Введение к работе
Актуальность, проблемы, в век научно-технического прогресса нет надобности доказывать необходимость и важность развития теорія* В Докладе ХХУ съезду КПСС Л.И.Брежнев указывал, что "На ны-неинеи етапе раз витія страны потребность в дальвейвей творческой разработке теория не уменвнается, а, наоборот, становится е*е больше*. Новые возможности для плодотворных исследований как общетеоретического, фундаментального, так я дрякладяого характера открываптся на стыке различных назв, в частности естественных и общественных. Их следует использовать в полной мере. Партия я государство нуждается в исследованиях, связанных прежде всего со всесторонним развитием производства я управления производствен, в рекомендациях, давних возможное» существенно повысить его эффективное»* Представляется существенно важныы углубленное исследовали е вопросов, отяосяцихся к тенденциям развитая ааяего общества, его производительных сил".
Теоретические основы процессов и аппаратов химической технологии как инженерной науки были заложены в СССР фундаментальными работами ф,А,Денисова, А.Г.Касаткина, А.А.Кирова. А.К.Крупсного, И.А.Тиненко. Исследования Ы.В.Барановского, С.М.ГреОекюка.И.Я.Дн-киса, Ц.ф.Дьяченко, С.Ф.Жигалова,С.З.Кагана»А.И.Кутепове.Г.А.Кука, В.И.Лекае, Я.Н.Іяпаюва, О.Г.Дуніна,В.ИЛнояаского, А.Н.Мальекого, В.А.калпсова, Б.Н.Матова, П.И.Николаева, А.И.йалевва, А.Н.Плаяов-ского, В.Д.Подова, Ф.А.Редько, И.А.Рогова, Л.Г.Роианкова.В.Н.Стаб-вякова, В.Д.Суркова, Н.К.Федорова послужили теоретической и экспериментальной базой создания научных основ процессов и аппаратов сажевых производств.
Ремающу» роль в формирования теоретических основ технологии мяса и мясопродуктов сыграли работы А.С.Большакова,В.О.Больферца, Е.В.Гаавого, В.И.Горбатова, Н.КЛуравскоЙ, Ю.Ф.Заяса, С.Г.Либерма-на, Д.В.Павлова, А.А.Соколова, И.А.Скородницева, ц.п.Явункана. Существенный вклад в создание и развитие науки о мясе в области ее физико-химических основ внесли Г.В.Бакувц, О.О.Ваблоян.В.П.Воло-вивская, В.А.Граф, В.Е.Гуль, В.В.Гусляннкков, А.В.Измаилов, . И.И.Каргадьде», Н.И.Козин, Н.Н.Крылова, В.И.Курко, В.О.Латыаев, Ю.Н.Аясковская, А.Н.иихаДлов, К.иЧОльаааова, В.В.Дадьмин.Е.Т.Сси-рин, 1.Г.ТудьчевскяЙ, H.C.ieciaKCBaVЛ«К^*КЙа:"Создание теоре-
і ч>иид ту
I ниени К.А. Т«миряз«ии ! ЦНБименнН.И. Ж«леэмоа* J Финд икунпыА литее»туры
а^
ти ческах основ реологии пищевых продуктов связано с именами Л.Я.Ауэрмана, Б.«".Азарова, А.В.Горбатова, Г.ЕЛимонова,В.Д.Косого, С.А.мачнхина, Ю.А.Мачихина, Б. А. Николаева.
Теория тепло- и ыассопереносв в процессах и аппаратах пищевых производств опирается на работы Й.М.Аноюмна, Н.А.Буренкова, А.Н.Вшшлесского, А.Д.Гвиана, А.А.Долинского, В.И.Ивавова» Н.Ы.Королькова, Б.Е.Красникова, С.С.Кутателадзе, В.Ф.Лебедева, Е.Д,Лебедева, А.Н.Лешшшиа, А.В.Лыкова, Г.А.Максимова, А.М.Иас-лова, Н.М.Медниковой, С.А.Михайлова, С./.Ноздрива, А*М*Николаева, В.П.Табачвикова. Созданию теоретических основ холодильной технологии пищевых продуктов способствовали работы В.В.Ануфриева, Н.А.Головкина, А.А.Гоголина, В.З.Хадан, Г.Д.Ковчакова, Ы. П.Кузьмина, А.И.Иискарева, Д.Г.Рютова, Д.АЛристодуло, Г.Б.Чижоьа, С.Г.Чуклнна, И.Г.Чумака, А.П.Шеффера.
Большая заслуга в разработке теории процесса сушки в, в частности, сублимационной сушки пищевых продуктов принадлежит А.С. Гинзбургу, Э.И.Гуйго, Ю.В.Космодемьянскому, М.Ю.Лурье, А,Б.Лыковой, Э.И.Каухчеивяли, В.И.Иахроаову, В.И. Кунаеву, В.Г.Поповскому. Основы теории гидромехакических процессов пищевых производств создавы работами Г.И.Бремера, Ё.и.Гсдьдива, Ю.И.Дытнерского, в,А. Жухихова, Ю.П.Золотина, В.С,Каминского, В.А.Карамзина,3.Б.Кристалла, Н.Я.Лукьянова, И.ВЛысковцова, С.А,Плюшкина, В.И.Соколова, .В.Секенова, И.И.Федоткнна, В.М.Чеснокова, Д.Е.Шкороаада.
Теоретические основы расчетов и конструирования аппаратов пищевых производств базируются на исследованиях А.Д.Домашнева, Н.Ф.Казакова, З.Б.Канторовича, А. А Латинского, А.П.Николаева, А.Я.Соколова, А.Р.Толчнксхого, Б.И.Толубанского, К.П.Шуйского.Основы теории автоматизации наяин и оборудования пищевых производив заложены работами Б.Ю.Іидовиса, А.АЛапянна, Б.Ф.Новнцкого, В. И.Шувалова.
Теоретические основы экономики технологических процессов и оборудования мясной я молочной промышленности сформированы исследованиями М.Б.Данченкова, В.Б.Дардика, Ц.В.Зеневко, С.В.Краснова, Н.Я.Калиты, В.В.Лебедева, Б.Д.Степанова, Б.Й.Стерлигова, А.И.Сухо-рукова, Н.П.Холоднова, С.С.Шямцера. Общая теория оптимизации технологических процессов и оборудования мясной промышленности еще не разработана. Реиенню актуальных задач из этой области исследований посвящены работы А.Д.Гольфанда, Б.Б.Дубинекого, С.А.Ивая-
кина, Б.Ц.Камовникова, В.В.Крементуло, В.М.Морозова, Б.Н.Максммо-ва, Т.В.Мякенькои, Н.К.Смирнова. Обіея теория системного анализа процессов и аппаратов химической технологии создана в.В.Кафаровым. Реальний вклад г развитие общей теории систем внес Н.К.Кудмков, предложиваий структурную схему процесса познания я аналитический аппарат для ее реализации при математической моделирования объектов различной природы. Технологические процессы и оборудование мясной промышленности как объекты системного анализа не рассматривались.
Б области математического моделирования процессов и аппаратов мясоперзрабатывающего производства широко известны работы И.Г.Адямовскогс, А.Н.Бражникова, В.А.Карпычева, В.П.Ковалькова, В.В.Крылова, EX.Кузнецова, Л.И.Логивова, А.Д.Фреэоргера, А.П.Фролова, Г.Г.Шиллера, П.П.Ювнова. Общая теория математического моделирования технологических подсистем мясной промышленности не разработана.
Анализ состояния проблемы математического моделирования,сложившегося в мясной промышленности за период с 1930 г. к настоящему временя, со всей очевидностью показывает, что в этой области исследования все еде наблюдается заметное отставание от подобных исследований в других отраслях промышленности СССР.
Так, при формализации содержательного описания слабо используется современный математический аппарат; в подавляющем больмин-стве случаев построение и рассмотрение аналитических схем осуществляется вне связи их с процессами функционирования конкретных технологических подсистем мясокомбината; отсутствует рациональная классификация построенных аналитических моделей, не выделены типовые математические модели; не предложено общих теоретических принципов построения и реализации нетипових аналитических моделей в ранее неисследованных классах технологических подсистем мясной промышленности; построение и реализация аналитических моделей ограничивается, в лучшем случае, предложением абстрактных решений; отсутствует систематическая црове;ха таких решений; теоретические рекомендации редко доводятся до практической реализации; не исследованы вопросы методологии аналитического моделирования объектов мясной промышленности и Т.П.
Ь связи с этим проблему разработки основ общей теории математического моделирования объектов мясной промышленности как нерар-
хической многоуровневой системы в создавая на ее базе новых методов аналитического моделирования я конкретных математических моделей различных технологических ородессов я оборудования мясной промышленности следует признать общественно целесообразной и обоснованном'.
Цель я задачи.исследования. Целью данного исследования было обобщение информации, имевшейся в отрасли по указанной проблеме и разработка на этой базе основ обвей теории математического моделирования процессов н аппаратов как элемента общей теории технологических подсистем маской промышленности. В соответствии с поставленной целы» в диссертации были сформулированы следующие основные задачи, подлежащие разрешению;
предложить обвив теоретические принципы построения и реализации аналитических моделей с целью оптимизации технологических процессов и оборудования мясной промышленности; выделить типовые математические модели, наиболее характерные для различных технологических подсистем мясной промышлеввостм и предложить пути их совер-иенствования; предложить осям в принципы классификации аналитических моделей технологических процессов и оборудования мясной промышленности к пути жх реализации; разработать алгоритм построения в реализации нетипових математических моделей технологических процессов я оборудования мясной промыаденмоств;
разработать научные основы обобщенных ыето>,>в расчета, а также принципы современного аппаратурного оформления и оптимального конструирования аффективных технических средств с цель» совершенствования суцествуваих и создания новых высокопроизводительных процессов и аппаратов мясной промышленности, обеспечмваюянх надежную эковоиичяость в качество выпускаемой продукции;
показа» на примерах оостроевия конкретних аналитических моделей малоисследованных технологических процессов я оборудования возможности реализации в мясной промышленности непрерывной цепи: словесное описание - аналитическая модель - расчет - номограмма -проект - конструкция - внедрение - эффективность,
$о>екти_и методы исследования. Для достижения намеченной цехи л решения поставленных в диссертации задач в качестве основных объектов иссдедоваави были выбрана технологические процессы в оборудование дли рааруиения структуры сырья ж создания структуры продукта і вх аналитические модели.
-і
При sioif главное внимание уделяй исследованию, соверкенст-вовави», разработка и внедрение в мясную промышленность объектов из тех малоизученных классов технологических процессов, оборудования л аналитических моделей, которые в период 1930-1975 гг. имели низкие уровень и темп насыщения научво-техввческимн публикациями н авторскими свидетельствами.
При построении основ общей теории математического моделирования технологически подсистем мясной промышленности в качестве преимущественного метода исследования был принят программно-целевой метод системного анализа х синтеза.
На промежуточных стадиях исследования для построения автономных аналитических моделей наиболее существенных физико-химических свойств сырья и готовой продукции, а также наиболее характерных гидродинамических, тепломассообмевных я конструктивных особенностей технологических подсистем мясной промышленности наряду с косвенными (аналитическими х аналоговыми) методами широко применяли х современные прямые методы анализа (микрокинофотосъемка, нефелометрия, осадилографировавие, электронно-лучевая микроскопия н стробоскопия и т.п.)*
В ходе исследования для осуществления натурных экспериментов были спроектированы, изготовлены и испытаны как отдельные специальные приборы, так и разнообразные лабораторные х опытво-промыи-ленные установки различного назначения.
Планирование опытов проходили по рекомендациям математической теории научного эксперимента, а обработку полученных експериментальних данных выполняли методами математической статистики с использованием современных ЭВМ.
Научная новизна и практическая ценность ревздьтатов исследовании, Обобщение информации до проблеме аналитического моделирования технологических процессов м оборудования в мясной промынлен-ности СССР за период 1930-1975 гг. в рамки* единой теории осуществлено впервые.
На основе систематического научения литературных источников и собственных теоретических н экспериментальных исследований выдвинута общетеоретическая концепция и создана система понятий общей теории математического моделирования технологических подсистем мясной промышленности.
Определены уровень м темп насыщения технологических подсн-
стем мхсиой промыяленвоств теоретическими, аксперняенхальными я проектно-внедревческими разработка», а также определена ях ооес-печенное» процессами холодильной технологам, холодильным оборудованием і авторским! свидетельствами в период 1930-1975 гг.
Полученные з этоЯ части исследования давше являются новыми практически ползавши, хак как позволяют достаточно обоснованно врогнозировать перспективные направления дальвевнего развития мяо-воя лромыилавяости СССР.
Представлено отображение системы "технологические процессы н оборудование миской проннндеввостя" в пространстве ее характеристик на необходимом я достаточном уровне формализации основных попитий. Приведена сводка многочисленных качественных характеристик лозмолных видов связи между отдельными элементами технологических подсистем мясной яромыяленяости. Установлены иерархия, структура и предложены условные обозначения и уравнения етнх видов связи.
Предложена система регулятивных принципов аналитического моделирования технологических процессов и оборудования мясной промышленности , выделены и определены ее жл&чевые элементы, выявлены методологические особенности и показано место основ теории аналитического моделирования технологических подсистем мясной промыт ев-востн в обией системе наук.
Введен ряд понятий (связность, энергетическая я контурная функции, востеном, урновая схема с переключением, группа типовых решающих систем оптимизации и т.д.) ж дана их физическая интерпретация. Предложены уравнения ж алгоритмы, позволяющие формализовав дескриптивное оиисаяне вариационного принципа Разумовского ж осуществить единообразный и целенаправленный подход вря анализе, синтезе ж оптимизации технологических подсистем мясной промышленности.
Полученные в этой части исследования результаты являются новыми и практически полезнами, так как указывают конкретные пути объединения феноменологического ж микроскопического методов описания особенностей протекания совмещенных процессов разружения и создания структуры я особенностей функционирования оборудования для их осуществления, а также место группы типовых уравнений теории технологических подсистем мясной дромэшенностн в общей иерархе типовых уравнений связи.
Определены хия, частость я области преимущественного применения аналитических моделей в мясной промыидеияосхя в период 1952-
1975 гг. Изучена структура зтмх моделе! и установлены устойчивые статистические связи между ними. Установлено, что распределения аналитических моделей до періодам наблюдения.в до классам техно-логических подсистем мясной промышленности имеют колебательный характер.
Предложены обихе принципы і система классификации аналитических моделей. Виделеям основные классы технологических подсистем мясной промыиенности и их аналитических моделей. Систематизированы методы оптимизация н определены перспективные области их применения в мясной промышленности. Разработан класс отображений системы "технологические процессы и оборудование мяо вой промышленности", заданных аксиоматически, по совокупности свойств в пространстве ее характеристик.
Приведенные в «той часдн исследования рекомендации являются новыми я практически полезными, т.к. позволяют синтезировать простейший алгоритм для осуществления диалога между любой из технологических подсистем мясной лроыыиленности и управляющей ЭВМ.
В ходе построения основ общей теории аналитического моделирования исследован большой класс технологических процессов и оборудования мясной промышленности (агломерация, бактернофугнроваяне, варка, выпечка, диспергирование, дообвадка, дымообразованне, замораживание, измельчение, коагуляция, мойка, молекулярная фильтрация, нагрев, обезвоживание, обездвиживание, обезжиривание, отстаивание, регенерация, резание, сушка, центрифугирование, цнклонирс— ванне, экстракция) и определены их физико-химические, гидродинамические, тепломассооСменные м конструктивные характеристики.
Дополнены и развиты понятия о типовых объектах моделирования, аналитических моделях я оценках качества и эффективности технологических подсистем мнсной промышленности. На обширном экспериментальном материале и разнообразных примерах построения аналитических моделей физико-химических свойств сырья и готовой продукции, статических, кинетических, динамических и конструктивных особенностей технологических процессов и оборудовании в размервой и безразмерной формах показана возможность реализации в мясной промышленности непрерывной цепи; дескрмпткввое описание - эффективность.
Научная новизна и практическая ценность предложенных в этой части исследования способов и устройств подтверждается полученными авторскими свидетельствами: К* 194649, * 276980, * 305913, * 423451,
428734, * 452524, * 452525, * 455734, * 460042, ft 469451,
526393, * 543578, IS 561570, * 566551, * 592155, ft 635946, ft 642360, ft 671858.
іпрсбаиля и реадввацвя результатов исследования. Основные результаты хсследовадяя so теме дхесертапхх быш предхвтох докладов в сбсуждехии: ва Всесоюзной научно-техніческой ховферевцвх ра-Сотников мясной в птицеперерабатывающей вромішенвостх "Еерспев-тхвы улучшения качества и ассортимента вродухцвх, развития техво-логхх, нехаахаапхх х автоматизации в мясной в итицеперераСатывав-щей промышленносм" (Москва, I960), на Всесоюзной научной конференція "Ветеринарная санитария н експертиза в мясной х молочной промышленности" (Москва, 1962), на Всесоюзном семинаре "Интвнси-Фякация х механизация технологических процессов консервирования кожевенного к мехового сырья ва мясокомбинатах" (Москва, 1964), ва Межвузовской конференции "Новые фаэвческме методы в пжкевой промыменности" (Москва, 1967), ва ІУ Европейском конгрессе работников НІШ мясной промышленности (Хельскнкх',1969), ва ЇУІ Европейском конгрессе работников НИЛ мясвой прохывлекностж (Барва, 1970), ва Симпойїуие Международного института холода до весовых потерях яйцевых продуктов прх охлаждения, замораживании, хранении в транспортировке (Іенхвград,1970), на ХУП Европейском конгрессе работников НИИ мясной промышленности (Бристоль,1971), ва Иежжнсти-т уте кой конференции "Совершенствование технологических процессов мясвой к птнцееврерабагываюией промыжлевносгл" (Иосхва,1971), ва ПИ Европейском конгрессе работников НИИ мясной промышленности (Геліф,І972), аа ХШ конгрессе международного института холода (Вавхвгюв,1973), ва Всесоюзной н»учно-технической конференции "Совершенствование процессов суики молочных продуктов" (Волко-выск,1973), на XIX Европейском конгрессе работников НИИ мясвой промышленности (Париж,1973). на заседании Научного Совета ГКНТ CU СССР во проблеме "Производство х применение искусственного холода в отраслях лицевой промыаленяоети, торговле, сельском хозяйстве х на транспорте" (Москва,1974), іа щ Международном конгрессе по молочному делу (Новый Дели,1974), ва XXI Европейском конгрессе работников НИИ мясной промыжленности (Берн,1975), ва ХХП Европейском конгрессе работников НИИ мясной дрохыхлеввостх (хальыо,1976), ва ХХШ Европейском конгрессе работников НИИ мясной промышленности (Москва,1977), ва ХХП Европейском конгрессе ра-
ботников НИИ паевой промышленности (Кульмбах,І978), ва ХТУ Европейском конгрессе работников НИИ мясной промышленности (Будапешт,
На ВДНХ демонстрировались: "Іианя приготовления в регенерации тузлука" (Москва, 1964)« "Установка для замораживания тушек птицы в жидкости" ( Москва,1ЭТ2), "Прибор дія определения линейной скорости смачивания воронкообразных пневых продуктов" (Носхва, 1974). "Установка для охлаждения вареных колбасных изделий в венном воздуняо-хждкостиом потоке" (Москва, I960).
Построенные в ходе исследования аналитические модели физико-химических свойств сырья и готовой продукции, статических, кинетических, динамических в конструктивных особенностей технологических додсистеи мясной промышленности и основанные ва них инженерные решения найди практическое дрвменевие в разработках ГИПРОМЯСО» БШШ1Ш, ВШШ! и ыТИММП, внедренных не мясокомбинатах БССР, ГрузССР, МССР» РСФСР и УССР; реализованы ари интенсификация технологических процессов в модернизации оборудования ва Астраханском рыбокомбинате. Московском желатиновом заводе, московском заводе сычужного фермента. Московском мясокомбинате и предприятии п/я Р-6476; использованы в работах В.ІІ.Кобдова, К.Н.Іабалина (УШ.І969), II.Г. Тульчевсного (КТИПП, 1971), Г.Б.Брика (УкрНШММП, 1972), В.К.Ца-рякаева (ГСХИ, 1974), А.М.Бражкикова, ВЛ.Карпычева, А.И.Пелеева (МТИММП,І974), А.Б.Горбунова (московское объединение "Полово", 1975), В.В.Семенова (мТИМИИ, 1976), В.В.Гуслянникова, и.И.Кар-гааьцева (ВНШ, 1977), А.В.Горбатова (МТИМШ, 1979), Ю.Н.Добро-мнрова, А.С.Гинзбурга, А.П.Рысина (мТИПП, 1979), Б.Я.Иванова (МТИМИП, I960), С.В.Космодемьянского (НТИМИП, 1980); ряд результатов исследования приведен в монографиях, учебниках и учебных пособиях, а также используется в лекционных курсах.
Публикация результатов иссдадумя«ят По теме диссертации основные научные положения, выводы, научно-технические рекомендации и описания изобретении (зарегистрированных в ГК СИ СССР по дедам открытий и изобретений) в области интенсификации, совериевствова-ния, создания, аналитического моделирования я оптимизации технологических процессов і оборудования мясной ж молочной промыилен-восхи опубликованы за иериод 1959-1980 гг. в 158 печатных работах.
Структура я объем работы. Диссертация представляет собой обобщенное наложение результатов исследований, проведенных авто-
ром ь І95^-І9Є0 гг. Диссертация состоит нз введення, четырех . глав, завлечения, общих выводов, списка литературы, содержащего наименования П5 источников на русском и иностранном языках (вкльчая авторские свидетельства) и приложении. Основное содержание диссертации изложено на 261 странице машинописного текста. Диссертация содержит в рисунков, 28 таблиц, 68 формул.
Указанная структура диссертации обусловлена необходимость!) выделить то новое, что она вносит в исследование проблемы аналитического моделирования технологических процессов и оборудования мясной цроиыхденкостя, м те основные положения, которые выкосятся на защиту (Введение); обобщить имевшиеся в литературе данные о состоянии и перспективах развития аналитического моделирования технологических подсистем мясокомбината, выбрать область, поставить задачи исследования и наметить пути их реиения (Глава I); обосновать принятые методы исследования, создать систему понятий теории аналитического моделирования технологических процессов и оборудования мясной промыыенносхя и определить ее место в обмен системе наук (Глава П); обсудить результаты опытной проверки выдвинутых научных положении я дать их теоретическое обоснование, предложить рекомендации по конкретной реализации и практическому использование выводов диссертации при решении прикладных задач оптимизации, возникающих в процессе функционирования мясной промышленности (Глава Ш); показать процедуру применения развитых в диссертация методов, систематизирование представить прикладные результаты исследования и привести примеры практической реализации основных положений общей теории и ее следствий с предъявлением как ожидаемых, sax и достигнутых технико-экономических показателей ухе реализованных инженерных разработок (Глава 17); подчеркнуть характерные особенности я провести ретроспективный анализ представленных в диссертации теоретических и экспериментальных результатов исследования (Заключение); кратко сформулировать итоги диссертации (Общие выводы).
Автор защищает:
регулятивные принципы теория и ях следствия, позволяющие не только единообразно рассматривать особенности существующих технологических подсистем мясной промыиеняости, во и указывать конкретные пути их совериенствования, а также пути соадавжя новых аффективных технологических процессов и оборудования в этой от-
раслм проммиленности;
аналитически» результаты творів, позволяю*!в с единой точки время осуществлять в ранках обобщенной моделі Формализованное описание линейных і нелинейных технологических подсистем мясной промышленности я разрабатывать на этом основе научные методы расчета технологических процессов в оборудовала отрасли, отражающие каж количественные, таї в качественные стороны описываемых явленая;
методы творів, позволяющие находи» принципиальные ревевня вврохого класса инженерно-технических задач отрасли, н преддохен-нне на базе этих методов научно обосвоваввые конструктивные разработки технологического оборудования различного назначеная для осуществления процессов разрушения структури сырья и создания структуры продукта мясной проммвхеввоств.