1. Теоретичні основи оптимізації виробничих процесів і систем.
З позиції теорії систем підприємство молочної промисловості являє собою велику технологічну систему як сукупність процесів і засобів їхньої реалізації, матеріальних і енергетичних потоків, конкретне сполучення яких описує спосіб виробництва в переробній індустрії агропромислового комплексу (АПК). Технологічний процес визначається послідовністю цілеспрямованих операцій впливу на матеріальний потік, що переводять його в новий якісний стан до одержання готового продукту з необхідними властивостями. Засобом реалізації процесу є технологічне устаткування у виді машин, апаратів, установок і агрегатів, що утворять відповідно до матеріальних і енергетичних потоків технологічні лінії, системи і комплекси молочної промисловості [15].
Для створення математичної моделі технологічної системи необхідна її декомпозиція на окремі виробничі сфери, процеси і типові операції з визначенням безлічі структурних елементів, що описують деякий закінчений етап перетворення матеріального потоку відповідно до цільової функції виробництва. У результаті об'єкт аналізу розбивається на безліч елементів декомпозиції, взаємозалежних матеріальними або інформаційними потоками і що представляють закінчений опис процесів, режимів, потоків і задач обробки інформації як структурних компонентів технологічної й інформаційної систем.
З позицій структурного аналізу складну біотехнологічну систему можна представити у виді спрямованого технологічного графа, вузли якого відбивають технологічні операції і процеси, а галузі - лінії передачі сировини і продуктів. При цьому вихідний потік (продукт) одного вузла є вхідним потоком (сировиною) для іншого суміжного вузла. Проміжні вузли графа можуть мати один вхід і кілька виходів при розгалуженні потоків, наприклад у процесах первинної переробки худоби, а також кілька входів і один вихід, наприклад у виробництві комбінованих продуктів з багатокомпонентними рецептурами.
Для опису кожного потоку використовується набір фізико-хімічних показників і параметрів, що відбивають вид і властивості вихідних, проміжних і готових продуктів (склад, витрата, структурно-механічні характеристики, тепло- і електрофізичні параметри і т.п.). Технологічний процес у тім або іншому вузлі відтворюється математичною моделлю у виді систем рівнянь, що зв'язують характеристики вхідних і вихідних потоків даного вузла. Поряд з цим опис вузла доповнюється вказівкою можливих типів апаратів і технологічного устаткування, його експлуатаційних і конструктивних параметрів, умов навколишнього середовища, технологічних варіантів виконання операцій, норм витрат інших ресурсів, необхідних для виконання даної технології.
Математичні моделі виробничих і технологічних процесів у виді алгебраїчних і диференціальних рівнянь, рівнянь регресії, систем рівнянь у частинних похідних і кінцевих від’ємностях при достатньому обсязі апріорних даних можна одержати аналітичними методами з використанням основних фізичних законів і класичних принципів аналізу систем, а також експериментальними методами, що враховують імовірнісні характеристики реальних процесів із застосуванням математичної статистики, регресійного аналізу і планування експерименту. Складність одержання адекватних моделей технологічних і виробничих процесів молочної промисловості обумовлена їх досить великою початковою невизначеністю, що характеризується розкидом показників і характеристик зв'язків між фізико-хімічними параметрами сировини і продуктів біологічного походження. При цьому зовнішні впливи і фактори, що визначають властивості сировини і продукту на різноманітних технологічних етапах, також є випадковими величинами і заздалегідь не можуть бути обчислені однозначно.
У цих умовах поряд із традиційними методами моделювання процесів розробляються адаптивні моделі у виді алгоритмів навчання й адаптації, заснованих на методах математичного програмування в задачах упізнання, ідентифікації і дослідження операцій.
Вибір тих або інших методів і технічних засобів моделювання багато в чому залежить від цільового призначення моделі і прикладних задач її використання в системах автоматизованого проектування, оперативного керування, оптимізації виробництва і т.п. У даній роботі моделювання технологічних процесів на ЕОМ розглядається як спосіб дослідження технологічних і виробничих ситуацій з метою їхнього аналізу, оптимізації й ухвалення рішення в системах керування.
Постановка задачі моделювання технологічних процесів молочної промисловості на ЕОМ зводиться до перебування в аналітичній формі цільової функції і структури об'єкта, параметрів стану і їхніх зв'язків із змінними керування, а також впливу різних факторів на показники якості проміжних і кінцевих продуктів. Потім виробляються вибір або розробка чисельного методу, алгоритмів і програм реалізації моделі на ЕОМ з можливістю відтворення (імітації) реального процесу або виробничої ситуації в різних статичних і динамічних умовах. Одержувана в підсумку імітаційна модель дозволяє в діалоговому режимі відшукати оптимальні співвідношення між показниками якості, технологічними і конструктивними параметрами, ресурсними обмеженнями і витратами в задачах автоматизованого проектування, оптимізації і керування технологічними комплексами.
Пошук оптимальних рішень у діалоговому режимі людини з ЕОМ здійснюється по алгоритмах (мал. 1.1), що охоплює етапи підготовки і введення в ЕОМ вихідних даних, формування моделі і перевірки її адекватності, запитів додаткової інформації, машинної імітації реального процесу і представлення результатів чергового варіанта рішення (відтворення) при заданих умовах з видачею відповідних рекомендацій і коментарів.
Рис. 1.1. Загальна блок-схема моделювання об'єкта на ЕОМ і прийнята оптимальних рішень у діалоговому режимі