Развитие технологий аграрно-промышленного комплекса и методология научного поиска

УДК 664.95

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЙ АГРАРНО-ПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА И МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНОГО ПОИСКА

В. А. Панфилов

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGIES FOR AIC (AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX) AND METHODOLOGY OF SCIENTIFIC RESEARCH

V. A. Panfilov

Создание промышленной основы производства пищевой продукции путем объединения в системные комплексы с высоким уровнем автоматизации и компьютеризации требует новой методологии научного поиска при проведении фундаментальных исследований. В связи с разработкой в аграрно-промышленном комплексе (АПК) системного комплекса «Аграрно-пищевая технология», включающего в себя биологические, физические, химические и биохимические процессы производства растениеводческой и животноводческой продукции, требуется новый методологический подход к познанию сложных вероятностных и управляющих систем. В статье рассматриваются вехи, которые должны быть сформированы при проведении фундаментальных научных изысканий. Первая веха - это вероятностный стиль мышления ученого и инженера, основанный на знании закономерностей теории вероятности, математической статистики и теории информации. Вторая веха - осмысление необходимости процессов анализа и синтеза. Третья веха - необходимость рассмотрения технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции как системы процессов. Четвертая веха - построение графической модели технологии как системы процессов. Пятая веха - диагностика технологической системы с точки зрения качества ее функционирования. Шестая веха - взаимная адаптация технологических свойств исходного сельскохозяйственного сырья к процессам его преобразования, с одной стороны, и механизмов процессов в машинах, аппаратах и биореакторах перерабатывающих производств к технологическим свойствам сырья, с другой. Седьмая веха - поиск наиболее эффективных методов подвода энергии к процессам производства, хранения и переработки сельскохозяйственного сырья в продукты питания. Вышеперечисленные вехи в совокупности составляют методологию научного поиска при развитии системного комплекса «Аграрно-пищевая технология».

аграрно-промышленный комплекс, технология, системный подход, методология, научный поиск

Creation of industrial basis for food production by means of integration of agricultural raw material technologies and its processing into systems complexes with a high level of automation and computerization requires new procedures of scientific research in carrying out fundamental scientific investigations. In connection with development of a new system complex in AIC called "Agro-food technology" which

includes biological processes of producing plant and animal products as well as physical, chemical and bio-chemical production processes, there is a need for a new methodological approach to transition of science to cognition of complex probable and control systems.

The article discusses landmarks that must be formed for carrying out scientific investigations along the way of creating a new system complex of AIC. The first landmark is a probability thinking style of a scientist and an engineer based on the knowledge of the probability theory, mathematical statistics and information theory. The second landmark is understanding the necessity of analysis and synthesis processes. The third landmark is a need for consideration of the technology for production and processing of agricultural products as a system of processes.

The fourth landmark is construction of a graphic model of technology as a system of processes. The fifth landmark is diagnostics of the technological system in terms of its functioning quality. The sixth landmark is mutual adaptation of technological properties of initial raw material to the processes of its transformation on the one hand and mechanisms of machines, apparatus and bioreactors of processing productions to the technological properties of raw material on the other. The seventh landmark is the search for most effective methods of supplying energy to the production processes, storage and processing raw material into food products. The above mentioned landmarks in their integrity constitute methodology of scientific research in the context of development of "Agro-food technology" system complex.

agro-industrial complex, technology, system approach, methodology, scientific research

ВВЕДЕНИЕ

Целью статьи является попытка сформировать вехи, которые станут ориентирами в проведении фундаментальных научных изысканий при создании промышленной основы производства продовольствия путём объединения в системные комплексы с высоким уровнем автоматизации и компьютеризации.

МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Научные изыскания по своей внутренней структуре делятся на два класса: детерминированные и стохастические. В соответствии с объектом исследования и условиями его функционирования можно говорить и о математическом методе исследования, основанном или на принципе жесткой детерминации, или вероятностном, статистическом. Последнему по пространственно-временной организации, строению и функционированию отвечают современные технологии АПК как системы процессов. Но с дальнейшим их усложнением, в том числе с разработкой и созданием системных комплексов «Аграрно-пищевая технология» [1], в современной науке зарождается новый методологический подход, идущий на смену простому вероятностно-статистическому. Речь идёт о технологических системах, которые вбирают в себя и биологические процессы производства растениеводческой и животноводческой продукции, а также физические, химические и биохимические процессы производства продуктов питания. Это новый исключительно сложный класс технологий, создаваемый в АПК. Поэтому надо готовиться к переходу науки к познанию очень сложных вероятностных, управляющих, систем упорядоченной сложности и т. д. В связи с этим методы

исследования и оптимизации таких образований необходимо связывать с разработкой средств преодоления и выражения этих новых видов сложности.

Современная наука вырабатывает формы и средства, все более ориентированные на раскрытие свойств и структуры высокоорганизованных технологических систем. Один из основателей квантовой механики Макс Борн писал, что «...мы находимся в джунглях и отыскиваем свой путь посредством проб и ошибок, строя свою дорогу позади себя, по мере того, как мы продвинулись вперёд». Надо сказать, что строительство такой дороги в джунглях - дорогое занятие. Какие же основные вехи можно и нужно поставить, чтобы упростить и удешевить строительство аналогичной дороги в АПК в связи с созданием сложных технологических комплексов?

ЭТАПЫ НАУЧНОГО ПОИСКА

Первая веха - это вероятностный стиль мышления ученого и инженера. Старая физико-химическая картина отдельных процессов заменяется новой стохастической картиной, поскольку все технологии как системы процессов функционируют по законам теории вероятности, математической статистики и теории информации. Необходимо устанавливать эти закономерности и делать практические выводы. Другого пути по адаптации к внешней среде и оптимизации функционирования сложных производственных систем (системных комплексов) нет.

Вторая веха - это осмысление необходимости процессов анализа и синтеза. В настоящее время складывается впечатление, что в науке процессы дифференциации превалируют над процессами синтеза. Но это впечатление связано с классом решаемых задач. Анализ и синтез - две стороны методологии познания. Если в Государственном Русском музее (Санкт - Петербург) нас волнует композиция картины И. Е. Репина «Запорожцы» («Запорожцы пишут письмо турецкому султану»), её сюжет, то мы отходим от полотна подальше, чтобы взглянуть на произведение искусства целиком.

Если нас привлекают образы отдельных запорожцев, то мы подходим к картине поближе. Если же нас интересует физическое состояние картины, то мы вооружаемся увеличительным стеклом и рассматриваем микротрещины краски. Разные цели - разная степень детализации.

При исследовании и оптимизации одного-единственного процесса внутри технологии, содержащей десятки способов преобразования ресурсов, исследователь выполняет процедуру анализа и, пренебрегая влиянием внешних факторов, строит детерминированную модель. Конечная технологическая цель часто остаётся вне его внимания. Но процедура синтеза уже требует учёта внешних возмущающих факторов и учёта взаимовлияния ведущих процессов в технологии. Это ведёт к смене математического аппарата и построению стохастической модели объекта.

Третья веха - это необходимость рассматривать технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции как системы процессов [2]. Как объекты исследования и оптимизации они должны удовлетворять следующим требованиям:

- объект (целое) должен состоять из подсистем (частей);

- объединение подсистем в систему должно способствовать формулированию цели исследования;

- должен существовать системообразующий фактор, определяющий взаимосвязь подсистем в системе и создающий синергетический эффект;

- должна быть установлена количественная мера, определяющая уровень организации (целостности) системы;

- система должна быть частью (подсистемой) охватывающей её системы (надсистемы).

Четвертая веха - построение графической модели технологии как системы процессов. Эта процедура состоит в последовательном использовании анализа и синтеза, а важнейший вопрос заключается в установлении элемента данной системы как минимального носителя качества технологии.

Далее решается вопрос о связях между элементами и формировании подсистем как достаточно автономных образований. При построении графической модели системы необходимо отразить два-три нижележащих подсистемных уровня.

При выделении элементов системы основным руководящим принципом является принцип функциональности. Между элементами существуют функциональные связи, которые обуславливают их совместное поведение и состояние внутри подсистемы. Таким образом, в результате анализа подсистем формируется их графическая модель, воспроизводящая несколько структурно-иерархических уровней организации системы. Далее из подсистем синтезируется полная графическая модель системного комплекса. Выходы подсистем - точки контроля качества функционирования технологии этого комплекса.

Пятая веха - диагностика технологической системы с точки зрения качества её функционирования. Это медицинский термин, он означает исследование организма человека (биологической системы) с целью повышения его жизнедеятельности. Но разве инженеры АПК не заняты «лечением» своих достаточно сложных технологических образований с целью повышения эффективности их функционирования. Здесь важно количественно оценить вклад каждой подсистемы в конечный результат и принять объективное решение о методе и средствах «лечения» технологической системы. Более того, необходимо выполнить две диагностики: перед и после соответствующего вмешательства в конкретную действующую технологию. Сравнение их количественных результатов и покажет глубину проработки научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ НИОКР [2].

Шестая веха - это собственно процесс «лечения» технологической системы по результатам первой диагностики, что выливается, например, во взаимную адаптацию технологических свойств исходного сельскохозяйственного сырья к процессам его преобразования, с одной стороны, и механизмов процессов в машинах, аппаратах и биореакторах перерабатывающих производств к технологическим свойствам сырья, с другой. Цель такой адаптации - получить «здоровый технологический организм», устойчиво и стабильно функционирующий, т. е. легко поддающийся автоматизации на всём протяжении сложного технологического потока.

Седьмая веха - это поиск наиболее эффективных методов подвода энергии к процессам производства, хранения и переработки сельскохозяйственного сырья в продукты питания. Речь идёт, прежде всего, о волновых воздействиях на обрабатываемые среды: переменном электромагнитном поле сверхвысоких и низ-

ких частот, магнитных полях, световых импульсах, пульсирующих электрических полях, инфракрасном и ультрафиолетовом излучении, кавитации, ультразвуке, электрохимическом и лазерном воздействии. Широкие перспективы просматриваются в сочетании этих волновых процессов с традиционными методами подвода энергии к обрабатываемым средам. Системные комплексы в АПК с их высокой эффективностью открывают эру «волновых технологий» во всем спектре процессов производства продовольствия.

Надо также иметь в виду, что XXI век - это пятый и шестой технологические уклады в АПК [3]. Это время, когда будут создаваться и уже создаются крупномасштабные производства в сельском хозяйстве и в перерабатывающих отраслях, оснащенные автоматикой и электроникой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, стратегия научного поиска при развитии совокупности технологий (системный комплекс) методологически отличается от стратегии научного поиска при решении традиционных задач усовершенствования отдельных процессов в машинах, аппаратах и биореакторах в технологиях растениеводства, животноводства или переработки сельхозсырья. Эти отличия заключаются и в пространственно-временном соотношении исследуемых объектов, и в методологическом обеспечении, и в применяемом математическом аппарате.

Нет сомнений в том, что необходимо форсированное инновационное развитие технологий АПК, потому что мы стоим на пороге совершенно нового мира [4].

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Панфилов, В. А. Системный комплекс «Аграрно-пищевая технология» / В. А. Панфилов // Вестник Российской сельскохозяйственной науки. - 2015. - № 4. - С. 6 -9.

2. Панфилов, В. А. Теория технологического потока / В. А. Панфилов. - Москва: КолосС, 2007. - 319 с.

3. Панфилов, В. А. Продовольственная безопасность России и шестой технологический уклад в АПК / В. А. Панфилов // Вестник Российской сельскохозяйственной науки. - 2016. - № 1 - С. 10-12.

4. Инновационное развитие техники пищевых технологий / С. Т. Антипов [и др.]; под ред. акад. РАН В. А. Панфилова. - Санкт-Петербург: Лань, 2016. - 660 с.

REFERENCES

1. Panfilov V. A. Sistemnyy kompleks «Agrarno-pishchevaya tekhnologiya» ["Agro-food technology" system complex]. Vestnik Rossiyskoy sel'skokhozyaystvennoy nauki, 2015, no. 4, pp. 6 -9.

2. Panfilov V. A. Teoriya tekhnologicheskogopotoka [Process flow theory]. 2e izd. Moscow, KolosS, 2007, 319 p.

3. Panfilov V. A. Prodovol'stvennaya bezopasnost' Rossii i shestoy tekhnolo-gicheskiy uklad v APK [Food security of Russia and the sixth technological mode in AIC]. VestnikRossiyskoy sel'skokhozyaystvennoy nauki, 2016, no. 1, pp. 10-12.

4. Antipov S. T. i dr.; pod red. akad. RAN V. A. Panfilova. Innovatsionnoe razvitie tekhniki pishchevykh tekhnologiy [Innovative development of food technology engineering]. Lan', 2016, 660 p.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Панфилов Виктор Александрович - Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева;

академик РАН

Panfilov Viktor Alexandrovich - Russian State Agrarian University - Timiryazev Moscow Agricultural Academy; Academician of the Russian Academy of Sciences