Сценарно-цільовий аналіз технологічного процесу виробництва вершкового масла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сценарно-цільовий аналіз технологічного процесу виробництва вершкового масла

Криворучко О.В. - доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри інженерії програмного забезпечення та кібербезпеки Київського національного торговельно-економічного університету

Костюк Ю.В. - здобувач PhD, асистент кафедри інженерії програмного забезпечення та кібербезпеки Київського національного торговельно-економічного університету

Самойленко Ю.О. - кандидат технічних наук, доцент кафедри інженерії програмного забезпечення та кібербезпеки Київського національного торговельно-економічного університету

У статті розглядається технологічний процес виробництва вершкового масла неперервним способом методом збивання вершків. Обґрунтовано доцільність використання сценарно-цільового аналізу для складних технологічних процесів зі змінними параметрами Метою дослідження є проведення системного аналізу технологічного процесу, а саме визначення та встановлення зв'язків між апаратурно-технологічними факторами процесу збивання, формування єдиних цілей та завдань для подальшого визначення сценаріїв їх функціонування, що впливають на вміст вологи у маслі задля оперативного реагування та стабілізації процесу. Побудовано графову модель технологічного процесу, що відображає фізичну структуру технологічної лінії та матеріальні зв'язки між ними. На його основі полегшується аналіз технологічного процесу, який відбувається в середині системи, показується логіка проходження операції та напрямок його руху, зв'язки між елементами. Побудовано базовий програф із визначеними: операціями, які відбуваються; ресурсами, які задіяні для проведення операції; цілями, які необхідно при цьому досягнути. Сформовано А-сценарій, що відображає макропредставлення про послідовність необхідних управлінь задля досягнення поставлених цілей. В статті також показано процес побудови С-сценарію керування процесом збивання вершків у масло. С-сценарій містить атрибути об'єкту та опис станів його життєвого циклу, які дозволяють описати стандартні послідовності взаємопов'язаних фактів відносно певної технологічної ситуації. Результатом проведеного системного аналізу є доповнення інформаційно-аналітичної складової підсистемами діагностики та прогнозування стану технологічного процесу виробництва вершкового масла.

Ключові слова: технологічний процес, графова модель, програф, сценарно-цільовий аналіз, системний аналіз, А-сценарій, С-сценарій.

Key words: technological process, graph model, program, scenario-target analysis, system analysis, A-scenario, C-scenario.

Актуальність. Молочне виробництво належить до технологічного комплексу, що характеризується змінними параметрами. При проведенні технологічних операцій, змінний діапазон технологічних параметрів дозволяє проводити їх таким чином, щоб забезпечити максимальну ефективність функціонування роботи лінії в цілому. Але наявність такого діапазону змінних параметрів ускладнює задачі координації, оптимізації та прогнозування роботи виробничої лінії [1]. Для розв'язання таких проблем варто застосувати сценарно-цільовий підхід [2], що дозволяє визначити виробничу ситуацію, оцінити можливі сценарії розвитку та обрати найкращу як при реалізації первинних та вторинних сценаріїв. Це дозволяє розширити інформаційно-аналітичну систему за рахунок застосування загального інструменту опису різних взаємозв'язаних елементів процесу.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. В умовах сьогодення автоматизація виробничих процесів, когнитивність інформаційних систем та єдиний інформаційний простір підприємства є невід'ємними складовими успіху будь-якого підприємства. Водночас досить важливим завданням є поєднання існуючих інформаційних систем в єдиний інформаційний простір підприємства, що дозволить забезпечити їх сумісність на рівні даних із можливістю проводити аналіз даних із подальшим прийняттям управлінських рішень.

Уперше сценарно-цільовий підхід для аналізу складних систем та об'єктів був розроблений С.А. Юдицьким [2] у вигляді методології формально-графічного опису та моделювання цільових сценаріїв. Надалі така методологія була використана А.П. Ладанюком і Л.О. Власенко для аналізу технологічного процесу цукрового виробництва та молокозаводу [3]. У своїх дослідженнях М.Д. Місюра [4] застосував його для опису технологічного процесу виробництва пива, а Н.А. Заєць [5] для аналізу електротехнічного комплексу харчових виробництв.

У закордонних наукових роботах сценарно-цільовий аналіз був використаний для розробки технічних вимог до системи проєктування Ц. Роландом та Г Гроца [6], Юнь-ЛоПака, Х. Кайндла [7], Хаян-Су Джина [8]. Авторами Дж. Зумбач та П. Рейнман [9] даний підхід був направлений на ситуаційне навчання з елементами цільових сценаріїв.

Актуальним стає доповнення вже наявних традиційних систем керування технологічним процесом виробництва вершкового масла інформаційно-аналітичними підсистемами діагностики та прогнозування щодо стану технологічного процесу.

Метою дослідження є проведення системного аналізу технологічного процесу виробництва вершкового масла, а саме визначення та встановлення зв'язків між апаратурно-технологічними факторами процесу збивання, формування єдиних цілей та завдань для подальшого визначення сценаріїв їх функціонування, що впливають на вміст вологи у маслі задля оперативного реагування та стабілізації процесу.

виробництво вершкове масло збивання вершків

Виклад основного матеріалу

Технологічні процеси харчової промисловості розрізняються за характером та складністю об'єктів, різноманітністю методів обробки сировини, напівфабрикатів чи готової продукції тощо.

До особливостей технологічних процесів, що ускладнюють їх аналітично- інформаційну складову можна віднести таке:

- багатостадійність і складність, велика кількість факторів, що впливають на взаємозв'язок і хід технологічного процесу;

- недостатній оперативний контроль за процесом, що може призводити до погіршення якості продукції;

- складність і багатофункціональність обладнання;

- нестаціонарність і нестабільність режимів стадій технологічного процесу.

Для аналізу складних об'єктів та систем С.А. Юдицьким [2] був запропонований сценарно-цільовий підхід, що ґрунтується на методології формально-графічного опису та моделювання сценаріїв аналізу складних систем різного цільового призначення. Даний аналіз поєднує у собі апарати математичних, логічних та програмних методів та засобів. Сценарно-цільовий підхід вимагає проведення декомпозиції системи, результатами якої можуть бути:

- структура та склад цілей, а також причинно-наслідкові зв'язки між поставленими цілями;

- порядок і склад дій, що направлені на досягнення поставлених цілей;

- виділення основні показники, які характеризують об'єкт;

- відбиття зв'язків між цілями, показниками й діями.

Виробництво вершкового масла характеризується складною структурою, яка містить у своєму складі велику кількість взаємопов'язаних апаратів, що об'єднуються матеріальним і енергетичними потоками [1].

Для виробництва вершкового масла графова модель відтворює фізичну структуру технологічної лінії та матеріальні зв'язки між ними. По кожній схемі матеріальних потоків технологічної лінії будується деякий орієнтований граф, в якому вершинами виступають технологічні ланки, а дугами - ланцюги переміщення потоків між ними. Технологічні ланки можуть бути зображені як один технологічний апарат або як група апаратів, тобто відповідати розгалуженій або згорнутій структурі. Ступінь такої деталізації зумовлюється ієрархічним рівнем системи та призначенням графа, що розробляється. На основі графової моделіполегшується аналіз технологічного процесу, який відбувається в середині системи, показується логіка проходження операції та напрямок його руху, зв'язки між елементами. Але, графи не дозволяють відслідковувати причинно-наслідкові зв'язки у часі задля оцінки причини виникнення певної нештатної ситуації.

Графова модель загальної структури виробництва вершкового масла методом збивання вершків показана на рис. 1. Умовні позначення вершин графа приведені в таблиці 1.

Рис. 1. Графова модель технологічного процесу виробництва вершкового масла методом збивання вершків

Таблиця 1 Відповідність вершин графа технологічній схемі

На основі графа будується базовий програф (процесно-ресурсно-об'єктний граф). Для побудови його проводиться ретельний аналіз технологічної лінії та виділяються: операції, які відбуваються; ресурси, які задіяні для проведення операції; цілі, які необхідно при цьому досягнути. Переходи, які показуються у прографі, несуть інформацію про факт передачі об'єкта від операції до операції, а події конкретизують об'єкт.

Для лінії виробництва вершкового масла базовий прографописується таким набором:

Рис. 2. Базовий програф етапу збивання вершків у вершкове масло неперервним способом

де F= [f, ..., f₅} - множин а операцій; C= [c, ...,c₁₂} - множина цілей; T= [t_y..., t_g} - множина переходів; О = [o_y ...,o_gi -- множина об'єктів; R = {r, ...,r₈} - множина ресурсів; P = [p₁, ..., p_g} - множина позицій зберігання об'єктів; Sс: 0 х T-множина подій; T= {Є,1,._аh}- часова ш кала; у : Pх Fн Fх P--»¦ {0,1} - функція інциденцій «операщї-пооиції»; ц: R х Fн>F х R -- {0,1} - функція інци- денцій «операції-ресурси»; є: Р н Є - функція рнзміщення об'єктів за позиціями; п: S н 2^T- функція часовиs міток позиції (2® - множина всіх підмножин T) .

Базовий програф для еєапузЄивання вершків у вершкове масло неперервним способом приведений на рис. 1, 2. Умовні позначення прографа наведені в табл. 2-6.

Таблиця 2Операції лінії виробництва вершкового масла

Таблиця 3Цілі лінії виробництва вершкового масла

Таблиця 4 Ресурси лінії виробництва вершкового масла

Таблиця 5Об'єкти лінії виробництва вершкового масла

Таблиця 6Події лінії виробництва вершкового масла

Отже, результатом такого моделювання є множина технологічних змінних із встановленими взаємозв'язками, що впливають на якість готового продукту, а саме вміст вологості у маслі.

Наступним етапом сценарно-цільового аналізу є формування сценаріїв управління процесом виробництва вершкового масла. Важливим чинником при формування можливих стратегій управління в умовах невизначеностей є формування механізмів синтезу сценарії певної поведінки технологічних параметрів процесу та можливості побудови множини стратегічних сценаріїв управління. Під сценарієм варто розуміти формалізований опис певної стандартної послідовності взаємопов'язаних фактів, що характеризують певну ситуацію в обраній предметній області.

Для технологічного процесу збивання вершкового масла неперервним способом будуються А- та С-сценарії на основі методології С.А. Юдицького. Основу А-сценарію складають макропредставлення про послідовність необхідних управлінь задля досягнення поставлених цілей, а С-сценарій деталізує ці послідовності.

Якість вершкового масла можна описати як гарантований випуск готової продукції найкращої якості, тобто отримання максимального прибутку при мінімальних затратах сировини.

Сценарій управління формується на основі визначений: цілей управління, факторів впливу на технологічний процес, операцій та міжопераційнихзв'язків. Варто розуміти, що операція сценарію являється кроком сценарію та визначається по-різному для абстрактного (А) та структурного (С) сценаріїв. У першому випадку операція працює з неструктурованими об'єктами/не враховується внутрішня структура об'єкта, що перетворює вхідні об'єкти у вихідні / спосіб внутрішнього перетворення не розкривається, тобто операція трактується як «чорний ящик». С-сценарій виходить з того, що визначена внутрішня структура об'єктів, які описані наборами властивостей-атрибутів. Операція С-сценарію являє собою блок, в якому розміщені об'єкти з однаковим набором атрибутів, трактується як клас, екземпляри якого - об'єкти «живуть у деякому просторі».

На основі проходження технологічного процесу для А-сценарію було визначено об'єктні потоки (табл. 7), фактори впливу (табл. 8).

Таблиця 7 Позначення об'єктних потоків даних

Таблиця8 Позначення факторів впливу

Сформоване графічне представлення А-сценарію процесу збивання вершків показано на рис. 3.

Рис. 3. А-сценарій процесу збивання вершків неперервним способом

Наступним етапом є побудова С-сценарію на основі А-сценарію із виділенням атрибутів об'єкту (табл. 9) та описом станів його життєвого циклу (табл. 10).

Таблиця 9Атрибути об'єктів С-сценарію

Таблиця 10Стани життєвого циклу об'єкту

Рис. 4. Фрагмент С-сценарію, клас А2

Процес функціонування такої системи є недетермінований, адже не можливо повною мірою спрогнозувати поведінку системи у конкретний момент часу, проте він може бути формалізований у вигляді можливих сценаріїв.

Висновки

Представлено загальну модель системного аналізу технологічного процесу виробництва вершкового масла методом неперервного збивання із застосуванням сценарно-цільового підходу. Побудовано графову модель процесу, встановлено чіткі взаємозв'язки між технологічними апаратами. Графова модель розширена базовим прографом із виділеними ресурсами, які необхідно затратити для виконання певної операції за рахунок поставлених цілей. Побудовані А- та С-сце- нарії із виділеними атрибутами об'єкта, що дозволяють графічно формалізувати можливі сценарії розвитку процесу. Результатом є доповнення інформаційно-аналітичної складової підсистемами діагностики та прогнозування можливого технологічного стану процесу.

Список використаної літератури

1. Дослідження інформаційно-технологічної моделі виробничого процесу / О.Ю. Криворучко, Ю.В. Костюк, Ю.О. Самойленко, О.В. Савчук. ГРААЛЬ НАУКИ. 2021. Вип. 2-3. С. 324-328.

2. Юдицкий С.А. Сценарно-целевой подход к системному анализу. Автоматика и телемеханика. 2001. № 4. С. 163-175.

3. Власенко Л.О., Савченко Т.В., Довженко Є.В. Особливості проведення системного аналізу технологічного комплексу молокозаводу на основі ситуаційно-сценарногопідходу. Вісник інженерної академії України. 2014. № 1. С. 259-264.

4. Автоматизоване керування технологічним комплексом виробництва пива на основі сценарно-цільового підходу / Л.О. Власенко, М.Д. Місюра, А.П. Ладанюк, В.Д. Кишенько. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація : збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. 2013. Вип. 26. С. 147-155.

5. Заєць Н.А., Роговик А.В., Власенко Л.О. Сценарно-цільовий аналіз електротехнічного комплексу харчових виробництв. Енергетика і автоматика. 20019. № 2. С. 58-73.

6. Rolland C., Grosz G., Kla R. Experience with goal-scenario coupling in requirements engineering. Requirements Engineering : Proceedings of IEEE International Symposium. 1999. P 74-81.

7. Kaindl H. A design process based on a model combining scenarios with goals and functions. Systems, Man and Cybernetics, Part A: Systems and Humans. IEEE Transactions. 2000. P. 537-551.

8. A Study on Real-Time Progress Management System Modeling Using Goal and Scenario Based Requirements Engineering / J.-L. Park, H.-S. Jin, K.-H. Kim, J.J. Kim. Computer Sciences and Convergence Information Technology. Seoul, 2009. Р 262.

9. ZumbachJ., Reimann P Assessment of a goal-based scenario approach: A hypermedia comparison. Internet-based teaching and learning. 1999. № 98. P 449-454.

REFERENCES

1. Kryvoruchko, O.V, Kostiuk, Yu.V, Samoilenko, Yu.O.,SavchukO.V (2021). Doslidzhenniainformatsiino-tekhnolohichnoimodelivyrobnychohoprotsesu. [Research of information-technological model of production process] HRAAL NAUKY- GRAIL OF SCIENCE, (2-3), 324-328 [in Ukrainian].

2. Iudytskyi, S.A. (2001). Stsenarno-tselevoipodkhod k systemnomuanalyzu. [Scenario target Approach to Systems Analysis]. Avtomatykaitelemekhanyka - Automation and telemechanics, (4), 163-175 [in Ukrainian].

3. Vlasenko, L.O., Savchenko, T.V., Dovzhenko, Ye.V. (2014) Osoblyvosti prove- denniasystemnohoanalizutekhnolohichnohokompleksumolokozavodunaosnovisytu- atsiino-stsenarnohopidkhodu. [Features of the system analysis of the technological complex of the dairy plant on the basis of the situational-scenario approach]. Visnyk in- zhenernoiakademiiUkrainy - Bulletin of the Academy of Engineering of Ukraine, (1), 259-264 [in Ukrainian].

4. Vlasenko, L.O., Misiura, M.D., Ladaniuk, A.P., Kyshenko, V.D. (2013). Avtomatyzovanekeruvanniatekhnolohichnymkompleksomvyrobnytstvapyvanaos- novistsenarno-tsilovohopidkhodu. [Automated control of the technological complex of beer production based on the scenario-target approach] Tekhnika v silskohospodarskomuvyrobnytstvi, haluzevemashynobuduvannia, avtomatyzatsiia: zbirnyknaukovykh prats Kirovohradskohonatsionalnohotekhnichnohouniversytetu - Engineering in agricultural production, branch mechanical engineering, automation: a collection of scientific works of Kirovograd National Technical University, (26), 147-155 [in Ukrainian].

5. Zaiets, N.A., Rohovyk, A.V., Vlasenko, L.O. (2019) Stsenarno-tsilovyianalizelektrotekhnichnohokompleksukharchovykhvyrobnytstv. [Scenario-target analysis of the electrical complex of food production] “Enerhetykaiavtomatyka” - “Energy and automation”, (2), 58-73 [in Ukrainian].

6. Rolland, C., Grosz, G., Kla, R. (1999) Experience with goal-scenario coupling in requirements engineering. Proceedings of IEEE International Symposium “Requirements Engineering”. 74-81.

7. Kaindl, H. (2000) A design process based on a model combining scenarios with goals and functions. Systems, Man and Cybernetics, Part A: Systems and Humans. - IEEE Transactions. 537-551.

8. Park, J.-L., Jin, H.-S., Kim, K.-H., Kim, J.J. (2009). A Study on Real-Time Progress Management System Modeling Using Goal and Scenario Based Requirements Engineering. Computer Sciences and Convergence Information Technology. Seoul, 262.

9. Zumbach, J., Reimann, P. (1999). Assessment of a goal-based scenario approach: A hypermedia comparison. Internet-based teaching and learning. (98). 449-454.

Размещено на Allbest.ru