Экспертная оценка режимов микроволнового излучения по интегральному показателю качества семян и кормов пайзы

Использование предлагаемого способа сушки древесины позволяет снизить расход электрической энергии путем подключения электродов к древесине поперек волокон, т.е. по диаметру высушиваемых материалов.

Литература

1. Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. - М. - Л.: Гостехиздат, 1947. - 552 с.

2. Бондаренко Н.Ф. Исследование электроосмоса в глинистых грунтах в связи с проблемой регулирования их строительных свойств: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Л., 1962.

3. Патякин В.И., Тишин Ю.Т., Базаров С.М. Техническая гидродинамика древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1990.

'--------♦------------

УДК 631.521.5:539.104 Н.В. Цугленок, О.Г. Толмашова

ЭКСПЕРТНАЯ ОЦЕНКА РЕЖИМОВ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПО ИНТЕГРАЛЬНОМУ ПОКАЗАТЕЛЮ КАЧЕСТВА СЕМЯН И КОРМОВ ПАЙЗЫ

Приводятся результаты исследований по выбору режимов микроволновой обработки семян пайзы. Методы вычислительного эксперимента и нелинейной оптимизации позволяют рассчитывать оптимальные значения частных показателей качества биотехнологического процесса микроволновой обработки и соответствующие им режимы по экспозиции и скорости нагрева.

Ключевые слова: информационно-аналитическая модель, обобщенный показатель качества, частные модели, сопряженные расчетные схемы, экспозиция, скорость нагрева.

N.V. Tsuglenok, O.G. Tolmashova EXPERT ESTIMATION OF THE MICROWAVE RADIATION MODES ACCORDING TO THE INTEGRATED INDICES OF QUALITY OF PAYZA SEEDS AND FORAGE

The results of research in order to choose the microwave modes for payza seed processing are given. Methods of computing experiment and nonlinear optimisation allow to calculate the optimum numbers of private quality figures of the microwave processing biotechnological process and the modes corresponding to them according to the exposition and heating speed.

Key words: information-analytical model, generalized index of quality, private models, conjugated calculation schemes, exposition, heating speed.

Применение электрических и магнитных явлений для преобразования энергии, предпосевной обработки семенных материалов в сельском хозяйстве направлено на приращение продуктивности в растениеводстве и, как следствие, питательной ценности кормов в животноводстве. Фитосанитарная технология возделывания пайзы в условиях Минусинской лесостепи включает в себя установку оптимальных режимов микроволнового излучения, обеспечивающих уничтожение групп вредных организмов, нарушающих формирование элементов структуры урожая.

Информационно-аналитическая модель влияния микроволнового излучения ([ является системой частных моделей определения питательной ценности сена ^ ^ сенажа ^ инфицированности биометрических показателей растений пайзы в фазе кущения ___ и выметывания ^ и продуктивности растений пайзы , которая, по-существу, представляет обобщенный показатель качества, получаемый сверткой частных показателей [1-3]:

Ї Х2 > «і/і ^1з Х2 ^ *^2^2 ^1з Х2 ^ «з/з ^1з Х2 *^4^4 ^1з Х2 ^

+ а5/5С1,х2>а6/6С1,

X-,

где весовые коэффициенты аг,а^, а,, а4, а5, огб - значимости частных критериев, определяемые экспертным путем и методом вычислительного эксперимента. Приведем детальную разработку некоторых частных моделей повышения эффективности выращивания пайзы.

1. Модель питательной ценности сена пайзы $ ___ состоит из трех сопряженных расчетных схем определения каротина ^г11 , количества кормовых единиц и содержания сахара в корме В мо-

дели

/\ ^1>Х2 > Аі '/її Р\2 ' ї\2 ^1’Х2 Аз - /із ..

Д1з /?п, Д, - весовые коэффициенты, определяемые первой подгруппой экспертов с учетом вычислительного эксперимента.

1.1. Схема определения содержания каротина 4[п, мг __ в сене в зависимости от экспозиции ^, с^

и скорости нагрева

град

представляется формулой

/и + Ц + - + Мі +4+—'

X,

64 Й*Х ХІ X

где Ъ0, Ь, Ъ, Ъ3, Ъ4, Ъ5 - коэффициенты регрессии, вычисляемые в системе DataFit (рис. 1).

1.2. Схема определения количества кормовых единиц

Їі2’

корм. ед.

кг

в сене в зависимости от экс-

позиции ^1, с \л скорости нагрева

X,

град

представляется формулой

х * г. \ г. К 2 М 2

/\2 ^1 з Х2 К ^ ^ Ь2Х2 ^ Т 4^2 "

X

X

X

с

с

где Ъ, Ъ, Ъ, Ъ, Ъ, Ъ - коэффициенты регрессии (рис. 2).

Рис. 1. Влияние режимов обработки на содержание Рис 2 Влияние решмов обрабоши

на количество

каротина кормовых единиц

1.3. Схема определения содержания сахара в сене в зависимости от экспозиции ^1, с и

град 4

скорости нагрева

X,

с )

представляется формулой

X Ж ^ £ £ ^2 £ 2 ^4 ^N*^*1

/и^Х2^К+КХ,+ — + ЬЪХ, + — + ^~

х„

х„

х„

где Ъ, Ъ, Ъ, Ъ, Ъ, Ъ - коэффициенты регрессии (рис. 3). В результате вычислительного эксперимента с моделью [4-6] установлено, что по всем ее расчетным схемам коэффициент детерминации принимает значения от 0,951 до 0,964, то есть составляет не менее 95%. Это означает, что влияние случайных и неучтенных факторов в условиях эксперимента не превышает 5%. Относительная погрешность по всем расчетным схемам оценивается от 5,98 до 2,00%, но в целом не превосходит допустимого приближения в 6,00%.

Рис. 3. Влияние режимов обработки на содержание сахара

2. Модель обеззараживания семян пайзы ^ состоит из пяти сопряженных расчетных схем определения уровня инфицированное™ гельминтоспориозом ^Г31 меланоммозом , бактериозом и плесневыми грибами *34^ а также лабораторной всхожести семян

/з ^1,Х2 Ръ2 ' 332 ^ Аз ’./зз ^1’^2

^ Ръа" ^ Ръь" 1ъЬ^\?Х2.

где Д,1з Д.,,, Д3, Д4, Д5 - весовые коэффициенты, определяемые третьей подгруппой экспертов с учетом вычислительного эксперимента.

2.1. Схема определения инфицированности семян гельминтоспориозом 4)[Ъ1,% в зависимости от

экспозиции , с и скорости нагрева

X,

град

представляется формулой

/зі*і>*2^ Ь0 + й1х1 + Ъ2хх + Ъъх2 + Ь4хгх2,

где Ь0, Ъх, Ъ0, Ь4 - коэффициенты регрессии (рис. 4).

2.2. Схема определения инфицированности семян меланоммозом «гг ,% в зависимости от экспо-

зиции Сі, с^ и скорости нагрева

х„

град

с )

представляется формулой

/зг *1,хгУ К +~ + ^ + — + % *1 *1 *2 *2

где Ъ, Ъ, Ъ, Ъ, Ъ - коэффициенты регрессии (рис. 5).

с

Рис. 4. Влияние режимов обработки на зараженность гельминтоспориозом

Рис. 5. Влияние режимов обработки на зараженность меланоммозом

2.3. Схема определения инфицированности семян бактериозом ,%^ в зависимости от экспози-

ции Сі, с и скорости нагрева

х,

град

с )

представляется формулой

£ Ж т т ^2 т 2 ^4 *S^1

/33^1^2^Й0+ЙЛ+ — + *3*1 + —+  ‘

X

х„

х„

где £»0, Ь1з Ъ^, К, Ь4, Ь5 - коэффициенты регрессии (рис. 6).

2.4. Схема определения инфицированности семян плесневыми грибами с, ,% в зависимости от

экспозиции Сі, с и скорости нагрева

х.

град

представляется формулой

У34 Cl,*2^ *0

где b, b, b, b, b, b - коэффициенты регрессии (рис. 7).

Рис. д. Влияние режимов обработки на зараженность бактериозом

Рис. 7. Влияние режимов обработки на зараженность плесенью

2.5. Схема определения лабораторной всхожести семян 4£ъъ,%^ в зависимости от экспозиции

X, с ^ и скорости нагрева

х„

град

представляется формулой

с

b

5

X1 Х2

с

Уз5 С], -^2 *0 + *1*1 *2*1 *3*2 *4*1*2 ’

где Ъ, Ъ, Ъ, Ъ, Ъ - коэффициенты регрессии (рис. 8).

Рис. 8. Влияние режимов обработки на всхожесть семян

Анализ результатов расчетов показал, что по всем регрессионным функциям модели коэффициент детерминации принимает значения от 0,948 до 0,956, то есть незначительно отличается от принятого уровня 95%, а относительная погрешность приближения экспериментальных данных от 5,88 до 4,93%, то есть не превышает 6,00%.

3. Модель продуктивности растений пайзы 4[6 ^ состоит из двух сопряженных расчетных схем высоты растений $61 и урожайности зеленой массы ^

/б^1’Х2^ Азі‘./бі ^1>*2 Дз2‘./б2 ^1>*2 .

где Д1з Др - весовые коэффициенты, определяемые шестой подгруппой экспертов с учетом вычислительного эксперимента.

3.1. Схема определения высоты растений с, ,см в зависимости ОТ ЭКСПОЗИЦИИ X, С^ и скорости

нагрева

х„

град

представляется формулой

Ъ, Лх

/б1 ^1 7 Х2 _> *0 + *1*1 *3*1 2

X,,

X. X,,

грева

где Ъ, Ъ, Ъ, Ъ, Ъ, Ъ - коэффициенты регрессии (рис. 9).

( ц \ ,

3.2. Схема определения урожайности /62, — в зависимости от экспозиции ^, с и скорости наград ''

ц

62

V га)

X.

представляется формулой

/б2 ^1, *2 5= *0 + *1*1 + *2*12 + *3*2 + *4*1*2 .

где Ъ, Ъ, Ъ, Ъ, Ъ - коэффициенты регрессии (рис. 10).

с

с

Рис. 9. Влияние режимов обработки на высоту растений

’.75 '^О '"Ж

Рис. 10. Влияние режимов обработки на урожайность растений

Вычислительный эксперимент с моделью показал, что коэффициент детерминации модели - не менее 95,6%, а относительная погрешность - не более 4,8%. Разработанные частные модели повышения эффективности выращивания пайзы за счет сочетания фитосанитарной технологии и микроволновой техники сантиметрового диапазона имеют достаточную точность и надежность для прогнозирования уровня инфици-рованности семян, высоты и количества растений, количества листьев, продуктивного стеблестоя, накопленной биомассы и питательной ценности культуры.

Прогнозирование и оптимизация биометрических процессов. С использованием методов нелинейной оптимизации системы Maple вычислены точки максимума частных критериев качества предпосевной обработки семян. По модели питательной ценности сена установлено, что содержание каротина в сене достигает максимума шах /п =10,977 мг при экспозиции Xj = 58,130 с и скорости нагрева

Л град ,, гг. корм.ед.

х2 = 0,480 —— . Количество кормовых единиц максимально шах /12 = 0,609 —--------------- при экспози-

кг

ции Xj = 29,997 с и скорости нагрева х2 = 0,800

град

Содержание сахара достигает максимума

град

max/13 =17,931 % при экспозиции хг =16 с и скорости нагрева х2 = 0,800

^ " с

По модели обеззараживания семян установлено, что зараженность гельминтоспориозом достигает

минимума min /31 = 1,754% при экспозиции Xj =100 с и скорости нагрева х2 =0,800

град

Зара-

женность меланоммозом минимальна min fb2 —1,283 % при экспозиции Xj =48,648 с и скорости на-

грева х2 = 0,800

град

Возбудители бактериоза полностью уничтожаются при min f33 = 0 %, экспози

ции Xj = 95 с и скорости нагрева х2 = 0,800

град

Для уничтожения плесневых грибов min f34 = 0%

достаточно выбрать экспозицию Xj =16 с и скорость нагрева х2 =0,300

град

Для увеличения лабора-

торной всхожести до max f23 =3,785 % необходимо выбрать режим с экспозицией Xj =39,553 с и

скоростью нагрева х2 = 0,300

град

По модели продуктивности растений высота растений достигает максимума тах/61 =147,078 см

град

при экспозиции Xj = 55,456 с и скорости нагрева х2 = 0,496

. Урожайность достигает максимума

тах /~б, = 397,328 — при экспозиции х1 = 54,388 с и скорости нагрева х2 = 0,300 .

‘ " га ' с

По модели обобщенного (интегрального) показателя качества [9] изученного биотехнологического процесса выращивания пайзы

с

с

с

с

с

с

с

IX, х > 0,0229х + 0,0342х2 - 0,0001х^ + 2,3859 _ 0,6128 _ 0,0012хі _ 0,04251п х„

х

2

X

2

2 3,4251 0,3188X 1,20611пх 21,0212

-0,05601п2 х2 ^—---------------------------+ —-2---2--Ч—

Х1Х2

X,

х

х

10,3852

х

-1,7764

х

+ 0,0021х:х^ 0,0334х2 -

установлены оптимальные значения экспозиции ^ = 95,000 с и скорости нагрева х2= 0,614

град

обеспечивающие комплексное решение задач обеззараживания семян, повышение их всхожести, урожайности и питательной ценности корма из пайзы (рис. 11, 12).

Рис. 11. Обобщенный показатель

Рис. 12. Области эффективности

Построив шесть линий уровня для обобщенного показателя, получили семь областей, задающих качественные градации интенсивностью закрашивания. Области с наибольшей плотностью и с центром в точке х =58,482 и х2 =0,614 и с граничной точкой х1 =95,000 и х2 =0,614 соответствует лучшая комбинация комплекса оцениваемых показателей [4, 7, 8].

Выводы

1. Используя методы вычислительного эксперимента и нелинейной оптимизации, рассчитаны оптимальные значения частных показателей качества биотехнологического процесса микроволновой обработки и соответствующие им режимы по экспозиции и скорости нагрева.

2. По предложенному экспертным путем обобщенному показателю качества рассчитаны режимы обработки, обеспечивающие эффективное сочетание отдельных качественных показателей и установлены

град

семь соответствующих областей эффективности с центром в точке х1 =58,482 с и х,= 0,614 ——,

“ с

причем лучшая комбинация комплекса оцениваемых показателей изображается областью с граничной точ-

кой х1 =95,000 с и х2 = 0,614

град

, в которой достигается максимум.

с

Литература

1. Математическое моделирование в задачах механики связанных полей. Введение в теорию термопьезоэлектричества / Д.И. Бардзокас [и др.]. - М.: КомКнига, 2005. - Т.1. - 320 с.

2. Математическое моделирование в задачах механики связанных полей. Статистические и динамические задачи электроупругости для составных многосвязных тел / Д.И. Бардзокас [и др.]. - М.: КомКнига, 2005. - Т.2. - 376 с.

3. Павловский, Ю.Н., Смирнова Т.Г. Проблема декомпозиции в математическом моделировании. - М.: Фазис, 1998. - 232 с.

4. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование. Идеи. Методы. Примеры. - М.: Физ-матлит, 2005. - 320 с.

5. Семененко М.Г. Введение в математическое моделирование. - М.: Салон-Р, 2003. - 112 с.

6. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем: учеб. для вузов. - М.: Изд-во

МГТУ, 2007. - 640 с.

7. Моисеев Н.И. Математические задачи системного анализа. - М.: Наука, 1981. - 488 с.

8. Пытьев Ю.П. Методы математического моделирования измерительно-вычислительных систем. - М.:

Физматлит, 2004. - 400 с.

9. Колесников А.П. Математическое моделирование и информатика: учеб. пособие. - М.: Изд-во РУДН, 2003. - 306 с.

'--------♦-----------