Введение к работе
Актуальность проблемы.
В настоящее время часть показателей качества хлебобулочных изделий (ХБИ) определяется по органолептическим показателям согласно ГОСТ и ТУ. Одним из таких показателей, важным с точки зрения потребителя, является цвет изделия и равномерность окраски. Проблема контроля этого показателя качества заключается в субъективности его оценки человеком, т.к. порог чувствительности и особенность восприятия цвета у каждого человека индивидуальны, а один и тот же цвет разными людьми будет интерпретирован различно. Кроме того, объективные трудности связаны с физикой отражения и поглощения света при различных условиях освещения. Различный спектральный состав освещения может давать одинаковый отклик на зрительных рецепторах, что не исключено в условиях производства. При отсутствии оперативных автоматизированных методов контроля нет возможности вносить изменения в ходе технологического процесса для достижения заданного показателя качества.
Таким образом, актуальной является задача разработки автоматизированного метода контроля цвета хлебобулочных изделий, а также системы поддержки принятия решений при управлении технологическим процессом выпечки ХБИ с использованием математических моделей динамики изменения показателя качества.
Основной характеристикой объекта, обусловливающей его цвет, является спектральный коэффициент отражения. В настоящее время, в связи со снижением стоимости цифровой фототехники, к одним из перспективных методов контроля цветности можно отнести метод анализа цифровых изображений, преимуществом которого является низкая стоимость, простота контроля, возможность бесконтактного измерения, одновременная оценка свойств нескольких объектов или большой площади, возможность компьютерной обработки сигнала и интеграции в контур АСУТП.
Основные теоретические положения по применению цифровых изображений для анализа цветовых характеристик объектов рассмотрены в работах: Р. Гонсалеса, Д. Джада, М. Кривошеева. Некоторые зависимости между спектрами различных физико-химических показателей и показателями качества приведены в работах: А. Краснова, З. Гарша, А. Герасимова. Эти работы служат основой для разработки методик, позволяющих по параметрам цифрового изображения автоматически определять показатели качества хлебобулочных изделий, характеризующих его цвет в соответствии с ГОСТ, что необходимо для хлебопекарных производств.
В связи с этим актуальность работы определяется необходимостью разработки новых методов контроля цветности ХБИ и синтеза системы поддержки принятия решений по управлению процессом выпечки с учетом полученных измерений.
Исследование выполнялось в рамках госбюджетной НИР «Разработка и совершенствование математических моделей, алгоритмов регулирования, средств и систем автоматического управления технологическими процессами» (№ г.р. 01960007315).
Цель: разработка системы поддержки принятия решений по управлению процессами выпечки хлебобулочных изделий с учетом цвета корки на основе непрерывно измеряемых цветовых спектрах поверхности ХБИ и математической модели динамики изменения цвета корки, обеспечивающей с достаточной точностью воспроизведение использующегося органолептического метода контроля качества, автоматизацию и оперативность оценки качества производимой продукции.
Для достижения указанной цели поставлены задачи:
1. Системный анализ проблем и методов автоматизации оценки качества показателей цветности в промышленности.
2. Синтез структуры системы поддержки принятия решений по управлению процессом выпечки ХБИ на основе проведенного системного анализа.
3. Разработка метода автоматизированного контроля цвета корки ХБИ с учетом произвольных параметров цветового спектра поверхности изделия.
4. Синтез математической модели, описывающей динамику изменения цвета корки ХБИ.
5. Разработка и реализация системы поддержки принятия решений по управлению с учетом показателя цветности ХБИ в условиях производства.
Объект исследования. Технологический процесс выпечки ХБИ.
Методы исследования. В работе используются методология системного анализа и моделирования систем, математического моделирования и дифференциального исчисления, методы идентификации и оптимизации.
Научная новизна:
-
Структура системы поддержки принятия решения по управлению технологическим процессом выпечки ХБИ.
-
Новый метод автоматизированного контроля показателя цветности на основе обработки информации об измеряемых цветовых спектрах поверхности ХБИ, отличающийся использованием автоматизированного отбора наиболее информативных параметров цветового спектра с использованием метода аналитических иерархий и использование нейронной сети для оценки показателя качества ХБИ.
-
Математическая модель динамики изменения показателя цветности, позволяющая прогнозировать значение показателя цветности при заданных температуре и времени выпечки ХБИ, а также рассчитывать корректирующие значения времени и температуры выпечки.
-
Специальное математическое и алгоритмическое обеспечение для реализации системы поддержки принятия решений по управлению технологическим процессом выпечки ХБИ с учетом цвета корки ХБИ.
Практическая значимость работы заключается в создании автоматизированной системы контроля цветовых показателей качества хлебобулочных изделий на основе анализа цифровых изображений, системы поддержки принятия решений для повышения эффективности АСУ ТП в хлебопекарном производстве.
Математическая модель, метод контроля, алгоритмическое и программное обеспечение для определения показателей качества хлебобулочных изделий по цифровому изображению успешно апробированы на ОАО «Липецкхлебмакаронпром» (г. Липецк).
Внедрение разработанной методики позволяет в производственных условиях повысить оперативность определения качества выходной продукции и осуществлять поддержку принятия решений по управлению процессом выпечки ХБИ.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы были доложены на международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-24 (Псков, 2011), международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ГОУ ВПО ВГТА и 50-летию кафедры ИУС (Воронеж, 2009), II международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ГОУ ВПО ВГТА, 60-летию кафедры «Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» (Воронеж, 2010).
Публикации. По результатам проведенных исследований и практических разработок опубликовано 9 научных работ, включая 3 работы в научных изданиях и журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал изложен на 168 страницах, содержит 66 рисунков и 21 таблицу. Список литературы из 125 источников и приложения.
