Повышение хранимоспособности молочных консервов

Системная декомпозиция и концептуальная модель повышения хранимоспособности молочных консервов

Проблема повышения хранимоспособности молочных консервов связана с пятью основными аспектами: проблемой сохранения и увеличения пищевой ценности (ПЦ) и проблемами сохранения и улучшения соответственно органолептических (ОП), физико-химических (ФХ), микробиологических (МБ) показателей и условий хранения (УХ) (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Модель хранимоспособности молочных продуктов.

Рассмотрим модель хранимоспособности молочных продуктов на примере молока цельного сгущенного с сахаром. Ее можно представить в виде кортежа:

где К_пц, К_оп, Кф_х, К_мб, Ку_Х — модели ПЦ, ОП, ФХ, МБ, УХ соответственно.

Для описания задачи повышения хранимоспособности консервов, позволяющей выделить системные компоненты и определить общесистемные характеристики, использована модель целенаправленного функционирования системы:

Рассмотрим кратко абстрактное содержание этих системных категорий. Под целью будем понимать множество W (x) состояний X (t) системы S, желаемых лицу, принимающему решение (ЛПР) (Х (?) е Ж*)), где t — время.

Именно цель определяет необходимость создания и развития системы. Описание множества W (x) заключается в формировании ограничений на вектор Х (?) (количественных и качественных) и в задании вектора ?(W) свойств цели (вектор эффективности), которые ЛПР в данных условиях считает предпочтительными.

Поскольку достижение целевых состояний X (t)eWQO возможно различными путями — стратегиями, то в общем случае существует множество ?2(7) стратегий 7(f), 7(0е?2(7), реализующих цель W (*) — Множество ?2(7) определяет функцию системы и может быть оценено вектором оценки ?(?2).

Ресурсы {d (t)} — это свойства (материальные, энергетические, финансовые, трудовые, интеллектуальные и др.), которые необходимы и достаточны для реализации функции системы S. Ограниченность ресурсов d (t) определяет некоторую область D (d) (d (t) е D (d)), эффективность которой будем обозначать через вектор критериев ?(D). Компонентами этого вектора могут быть: достаточность ресурсов, их мобильность, интенсивность использования и др. Следует также отметить, что ресурсы могут быть независимыми и взаимозаменяемыми.

Рассмотрим выделенные системные категории применительно к предмету исследования настоящей работы.

Под ресурсами следует понимать все средства (исходное сырье; технология производства; способы очистки, тепловой обработки, выпаривания, охлаждения, фасования; способ приготовления сахарного сиропа; способ подготовки немолочных компонентов; финансы и др.), которые необходимы для повышения хранимоспособности молочных продуктов. Тогда целью повышения хранимоспособности является достижение оптимального состояния и задача ЛПР заключается в том, чтобы на множестве возможных состояний хранимоспособности продукта найти это состояние при необходимом векторе ресурсов. Наличие множества целей повышения качества молочных продуктов, множества ресурсов, которые необходимы и достаточны для их достижения, определяет проблемы выбора в этих множествах.

Под стратегией ЛПР будем понимать механизм выбора и распределения ресурсов, обеспечивающих оптимальное повышение хранимоспособности молочных продуктов, а под управлением — совокупность мероприятий, которые приводят к оптимальной стратегии. Тогда у ЛПР, очевидно, должен существовать критерий выбора оптимальной стратегии. Наличие множества стратегий достижения целей повышения хранимоспособности определяет проблему выбора на этом множестве.

Следует отметить, что поскольку выбор оптимальной стратегии достижения целей повышения хранимоспособности во многом зависит от субъективных качеств самого ЛПР, а также от исходных условий решения каждой прикладном задачи, конкретизировать данные стратегии (или другими словами предложить метод решения) в общем случае не представляется возможным. Однако при этом можно указать пути, позволяющие значительно облегчить осуществление такого выбора.

Один из путей выбора оптимальной стратегии повышения хранимоспособности молочных продуктов заключается во введении приоритетности для целей и ресурсов. Подобные приоритеты следует формировать как до непосредственного распределения ресурсов — предпочтениями самого ЛПР, так и в процессе решения задачи повышения хранимоспособности молочных продуктов, когда учитывается текущая информация по важности той или иной цели, а также об эффективности использования каждого имеющегося ресурса.

Исходя из сказанного выше, можно выделить следующие основные особенности, характерные для повышения качества молочных консервов. Это — многоцелевой характер задачи повышения хранимоспособности, многокритериальность оценки, многоальтернативность их решений.

Такая постановка должна, прежде всего, удовлетворять принципам системного подхода, основным из которых является принцип единства функционально-целевых и причинно-следственных отношений на всех этапах и фазах процесса повышения хранимоспособности молочных консервов и на всех уровнях управления им.

Теперь будем считать, что для продуктов разработана система S способов повышения хранимоспособности. Любая причина, вызывающая необходимость повышения хранимоспособности, вызывает как следствие изменение результата (вектора ресурсов) задачи.

Тогда между хранимоспособностью и системой S существуют причинно-следственные отношения. Установим ряд общих свойств и признаков системы S, что позволит их объединить в особый класс:

• • системы S представляют особый класс систем, отличающихся наличием самостоятельных функций и целей, уровнем специальной системной организации, необходимым для реализации этих целей и функций;
• • система S по функционально-целевому назначению является основным звеном в цепи причинно-следственных отношений: множество ресурсов — система S — молочные консервы повышенной хранимоспособности;
• • оценка степени реализации целей отдельных процедур осуществляется на основе показателей или критериев эффективности системы S;
• • система S представляет собой множество взаимозаменяемых подсистем (процедур), выполняющих самостоятельные и общесистемные функции и имеющих собственные и общие цели. Заданные цели подсистем достигаются в системе S ее специальной организацией;
• • принципиальным свойством систем S, выделяющим их в особый класс систем, является использование информации (статической и динамической) в целях повышения хранимоспособности молочных продуктов, критериев оценки их достижения, множества ресурсов, структуры технологической системы производства молочных продуктов и ее подсистем, условий их ресурсного взаимодействия, качества молочных продуктов и др.;
• • всякая дополнительная информация системы S, например о взаимозаменяемости ресурсов, может быть использована для совершенствования ее специальной организации.

В основу построения концептуальной модели повышения хранимоспособности молочных консервов положен системный подход. Система.

5 рассматривается как совокупность некоторого множества компонент и связей (отношений) между ними. Под компонентами S повышения хранимоспособности молочных консервов понимаются все составляющие ее объекты независимо от их природы, как материальные, так и абстрактные.

Для декомпозиции системы S возьмем за основу модель системообразующих элементов.

где Ц — цель системы; Ф — ее функция; С — структура реализации функции; К — компоновка элементов Ц, Ф и С в соответствующем пространстве; О — организация функционирования системы.

Элементы модели (13.3) в терминах системообразующих компонент системы S имеют следующий смысл.

Ц — цель W, понятие которой было рассмотрено выше.

Отображение Г: I —> W, где I — множество исходных сведений.

06 исследуемой предметной области, выполняется посредством некоторого способа достижения цели W, под которым следует понимать определенный оператор (или их совокупность) преобразований сведений I в цель W.

Результаты декомпозиции целей на подцели отображаются в виде графа G_w=(W, T_w), который задает взаимосвязи выбранного множества целей. Последовательная декомпозиция целей заканчивается выделением отдельных задач V, которые необходимо решать для достижения целей повышения хранимоспособности молочных консервов. Результаты разбиения задач на подзадачи отображаются в виде графа G_v = (V, T_v). Очевидно, что для достижения тех или иных целей (граф G_w) необходимо решать множество задач. Таким образом, существует множество дуг (отношений), которые можно описать в виде отображения а_а: W —> V, связывающего цели и задачи.

Каждая i-я цель (задача) характеризуется заданием F° допустимых значений признаков (критериев оценки) повышения хранимоспособности молочных консервов 4₁={4_iu}gF° множества L = {^} показателей (технических, экономических, технологических и др.), характеризующих некоторую сторону (степень достижения цели) повышения хранимоспособности молочных продуктов. Задание области F° конкретизирует определение целевого множества W в показателях Ч, степени их достижения. Результаты выделения критериев отображаются в виде графа G_l = (L, T_L), т. е. существует отображение а₂: W —> V, связывающее цели и критерии.

Определив множества целей, задач и критериев оценки повышения хранимоспособности молочных консервов, эксперт (ЛПР) должен задать структуру системы S. Для этого выделяется некоторое множество ресурсов D = {d_s}, s = l, S, которое может быть использовано при повышении качества конкретных молочных продуктов. Таким образом, задается структура С системы S.

Если ЛПР не может определить стратегии повышения хранимоспособности молочных консервов, т. е. выбор на множестве D пуст, то цели повышения хранимоспособности не могут быть достигнуты, и необходимо возвратиться к корректировке исходной цели повышения хранимоспособности молочных консервов.

Для дальнейшего изложения полагаем, что выбор ЛПР исходного множества ресурсов был произведен верно, т. е. существует отображение а₃: L —" D, связывающее критерии оценки достижения целей повышения хранимоспособности молочных консервов с множеством ресурсов.

Далее ЛПР для создания компоновки Ц, Ф и С должен выделить на множестве ресурсов множество свойств молочных консервов Z = {Z_n}, п-1, N, которое может быть использовано для достижения l-й цели повышения хранимоспособности с L-м признаком их достижения. Компонуя соответствующим образом ресурсы из D на фактор-множестве свойств молочных консервов из ЛПР согласно целям повышения хранимоспособности молочных консервов и совокупности признаков их достижения, может влиять на параметры состояния молочных консервов, т. е. существует отображение а₄: D —" Z, связывающее множества ресурсов и свойств молочных консервов.

Категория О модели (13.3) — это процесс принятия решения (ПР) и управления по выбору оптимальной стратегии повышения хранимоспособности молочных консервов.

Процедуры синтеза системы S представляют собой сложный, связанный с решением большого числа различных задач, информационный процесс. Конечным продуктом процесса является оптимальный вектор ресурсов, согласованный с целями и возможностями объекта исследования. Основные фазы информационного процесса формирования оптимального вектора ресурсов показаны на рис. 13.2.

В блоке 5 заканчивается процесс построения новой технологии повышения хранимоспособности молочных консервов, завершающийся формированием информации, отвечающей на вопросы: «зачем» (фаза 1), «с каким требованием» (фаза 2), «какими средствами» (фаза 3) и «с каким качеством» (фаза 4).

Рис. 13.2. Фазы информационного процесса формирования новой технологии повышения хранимоспособности молочных консервов.

Такое неформально построенное процедурное описание, определяющее перечень этапов формирования новой технологии повышения хранимоспособности молочных продуктов и информационные связи между ними, позволяет объединить различные задачи формирования системы S и их модели в единую систему. Для каждого блока необходимо знание, какую информацию и в какой форме блок получает на входе, в какой форме преобразует на выходе и куда ее передает. Все это приводит к переработке больших массивов информации и, как следствие, необходимости разработки метода оптимального выбора ресурсов для достижения целей повышения хранимоспособности молочных продуктов.

На рис. 13.3 показана схема цикла управления этапами синтеза системы 5.

Формулировка целей повышения хранимоспособности молочных продуктов (постановка задачи) осуществляется в блоке 1. В блоке 2 производится сбор данных о предмете исследования, т. е. формируется исходная модель объекта и осуществляется прогноз о возможности повышения его хранимоспособности в соответствии с поставленными целями. Блок 3 формирует множество признаков (критериев оценки) повышения хранимоспособности, а блок 4 — множество ресурсов, которые могут быть использованы при повышении хранимоспособности молочных продуктов. В блоке S производится установление связей между элементами множества ресурсов относительно свойств продуктов. В блоке 6 осуществляется поиск альтернативных стратегий, способов «управления» по достижению целей повышения хранимоспособности молочных продуктов. Блок 7 используется для выявления и установления критерия выбора альтернативных стратегий. На вход блока — решения (а повышение хранимоспособности молочных продуктов — это всегда новое технологическое решение) — с блока 1 передаются данные об объекте исследования, альтернативные стратегии, критерии их выбора и выбора оптимального вектора ресурсов из множества вариантов, направленных на достижение одной и той же цели повышения хранимоспособности молочных продуктов. Результатом данного цикла управления является новая оптимальная технология повышения хранимоспособности (блок 9). Следующие циклы также являются результатом ряда решений — решений одиночного характера: оценка результата достижения цели повышения хранимоспособности (блок 10) и рекомендации на будущее (блок 11).

Рис. 13.3. Схема цикла управления этапами повышения хранимоспособности молочных консервов.

Таким образом, решение (выбор) пронизывает все этапы формирования новой технологии повышения хранимоспособности молочных консервов и является главным фактором их управления. Тогда на первый план выходят задачи построения альтернативных моделей, привязанных ко всем этапам и процедурам предмета исследования.

Приведенное выше процедурное описание этапов решения задачи повышения хранимоспособности молочных консервов легло в основу построения процедуры ПР выбора оптимального вектора ресурсов, который на теоретико-множественном уровне можно представить в виде кортежа:

где W = {Wj} — множество целей повышения хранимоспособности молочных консервов; L = {lj?} — множество признаков (критериев оценки повышения хранимоспособности); D = {d_s} — множество ресурсов, которые могут быть использованы при повышении хранимоспособности молочных консервов; Z = {Z_n} — множество свойств консервов, которые необходимо учитывать при повышении хранимоспособности молочных консервов.

Следовательно, каждый вариант технологии повышения хранимоспособности молочных консервов является подмножеством декартова произведения:

где К — число допустимых вариантов технологий.

Предположим, что на W (X) задан вектор вещественных функций полезности Г (Х) = (г_г(х), г₂(х), …, г_в(х)), оценивающих решения хеХ.

Тогда исходными данными для моделей синтеза технологий повышения хранимоспособности молочных консервов являются множества из уравнения (13.4). Отсюда.

которое назовем множеством допустимых решений. Выбор П_ксХ обеспечивает структурный синтез новой технологии повышения хранимоспособности молочных консервов, тогда модель синтеза может быть представлена как.

где Opt — оператор, реализующий векторный принцип оптимизации.

Модель (13.7) в общем случае является моделью дискретной оптимизации комбинаторного типа большой размерности. В общем случае модель (13.7) допускает декомбинацию, что снижает ее размерность. Когда Г (Х) имеет одну компоненту, она становится скалярной, например, запись:

означает, что поиск оптимального решения задачи повышения хранимоспособности молочных консервов следует проводить среди элементов множества целей. Заметим, что локальные задачи следует рассматривать в естественном предположении однозначности функций полезности.

Модель (13.7) позволяет осуществить структурный синтез по одному, двум, трем и четырем множествам сразу в различных комбинациях.

Такое представление процедур в виде системного моделирования структурных элементов (уравнение (13.4)) с решением на множестве допустимых решений (уравнение (13.6)) задач выбора и принятия решения (уравнение (13.7)) на каждом этапе синтеза и является концептуальной моделью повышения хранимоспособности молочных консервов.