недостаточный учет показателей безопасности зерна приводит к недостоверной оценке его потребительских качеств.
На основании изложенного, актуальным является поиск путей организации работы специализированной информационно-измерительной системы (ИИС) для решения задачи повышения точности определения потребительских свойств зерна и продуктов переработки.
Цель работы - повышение точности определения показателей потребительских свойств зерна пшеницы и продуктов переработки за счет использования в качестве комплексного показателя твердозерности и учета показателей безопасности в информационно-измерительной системе.
Задачи исследования:
1. Анализ существующих методов и алгоритмов определения потребительских свойств зерна и продуктов переработки, связанных с оценкой показателя
твердозерности и показателей безопасности.
-
Разработка программно-алгоритмических средств обеспечения обработки информации в ИИС определения потребительских свойств зерна и продуктов переработки, использующей данные гранулометрического анализа.
-
Разработка алгоритмов работы ИИС, учитывающих влияние биологических и климатических факторов на формирование показателей технологических свойств и безопасности зерна пшеницы и продуктов переработки.
-
Выявление основных метрологических характеристик предложенной ИИС и оценка эффективности ее использования в зерноперерабатывающей промышленности с помощью ранжирования графа показателей потребительского качества зерна пшеницы и продуктов переработки.
Объект исследования - информационно-измерительная система определения показателей потребительских свойств зерна и продуктов переработки.
Предмет исследования - методическое, алгоритмическое и программное обеспечение ИИС для повышения точности определения потребительских свойств зерна и продуктов переработки.
Методы исследования: оптического микроскопирования, структурного анализа изображений, оценки структурно-механических свойств зерна, реологических свойств теста, технологических свойств зерна пшеницы и продуктов его переработки, мембранной вакуумной фильтрации микроорганизмов, атом- но-абсорбционного анализа, описательной статистики, корреляционно- регрессионного анализа, объектно-ориентированного и линейного программирования, математического моделирования на ЭВМ.
Научной новизной обладают:
-
разработанный метод гранулометрического анализа, который, в отличие от известных, базируется на оптическом микроскопировании размола зерна пшеницы для нахождения показателя твердозерности;
-
модель прогнозирования потребительских свойств зерна пшеницы и продуктов переработки, которая, в отличие от известных, основана на выявленных корреляционных зависимостях физико-химических показателей качества зерна и показателей безопасности от климатических и сортовых особенностей выращивания пшеницы;
-
разработанные способы определения потребительских свойств пшеницы, которые, в отличие от известных, снижают погрешность определения за счет использования предложенной ИИС, основанной на комплексном показателе твердозерности зерна.
Практическую значимость имеют:
-
разработанное программное обеспечение гранулометрического анализа путем оптической микроскопии (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011610605), служащее для прогнозирования технологических качеств зерна пшеницы (патенты на изобретения № 2433398, № 2442132) и позволяющее при составлении помольных партий управлять функциональными свойствами продуктов переработки зерна;
-
установленные корреляционные зависимости между физико- химическими показателями, в том числе твердозерностью, и показателями безопасности зерна пшеницы и продуктов переработки, при уровне достоверности 95 %, позволившие: организовать подсистему обработки информации в ИИС для формирования рекомендаций по целевому назначению зерна и размещению угодий, повысить быстродействие процесса определения потребительских свойств пшеницы, а также на 27 % повысить эффективность использования ИИС, что установлено на основе сравнения характеристик аддитивных статических моделей, содержащих различные показатели потребительских свойств зерна и продуктов переработки.
Результаты, выносимые на защиту:
-
-
метод гранулометрического анализа, базирующийся на оптическом мик- роскопировании размола зерна пшеницы, для нахождения показателя твердо- зерности;
-
модель прогнозирования потребительских свойств пшеницы, основанная на выявленных корреляционных зависимостях физико-химических показателей качества зерна и показателей безопасности от климатических и сортовых особенностей выращивания пшеницы;
-
способы определения потребительских свойств пшеницы, в отличие от известных, снижающие погрешность определения за счет использования предложенной ИИС, основанной на комплексном показателе твердозерности зерна.
Реализация работы. Предложенная методика определения показателя твердозерности и других технологических качеств пшеницы подтверждена соответствующим актом от ОАО «Оренбургское хлебоприемное предприятие». Результаты исследования, на основе которых сформированы рекомендации по целевому назначению зерна и размещению угодий, подтверждены справкой Министерства сельского хозяйства, пищевой и перерабатывающей промышленности Оренбургской области. Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены и получили одобрение на научно-практических конференциях: международной «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы» (Оренбург, 2009 г.); третьей всероссийской «Современное состояние перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (Челябинск, 2009 г.); Х межрегиональной «Современное хлебопекарное производство: перспективы развития» (Екатеринбург, 2009 г.); VIII международной «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов» (Пенза, 2010 г.); II международной «Новое в технологии и технике пищевых производств» (Воронеж, 2010 г.); международной «Состояние, перспективы экономико-технологического развития и экологически безопасного производства в АПК» (Оренбург, 2010 г.), а также на всероссийской научно- методической конференции «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры» (Оренбург, 2013 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 7 - в журналах, включенных в «Перечень ...» ВАК, глава в коллективной монографии, и получены 2 патента на изобретения и государственное свидетельство о регистрации программы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников из 127 наименований и приложений. Основная часть изложена на 150 страницах текста, содержит 49 рисунков, 36 таблиц.
Похожие диссертации на Программно-алгоритмические средства обеспечения информационно-измерительной системы определения потребительских свойств зернопродуктов
-
