Херсонський державний технічний університет

Круглий Дмитро Георгійович

УДК 677.11.021

Удосконалення технології одержання лляної трести розстиланням соломи

Спеціальність 05.18.03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор

Рогальський Франц Борисович, Херсонський державний технічний університет, завідувач кафедри інформатики і комп'ютерних технологій

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Карпець Іван Панкратович, Інститут землеробства Української академії аграрних наук, м. Київ завідувач відділу льону;

кандидат технічних наук Семченко Володимир Іванович, Асоціація льонарів Житомирщини, генеральний директор .

Провідна установа:

Інститут сільського господарства “Полісся”, відділ льону, УААН, м.Житомир

Захист відбудеться 24.10.2001 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського державного технічного університету (73008 , м. Херсон, Бериславське шосе, 24)

Автореферат розісланий 20.09.2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Через складність біологічних процесів перетворення лляної соломи в тресту і некерованості їх плином під час вилежування трести на стелищі спостерігаються великі кількісні і якісні втрати волокнистої сировини, особливо за несприятливих погодних умов. На стадії перетворення соломи в тресту якість сировини знижується на 1,0 номер і більше, втрати врожаю коливаються від 15 до 30%, а іноді сягають 70%.

Питанням отримання якісного льоноволокна присвячено багато наукових робіт. В процесі виконання досліджень автор спирався на праці провідних фахівців з даної проблематики: Лесика Б.В., Карпця І.П., Ковальова В.Б., Боярченкової М.М., Дударєва О.І. та інших.

Для уникнення втрат лляної сировини й повного використання всього врожаю лляної соломи при отриманні трести потребується впровадження науково обґрунтованого способу управління технологічним процесом перетворення стебел соломи в тресту. Однак, донині неповною мірою визначена роль вихідних характеристик лляної соломи у технологічному процесі її вилежки на стелищах, а також їх взаємозв'язок із погодними факторами у плані максимального використання якісних достоїнств соломи у виготовленій тресті. Тому проведення нових досліджень у напрямі удосконалення технології одержання лляної трести розстиланням соломи на стелищі, спрямованих на збереження якості вихідної сировини і одержання високоякісної трести є актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота є складовою частиною тематичної програми досліджень кафедр первинної обробки, стандартизації і сертифікації сировини та інформатики і комп'ютерних технологій Херсонського державного технічного університету з теми: “Розробка ресурсозберігаючих технологій первинної переробки льону та конопель для створення екологічно чистих товарів народного вжитку”, номер державної реєстрації 0199 U 001229, яка затверджена рішенням експертної ради Міністерства освіти і науки України, протокол №2 від 04.11.98 року. Автор взяв участь у даній роботі як виконавець.

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є розробка удосконаленого технологічного процесу розстилу, який дозволить скоротити термін приготування трести із лляної соломи на стелищі і підвищити її якість. Для досягнення зазначеної мети необхідно розв'язати наступні задачі:

·

· теоретично обґрунтувати систему управління технологічним процесом перетворення лляної соломи в тресту;

· на основі системного аналізу визначити найбільш значимі фактори, за допомогою яких досягається зниження тривалості процесу розстилу без втрати якості лляної трести;

· розробити технологічні схеми удосконалення процесу розстилу і алгоритм управління ним;

· перевірити та впровадити у виробництво програмований системний підхід управління процесом приготування лляної трести на стелищі;

· зменшити втрати льоносоломи при розстиланні і підвищити якість одержаної трести.

Об'єкт дослідження. Спосіб одержання лляної трести розстилом на основі існуючих показників вихідної сировини із забезпеченням скорочення терміну розстилання та покращення якості кінцевої продукції.

Предмет дослідження. Програмована технологія перетворення льоносоломи в тресту.

Методи досліджень. Теоретичні та експериментальні методи, зокрема, вимірювально-ваговий, хімічний, математико-статистичний, органо-лептичний, а також методи автоматизованого управління, прийняття рішень, алгоритмізації. Фізико-механічні показники якості лляної соломи і трести оцінювались інструментальними методами відповідно до чинних держстандартів “ДЕСТ 2975-73. Треста лляна, технічні вимоги.”

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше розроблена програмована технологія приготування лляної трести на стелищі, при застосуванні якої здійснюється постійний контроль і управління якістю трести.

Вперше доведена і математично описана залежність основних показників якості трести, зокрема відокремлюваності волокнистого шару від деревини і міцності, від терміну розстилання за різних значень вологості розісланого шару лляної соломи, і на цій основі визначено оптимальні терміни піднімання трести.

Запропонована науково обґрунтована методологія відпрацювання способів удосконалення технологічного процесу розстилу стебел соломи на основі визначення показників розісланого шару.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено спосіб програмованого управління технологічним процесом перетворення льоносоломи в тресту, придатний для застосування у виробництві.

Здійснено виробничні випробування програмованої технології одержання лляної трести на стелищі й доведено можливість та доцільність її широкого застосування в умовах льонопереробних підприємств України.

Результати досліджень пройшли виробничі випробування на Репкінському льонозаводі Чернігівської області. Удосконалений спосіб приготування трести впроваджено в господарствах агропромислового підприємства “РЕССКІ”. Економічний ефект становить 30 грн. на 1 тонну заготовленої льоносоломи. Впровадження удосконаленої технології не потребує матеріальних і енергетичних втрат у технологічному процесі діючих льонозаводів.

Особистий внесок здобувача. Здобувач самостійно виконав усі дослідження по темі дисертації, проаналізував і узагальнив одержані результати, підготував дисертаційну роботу.

З 8 робіт, в яких викладено основний зміст дисертації, 7 виконано в співавторстві, де особисто автором отримані такі результати: виділено головні проблеми, що постають при зберіганні рослинної продукції; проаналізовано динаміку процесу визрівання лляної трести на стелищі; досліджено можливу зміну якісних показників трести при різних значеннях вологості соломи; розглянуті особливості формалізації та управління процесом визрівання лляної сировини і обґрунтовано необхідність застосування системного підходу при аналізі процесу визрівання лляної трести.

В інших роботах вклад авторів однаковий.

Апробація результатів дисертації: Результати досліджень доповідались і схвалені:

·

· технічній раді державного підприємства “Льоноконоплепром”, 2000 і 2001 р., м. Київ;

· технічній раді Агропромислового підприємства “РЕССКІ”,

· 1998 р., м. Чернігів;

· науково – теоретичній конференції наукових співробітників Інституту землеробства УААН, 2000 р., м. Київ;

· науково – технічній конференції “Проблемы легкой и текстильной промышленности на пороге нового века”, 1999 р., м. Херсон.

· науково-практичній конференції “Інформаційні технології в освіті і управлінні”, 2001 р., м. Нова Каховка.

Публікації. Основні положення роботи викладені у 8 публікаціях, із них 6 в наукових фахових виданнях і 2 в збірниках наукових праць.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, загальної характеристики роботи, п'яти розділів основної частини, висновків, списку літературних джерел і додатків. Дисертаційна робота викладена на 138 сторінках машинописного тексту, містить 27 рисунків, 28 таблиць, 182 найменування використаних джерел: із них 125 зарубіжних та 2 додатки на 20 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі дано загальну характеристику роботи, розкрито сутність і стан наукової проблеми та її значення, обґрунтовано актуальність теми, поставлені мета та задачі дослідження, розкрито наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, охарактеризовано об'єкти та методи досліджень.

У першому розділі подано огляд літератури з питань управління технологічними процесами первинної обробки льону. Показано, що на швидкість і якість проходження процесу приготування трести на стелищі впливає ряд некерованих і керованих факторів. Від організації і управління технологією розстилу залежить зберігання і якість одержаної трести. Однак, проблема регулювання процесів, які відбуваються при перетворенні соломи в тресту донині остаточно не вирішена.

У другому розділі викладені загальна методика й основні методи дослідження лляної соломи, вибраної як об'єкт дослідження.

Лабораторні і польові технологічні досліди проводилися з лляною соломою номера 1,75 сорту “Мрія”. При проведенні польових дослідів дотримувалися принципу єдиної відмінності. Повторність дослідів п'ятиразова, розміщення варіантів систематичне, розмір ділянки – повторності – один гектар. Показники фізико – механічних властивостей трести визначали за ДЕСТ 2975-73, а вихідні характеристики за методикою, передбаченою ДЕСТ 114897-69. Видовий і кількісний склад мікроорганізмів, визначали згідно з методиками, розробленими Дударевим О.І., Корнєєвим В.Ф., Білим В.І. Вологість льоносировини на стелищі вимірювали за допомогою вологоміру ВЛК-3.

У лабораторних дослідах вивчали динаміку зміни відокремлюваності і міцності трести при 20, 30, 60, 100 відсотках вологості протягом 14 діб при температурі 18°±1°С, та відносній вологості повітря 80±5%. Математичну обробку експериментальних даних проводили за методикою проведення польових, технологічних та інших дослідів у викладенні Доспєхова Б.О.

В третьому розділі висвітлені особливості формалізації та управління процесом одержання лляної трести на стелищі. Для створення системи управління проектується технологічний процес перетворення лляної соломи в тресту, складається його формалізована схема (рис.1).

Зовнішні некеровані змінні (температура повітря, сонячна радіація, вологість повітря)

Керовані змінні (ворушіння стрічок, обертання стрічок, зрошення) Технологічний процес формування льонотрести Вихідні змінні (відокремлюваність волокна від деревини, механічна міцність волокна, номер трести)

Внутрішні змінні (фізико – механічні показники соломи, селекційний сорт соломи, склад пектиноруйнівної мікрофлори)

Ця схема відображає технологічний процес вилежування стебел льону, отримання з них трести, переробки останньої з виділенням льоноволокна.

Система управління таким процесом повинна забезпечити виконання поставлених задач при використанні непрогнозованих значень факторів зовнішнього середовища.

Здійснення глибокого аналізу структури факторів, які впливають на характер процесів технології приготування льняної трести на стелищі, з позицій теорії управління дозволило запропонувати узагальнену схему системи управління цією технологією (рис.2).

Рис.2. Узагальнена схема системи управління технологією перетворення лляної соломи в тресту

Тут технологічний процес є об'єктом управління. Блок зворотнього зв'язку отримує інформацію про поточний стан технологічного процесу.

Директивний блок видає для оперативного блоку інформацію про нинішнє і майбутнє поводження навколишнього середовища й об'єкту управління та надає ймовірне уявлення про теоретично можливий стан лляної трести, який забезпечується погодними факторами, мікрофлорою поверхні стебел соломи й ґрунту, вологістю трести, тривалістю вилежування, наявністю інших збурюючих факторів.

Процес формування керуючих впливів для об'єкту управління здійснюється в оперативному блоці на підставі інформації, що надходить із директивного блоку та блоку зворотнього зв'язку. Тут приймається оперативне рішення щодо розробки нових чи дотримання існуючих керуючих впливів.

Система управління завжди повинна досягати мети управління – C. Стан управління характеризують вихідні показники - x(t) об'єкту управління, зовнішні збурення, що впливають на об'єкт, і зокрема, являють погодні умови – F(t); r(t) – це змінні керування: наприклад, ворушіння, вплив сонячного світла та аерація; z(t) – змінні стану об'єкту, що пройшли попередню обробку в блоці зворотнього зв'язку. Ці змінні розглядаються як компоненти багатовекторних функцій:

Задачею аналізу об'єкту управління, тобто техніко-економічних показників технологічного процесу, є визначення параметрів векторів ,

, при яких вектор приймає оптимальні значення. Саме в цьому випадку досягається запланована мета управління.

Завдяки тому, що стан керованої системи є функцією її початкового стану і векторів , , де - початок технологічного процесу (його техніко-економічні показники на початок планового періоду), рівняння стану системи подається у вигляді:

де і =1,2,…..n; n – кількість техніко - агрономічних показників технологічного процесу.

Це дає можливість провести декомпозицію керованої системи на n пов'язаних між собою підсистем.

Для побудови моделі технологічного процесу перетворення лляної соломи в тресту на стелищі, оскільки природа таких об'єктів досить складна, використані статистичні методи. За їх допомогою аналізувались результати лабораторних і польових експериментів, в результаті аналізу одержали залежності між вхідними і вихідними параметрами. В роботі вивчали залежності якості лляної трести від параметрів технології проведення процесу розстилу лляної соломи на стелищі. Визначено план досліджень, який складається із постановки експерименту з метою отримання регресійних моделей залежності основних показників якості трести від тривалості процесу розстилу і вологості лляної соломи, створення математичної моделі технологічного процесу одержання лляної трести на стелищі, алгоритму управління технологічним процесом і розробки програмованої технології одержання лляної трести в природних умовах.

В четвертому розділі наведені результати досліджень технологічного процесу перетворення лляної соломи в тресту на стелищі. Подані результати постановки пасивного експерименту, в якому вхідні параметри, зокрема, вологість лляної соломи змінювалась в діапазоні 20-100%, а тривалість процесу розстилу - від 1 до 14 діб. Ряд інших параметрів, які також впливають на вихідні характеристики лляної трести, приймалися як “constants”.

В результаті постановки експерименту одержані регресійні рівняння залежності відокремлюваності (yi), міцності (zi) трести від тривалості процесу розстилу (хi) для різних значень вологості (wi) лляної соломи.

Регресійні рівняння, одержані на основі результатів технологічних досліджень, які представлені матрицями зміни відокремлюваності волокна від деревини і міцності при вологості розісланого шару 20-100%. Як приклад, в табл. 1 наведено матрицю динаміки зміни відокремлюваності при вологості 30%. х1 – відповідає початку процесу розстилу при ф = 0; х2, х3, х4, х5, х6, х7, х8 - відповідають терміну розстилання соломи 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 діб.

Таблиця 1

Матриця динаміки зміни відокремлюваності при вологості 30%

y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 y10

х1 0 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6

х2 2 2,7 2,7 2,9 2,9 2,8 2,7 2,7 2,9 2,8 2,9

х3 4 3,4 3,1 3,4 3,1 2,8 3,5 3,2 3,1 3,2 3,2

х4 6 3,6 4 3,9 3,6 3,8 4,1 3,8 4,2 3,6 4,4

х5 8 4,3 4,3 4,3 4,2 4,1 4,3 4,2 4,5 4,4 4,4

х6 10 4,7 4,9 4,8 5 5,1 5,3 4,7 4,7 4,9 4,9

х7 12 5,2 5,2 5,1 5,3 5,4 5,5 5,1 5,0 5,2 5,0

х8 14 5,4 5,3 5,5 5,4 5,6 5,7 5,4 5,2 5,3 5,2

До вологості 30% ці залежності описуються лінійними регресійними рівняннями першого порядку:

y1 = 2,5 + 0,4ф для W1 = 20% (1)

y2 = 2,3 + 1,1ф для W2 = 30% (2)

При підвищенні вологості розісланого шару лляної соломи одержані регресійні рівняння другого порядку:

y3 = 2,5 + 1,5ф + 7,1ф2 для W3 = 60% (3)

y4 = 2,8 + 1,8ф - 8,9ф2 для W4 = 100% (4)

Зміна міцності лляного волокна, виділеного з лляної сировини при різних значеннях вологості, певному терміні розстилу, описується регресійними рівняннями другого порядку:

z1 = 15,6 – 0,1ф + 8,2ф2 для W1 = 20% (5)

z2 = 15,1 + 2,5ф - 0,5ф2 для W2 = 30% (6)

z3 = 15,4 + 2,4ф - 0,83ф2 для W3 = 60% (7)

z4 = 15,9 + 2ф - 0,7ф2 для W4 = 100% (8)

За допомогою регресійних рівнянь, використовуючи персональний комп'ютер, визначається термін одержання на стелищі трести із стандартною відокремлюваністю і міцністю при визначених значеннях вологості розісланого шару лляної соломи.

Для визначення стану системи в певний момент протікання процесу розстилу розраховувалась швидкість зміни відокремлюваності і міцності трести при різних значеннях вологості як диференціал функції dyi / dt.

Швидкість зміни відокремлюваності і міцності при різних значеннях вологості лляної соломи описується такими диференціальними рівняннями:

dy1 / dt = 0,4; при W1 = 20% (9)

dy2 / dt = 1,1; при W2 = 30% (10)

dy3 / dt = 1,5 + 14,2х; при W3 = 60% (11)

dy4 / dt = 1,8 – 17,8х; при W4 = 100% (12)

dz1 / dt = 10,3; при W1 = 20% (13)

dz2 / dt = 1,5; при W2 = 30% (14)

dz3 / dt = 2,4 - 1,66х; при W3 = 60% (15)

dz4 / dt = 2 – 1,4х; при W3 = 100% (16)

Одержані математичні залежності дають можливість прогнозувати процес отримання трести на стелищі і керувати ним. Як приклад, залежності міцності і відокремлюваності трести при 100% вологості наведені на рис.3 і рис.4.

Виходячи із одержаних регресійних рівнянь динаміки зміни відокремлюваності і міцності при різних значеннях вологості, визначені оптимальні значення терміну приготування трести на стелищі. Так оптимальні значення показників міцності та відокремлюваності, визначені за допомогою регресійних рівнянь і їх графічної інтерпретації для різних значень вологості сировини, знаходяться в межах більш, ніж 14 діб для вологості 30%. При вологості 60% номінальні значення відокремлюваності можуть бути одержані на 10 добу, при цьому оптимальна міцність сировини буде спостерігатися за той же термін часу вилежування.

Якщо вилежування буде здійснюватися при вологості 100%, то номінальні значення відокремлюваності в сировині будуть одержані на 6 добу, при цьому оптимальні значення міцності також знаходяться в той же період часу.

Виходячи з результатів проведених досліджень, на основі визначення вологості сировини спрогнозовані в певний період часу якісні фізико - механічні властивості лляної соломи і визначено момент закінчення процесу перетворення її в тресту. Пояснити явища сповільнення перетворення лляної соломи в тресту при низьких значеннях вологості можна на основі вивчення зміни кількісного складу мікрофлори.

На чисельність і видовий склад мікроорганізмів в значній мірі впливають погодні умови та фази розвитку льону.

Так, при вилежуванні соломи льону довгунця сорту “Мрія” за її вологості 20 – 30% на початку процесу видовий склад мікрофлори характеризувався домінуванням таких видів, як Fusarium avinaceum (фузаріозне побуріння) та Dothiorela gregaria (антракноз). Крім них в процесі перетворення соломи в тресту також приймали участь Fusarium gibos (фузаріозне в'янення), Phoma exigua (фомоз) та пектиноруйнівні гриби Alternaria linicola і Cladosporium herbarum (табл. 2).

Таблиця 2

Видовий склад мікрофлори в залежності від вологості лляної соломи за 3 доби розстилу

Видовий склад Вологість соломи, %

20 30 60 100

Alternaria linicola р/з* ч/з* дом* дом

Cladosporium herbarum р/з ч/з ч/з дом

Colletotrichum lini р/з

Dothiorela gregaria дом р/з

Fusarium avenaceum дом р/з

Fusarium gibosum ч/з ч/з р/з

Fusarium graminear. р/з

Gonatobotrys flava р/з

Phoma exidua ч/з

Septoria linicola ч/з р/з р/з

дом* - домінуючі, які зустрічаються з частотою більше 50%;

ч/з* - часто зустрічаються, частота 30-50%;

р/з* - рідко зустрічаються, частота менше 30%.

У плині процесу одержання трести видовий склад грибів дещо змінювався. Так, на контролі до домінуючої кількості Fusarium avenaceum і Dothiorela gregaria додались такі види грибів, як Fusarium giborum та Septoria linicola, які стали домінуючими до кінця вилежування. На кінець вилежування змінилась і кількість пектиноруйнівних грибів. Якщо на початку вилежування вони зустрічались рідко, то в кінці приготування трести були відмічені з частотою близькою до домінуючої. Подібна зміна видового складу грибів спостерігалась при вологості 30 - 100%. Проте, слід відмітити, що при вологості 60, 100% домінуюча кількість грибів Fusarium avenaceum та Dothiorela gregaria різко зменшилась і за вологості 100% вони зустрічались рідко і лише в деяких випадках з середньою частотою їх кількість була помітною. Видовий склад целюлозоруйнівних грибів при вологості 100% на кінець приготування трести стає домінуючим.

Таким чином, при значеннях вологості лляної соломи від 20 до 30% домінуючими видами мікрофлори є гриби: Dothiorela gregaria, Fusarium avenaceum, які мало впливають на процес руйнування пектинових речовин, і тому процес перетворення лляної соломи в тресту при 20% вологості не проходить, а при 30% має досить велику тривалість: декілька тижнів. При підвищенні вологості від 30 – 100% збільшується кількість грибів Cladosporium herbarum, Alternaria linicola. Ці мікроорганізми прискорюють руйнування не лише пектинових речовин, які зв'язують луб'яні пучки з оточуючими тканинами стебла, але й тих, що з'єднують елементарні волокна в луб'яних пучках і є стійкішими до руйнування. Тобто ці гриби мають позитивний вплив на прискорення процесу перетворення лляної соломи в тресту, але потребують контролю їх дії, інакше може знизитися міцність лляного волокна.

Відомо, що гриби Cladosporium herbarum, Alternaria linicola є аеробами і кількість їх на лляній сировині залежить від аерації, тобто від насичення сировини киснем повітря. Отже, впливати на видовий склад мікрофлори можна регулюванням аерації лляної соломи на стелищі. Звідси випливає висновок, що технологічний процес перетворення лляної соломи в тресту може здійснюватися за допомогою різних фізико – механічних прийомів, що змінюють аераційний стан лляної соломи, розісланої на стелищі.

В роботі доведена позитивна роль впливу ворушіння на покращення якісних показників трести в процесі її одержання на стелищі, а також зволоження як засобу прискорення процесу. Так, при підвищенні вологості до 100% втрата міцності волокна в тресті наступає уже на третю добу після розстилання, а при вологості 30% процес одержання трести сповільнюється і триває декілька тижнів. Тому в роботі для прискорення процесу розстилу запропоновано штучне зволоження шару розісланої соломи на стелищі до зазначених вище граничних значень вологості. Але при цьому треба враховувати, що міцність волокна втрачається одночасно з підвищенням відокремлюваності, і тоді знижується якість трести. Для виключення цих негативних явищ необхідно, щоб процес перетворення соломи в тресту був контрольованим і регульованим, тобто необхідно запровадити програмоване управління технологічним процесом розстилу. Щоб виключити негативний вплив целюлозоруйнівної мікрофлори, необхідно після штучного зволоження обов'язково проводити ворушіння, яке сприяє аерації стрічок зволоженої соломи і таким чином, зменшує кількість целюлозоруйнівних грибів Alternaria linicola і Cladosporium herbarum. Про це свідчать результати дослідження динаміки зміни відокремлюваності і міцності стебел в процесі вилежування та ворушіння розісланих стрічок.

Ворушіння підвищує аерацію розісланого шару льоносоломи на стелищі, уповільнює швидкість процесу перетворення лляної соломи в тресту і зберігає міцність останньої більш тривалий час при значеннях вологості 30, 60 і 100 відсотків.

Таким чином, експериментально підтверджено, що управління тривалістю процесу перетворення лляної соломи в тресту і її якісними показниками можливо здійснювати за допомогою ворушіння розісланого шару. Ворушіння збільшує тривалість процесу утворення трести, але зберігає міцність волокна. Позитивний вплив ворушіння на якість трести пов'язаний з аерацією шару соломи, яка перешкоджає утворенню целюлозоруйнівних анаеробних мікроорганізмів.

В п'ятому розділі показана математична модель технологічного процесу одержання лляної трести на стелищі. Для проектування технологічного процесу, вибору обладнання, розрахунку вартості технології на першому етапі послідовності прийняття об'єктивних рішень складається математична модель технологічного процесу, його алгоритм і програма.

Математична модель має вид:

(17)

де U0 – лляна солома, як вхідна сировина; П – технологічний процес перетворення лляної соломи в тресту; Uк – треста, як готовий продукт для одержання волокна; : = знак належності П U0.

Перетворення UК:=П є складним і тому ділиться на підфункції:

ц (U,П)=U0П1,U1П2…..UК-1П ,UК, (18)

В свою чергу функція ц розбивається на підфункції

UК-1:=ПК>UК (19)

Складемо опис всіх рівнів процесу перетворення лляної соломи в тресту ц1,ц2,…..цn , який є частиною математичної моделі технологічного процесу одержання лляної трести на стелищі:

ц1:=U0П1>U1 (20)

……………………..

цn:=Un-1Пn>UK

Вводимо в математичну модель також деякі параметри Т, які характеризують стан лляної соломи після кожного терміну іj вилежування на стелищі. Це може бути зволоження, аерація ворушінням і т.п.

Для складання повної математичної моделі технологічного процесу вилежування стебел льону на стелищі вводимо характеристики і взаємозв'язки всіх рівнів і за допомогою теорії графів описуємо їх:

ц1:=U0П1>U1;Ті1; Г1 (О0,Д1) (21)

ц2:=U1П2>U2;Ті2; Г2 (О1,Д2)

………………………………

цn:=Un-1Пn>Uk; Тіn; Гn (Оn-1,Дn),

де Г1,…….., Гn – закінчені частини графу Г; Оj – вершини, які відповідають термінам розстилу (добі); Дj– дуги, відповідні часовій упорядкованості частин процесу розстилу; j = 1, 2, …….., n.

В першому рядку математичної моделі (21) описані структура, функція, технологічна характеристика першої доби розстилання, яка починається з перетворення лляної соломи в тресту, характеризованої вихідними властивостями U0.

Рядки від ц1 до цn – це характеристики частин процесу на кожному рівні розчленування всього процесу на окремі терміни перетворення лляної соломи в тресту, останній рядок характеризує останній рівень всієї системи і описує кінцевий процес одержання трести.

Кількість рівнів розчленування визначається за допомогою схеми технологічного процесу і залежить від встановлених якісних показників трести: рівня вилежування трести – недолежала, нормальної вилежки, перележала U1, ………, .Un.

Інформація першого виду про властивості об'єкту є змінною (.Un), а другого виду – установочною. Для комп'ютера ця інформація повинна бути подана у вигляді чисел чи таблиць, в яких зібрані дані про властивості трести, тобто в формалізованому записі повинні бути всі відомості, які у відповідності з математичною моделлю необхідні для управління технологічним процесом.

На основі математичної моделі складається перший ступінь опису технологічного процесу, необхідна для розробки алгоритму управління технологічним процесом розстилу лляної соломи на стелищі. В подальшому проводиться оптимізація технологічного процесу за допомогою комп'ютера і управління рівнем вилежування трести на стелищі. Таким чином, розробка програмного забезпечення оптимізації технологічного процесу розстилу дала можливість прогнозувати якісні показники трести до закінчення процесу перетворення льоносоломи в тресту, тим самим прийняти об'єктивне рішення щодо управління технологічними параметрами одержуваної сировини за відповідний термін вилежування на стелищі льоносоломи.

Для функціонування системи необхідна інформація про те, за допомогою яких технологічних прийомів можливо провести регулювання технології перетворення лляної соломи в тресту. Щоб оцінити економічну ефективність впроваджуваної системи удосконалення технологічного процесу, необхідна також інформація про вартість готової лляної трести відповідної якості, одержаної на стелищі за допомогою програмованої технології.

Для зменшення витрат на переробку інформації і гарантії її використання створюється банк технологічних даних, в який вводяться матеріали про традиційний технологічний процес розстилу, інформація про можливі варіанти його удосконалення. Використовуючи досвід вирішення ідентичних завдань на основі створеної математичної моделі технологічного процесу, розроблено алгоритм вибору раціонального технологічного процесу (рис.5).

Алгоритм створено на основі використання моделі діяльності технолога в конкретних умовах розстилу лляної соломи на стелищі, на основі програми прийняття оперативних рішень.

Таким чином, маючи математичну модель і алгоритм управління технологічним процесом на стелищі, можна отримати тресту визначеної якості за відповідний термін вилежування, а також вибрати оптимальну схему здійснення технологічного процесу розстилу. Прикладна програмна система реалізована в середовищі MS Visual Basic 5.0, її головне вікно подано на рис.6. Сервером є програмний пакет Auto CAD 14. Базові дані про якість трести зберігаються в базі даних, яка створена в MS Access 7.0. Всі перераховані програмні продукти працюють під керівництвом операційної системи Windows – 95 і пізніших версій.

Для виявлення впливу програмованого управління технологічним процесом розстилу на якість одержуваної трести на стелищі були проведені виробничі випробування технології розстилу в льоносійних господарствах агропромислового підприємства “РЕССКІ” та Репкінському льонозаводі Чернігівської області.

Після проведення інструментального аналізу треста, одержана без застосування програмованої технології, мала середній номер 1,25, а треста з застосуванням програмованої технології номер 1,75. Відомо, що ціна 1 тонни трести номера 1,25 дорівнює 140 грн., а номеру 1,75 - 170 грн.

За рахунок підвищення номера трести економічна ефективність застосування програмованої технології на 1 т цієї сировини становитиме:

Э = Ц2 - Ц1 = 30 грн.

Висновки

В результаті розв'язання поставлених задач в роботі отримані такі основні теоретичні і практичні результати.

1. На основі проведеного аналізу особливостей технологічного процесу перетворення лляної соломи в тресту визначені основні чинники, що впливають на тривалість отримання лляної трести. Показано, що через складність і неконтрольованість процесу розстилу мають місце значні втрати врожаю і якості трести.

2. Проведено аналіз теоретичних основ управління технологічними процесами обробки льону-довгунця, показана можливість використання методології системного аналізу для управління складним технологічним процесом розстилання лляної соломи на стелищі, доведена необхідність проектування технологічного процесу перетворення лляної соломи в тресту в природних умовах і розробки комплексу технологічних операцій, виконання яких забезпечить найкращі характеристики льонотрести при доцільному збереженні врожаю.

3. Запропонована узагальнена схема управління розглянутим класом технологічних процесів, виділено елементи ситуаційного управління технологічними процесами і розроблена методологію протидії позаштатним ситуаціям.

4. В результаті виконаних теоретичних і експериментальних досліджень визначено залежності відокремлюваності і міцності лляної соломи від тривалості процесу розстилу, отримано математичні моделі технологічного процесу одержання лляної трести розстилом, які дозволяють здійснювати програмоване управління ним в залежності від контрольованих значень вологості розісланого шару лляної соломи, і таким чином удосконалити технологію одержання лляної трести розстиланням.

5. При розстиланні на стелищі в однакових умовах лляної соломи із різними значеннями вологості від 30 до 100% одержується треста з нормованими показниками відокремлюваності 6,5 – 8,0 одиниць за 6 – 20 діб. При відсутності управління технологічним процесом перетворення лляної соломи в тресту із вологістю стебел 30 – 100% міцність останніх знижується на 25 – 100%, а при досягненні нормованих значень відокремлюваності волокнистого шару від деревини становить 6,5 – 8,0 одиниць.

6. Збереженість якості трести у розмірі на 1,5 – 2,0 номери при зменшенні терміну процесу вилежки на 10 – 14 діб досягається шляхом впровадження програмованого управління плином процесу перетворення соломи в тресту за рахунок застосування удосконалення операцій ворушіння і зволоження шару стебел на стелищі.

7. Встановлено видовий склад мікроорганізмів при різних значеннях вологості розісланого шару льоносоломи. Доведено, що головними чинниками втрати міцності лляної соломи при вологості більше 30% є анаеробні мікроорганізми.

8. Розроблено алгоритм управління технологічним процесом розстилу, запропоновано метод програмованого вибору оптимальної схеми одержання трести на стелищі в залежності від стану лляної соломи в визначений термін розстилання. На цій основі створена прикладна програмна система, що реалізує запропоновані моделі.

9. Апробація запропонованих методів, математичних моделей, алгоритмів, програм підтверджує їх ефективність за рахунок підвищення оперативності і якості рішень, що приймаються. Результати досліджень, отриманих в дисертаційній роботі, впроваджені у виробництво. Економічний ефект від впровадження удосконаленого технологічного процесу розстилання становить 30 грн. на 1т трести, при цьому термін розстилання скорочується на 10 діб по відношенню до існуючого.

Пропозиції виробництву

Для підвищення якості лляної трести при одержані її шляхом розстилання соломи на стелищі, а також зменшення кількісних і якісних втрат врожаю під час вилежки слід запровадити у виробництво такі заходи:

·

· регулярно проводити контроль вологості трести на стелищі, прогнозувати і досягати оптимальних показників відокремлюваності і міцності трести за розробленою програмою;

· у випадку небезпеки зниження якості трести від несприятливих факторів вилежки застосовувати запрограмовану удосконалену схему з періодичним ворушінням шару лляної соломи при її вилежуванні.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Круглий Д.Г., Тіхосова Г.А., Храпливий А.П. Проблеми зберігання продукції рослинництва // Сб. трудов Всеукраинской научно-технической конференции “Проблемы легкой и текстильной промышленности на пороге нового века”. – Херсон. – 1999 г. - С. 152-153.

2. Круглый Д.Г., Тихосова Г.А., Рогальский Ф.Б. Динамика процесса созревания тресты // Проблемы легкой и текстильной промышленности. - 2000. –№4. – С. 182 – 183.

3. Круглий Д.Г., Тіхосова Г.А. Дослідження динаміки технологічного процесу приготування льняної трести шляхом розстилу // Легка промисловість. – 2000. - №1. – С. 55.

4. Круглий Д.Г., Тіхосова Г.А., Рогальський Ф.Б. Прогнозування якісних змін льняної сировини під час розстилання // Легка промисловість. – 2000 - №3. – С. 53.

5. Круглий Д.Г., Рогальський Ф.Б. Особливості формалізації та керування процесом визрівання лляної соломи // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. – 2000. - №2 (7). - С. 94-99.

6. Круглий Д.Г., Рогальський Ф.Б. Особливості застосування системного підходу до аналізу процесу визрівання льняної трести // Легка промисловість. –2000. - №4. – С. 50-52.

7. Круглий Д.Г., Тіхосова Г.А. Вплив первинної вологості на одержання лляної трести в процесі розстилу // Зб. наукових праць інституту землеробства УААН. – К.- 2000. в. 3-4, - С. 101-105.

8. Круглий Д.Г. Інформаційне забезпечення прийняття рішень при керуванні процесом одержання лляної трести розстилом // Вестник ХГТУ. – 2001. -№1(10). – С. 241-245.

Анотація

Круглий Д.Г. Удосконалення технології одержання лляної трести розстиланням соломи. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва. – Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2001.

Містить результати досліджень з оптимізації технологічного процесу одержання лляної соломи на стелищах.

На основі експериментальних досліджень одержані регресійні рівняння залежності відокремлюваності і міцності стебел трести від тривалості процесу її вилежування при різних значеннях вологості розісланого шару лляної соломи. Доведено, що ворушіння збільшує тривалість процесу перетворення соломи в тресту, але зберігає міцність волокна. Позитивний вплив ворушіння на якість трести зв'язаний з аерацією шару соломи, при якій придушується розвиток целюлозоруйнівних анаеробних мікроорганізмів.

Експериментально обґрунтовано, відпрацьовано і рекомендовано виробництву алгоритм і програму управління технологічним процесом за використання штучного зволоження і ворушіння розісланого шару лляної соломи.

Виробничі випробування удосконаленої програмованої технології розстилу в порівнянні з традиційною технологією показали, що її застосування дозволяє підвищити якість трести на 2 номери, а економічний ефект від упровадження складе 30 грн. на 1 тонну трести.

Ключові слова: лляна солома, розстил, треста, зволоження, ворушіння, управління, алгоритм, програма.

Аннотация

Круглый Д.Г. Усовершенствование технологии получения льняной тресты расстилом соломы. –Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.03 – первичная обработка и хранение продуктов растениеводства. – Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2001.

Содержит результаты исследований по оптимизации технологического процесса получения льняной тресты на стлищах путем программирования с использованием показателей влажности стеблей и аэрации слоя путем ворошения.

Осуществлен обзор литературы по теоретическим основам управления технологическими процессами превращения стеблей соломы в тресту на стлище и показано, что на скорость и качество их протекания влияют ряд неуправляемых и управляемых факторов. Качество и сохранность получаемой на стлище тресты в основном зависит от правильной организации и управления процессом расстила. Однако, система управления им в настоящее время практически отсутствует, не используются информационные технологии для оптимизации составляющих параметров.

Приведены общие принципы построения управляемого процесса расстила на основе создания формализованной и обобщенной схемы в системе управления.

В работе, на основе пассивного эксперимента, изучена динамика получения льняной тресты на стлище за 14 суток при влажности слоя стеблей 20, 30, 60, 100%. В результате обработки эксперимента с помощью методов математической статистики получены регрессионные уравнения зависимости отделяемости и прочности полученной тресты от продолжительности вылежки, которые были использованы для построения алгоритма и программы управления процессом расстила.

Выявлены пути регулирования скорости превращения льняной соломы в тресту на стлище с помощью искусственного увлажнения и ворошения разостланного слоя льняной соломы.

Установлено, что при влажности льняной соломы в пределах 30% зависимость отделяемости и прочности получаемой тресты от продолжительности процесса вылежки описывается регрессионными уравнениями первого порядка, а превращение соломы в тресту длится несколько недель. При последующем повышении влажности сырья указанная зависимость описывается уравнениями второго порядка, процесс получения тресты ускоряется в 2-5 раз, но при этом теряется прочность стеблей при достижении максимальных значений отделяемости.

Доказано, что ворошение увеличивает продолжительность процесса превращения соломы в тресту, но сохраняет прочность волокна. Положительное влияние ворошения на качество тресты связано с аэрацией слоя соломы, при которой подавляется развитие целлюлозоразрушающих анаэробных микроорганизмов.

Создана математическая модель технологического процесса получения льняной тресты на стлище с описанием всех его уровней и их взаимосвязей.

На основе математической модели разработан алгоритм управления технологическим процессом расстила и его программная реализация, предложены усовершенствованные схемы производства тресты на стлище. Спроектирована система программного управления процессом расстила, позволяющая технологу в течение 10-15 мин. определить состояние льняного сырья на стлище в тот или иной период протекания процесса и принять объективное решение по его корреляции.

Производственные испытания программированной технологии расстила в сравнении с традиционной технологией показали, что ее применение позволяет повысить качество тресты на 2 номера, а экономический эффект от внедрения составит 30 грн. на 1 тонну тресты.

Ключевые слова: льняная солома, расстил, треста, увлажнение, ворошение, программа, управление, алгоритм.

The summary

Krugly D.G. A sophistication of technology obtaining trusts to spread straw.

- Manuscript

Thesis on obtaining of a scientific degree of the candidate of engineering science behind a speciality 05.18.03 - primary processing and preservation of products сultivation of plants. - Kherson state technical university, Kherson , 2001.

Contains outcomes of researches on optimization of a master schedule of obtaining of linen straw on fields for aging linen by programming with usage of indexes of humidity of caulises and aeration