Разработка математического и программного обеспечения автоматизированной информационно-управляющей системы поддержки принятия решений при производстве пищевых продуктов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Чернуха, Андрей Михайлович

• Чернуха, Андрей Михайлович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чернуха, Андрей Михайлович

Введение.

Глава 1. Анализ проблем, связанных с обеспечением безопасности и качества мясных продуктов.

1.1. Проблема безопасности пищевой продукции.

1.2. Предпосылки системного принципа управления качеством.

1.2.1. Эволюция подходов к управлению качеством.

1.2.2.Внедренис систем обеспечения безопасности пищевых продуктов за рубежом.

1.2.3. Концептуальные подходы к управлению качеством в СССР и России.

1.2.4. Применение программных продуктов для автоматизации системы ХАССП.

1.2.5. Концепция CALS.

1.3. Обоснование необходимости разработки информационной технологии и программного комплекса компьютерной поддержки ХАССП.

Глава 2. Организационные и методологические основы создания компьютерной системы контроля и прогнозирования качества пищевой продукции.

2.1. Объект анализа. Метод анализа объекта.

2.2. Основные этапы создания информационной технологии и компьютерной системы.

Глава 3. Алгоритмы и численные методы реализации компонентов программного комплекса.

3.1. Разработка информационных технологий с целью реализации принципов ХАССП.

3.2. Разработка алгоритма кластерного анализа для диверсификации экспертных оценок значимости параметров технологических операций.

3.3. Применение математического моделирования для расчета термограмм тепловой обработки изделий.

Глава 4. Организационная структура программного комплекса МХАССП.

4.1. Компоненты и библиотеки.

4.2. Структура базы данных и знаний.

4.3. Модель информационной безопасности программного комплекса МХАССП.

4.4. Пакет поставки программного комплекса «МХАССП».

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка математического и программного обеспечения автоматизированной информационно-управляющей системы поддержки принятия решений при производстве пищевых продуктов»

Сегодня, в условиях устоявшейся конкуренции, большое внимание уделяется качеству и безопасности мясной продукции.

Рыночные отношения диктуют производителям, что только качество товара может привлечь покупателя и обеспечить предприятию прибыль. Именно качество становится основным критерием конкурентоспособности предприятия, а значит и его процветания. Для достижения поставленной цели необходима не только материальная база и заинтересованный, квалифицированный персонал, но и эффективные методы управления качеством и безопасностью. Особо важным становится комплексный подход, направленный па контроль и прогнозирование качества.

Управление качеством в настоящее время приобрело широкую распространенность в мире и стало средством успешного предпринимательства. Система управления качеством занимает одно из важнейших мест в управлении организацией, наряду с управлением финансами, производством, снабжением, персоналом и пр.

При этом на первый план выходят задачи прогнозирования, решение которых позволит значительно повысить качество выпускаемой продукции и снизить процент брака. Однако задачи прогнозирования и контроля производства колбасных изделий усложняется многофакторностью моделей и поливариантностью характеристик, составляющих дескриптивную систему алгоритмов анализа и прогнозирования качества. Рассмотрение в качестве решающего фактора одного параметра не позволяет решить задачи обеспечения биологической безопасности, так как в реальных условиях характеристики качества и безопасности исходного сырья, технологических сред и готовых продуктов, являясь вариативными, включают в себя множество параметров, которые с различной степенью значимости взаимодействуют друг с другом. Повышение эффективности этого взаимодействия и является тем средством оптимизации процессов, которое позволяет при заданном уровне качества и безопасности для потребителя обеспечить максимальную производительность.

Традиционный путь решения подобных задач, основанный на проведении натурных экспериментов, приводит к значительным временным и материальным затратам. Существенное снижение числа необходимых экспериментов возможно в случае применения компьютерных технологий, позволяющих заменять реальные объекты математическими моделями, адекватно отражающими наиболее важные закономерности исследуемых явлений.

Таким образом, применительно к мясным продуктам весьма актуальной является задача имитационного моделирования взаимодействия характеристик, как средство диагностики и прогнозирования конечного качества и безопасности продукта. Решение этой задачи позволит реализовать оперативное управление процессами производства и оптимизацию технологических параметров в режиме реального времени, а также откроет возможности к созданию систем автоматизированного проектирования штаммов микроорганизмов с целью получения продуктов с заданными свойствами.

Прогнозирование на различных стадиях производства осуществляется в настоящее время в основном методом экспертных оценок, что приводит к необходимости увеличения персонала пропорционально увеличению выпуска, повышению трудозатрат и себестоимости производства. Разработка и внедрение автоматизированных систем прогнозирования и контроля качества позволит положительно разрешить создавшуюся ситуацию.

Очевидно, что при сегодняшних темпах производства, когда повсеместно используются и постоянно модернизируются производственные поточные линии, процесс контроля качества не должен и не может быть ручным. Предприятия, на которых коэффициент автоматизации процесса контроля качества равен 100%, имеют колоссальное тактико-техническое, технологическое, качественное, а в конечном итоге и экономическое превосходство над конкурентами, использующими для тех же целей ручные ресурсы.

Анализ научной литературы показал отсутствие информационной поддержки системы контроля и прогнозирования качества и безопасности производства пищевых продуктов на всех этапах их производства, что делает разработку такого комплекса весьма актуальной задачей.

Цель диссертационной работы заключается в разработке математических моделей и комплекса программ имитационного моделирования автоматизированной системы контроля и прогнозирования качества и безопасности продукции путем поэтапного мониторинга и анализа процесса выработки вареных колбасных изделий для обеспечения их стабильного качества и безопасности.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. систематизация и ранжирование по степени значимости контролируемых параметров качества и безопасности;

2. формирование концептуальных правил, определяющих критерии сортировки параметров на критические и некритические, а также отбора и группировки Критических Контрольных Точек (далее - ККТ) по уровням их значимости в общем процессе;

3. определение Критических пределов для ККТ, т.е. критериев, определяющих пригодность или непригодность каждой точки в аспекте общего процесса, и построение Дерева решений по выбору ККТ, как систематической последовательности вопросов, которые должны быть рассмотрены для принятия решения, является ли рассматриваемый критерий ККТ или нет;

4. изучение, анализ и разработка комплекса математических моделей;

5. разработка алгоритмов, структур баз данных и комплекса программ имитационного моделирования динамики взаимодействия критических параметров с прогнозированием результата;

6. разработка экспертной системы имитационного моделирования.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Чернуха, Андрей Михайлович

Выводы

Важность проблематики ИБ объясняется двумя основными причинами: о ценностью накопленных информационных ресурсов; критической зависимостью от информационных технологий.

Разрушение важной информации, кража конфиденциальных данных, перерыв в работе вследствие отказа - все это выливается в крупные материальные потери, наносит ущерб репутации организации. Проблемы с системами управления или медицинскими системами угрожают здоровью и жизни людей. в Современные информационные системы сложны и, значит, опасны уже сами по себе, даже без учета активности злоумышленников. Постоянно обнаруживаются новые уязвимые места в программном обеспечении. Приходится принимать во внимание чрезвычайно широкий спектр аппаратного и программного обеспечения, многочисленные связи между компонентами.

Меняются принципы построения корпоративных ИС. Используются многочисленные внешние информационные сервисы; предоставляются вовне собственные; получило широкое распространение явление, обозначаемое исконно русским словом "аутсорсинг", когда часть функций корпоративной ИС передается внешним организациям. Развивается программирование с активными агентами.

Подтверждением сложности проблематики ИБ является параллельный (и довольно быстрый) рост затрат на защитные мероприятия и количества нарушений ИБ в сочетании с ростом среднего ущерба от каждого нарушения. (Последнее обстоятельство - еще один довод в пользу важности ИБ.)

Успех в области информационной безопасности может принести только комплексный подход, сочетающий меры четырех уровней:

• законодательного;

• административного;

• процедурного;

• программно-технического.

Проблема ИБ - не только (и не столько) техническая; без законодательной базы, без постоянного внимания руководства организации и выделения необходимых ресурсов, без мер управления персоналом и физической защиты решить ее невозможно. Комплексность также усложняет проблематику ИБ; требуется взаимодействие специалистов из разных областей.

В качестве основного инструмента борьбы со сложностью предлагается объектно-ориентированный подход. Инкапсуляция, наследование, полиморфизм, выделение граней объектов, варьирование уровня.

Для защиты процессов обработки информации от несанкционированного доступа создана подсистема разграничения доступа к информации (SSAS). В SSAS добавлены 5 групп пользователей, включающих w 66 каждая соответствующее число доступных операции .

Заключение и выводы

В результате проведенных исследований, анализа и обобщения информации получены следующие результаты: Сформулирована и описана информационная структура мониторинга параметров качества и безопасности производства пищевых продуктов на примере вареных колбасных изделий с использованием положений концепции информационной поддержки жизненного цикла продукции, что необходимо для дедуктивного документирования разрабатываемого программного продукта, а таюке для использования единого информационного пространства и обеспечения единообразных способов управления процессами и взаимодействием всех участников производственного цикла.

• Проведен кластерный анализ системы сбалансированных показателей качества и безопасности параметров технологических операций и самих операций в целом на итоговое качество и безопасность вареных колбасных изделий. Описана и сформирована организационная структура экспертной системы имитационного моделирования динамики взаимодействия критических параметров качества и безопасности, включающая в себя возможность диагностирования и прогнозирования показателей качества готового продукта.

В результате объединения физико-химических и микробиологических методов контроля безопасности и качества вареных колбасных изделий с методами экспертных оценок влияний контрольных и ККТ на стадиях производственного процесса разработана система компьютерного прогнозирования и контроля качества и безопасности производства вареных колбасных изделий, основанная на принципах ХАССП. разработана параметрическая модель диагностики и анализа опасных факторов не всех стадиях технологического процесса разработан модуль создания моделей процессов термической обработки колбасных изделий, позволяющий производить коррекцию параметров в условиях изменяющейся среды разработана программа, позволяющая определять ККТ применительно к особенностям конкретного производства. Сформулированы требования и построена система информационной безопасности, позволяющая вести разграничение прав и избежать утечек конфиденциальных данных. Разработан программный комплекс компьютерного контроля качества и безопасности производства пищевых продуктов, основанный на принципах ХАССП, и состоящий из следующих основных блоков: модули интерфейсов, разбитые по группам учетных записей пользователей, модуль разграничения прав доступа, модуль мониторинга показателей производственного процесса, модуль прогнозирования технологических операции и построения моделей тепловой обработки, модуль администрирования программного комплекса.

Апробация моделей и методов проведена на ОАО «Тихорецкой мясокомбинат», ОАО «Богородский МПЗ», а также при проведении обучения внутренних аудиторов системы «ХАССП-Мясо» и на семинарах по теме «Системы управления качеством, основанные на принципах ХАССП», проводившихся в учебном центре ВНИИМГ1 и АНО ДПО «Международный технологический институт ВНИИМП — фонд Адальберта Рапса». разработанная программа мониторинга опасных факторов «МХАССП» (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008613674 «Компьютерная система регистрации и анализа критических контрольных точек мясоперерабатывающего производства (МХАССП)/ Чернуха A.M., Бородин А.В., Костенко Ю.Г., Солодовникова Г.И., 2008 г.) • по результатам исследований опубликовано 5 работ

Применение на предприятии отрасли итогов настоящей работы позволит в значительной мере повысить качество продукции. Мониторинг и компьютерный анализ качества сократят временные и трудозатраты на производство высококачественной и безопасной продукции.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чернуха, Андрей Михайлович, 2009 год

1.М., Аношина О.М. и др. "Введение в технологии продуктов питания. Лабораторный практикум. Мелькина Г.М., Аношина О.М. и др.М.: Колосс, 248 стр.

2. Федеральный закон РФ «О техническом регулировании».

3. Hildebrandt G. Noch ein Wort zu HACCP / Fleischwirtschaft, 2003, v. 83, N5, s. 11-16.

4. Bryan, F.L. (1992) Evaluation of risk at Critical Control Points. WHO, Geneva.

5. Mortimer, S. and Wallace, C. (199*) HACCP A practical Approach. (2nd edition) Chapman and Hall, London.

6. Pierson, M.D. and Corlett, D.A. (1992) HACCP principles and applications. Chapman and Hall, London.

7. Campden and Chorleywood Food Research Association (CCFRA) 1996 Assured Crop Protection.

8. Dillon, M. and Griffiths, C. (1997) How to Audit verifying food control systems MD Associates, South Humberside

9. Dillon, M. and Griffith C. (1995) How to HACCP an illustrated guide. MD Associates, South Humberside

10. Campden Food and Drink Research Association (1992). HACCP: A practical Guide, Technical Manual No. 38.

11. US DEPARTMENT OF HEALTH, EDUCATION AND WELFARE. Proceedings of 1971 National Conference on Food Protection, 1972, US Government printing office.

12. White Book of the European Commission On Food Safety (COM (1999) 7/9) / COMMISSION OF THE EUROPEAN COMMUNITIES, Brussels, 12.1.2000

13. FAO/WHO (1995) Application of Risk Analysis to Food Standards issues. Geneva.

14. Bryan, F.L. (1992) Evaluation of risk at Critical Control Points. WHO, Geneva.

15. ICMSF (International Commision on Microbiological Specifications for Foods) (1988) Microorganisms in foods 4: Application of the ITazard

16. Analysis Critical Control Point (HACCP) system to ensure Microbiological Safety and quality. Blackwell Scientific Publications, Oxford

17. Рогов И.А., Дунченко Н.И., Позняковский B.M. «Безопасность продовольственного сырья и пищевых продуктов», Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 227 стр.

18. Жарикова Г.Г. "Микробиология продовольственных товаров. Санитария и гигиена", М.: Изд. центр "Академия", 304 стр.

19. Королев А.А.'Тигиена питания", М.: Изд. центр "Академия", 528стр.

20. FAO (1997) Risk management and food safety. FAO, Rome

21. Позняковский B.M. "Гигиенические основы питания, качество и безопасность пищевых продуктов. 5 изд.", Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 455 стр.

22. CODEX Alimentarius Commision ALINORM 97/1 ЗА (ред.3-1997)

23. Директива ЕС № 852/2004 Европейского парламента и совета по гигиене пищевых продуктов.

24. Эффективное внедрение НАССР: Учимся на опыте других / Т. Мейес, С. Мортимор; пер. с англ. В. Широкова. СПб: Профессия, 2005.- 13 с.

25. Shapton, D.A. and Shapton, N.F. (1991) Principles and Practices for the Safe Processing of Food. Butterworth Heinemann, Great Britain.

26. WHO (1995) Training Aspects of the Hazard Analysis Critical Control Point System (HACCP) Food Safety Unit WHO, Geneva

27. EEC Council Directive 93/43/EEC The Hygiene of Foodstuffs, Official journal of the European Communities, July 19, 1993, No. L 175/1 -11

28. Директива 852/2004 от 29 апр 2004 г. «О санитарно-гигиенических правилах производства пищевых продуктов»

29. Пищевая промышленность, 2006, №3, С. 42-46

30. Королевский Декрет 3484/2000 от 29 декабря 2000 г об установлении норм гигиены для реализации, распределения и продажи готовых продуктов (Великобритания) .

31. Постановление Федерального правительства о гигиене пищевых продуктов (Германия)от 5 августа 1997г. (с изменениями от 21 мая 2001г.)

32. Honikel К.О. Food safety in meat production a challenge and chance for the future / Tehnologija mesa, 2005, v.46, N 1-2, s. 22-28

33. Kasprowiak P, Hechelmanri H.- Schwachstellen der Hygiene in Sclacht Zelege- und Verarbeitungsbetrieben/ сб. "Sichere Produkte bei Fleisch und Fleischerzengnissen", Kulmbach, 1990, # 10, s. 22-43

34. Code de la Consommation 1995.

35. Королевский Декрет об установлении норм гигиены относительно пищевых продуктов 2207/1995 от 28 декабря 1995 г. (изменен Королевским Декретом 442/2001 от 27 апреля 2001 г.)

36. Хаммер М., Чампи Д. Реинжиниринг корпорации. Манифест революции в бизнесе. С.-Петербург: Издательство С.-Петербургского университета, 1997

37. Мейес Т., Мортимор С. "Эффективное внедрение НАССР", СПб.: Профессия, 288 стр.

38. HMSO (1990) Food Safety Act, HMSO, LONDON, UK.

39. FAO (1995) The use of hazard analysis critical control point (HACCP) principles in food control. FAO, Rome

40. FDA The implementation of HACCP into the fisheries industry CPR123

41. EEC Council Directive 93/43/EEC The Hygiene of Foodstuffs, Official journal of the European Communities, July 19, 1993, No. L 175/1 -11

42. WHO (1997) HACCP Introducing the Hazard Analysis and Critical Control Point System. Food Safety Unit, WHO, Geneva

43. ГОСТ P 51705.1-2001 «Управление качеством пищевых продуктов на основе принципов ХАССП. Общие требования».

44. Донченко JI.B., Надыкта В.Д, «Безопасность пищевой продукции», М.: ДеЛи принт, 539 стр.

45. Byrnes Н. Lebensmittelsichereit ist nur global erreichbar / Fleischwirtschaft, 2003, v.83, N 5, s. 8-10.

46. Калянов Г.Н. Консалтинг при автоматизации предприятий: подходы, методы, средства. М.: СИНТЕГ, 1997

47. Зиндер Е.З. Реинжиниринг + информационные технологии = новое системное проектирование // Открытые системы. 1996. - № 1 (15)

48. Маклаков С.В. Создание информационных систем с AllFusion Modeling Suite. -М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 200550 http://www.sap.com // SAP AG Internet site. 2000

49. HMSO (1990) Food Safety Act, HMSO, LONDON, UK.

50. CALS. Поддержка жизненного цикла продукции: Руководство по применению. Минэкономики России, НИЦ Cals-технологий "Прикладная логистика" М.: 1999.

51. White Paper On Food Safety P.52.

52. Применение информационных технологий при производстве и контроле качества и безопасности мясных продуктов / Лисицын А.Б., Чернуха A.M., Протопопов И.И. // Все о мясе 2007. -№5, с. 6-1155 http://www.logistics.rU/2l/7/5/i8402.htm

53. Р50.1.028-.2001 "Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования", Госстандарт РФ 2001г.

54. О.П. Глудкин, Н.М. Горбунов и др. «Всеобщее управление качеством», АКДИ Экономика и жизнь

55. J. A. Hartigan, Clustering Algorithms, John Wiley and Sons, New York, 1975.

56. Sokal R. And P.Sneat (1963) Principles of Numerical Taxonomy. San Francisco: W.H.Freeman

57. Компьютерная методика формирования системы критических контрольных точек на примере технологического процесса производства вареных колбас. / Лисицын А.Б., Костенко Ю.Г., Чернуха А.М, Протопопов И.И. // Пищевая промышленность 2007. - №2, с.62-65

58. Доктрина информационной безопасности Российской Федерации утв. Президентом РФ 09.09.2000 N Пр-1859. М.: Ось-89, 2004.

59. Закон РФ «О государственной тайне» от 21.07.93 N 5486-1

60. Грушо А.А., Тимонина Е.Е. Теоретические основы защиты информации. М.: Издательство агентства "Яхтсмен", 1996.

61. Мельников В.В. Защита информации в компьютерных системах. М.: Финансы и статистика: Электроинформ, 1997

62. Колмогоров А.Н. Теория информации и теория алгоритмов. — М.: Наука, 1987

63. Модель информационной безопасности программного комплекса регистрации и анализа системы критических контрольных точек / Чернуха A.M., Бородин А.В. // конференция в Тамбове