Формализация инновационных процессов развития техники пищевых технологий

УДК 664.95

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В. А. Панфилов

FORMALIZATION OF INNOVATIVE DEVELOPMENT PROCESSES OF FOOD TECHNOLOGIES MACHINERY

V. A. Panfilov

Условием выхода перерабатывающих и пищевых отраслей агропромышленного комплекса (АПК) в шестой технологический уклад является дальнейшее развитие методов преобразования сельскохозяйственного сырья в продукты питания. При этом инновационный процесс развития техники пищевых технологий будущего необходимо формализовать.

Рассматривается модель двухконтурного механизма управления применительно к процессам пищевых технологий. Показано, что инновационная технологическая система может развиваться в рамках второго контура модели путем адаптации технологических свойств исходного сырья к конструкциям и режимам работы технологического оборудования и наоборот. Стратегическое управление технологических систем выражается в виде сходящейся спирали в координатах: количество подсистем (структурная сложность) - информационная энтропия состояния подсистем. В процессе адаптационного развития технологической системы совершенствуется как структура, так и функционирование системы, сглаживая противоречие «производительность - качество».

Потенциал развития технологических систем пищевых технологий может быть реализован в работе по их автоматизации или связан с адаптационным совершенствованием процессов в конкретных машинах, аппаратах или биореакторах.

Сущность развития технологических линий пищевых производств заключается в целенаправленном накоплении информации с последующим ее управлением. Важное значение для инновационного развития производящих и перерабатывающих отраслей АПК имеет решение вопроса опережающего отражения. Стабильность свойств сельскохозяйственного сырья может быть получена двумя путями: как отбор исходных материалов из сырья по требуемым технологическим параметрам и как производство такого сырья в соответствии с требованиями перерабатывающих и пищевых технологий.

Инновационное развитие технологического оборудования и систем возможно при установлении закономерностей организации, строения, функционирования и развития открытых систем, какими являются современные технологии АПК.

техника, технология, сельскохозяйственное сырье, инновация, формализация

The condition for outcome of processing and food industries of APC (agrarian and industrial complex) into the sixth technological mode is further development of

method for transforming agrarian raw material into food products. For this purpose, the innovative process for developing food technologies machinery of the future is to be formalized.

The article discuses a double loop model mechanism for controlling processes as to the food technologies. It has been demonstrated that innovative technological system can develop within framework of the second loop of the model by means of adapting technological properties of initial raw to design and operative mode of technological equipment and vice versa.

Strategic control of technological systems in the form of converging spiral in coordinates: number of subsystems (complexity of design) - information enthropy of subsystems condition. The process of adaptive development of technological system involves perfection of both - structure and functioning of the system smoothing over the contradiction: "capacity - quality".

The development potential of technological systems for food technologies may be realized in the work of their automation or associated with the adaptive development of process in specific machines, apparatuses or bioreactors.

The essence of developing technological lines for food production lies along purposeful accumulation of specific information with its further arranging in an ordered fashion.

Of great importance for innovative development of production and processing industries of AIC (agricultural and industrial complex) is solution of the problem of the leading reflection. The stability of properties of agricultural raw may be obtained in two ways: as selection of source materials from raw according to necessary technological parameters and as production of such raw according to demands of processing and food technologies.

Innovative development of technological equipment and systems is possible as a result of obtaining regularities for organization, arranging, operation and development of open systems where modern AIC technologies belong.

machinery, technology, agricultural raw, innovation, formalization

Повышение эффективности научных и инженерных работ по развитию методов преобразования сельскохозяйственного сырья в продукты питания - важнейшее условие выхода перерабатывающих и пищевых отраслей АПК в шестой технологический уклад [1].

Цель статьи - формализовать процесс создания прогрессивной техники технологий продуктов питания.

Вероятностный характер производственных процессов в АПК не вплетен должным образом в ткань научных и инженерных изысканий с целью совершенствования технологий продуктов питания. Методы теории вероятностей и математической статистики, а также оценка информационной энтропии состояния процессов должны стать необходимым математическим аппаратом, сопровождающим развитие технологических потоков. В закрытых системах, где возникают лишь внутренние противоречия, информационная энтропия может только расти, т. е. повышение уровня организации (развития) невозможно. В открытых системах определяющую роль играют внешние воздействия. И без диалектического

осмысления этих понятий трудно дать убедительный ответ на вопрос, какова будет техника пищевых технологий в будущем с упреждением в 40-50 лет. При этом возникает и другой вопрос: возможно ли формализовать инновационный процесс развития техники пищевых технологий.

В 70-х годах XX в. Р.Ф. Абдеев создал модель двухконтурного механизма управления, что объясняет процесс самоорганизации целостных систем, в том числе антропогенных [2]. Было показано, что в открытых системах, по существу, реализуется процесс самоорганизации с двухконтурной обратной связью.

Процесс самоорганизации технологической системы. Рассмотрим модель двухконтурного механизма управления применительно к процессам пищевых тех -нологий (рис. 1). I контур - суть управление существующим процессом функционирования путем его регулирования обслуживающим персоналом. II контур - суть управление существующим процессом функционирования как путём адаптации технологических свойств исходного сырья к конструкциям и режимам работы машин, аппаратов и биореакторов, так и путём адаптации конструкций технологического оборудования и режимов его работы к технологическим свойствам исходного сельскохозяйственного сырья.

Рис. 1. Технологический объект с двухконтурной обратной связью: ТУ - тактическое управление (регулирование объекта); СУ - стратегическое управление (развитие объекта) Fig.1. Technological object with double loop:

TC - tactical control

Управление через II контур по второму пути решает вопросы развития системы процессов выполнением необходимых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Важнейшей закономерностью производственных процессов перерабатывающих и пищевых технологий является их изменчивость. Входные и выходные параметры отдельных процессов и технологических систем

в целом постоянно колеблются. Причем эти колебания обусловлены как качеством и количеством (дозирование) исходного сырья, так и уровнем квалификации обслуживающего персонала, техническим состоянием оборудования, климатическими условиями в цехе и многими другими факторами. Конечно, рядом внешних воздействий можно пренебречь, но большинство их необходимо анализировать и устранять. При этом уровень организации технологической системы должен расти. Включение II контура управления - это процесс адаптации системы, что приводит к созданию инновационной совокупности технологических процессов в виде инновационной технологической системы. Следовательно, инновационное техническое решение технологической задачи - изыскательская работа в рамках II контура управления. Сам этот процесс стратегического управления (развития технологической системы) выражается в виде сходящейся спирали в координатах: L- количество подсистем в системе (структурная сложность), № информационная энтропия состояния подсистем (рис. 2). Огибающие спиралей показывают, что повышение структурной сложности обязательно сопровождается уменьшением информационной энтропии, т. е. структурная сложность не ведет к функциональному усложнению. Из рис. 2 видно, что рост организации (уменьшение информационной энтропии состояния объекта) может иметь эволюционный характер - движение вверх по огибающей и революционный характер - скачок, т. е. переход с одной огибающей на другую, ближе к оси ординат [3].

Ш

1,0 0,5 о 0,5 1,0

Рис. 2. Сходящаяся спираль развития бинарного технологического объекта: L - количество подсистем (структурная сложность); H - информационная энтропия состояния подсистем, бит Fig. 2. Converging spiral of development of binary technological object: L - member of subsystems (structural complexity); H - information entropy of subsystems condition, bit

Следовательно, в процессе такого адаптационного развития технологической системы целенаправленно совершенствуется как ее структура, так и функционирование: повышается эффективность взаимодействия с внешней средой. При этом сглаживаются противоречия технологической системы и ее главное, основное техническое противоречие «производительность - качество».

Отклонения параметров ведущих процессов и развитие технологий. Диалектическое обобщение инновационных процессов в технологиях АПК говорит о том, что процесс развития технологической системы - это процесс управления ею по II контуру с привлечением понятий обратной связи и взаимной адаптацией технологических свойств сырья и конструкторских решений обрабатывающей техники. Такая адаптация ведет к самоорганизации системы, сопровождаемой упорядочением связей, возникновением новой структуры, и усилению детерминации процесса функционирования. Особое внимание следует уделить роли отклонения параметров ведущих технологических процессов от их номиналов, регламентируемых технологической инструкцией. Нет отклонения параметров процессов, нет информации, нет обратной связи, нет управления технологической системой по II контуру, нет развития технологического потока. Именно воздействия окружающей среды вызывают отклонения параметров ведущих процессов, что, в свою очередь, приводит к необходимым процессам адаптации и совершенствования организмов в живой природе, а в технических системах - к развитию методов преобразования исходных материалов в продукт. Идеальные же условия внешней среды ведут к «изоляции» технологической системы и не стимулируют инновационные разработки, что толкает производство на экстенсивный путь развития.

Что же надо предпринять, чтобы обеспечить технологической системе условия для интенсивного развития? Расчеты показывают, что бинарную технологическую систему надо перевести в режим такого экспериментального функционирования, при котором информационная энтропия состояния каждой подсистемы составит H=0,382 бит, а соотношение годной и дефектной продукции при этом станет, соответственно, P= 92,5% и (1-?)=7,5% [3]. Достичь этого можно, в частности, сужением или расширением полей допуска на основные параметры выходов подсистем. Такое качество выходов подсистем позволит выделить и в дальнейшем устранить наиболее важные технические противоречия в функционировании технологической системы, что, собственно, и представляет инновационный процесс ее развития. Становится возможным сделать объективное заключение о том, что потенциал развития одних технологических систем скрыт в перспективе работ по их автоматизации, а других - связан с адаптационным развитием процессов в конкретных машинах, аппаратах и биореакторах. Возможно также объективное заключение о целесообразности инновационного сжатия технологии.

Опережающее отражение - основа создания технологических системных комплексов. Как известно, в перерабатывающих и пищевых отраслях АПК поточные технологические линии начали создавать в 50-60- е годы прошлого века. Основу этих работ составило качественное и количественное упорядочение связей между ведущими процессами соответствующей технологии. И информация как сигнал отражения стала образовывать замкнутые контуры в виде обратных связей в функционирующем технологическом потоке. Сущность же дальнейшего процесса развития поточных линий заключается в целенаправленном накоплении информации с последующим ее упорядочением. Именно количественная оценка

информации на основе отражения является необходимым условием разработки инновационной технологической системы.

Исключительно важное значение для инновационного развития производящих и перерабатывающих отраслей АПК имеет решение вопроса опережающего отражения. Это касается технологических свойств сельскохозяйственной продукции как сырья растительного и животного происхождения. Речь идет о стабилизации этих свойств, которая может быть достигнута двумя путями: первый - отбор исходных материалов из имеющегося в наличии сырья по требуемым для дальнейшей переработки технологическим параметрам и второй - производство такого сырья в соответствии с требованиями перерабатывающих и пищевых технологий. Первый путь - лишь саморегуляция технологической системы, что гарантирует устойчивость ее функционирования. Второй - саморазвитие технологической системы с усложнением структуры и упрощением режима функционирования, что и обеспечивает рост ее организации за счет адаптации свойств сырья. Это означает, что в первом случае работает I контур - контур оперативной информации для тактического управления процессом (его регулирования). Во втором случае работает II контур - контур стратегической информации, который обеспечивает стратегическое управление процессом (его развитие), а именно: создание радикально новой сквозной аграрно-пищевой технологии, объединяющей в единое целое (системный комплекс) процессы производства и процессы переработки сельскохозяйственной продукции в продукты питания [4]. Таким образом, разработка и становление аграрно-пищевых технологий решают вопрос опережающего отражения в развитии АПК.

Итак, инновационные, действительно прорывные разработки, ведущие к созданию принципиально нового технологического оборудования и новых поколений технологических систем, возможны лишь при установлении закономерностей организации, строения, функционирования и развития открытых систем, какими являются современные технологии АПК. При этом механизм управления технологическим объектом выступает как стержень адаптационного развития, который реализует антиэнтропийную сущность управления объектом, формализуя инновационный процесс создания прогрессивной техники пищевых технологий.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

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

2. Абдеев, Р. Ф. Философия информационной цивилизации / Р. Ф. Абдеев. -Москва: ВЛАДОС, 1994. - 336 с.

3. Панфилов, В. А. Теория технологического потока. / В. А. Панфилов.-2-е изд. - Москва: Колос С, 2007. - 319 с.

4. Панфилов, В. А. Системный комплекс «Аграрно-пищевая технология» /

B. А. Панфилов // Вестник Российской сельскохозяйственной науки. - 2015. - №4. -

C. 6-9.

REFERENCES

1. Panfilov V. A. Prodovol'stvennaya bezopasnost' Rossii i shestoy tekhno-logicheskiy uklad v APK [Food security of Russia and the sixth technological mode in AJC]. Vestniksel'skokhozyaystvennoy nauki, 2016, no. 1, pp. 10-12.

2. Abdeev R. F. Filosofiya informatsionnoy tsivilizatsii [Philosophy of information civilization]. Moscow, VLADOS, 1994, 336 p.

3. Panfilov V. A. Teoriya tekhnologicheskogo potoka [Theory of a technological stream]. Moscow, Kolos S, 2007, 319 p.

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

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Панфилов Виктор Александрович - Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия им. К. А.Тимирязева; академик РАН, доктор технических наук, профессор

Panfilov Viktor Alexandrovich - Russian State Agrarian University -Timityazev Moscow Agricultural Academy; Academician of the Russian Academy of Sciences, Doctor of Engineering, Professor