ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................... 11
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (ТП)
ПРОИЗВОДСТВА КОНДИТЕРСКОЙ ПРОДУКЦИИ. ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ ................................................................................................... 26
1.1. Выбор наиболее типичных ТП производства кондитерской продукции..... 26
1.2. Рассмотрение процессов приготовления конфет как объектов автоматизации
.................................................................................................................................... 27
1.2.1. Процесс приготовления шоколада................................................................ 27
1.2.2. Процесс приготовления помадных и пралиновых конфет ......................... 33
1.2.3. Процесс приготовления сбивных конфет..................................................... 37
1.2.4. Процесс приготовления халвы...................................................................... 43
1.2.5. Процесс приготовления мармелада .............................................................. 51
1.2.6. Процесс приготовления карамели................................................................. 55
1.2.7. Процесс приготовления зефира..................................................................... 59
1.2.8. Процесс приготовления козинак................................................................... 63
1.2.9. Процесс приготовления драже ...................................................................... 65
1.2.10. Процесс приготовления ириса..................................................................... 68
1.3. Классификация основных операций ТП производства кондитерской
продукции и выбор факторов, определяющих эффективность этих операций.. 74
1.4. Выявление наиболее важных органолептических показателей качества
сырья, полуфабрикатов и готовой кондитерской продукции, контролируемых на
каждой стадии производства конфет...................................................................... 75
1.5. Системный анализ и формулирование проблемы.......................................... 77
1.5.1. Разработка структуры целей.......................................................................... 77
1.5.2. Создание системной диаграммы решения проблемы................................. 82
1.5.3. Разработка концептуальной структурно- динамической модели системы
управления качеством кондитерской продукции в процессе производства…….86
1.6. Разработка стратегической карты и критериев управления.......................... 87
3
1.7. Выводы по 1 главе ............................................................................................. 90
1.8. Задачи исследования ......................................................................................... 92
ГЛАВА 2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ, АЛГОРИТМОВ И
ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ АСУ КАЧЕСТВОМ КОНДИТЕРСКОЙ ПРОДУКЦИИ
.................................................................................................................................... 93
2.1. Проблемы управления технологическими процессами производства
кондитерских изделий и пути их преодоления...................................................... 93
2.2. Оценка возможностей практического применения различных классических
методов, алгоритмов и классов автоматизированных систем для управления ТП
производством кондитерской продукции .............................................................. 94
2.3. Анализ особенностей использования методов искусственного интеллекта в
решении задач автоматизации контроля и управления качеством производства
кондитерской продукции ......................................................................................... 96
2.3.1. Общая характеристика методов искусственного интеллекта .................... 96
2.3.2. Интеллектуальные информационные системы как важнейшее направление
искусственного интеллекта. Особенности. Признаки. Функции. Специфика
использования ......................................................................................................... 103
2.3.3. Перспективы использования интеллектуальных технологий и систем в
решении задач интеллектуализации кондитерской промышленности ............. 107
2.3.4. Анализ возможности интеллектуализации системы контроля и управления
качеством производства кондитерской продукции............................................. 117
2.4. Выводы по 2 главе. .......................................................................................... 118
ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ В ПОТОКЕ
ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА КОНДИТЕРСКОЙ
ПРОДУКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МЕТОДОВ И
ТЕХНОЛОГИЙ....................................................................................................... 120
3.1. Современное состояние методов и систем контроля и управления качеством
продукции на промышленных предприятиях...................................................... 120
4
3.1.1 Понятие качество продукции ....................................................................... 120
3.1.2. Современное состояние систем контроля и управления качеством
продукции на промышленных предприятиях...................................................... 121
3.1.3. Управление производством кондитерской продукции............................. 123
3.1.4. Анализ существующих методов, способов и средств контроля
органолептических показателей качества сырья, полуфабрикатов и готовых
изделий в процессе производства кондитерской продукции ............................. 126
3.2. Выбор наиболее важных органолептических показателей качества
кондитерской продукции, подлежащих автоматическому контролю в потоке на
каждой стадии производства ................................................................................. 130
3.3. Оценка возможности использования новых инструментальных методов и
средств контроля в интеллектуальных системах управления качеством
кондитерской продукции ....................................................................................... 131
3.4. Автоматизация контроля в потоке основных органолептических показателей
качества сырья, полуфабрикатов и готовых изделий.......................................... 138
3.4.1. Постановка задачи автоматического контроля в потоке органолептических
показателей качества кондитерской продукции в процессе производства ...... 138
3.4.2. Автоматизация контроля коэффициента извлечения примесей в сырье (на
примере семян подсолнечника)............................................................................. 139
3.4.3. Автоматизация контроля в потоке внешнего вида сырья (на примере семян
подсолнечника) с использованием гибридных методов и технологий ............. 154
3.4.4. Автоматизация контроля угла естественного откоса................................ 161
3.4.5. Автоматизация определение блеска поверхности кондитерских
изделий .................................................................................................................... 165
3.4.6. Автоматизация контроля в потоке формы конитерских изделий (на
примере пористого шоколада и карамели) .......................................................... 170
3.4.7. Автоматизация контроля консистенции и текстуры кондитерских масс 176
3.4.8. Автоматизация контроля вкуса ................................................................... 186
3.4.9. Автоматизация контроля запаха ................................................................. 190
5
3.4.10. Автоматизация контроля цвета ................................................................. 195
3.4.11. Автоматизация контроля вязкости кондитерских масс .......................... 197
3.5. Выводы по 3 главе ........................................................................................... 211
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА
СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ, МАТЕМАТИЧЕСКИХ,
СИТУАЦИОННЫХ И ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ
ПРОИЗВОДСТВА КОНДИТЕРСКОЙ ПРОДУКЦИИ ....................................... 214
4.1. Структурно – параметрические и математические модели процессов
производства кондитерской продукции ............................................................... 214
4.1.1. Методология построения структурно – параметрических моделей (СПМ)
основных стадий производства кондитерской продукции ............................. 215
4.1.2. Структурно – параметрические и математические модели (СПММ)
основных стадий ТП производства пралиновых и помадных конфет .............. 215
4.1.3. Структурно – параметрические и математические модели (СПММ)
основных стадий ТП производства халвы ........................................................... 221
4.1.4. Структурно – параметрические и математические модели (СПММ) ТП
производства шоколадных масс............................................................................ 231
4.1.5. Структурно – параметрические и математические модели ТП производства
сбивных конфет ...................................................................................................... 248
4.1.6. Структурно – параметрические и математические модели (СПММ) ТП
производства мармелада ........................................................................................ 257
4.1.7. Структурно – параметрические и математические модели ТП производства
карамели.................................................................................................................. 264
4.1.8. Структурно – параметрические и математические модели производства
зефира ...................................................................................................................... 270
4.1.9. Структурно – параметрические и математические модели ТП производства
козинак..................................................................................................................... 276
4.1.10. Структурно – параметрические и математические модели ТП
производства драже................................................................................................ 282
6
4.1.11. Структурно – параметрические и математические модели ТП
производства ириса ................................................................................................ 287
4.2.Ситуационное моделирование ТП производства кондитерской продукции
.................................................................................................................................. 291
4.2.1. Анализ ТП производства кондитерской продукции с использованием
матрицы экспертных оценок влияния входных параметров на показатели
качества на всех стадиях производства................................................................ 291
4.2.2. Анализ ТП производства помадных конфет с использованием матрицы
экспертных оценок влияния входных параметров на показатели качества этих
конфет на всех стадиях производства .................................................................. 293
4.2.3. Ситуационное моделирование ТП производства помадных конфет....... 297
4.2.4. Анализ ТП производства халвы с использованием матрицы экспертных
оценок влияния входных параметров на показатели качества халвы на всех
стадиях производства ............................................................................................. 298
4.2.5. Ситуационное моделирование ТП производства халвы........................... 304
4.2.6. Ситуационное моделирование ТП производства шоколада .................... 305
4.2.7. Ситуационное моделирование ТП производства сбивных конфет ....... 3077
4.2.8. Ситуационное моделирование ТП производства мармелада ................... 310
4.2.9. Ситуационное моделирование ТП производства карамели ..................... 312
4.2.10. Ситуационное моделирование ТП производства зефира ....................... 314
4.2.11. Ситуационное моделирование ТП производства козинак...................... 315
4.2.12. Ситуационное моделирование ТП производства драже........................ 318
4.2.13. Ситуационное моделирование ТП производства ириса ..................... 31919
4.3. Мультиагентное имитационное моделирование процесса производства
кондитерской продукции с использованием ПО AnyLogic................................ 321
4.3.1. Обоснование необходимости имитационного моделирования производства
кондитерской продукции ....................................................................................... 321
4.3.2. Мультиагентная имитационная модель процесса производства халвы с
использованием ПО AnyLogic............................................................................... 323
7
4.3.3. Мультиагентная имитационная модель процесса производства мармелада
с использованием ПО AnyLogic............................................................................ 327
4.4. Выводы по 4 главе .......................................................................................... 335
ГЛАВА 5. МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ
ПРОИЗВОДСТВА КОНДИТЕРСКОЙ ПРОДУКЦИИ НА ОСНОВЕ ИХ
СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ, МАТЕМАТИЧЕСКИХ,
СИТУАЦИОННЫХ И ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ................................... 337
5.1. Понятие цифровых двойников ....................................................................... 337
5.2. Анализ проблемы разработки и использования в кондитерской
промышленности цифровых двойников .............................................................. 338
5.3. Основные подходы к созданию и использованию цифровых двойников
производства кондитерских изделий.................................................................... 340
5.3.1. Место цифровых двойников в цифровизации кондитерской
промышленности .................................................................................................... 340
5.3.2. Цифровой двойник изделия: технологии разработки ............................... 344
5.3.3. Анализ подходов к созданию цифровых двойников производства
кондитерских изделий............................................................................................ 349
5.3.4. Примеры применения цифровых двойников на разных этапах жизненного
цикла производства кондитерских изделий......................................................... 355
5.4. Научная база создания цифровых двойников производства кондитерских
изделий .................................................................................................................... 357
5.5. Применение разработанного комплекса инструментальных средств для
создания ЦД процессов производства кондитерской продукции (на примере
линии производства шоколада)............................................................................. 364
5.5.1. Постановка задачи ........................................................................................ 364
5.5.2. Функциональные возможности цифрового двойника .............................. 365
5.5.3. База для описания цифрового двойника в рамках единой технологической
системы управления производством шоколада с использованием формата
AUTOMATIONML ................................................................................................. 368
8
5.5.4. Применение разработанного комплекса инструментальных средств для
создания ЦД процессов производства шоколада ................................................ 373
5.6. Выводы по 5 главе…………………………………………………………….379
ГЛАВА 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВИРТУАЛЬНОЙ,
ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТЕЙ И КАСТОМИЗАЦИИ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ
НОВОЙ ЛИНЕЙКИ ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННОЙ КОНДИТЕРСКОЙ
ПРОДУКЦИИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ.............................................................. 382
6.1. Современное использование технологии кастомизации в отраслях
кондитерской промышленности ........................................................................... 382
6.2. Основные этапы кастомизации формы, вкуса и цвета кондитерских изделий
.................................................................................................................................. 386
6.3. Разработка цифровых трехмерных моделей конфет.................................... 388
6.4. Разработка платформы для кастомизации формы, цвета и вкуса
кондитерских изделий............................................................................................ 393
6.5. Создание базы данных для разработки облачной платформы хранения и
редактирования трехмерных моделей конфет ..................................................... 401
6.6. Разработка облачной платформы для хранения и редактирования
трехмерных моделей конфет ................................................................................. 411
6.7. Создание Web-сайта с возможностью кастомизировать кондитерское
изделие..................................................................................................................... 420
6.8. Создание информативного Web- приложения для продвижения
кондитерских изделий............................................................................................ 435
6.9. Тенденции кастомизации кондитерской индустрии в будущем................. 436
6.10. Выводы по 6 главе ......................................................................................... 438
ГЛАВА 7. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ
И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ КОНДИТЕРСКОЙ ПРОДУКЦИИ .............. 441
7.1. Основные задачи интеллектуальной автоматизированной системы контроля
и управления качеством кондитерской продукции в процессе производства.. 441
9
7.2. Обобщенная функциональная структура ИАСКиУК кондитерской
продукции и основные этапы ее реализации ....................................................... 442
7.3. Разработка основных видов обеспечения ИАСКиУК кондитерской
продукции................................................................................................................ 445
7.3.1. Информационная инфраструктура обеспечения ИАСКиУК кондитерской
продукции................................................................................................................ 445
7.3.2. Математическая инфраструктура обеспечения ИАСКиУК кондитерской
продукции................................................................................................................ 448
7.3.3. Программная инфраструктура обеспечения ИАСКиУК кондитерской
продукции................................................................................................................ 449
7.4. Программирование логического контроллера для создания ИАСУК
кондитерской продукции (на примере подсолнечной халвы)............................ 452
7.5. Основные этапы методики принятия решений о качестве готовых изделий в
процессе производства кондитерской продукции............................................... 454
7.6. Подбор технических средств для реализации ИАСКиУК кондитерской
продукции................................................................................................................ 455
7.7. Исследование и модернизация ФСА поточных линий производства
кондитерской продукции ....................................................................................... 460
7.7.1. ФСА основных ТП производства помадных глазированных конфет ..... 460
7.7.2. ФСА основных ТП производства подсолнечной халвы........................... 465
7.7.3. ФСА производства мармелада .................................................................... 471
7.7.4. ФСА ТП производства глазированного суфле .......................................... 471
7.7.5. ФСА основных ТП производства шоколада .............................................. 473
7.8. Выводы по 7 главе ........................................................................................... 474
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ......................................... 476
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ…………………480
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………481
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 – Акт внедрения НТП на кондитерских фабриках ООО
«Объединенные кондитеры»….. ………………………...499
10
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 – Акт внедрения научно технической продукции
на ОАО «Рот Фронт»….. …………………………………500
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 – Акт внедрения научно технической продукции
на ОА «Научно- исследовательский институт
вычислительных комплексов имени
М.А. Карцева»……………………………………………502
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 – Акт внедрения научно технической продукции ООО
«ЭлитМатик» (промышленная автоматизация, роботы,
Техническое зрение)…………………………………….503
ПРИЛОЖЕНИЕ 5а - Акт внедрения в учебный процесс результатов
диссертационной работы в ФГБОУ ВО
«РТУ МИРЭА»…………………………………………….504
ПРИЛОЖЕНИЕ 5б – Акт внедрения в учебный процесс результатов
диссертационной работы в ФГБОУ ВО
«РОСБИОТЕХ»…………………………………………....505
