Автореферат (Методологические основы создания экспертных систем контроля и прогнозирования качества пищевой продукции с использованием интеллектуальных технологий)

На правах рукописиБЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ИВАН ГЕРМАНОВИЧМЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯКАЧЕСТВА ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙСпециальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическимипроцессами и производствами (в пищевой промышленности)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква – 20182Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московский государственный университетпищевых производств» (МГУПП)НаучныйБорзов Андрей Борисовичконсультант: доктор технических наук, профессорзаведующий кафедрой «Автономные информационные иуправляющие системы» факультета «Специальное машиностроение» ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э.

Баумана (национальный исследовательский университет)»Официальные Егоров Александр Федорович,оппоненты:доктор технических наук, профессор,ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университетимени Д.И. Менделеева», заведующий кафедрой «Компьютерно-интегрированных систем в химической технологии»Громов Юрий Юрьевич,доктор технических наук, профессор,ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет» (ТГТУ), институт автоматики и информационныхтехнологий, директорЦирлин Анатолий Михайлович,доктор технических наук, профессор,главный научный сотрудник – консультант Исследовательского центра системного анализа ФГБУН «Институт программныхсистем имени А.К. Айламазяна Российской академии наук»Ведущая ор- ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инганизация:женерных технологий»Защита состоится 15 марта 2018г.

в 12 час. 00 мин. на заседании Диссертационного Совета Д 212.148.02 на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственныйуниверситет пищевых производств» по адресу: 109316, г. Москва, ул. Талалихина, д.33.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГУПП» и насайте: http://www.mgupp.ru.Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 125080, г.

Москва, Волоколамское шоссе, д. 11.Автореферат разослан ____ февраля 2018 г.И.о. Ученого секретаря Диссертационного Совета,д.т.н., доцентСтрелюхина А.Н.3Общая характеристика работы.Актуальность проблемыНа современном этапе экономического развития Российской Федерации в рыночных условиях и повышения уровня жизни населения на первый план выходятпроблемы повышения конкурентоспособности и гарантированного обеспечениякачества и безопасности отечественных продуктов питания.Решение данных проблем в современных рыночных условиях возможно на основе использования новейших научных достижений в области техники и технологии, обеспечения стабильности производственных процессов, оснащения поточно механизированных линий современными средствами непрерывного автоматического контроля, регулирования и управления с использованием высокоэффективных интеллектуальных технологий.Трудность решения этих задач обусловлена тем, что большинство приготавливаемых пищевых продуктов представляют собой сложные и неоднородные многокомпонентные смеси, состояние которых зависит от многих факторов (качествасырья, режимов работы оборудования, физико – химических, структурномеханических, реологических свойств и т.д.).

Все это вызывает частые колебанияпараметров процессов приготовления многокомпонентных пищевых масс и не позволяет получать стабильный по качеству готовый продукт.Следует отметить высокую динамику изменения показателей качества исходного сырья, что крайне негативно сказывается на качество готовой продукции. Вэтих условиях традиционные подходы к исследованию технологических процессовпроизводства пищевой продукции неэффективны. Необходима такая методологическая и методическая база, которая позволяла бы получать оптимальные управленческие решения за минимальное время. Это позволит перенести часть нагрузкисо стратегического на тактический, или даже на оперативный, уровень системыуправления и снизить вероятность неточности в распознавании ситуации на всехэтапах производства пищевой продукции.Существующие в настоящее время методы контроля показателей качествапищевой продукции в реальном времени субъективны и далеки от совершенства,поскольку эта оценка осуществляется в большинстве случаев органолептическимпутем.

Органолептический контроль длителен по времени, обладает большим количеством недостатков.Являясь ключевыми технологиями 21 века, интеллектуальные системы и технологии применяются во всех социально значимых областях человеческой деятельности, поскольку их качественно новые возможности позволяют значительноповысить эффективность использования вычислительной техники в традиционныхсферах ее применения за счет решения новых классов задач с использованием методов и средств искусственного интеллекта.На сегодняшний день накоплен практический и теоретический объем информации по автоматизации технологических процессов пищевых производств с использованием современных информационных и интеллектуальных технологий, которые проводили А.Н.

Австриевских, В.К. Битюков, А.М. Блюмин, М.М. Благове-4щенская, Я.В. Иванов, Ю.А. Ивашкин, А.Я. Красинский, А.Е. Краснов, О.П. Красуля, В.А. Матисон, Е.А. Прокофьев, А.В. Татаринов, В.Я. Черных, Е.Д. Чертов др.В настоящей работе учтен и проработан опыт предыдущих исследований, использованы рекомендации, приводимые перечисленными авторами.Автоматизация контроля в реальном времени органолептических показателейкачества с использованием интеллектуальных технологий и сведение их в единуюинтегрированную экспертную систему (ИЭС) необходима для создания на их основе автоматизированной системы управления технологическими процессами(АСУТП) пищевых производств.В связи с этим, становится актуальным проведение комплексных исследований, направленных на разработку автоматизированных средств контроля в потокепоказателей качества различной пищевой продукции с использованием искусственных нейронных сетей (ИНС) и систем компьютерного зрения (СКЗ), а такжеразработка интеллектуальных датчиков основных органолептических показателейкачества пищевой продукции: вкуса и цвета; исследование возможности интеграции таких датчиков в систему автоматического контроля и управления технологическими процессами производства различной пищевой продукции.В представляемой работе исследованы и проанализированы типовые технологические процессы кондитерского, мукомольного, молочного и пивобезалкогольного производства, продукция которых пользуется неизменным и возрастающимспросом у населения страны.Проведенные исследования и апробация результатов показали, что успешноерешение этих задач возможно при внедрении в производственный процесс интегрированных экспертных систем контроля (ИЭСК) в реальном времени показателей качества пищевых продуктов с использованием современных интеллектуальных технологий: искусственных нейронных сeтeй и систем компьютерного зрения.В основе алгоритма рабoты экспертной системы залoжeна нейросетевая модель(НСМ), функционирование которой основывается на рабoте аппарата ИНС и СКЗ.Создание такой системы позволит в реальном времени контролировать органолептические показатели качества перерабатываемого сырья, полуфабрикатов иготовой продукции в течение всего технологического процесса; обеспечить стабильность производства пищевой продукции; существенно уменьшить уровеньбрака, снизить потери рабочего времени, сырья и энергии, повысить качество готовой продукции; а также построить эффективные интеллектуальные системы идентификации и прогнозирования качества выпускаемых изделий для регулирования иуправления различными технологическими процессами пищевой промышленности.Исходя из вышеизложенного, тема диссертационной работы «Методологические основы создания экспертных систем контроля и прогнозирования качествапищевой продукции с использованием интеллектуальных технологий» является актуальным и социально - значимым направлением развития пищевой промышленности.Цель работы.5Целью диссертационной работы является разработка научно – практическихоснов создания ИЭС идентификации и управления ТП пищевых производств с использованием интеллектуальных технологий автоматического контроля органолептических показателей качества пищевой продукции в реальном времени.Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи исследований:1.

Системный анализ методов контроля и управления показателями качества пищевой продукции в ТП пищевых производств.2. Экспериментальные и теоретические исследования технологических системпищевых производств с целью их структурно – параметрического анализа и ситуационного моделирования основных этапов производств.3. Разработка ситуационной модели идентификации текущих состояний технологической системы в реальном времени на основе нейросетевого классификаторапринятия решений в условиях неопределенности.4.

Разработка и апробация методов и алгоритмов автоматического контроля органолептических показателей качества пищевой продукции в реальном времени наоснове нейросетевых технологий и систем компьютерного зрения.5. Разработка объектно - ориентированной и иерархической БД и БЗ в ИЭС контроля показателей качества пищевой продукции (контроля ПК ПП).6. Разработка методов приобретения знаний из ситуационной и нейросетевой модели, а также из БД для формирования и структурирования технологической БЗв ИЭС контроля ПК ПП.7.

Разработка нейросетевых технологий и систем компьютерного зрения как модулей принятия решения в оценки органолептических показателей качества пищевых продуктов в реальном времени.8. Разработка математического, алгоритмического и программного обеспеченияИЭС контроля показателей качества пищевой продукции в процессе производства.9. Экспериментальная проверка разработанных моделей, методов и алгоритмовидентификации и прогнозирования качества продукции на действующих пищевых предприятиях.Объектом исследования является типовые поточные линии по производству пищевой продукции и процессы сбора, анализа и интеллектуальной обработкитекущей и экспертной информации, в задачах непрерывного контроля показателейкачества пищевой продукции.Предметом исследования и разработок являются совокупность теоретических, методологических и практических задач, связанных с созданием ИЭС идентификации и прогнозирования качества пищевой продукции в реальном времени исоответствующее информационное, математическое, алгоритмическое и программное обеспечение.Методы и средства исследований.