Синтез структуры информационной системы анализа и управления процессом производства масла подсолнечного

В период импортозамещения, для предприятий пищевой промышленности становится актуальной задача внедрения отечественного программного обеспечения, обеспечивающего качество выпускаемой продукции. Внедрение информационных систем анализа и управления процессом производства пищевой продукции позволяет снизить влияние человеческого фактора на процесс выявления дефектов производства, а также обеспечить рост производительности оборудования, уменьшить регламентируемое время на ремонт, обслуживание и диагностику оборудования и системы управления; оптимизировать количество обслуживающего персонала при повышении общей компетентности.

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

В данном исследовании уделено внимание одному из наиболее прибыльных процессов в производстве масложировой продукции – дезодорация масла.

Методы

В настоящее время в разных отраслях созданы и достаточно широко эксплуатируются автоматизированные проблемно-ориентированные системы анализа и управления. Автоматизация ряда процедур в сложных организационных системах позволяет получить полную и подробную оцифрованную информацию об объекте управления [1–12]. Проблематика организации системы информационного обеспечения на крупных промышленных предприятиях РФ заключается в активном внедрении интегрированных систем: IBM, SAP, Informatica, Oracle. Следует заметить, что эффективность их внедрения зависит от множества факторов и зачастую сталкивается с трудностями. В работах [6– 12] отражены основные проблемы внедрения информационных систем на крупных предприятиях. Среди них можно назвать высокую цену, организационные издержки, длительный период освоения, отсутствие квалифицированных специалистов и трудоемкость переобучения пользователей, что делают данные системы недоступными для малых предприятий. Следует отметить, что в рамках индустрии 4.0 предлагается подход к цифровизации сквозного контроля качества процессов жизненного цикла продукции [13–16].

Использование информационных систем анализа и управления, как всем жизненным циклом продукции, так и отдельными этапами производствана пищевых предприятиях нашло широкое отражение в работах [1–5, 18].

Анализ изученных работ показал, что в настоящее время цифровизация контроля качества продукции на пищевом производстве является актуальной, при этом внедрение сложных информационных систем, обеспечивающих анализ и управление всего жизненного цикла продукции, достаточно проблематично для мелких предприятий. Следовательно, модернизация автоматизированной системы управления технологическим процессом дезодорации подсолнечного масла, которая позволит управлять параметрами процесса по оптимальным алгоритмам, следить за ходом технологического процесса и корректировать данные алгоритмы является актуальной.

Важную роль для повышения качества продукции и оптимизации работы технолога-оператора играют внедрение информационной системы помощи технологу-оператору в принятии решений по управлению процессом дезодорации, реализация систем управления, использующих математические модели, преобразование условий труда работников путем освобождения от неквалифицированного, монотонного и вредного труда, повышение безопасности.

Современные технологические процессы зачастую являются сложными, затратными и инерционными на основании чего в настоящее время внедрение автоматизированных систем обработки данных является очень актуальным для различных производств.

При производстве дезодорированного подсолнечного масла наиболее важные параметры качества готовой продукции определяются на стадии дезодорации: ряд технологических величин связаны с физико-химическими показателями качества [17–19]. Следовательно, путем изменения этих величин можно регулировать показатели качества, как на любой стадии производственного цикла, так и в готовом виде. А при использовании специальных методов обработки информации и моделирования – прогнозировать.

На рисунке 1 отображены входные, выходные параметры процесса дезодорации подсолнечного масла (ПДПМ) и возмущения.

Рисунок 1. Структурная схема процесса дезодорации как объекта управления

Figure 1. Structural diagram of the deodorization process as a control object

Входные параметры: Тпп – температура перегретого пара после ЭПП, ℃; Рпп – давление перегретого пара, кПА; Fnn – расход перегретого пара, кг/час; Тпм – температура подогретого масла после процесса дезодорации (ПД), ℃; Fдм – расход деаэрированного масла, кг/час; Fлк – расход раствора лимонной кислоты, кг/час. Выходные параметры: w1 – массовая доля жирных кислот в продукте, %; w2 – массовая доля сконденсировавшегося пара (воды) в продукте, %; w3 – массовая доля одорантов в продукте, %. Возмущающие факторы ( U ): изменение давления пара на входе в ПД; изменение массовых долей жирных кислот в деаэрированном масле; изменение состава деаэрированного масла.

Для конструирования и разработки информационных систем (ИС) для контроля и управления производственными процессами предлагается обобщенный вариант декомпозиции объектов проектирования, учитывающий особенности обработки информации, выполняемые ими функции (объектно-ориентированные и обслуживающие) и выделяющий уровни автоматизации, объединяющих подсистемы моделирования, постановки и реализации эксперимента [20].

Приведенная на рисунке 2 структурная модель типовой ИС включает – АСМ – автоматизированную систему моделирования; АСУЭ – автоматизированную систему управления экспериментом; АСПЭ – автоматизированную систему проведения эксперимента;

БД – базу данных. Для уточнения функций подсистем, представленных в обобщенной структуре типовой ИС и описания их связей конкретной информационной системы для каждого уровня декомпозиции и подсистем, осуществляется синтез информационной модели, описывающие структуру ИС с применением CASE технологий в виде диаграммы потоков данных (рисунок 3). Для описания логики взаимодействия информационных потоков в каждой конкретной рассматриваемой ИС применяется методология, использующая графическое описание информационных потоков, взаимоотношений между процессами обработки информации и объектов в виде IDЕF03 модели (рис. 4).

Рисунок 2. Обобщенная структурная модель проблемно-ориентированной ИС

Figure 2. Generalized structural model of a problem-oriented IS

Рассмотрим описание функционального аспекта проектируемой ИС. С точки зрения области применения ИС предназначена для выполнения следующих функций:

• 1.    Имитационного моделирования процесса дезодорации и расчета показателей качества готового продукта;

• 2.    Получение и хранение статистических данных о промышленном процессе и качестве получаемых продуктов в БД;

• 3.    Перерасчета математических констант моделей, используемых при моделировании;

• 4.    Расчета и получения рекомендаций по управлению промышленными процессами для получения продуктов заданного качества.

Хаустов И.А. и др.Вестник ВГУИТ, 2022, Т. 84, №. 3, С. 398-404

Для моделирования параметров технологического процесса пользователь вводит исходные данные (Тпп, Рпп и т. д.). Далее осуществляется расчет модели процесса дезодорации, выходные данные представлены показателями w 1 , w 2 ,w 3 – массовая доля жирных кислот, массовая доля сконденсировавшегося пара (воды), массовая доля одорантов в кубовом продукте на конечном этапе моделирования. Эти данные совместно с исходными передаются в подсистему расчета показателей качества, где рассчитываются дополнительные показатели качества продукции. При моделировании используют сяэмпирические данные в виде набора констант статических моделей, поступающих с базы данных по запросу.

При инициализации режима накопления статистических данных производится запись информации в базу данных. При этом информация разделяется на 2 вида – данные задаваемые вручную (Тпп, Рпп и т. д.), результаты измерений параметров технологического процесса (измеряемые автоматически, результаты лабораторного контроля).

В режиме пересчета констант статических данных происходит вызов накопленных

После оценки констант информация поступает в блок анализа выходной информации, где принимается решение о достоверности результатов пересчета констант. Если результаты идентификации удовлетворительные, то новые данные поступают в базу данных.

В режиме расчета управляющих воздействий пользователь имеет возможность получить рекомендации по управлению процессом дезодорации для получения продукта заданной степени качества.

По результатам вычислений в блоке расчета управляющих воздействий на выходе формируются данные, характеризующие параметры управляющих воздействий.

Каждый структурный элемент схемы 3 показывает функцию и состав данных структурных элементов рисунок 2, но рисунок 3 не раскрывает логику и очередность обработки данных в ИС. На рисунке 4 представлена логическая структура обработки данных в нотации IDЕF03 рисунок 4, дополняющая схему 3.

Технал огическии

База данных показателем управляющих воздействий

Рисунок 3. DFD модель системы анализа и управления процессом дезодорации подсолнечного масла

Figure3. DFD model of the system for analysis and control of the deodorization process of sunflower oil

вь ходиой информации

УС PC.1CIB0 Ed вода информации

Звод исходной информации

Инициализация режима моделирования процесса дезодорации

Инициализация режима идентификации математических моделей

исходной информации

Унициал/заиия режима сасчй1а управляющих воздействий

Измерение и эбр=бо1ка данных о технологическом пролессе

Перерасчет констант модели

Инициализация режима накопления статистических данных

Рисунок 4. IDЕF03 модель системы анализа и управления процессом дезодорации подсолнечного масла

Figure4. IDEF03 model of system for analysis and control of sunflower oil deodorization process

Заключение

В статье проведен анализ литературы, который показал, что возникает необходимость в решении такой задачи, как проектирование проблемно-ориентированной системы оценки и управления процессом производства масла подсолнечного дезодорированного рафинированного. Для повышения качества продукции и

оптимизации работы технолога-оператора и оборудования разработаны структура информационной системы помощи в принятии решений по управлению процессом дезодорации масла подсолнечного рафинированного дезодорированного в виде DFD и IDЕF03 диаграмм. Определены основные факторы, влияющие на изменения показателей качества продукции.