Учебный комплекс «Имитатор работы автоматизированной линии производства сливочного масла»

 

Активные методы обучения — методы, позволяющие активизировать учебный процесс, побудить студента к творческому участию в обучающем процессе. В активных методах обучения особое место отводится системам обучения с элементами моделирования, различным имитаторам реальных технологических процессов. Это позволяет на лабораторных стендах имитировать процессы и технологии, максимально приближенные к реальным, что не только развивает мышление обучаемых, расширяет и углубляет их профессиональные знания, но и одновременно развивает практические навыки и умения. С этой целью на кафедре «Прикладная биотехнология» в учебном процессе, научно-исследовательской деятельности ППС, аспиранты и магистранты активно используют учебно-исследовательский комплекс «Имитатор работы автоматизированной линии производства сливочного масла». По результатам исследований технологических свойств молока и масла сливочного опубликованы работы [1–5]. Комплекс позволяет изучать технологические участки работы производственной линии: прием и оценка сырья и направление переработки; охлаждение с промежуточное хранение; подготовка сырья; сепарация; пастеризация; дезодорация; созревание; сбивание; сортировка и упаковка; контроль качества продукции.

В состав комплекса входит: действующая физическая модель производственного участка автоматизированной линии по приемке и оценке качества сырья; программно-аппаратный комплекс «Имитатор работы автоматизированной линии производства сливочного масла». Физическая модель производственного участка предназначена для лабораторного анализа молока (проверяется внешний вид и цвет, содержание белка, жиров, плотность, содержание воды, точка замерзания). Результаты измерений позволяют технологу подобрать оптимальные настройки и параметры оборудования производственной линии. В состав физической модели входит Автоматизированный измерительный комплекс «Лактан 1–4».

Комплекс предназначен для быстрого контроля поступающего сырья за счет автоматизации процесса подготовки и подачи анализируемых проб. Комплекс позволяет определять массовую долю жира, белка, добавленной воды и точку замерзания в пробе цельного свежего, консервированного, пастеризованного, нормализованного, восстановленного, обезжиренного молока и молока длительного хранения.

Возможности комплекса: анализ молока в автоматическом режиме по всем основным показателям качества; автоматизированный процесс подготовки (подогрев и перемешивание) и подачи проб; управление системой с помощью компьютера и программного обеспечения на русском языке: получение и обработка данных, формирование отчетов.

В состав программно-аппаратного комплекса «Имитатор работы автоматизированной линии производства сливочного масла» входят:

— Программное обеспечение (ПО) «Лактан 1–4»: предназначено для управления автоматизированным комплексом Лактан 1–4 и позволяет осуществлять сбор результатов измерений, которые можно сохранить в файл и использовать для последующей статистической обработки. Данные могут быть получены как в цифровом виде, так и в виде графиков. Пользователь имеет возможность произвести градуировку анализатора по своим данным химического анализа и типу молока.

Специализированное ПО «Моделирование качественных показателей масла», предназначено для выполнения следующих функций:

−              внесение данных о качестве сырья (содержание белка, жиров, плотность, содержание воды, точка замерзания) и подбор оптимальных настроек и параметров агрегатов производственной линии, с учетом вида вырабатываемой продукции в автоматическом и ручном режиме;

−              автоматическое поддержание заданной температуры сырья в емкости хранения и перемешивание с заданными промежутками времени;

−              регулирование скорости вращения центрифуги при сепарации молока;

−              регулирование температуры пастеризации, с учетом специфики вырабатываемой разновидности масла и качества сливок;

−              регулирование температуры и давления в дезодораторе, с учетом специфики вырабатываемой разновидности масла и качества сливок;

−              выбор режима подготовки сырья (одноступенчатый, многоступенчатый или ускоренный) и регулирования характеристик режимов, с учетом специфики вырабатываемой разновидности масла и качества сливок;

−              регулирование времени сбивания, степени наполнения емкости и числа оборотов маслоизготовителя, с учетом вида вырабатываемого масла, массовой доли жира в сливках, режима их физического созревания;

−              учет количества отведенной пахты;

−              регулирование содержания влаги, частоты вращения шнеков, температуры масла и разрежения в вакуумной камере при механической обработке, с учетом вида вырабатываемого масла;

−              выбор типа фасовки готовой продукции;

−              вывод данных о готовой продукции, сравнение их с эталонными данными.

Специализированное ПО «Имитатор работы автоматизированной линии производства сливочного масла», предназначено для исследования процессов настройки и наладки производственной линии, а также контроля производственных процессов и мониторинга состояния во время ее работы. ПО демонстрирует влияние изменения параметров линии на качество готовой продукции производства сливочного масла. В программе реализована анимированная 3D модель-симулятор производственной линии, включающая следующие элементы (рис. 1–3): насос, фильтр и счетчик; приемная емкость; пластинчатый теплообменник; сепаратор-сливкоотделитель; пластинчатый пастеризатор-охладитель; вакуум-дезодоратор; емкость для созревания; маслоизготовитель непрерывного действия; бак для пахты; устройство для дозирования воды в масло; емкость для готовой продукции; фасовочно-упаковочная машина; ленточный транспортёр упакованной продукции.

Рис. 1. Главное меню ПО.

 

Рис. 2. 3D-модель отдельных элементов конструкции деталей и узлов

 

Рис. 3. Панели управления и сообщения аварийной сигнализации автоматизированной линии

 

По каждому элементу приведена справочная информация о назначении и принципе действия. ПО позволяет выводить на экран анимированные 3D модели отдельных элементов с целью изучения конструкции деталей и узлов, принципов их действия. Реализованы трехмерные разрезы основных элементов. Обеспечена возможность настройки различных рабочих параметров линии с учетом качественных характеристик используемого сырья, визуальная демонстрация влияния регулируемых процессов на продукт с использованием системы частиц трехмерного движка программы, как на каждом отдельно взятом этапе производства, так и в конечном результате. Программа позволяет моделировать неисправности, наступающие вследствие неправильного выбора режимов работы, выхода из строя оборудования по причине его износа, поломки, и отображать их с применением визуальных эффектов трехмерного движка. Реализована возможность ручного создания неисправности, с реализацией ее по заданному времени, а также в виде случайного события в промежутке времени. Реализована функция ускорения времени с соответствующим динамическим отображением процессов и его остановка (пауза). В состав ПО входит компонент технической поддержки по неисправностям, обеспечивающий интерактивный поиск и доступ к технической документации помогающей установить и устранить выявленную неисправность. Документация содержит мультимедийные описания элементов в виде электронных руководств, с текстами, гиперссылками, чертежами, фото и видео. Для поиска документации используется экспертная система, которая сопоставляет признаки неисправности, учитывает время и стоимость ремонта, оценивает варианты устранения неисправности. В результате вырабатывается оптимальное решение, и формируются инструкции по поэтапному устранению неисправности с показом видеороликов и слайдов, соответствующих страниц текста. В режиме реального времени создаются отчеты о работе следующих элементов виртуальной производственной линии: насосы (скорость вращения двигателя, температура); охладитель (температура, влажность); взбиватель (скорость вращения, температура). Доступ к отчетам может быть получен в любой момент времени. Информация может быть представлена как в текстовом виде в форме таблиц, так и в виде графиков и диаграмм.

Комплекс разработан сотрудниками компании НПП «Учтех-Профи» (http://labstand.ru) совместно с сотрудниками кафедры «Прикладная биотехнология» ЮУрГУ (НИУ).

 

Литература:

 

1.      Коротина А. В., Губер Н. Б., Абуова А. Б. Средства и критерии идентификации масла сливочного / Молодой ученый. 2015. № 3 (83). С. 158–161
2.      Альхамова Г. К., Залилов Р. В., Асенова Б. К. Построение «дома качества» для сливочного масла / Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 7–1 (38). С. 6–10.
3.      Кондратьева А. В., Прохасько Л. С., Мазаев А. Н., Богатова О. В. Характеристика пороков сырого молока, наиболее часто встречающихся на производстве / Молодой ученый. 2014. № 10 (69). С. 156–158.
4.      Догарева Н. Г., Ребезов М. Б., Салихова Э. М., Ткачук О. В., Канарейкина С. Г. Основные направления развития исследований по переработке молока / Молодой ученый. 2015. № 14. С. 147–149.
5.      Ребезов М. Б., Альхамова Г. К., Максимюк Н. Н., Талеб Б. Н. Качество и безопасность молочного сырья / Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания: Материалы IV Международной конференции. Челябинск, 2010. С. 278–282.