автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Синтез алгоритмов и систем управления процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования

Введение.

Глава 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Общая характеристика производства хлебопекарных дрожжей.

1.2. Математическое моделирование микробиологических процессов с целью управления.

1.2.1. Классификация моделей.

1.2.2. Классические модели микробиологических процессов.

1.2.3. Модели кинетики роста популяций микроорганизмов.

1.2.4. Анализ математических моделей микробиологических процессов.

1.3. Идентификация параметров математических моделей микробиологических процессов.

1.3.1. Постановка задачи идентификации.

1.3.2. Методы параметрической идентификации.

1.3.2.1. Идентификация параметров математических моделей не в реальном масштабе времени.

1.3.2.2. Идентификация параметров математических моделей в реальном масштабе времени.

1.4. Оптимизация управления микробиологическими процессами.

1.4.1. Особенности задач оптимального управления микробиологическими процессами.

1.4.2. Общая постановка задачи оптимального управления полупериодическим процессом культивирования микроорганизмов.

1.4.3. Методы решения задачи оптимального управления.

1.5. Системы управления технологическим полупериодическим процессом культивирования микроорганизмов.

1.5.1. Особенности полупериодического процесса культивирования как объекта управления.

1.5.2. Параметры и средства контроля.

1.5.3. Анализ систем управления процессом культивирования микроорганизмов.

1.5.4. Применение ЭВМ для управления микробиологическими процессами.

1.6. Формулировка цели и постановка задач исследования.

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИМОВ В УСЛОВИЯХ ИНФИЦИРОВАНИЯ.

2.1. Разработка математической модели процесса культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования.

2.2. Выбор коэффициентов математической модели.

2.3. Проверка адекватности модели.

2.4. Анализ результатов моделирования.

Выводы.

Глава 3. ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ В УСЛОВИЯХ

ИНФИЦИРОВАНИЯ.

3.1. Оптимальное управление подачей химического препарата.

-43.2. Оптимальное управление подачей антибиотика

Выводы.

Глава 4. СТРУКТУРНО-АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ И АППАРАТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

В УСЛОВИЯХ ИНФИЦИРОВАНИЯ.

4.1. Система адаптивного управления процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования.

4.1.1. Постановка задачи адаптивного управления.

4.1.2. Система адаптивного управления.

4.1.3. Устройство для дозирования питательных сред.

4.2. Система, реализующая способ управления процессом выращивания микроорганизмов.

Выводы.

Актуальность работы.

Микробиологическая промышленность является одной из молодых и наиболее быстро развивающихся отраслей народного хозяйства. С получением популяций микроорганизмов и продуктов их обмена связаны медицина (антибиотики, витамины, кровезаменители), здравоохранение (вакцины и другие бактерийные и вирусные препараты медицинского назначения), пищевая промышленность (ферменты, дрожжи, лимонная кислота и др.), на базе которой зародились первые производства, целенаправленно использующие полезные свойства микроорганизмов.

В связи с быстрым развитием микробиологической промышленности возникла задача управления процессами культивирования микроорганизмов, решению которой посвящены фундаментальные труды известных ученых: В.В. Кафарова, В.В. Бирюкова, В.М. Кан-тере, И.Н. Блохиной, В.В. Ануфриева и других. Но не решенной остается главная проблема производства хлебопекарных дрожжей -управление в условиях инфицирования.

Инфицирование - это обсемененность дрожжей посторонними микроорганизмами. Присутствие в готовой продукции, помимо основной культуры, представителей других популяций существенно ухудшает бродильную активность хлебопекарных дрожжей, уменьшает их подъемную силу, снижает срок хранения. Поэтому повышение качества целевого продукта в специфических условиях производства (выращивание дрожжей ведется в нестерильных условиях) за счет устранения инфекции возможно только при использовании в процессе культивирования антимикробных препаратов, но отсутствие эффективных алгоритмов и систем управления их подачей оставляет данный вопрос открытым.

Создание систем управления процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования тормозится также отсутствием математических моделей, учитывающих особенности таких процессов.

Таким образом, высокий уровень развития средств построения автоматизированных систем управления с одной стороны и специфические особенности процессов культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования с другой стороны, обуславливают актуальность совершенствования математического описания предметной области и проблемы создания алгоритмов и систем управления процессом культивирования в условиях инфицирования.

Цель работы.

Разработка алгоритмов и систем управления процессом культивирования микроорганизмов, обеспечивающих снижение инфицирования целевого продукта и сокращение затрат на производство.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель процесса культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования;

2.Провести исследование математической модели с целью определения динамики основных параметров процесса культивирования, адекватности реальному технологическому процессу;

3.Разработать алгоритмы оптимального управления процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования при использовании антимикробных препаратов, подавляющих постороннюю ("дикую") микрофлору;

-74. Разработать структурно-алгоритмические и аппаратно-технические средства управления процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования и провести производственную их реализацию.

Методы исследования.

Теоретические и экспериментальные исследования проводились с использованием методов математического моделирования, вычислительной математики, математического программирования на базе средств вычислительной техники, теории автоматического управления и математической биофизики. Общей методологической основой является системный подход.

Научная новизна.

• Разработана математическая модель процесса культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования, описывающая динамику основных параметров процесса. Характерными ее особенностями являются учет влияния на рост биомассы трех основных элементов питательной среды (углерода, азота и фосфора), а также учет внутрипопуляционных и межпопуляционных взаимодействий микроорганизмов.

• Предложен алгоритм оптимального управления процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования при использовании химических препаратов, подавляющих постороннюю ("дикую") микрофлору.

• Предложен алгоритм оптимального управления процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования при использовании антибиотиков, подавляющих постороннюю ("дикую") микрофлору.

• Разработаны структурные схемы систем, позволяющих управлять процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования.

Практическая ценность.

• Предложена методика управления подачей антимикробных препаратов (химического препарата и антибиотика) в процессе культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования.

• Разработан косвенный метод определения концентрации посторонней микрофлоры.

• Реализован способ управления процессом выращивания микроорганизмов на ЗАО РНП "Воронежский дрожжевой завод", позволяющий сократить потери сахара в накопительный период и повысить выход хлебопекарных дрожжей при использовании химических препаратов, подавляющих постороннюю микрофлору. Практическое применение результатов работы позволит получить экономический эффект за счет увеличения выхода качественной продукции и целесообразного расхода питательной среды.

Содержание работы.

В первой главе проведен анализ ситуации возникновения инфекции в производстве хлебопекарных дрожжей, определены способы и методы борьбы с посторонней микрофлорой. Проанализированы существующие математические модели, описывающие микробиологические процессы, выявлены их особенности с точки зрения математического описания и проблем управления. Осуществлен критический обзор литературы по вопросам идентификации, оптимизации и управления микробиологическими процессами. Проведен анализ аппаратурного оформления технологического процесса культивирования микроорганизмов, его особенностей как объекта управления. Обоснована цель, сформулированы задачи и определены основные направления исследований.

Во второй главе построена математическая модель накопительной стадии процесса культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования, отвечающая концепции сбалансированного питания и учитывающая конкурентное взаимодействие микроорганизмов. Проверена адекватность математической модели реальному технологическому процессу. Представлены результаты ее исследования.

В третьей главе представлено решение задачи оптимального управления подачей химического препарата в условиях инфицирования процесса культивирования микроорганизмов, заключающейся в нахождении такого режима подачи, при котором суммарные потери сахара (разложение и потребление посторонними ("дикими") микроорганизмами) будут минимальны. На основании предложенного решения разработан способ управления процессом выращивания микроорганизмов, получено положительное решение о выдаче патента по заявке № 99126945/13(028497) на изобретение данного способа.

Также решена задача оптимального управления подачей антибиотика в условиях инфицирования процесса культивирования микроорганизмов, которая заключалась в выборе из области допустимых управлений оптимального с целью достижения компромисса между потерями в производстве за счет наличия посторонней микрофлоры и затратами на их подавление, обусловленное примененем антибиотика. В результате найден оптимальный, в смысле выбранного критерия, закон управления подачей антибиотика, позволяющий регулировать концентрацию посторонней микрофлоры в ходе процесса культивирования.

-10В четвертой главе предлагаются структурная схема системы адаптивного управления процессом культивирования микроорганизмов, реализующая концепцию сбалансированного питания в соответствии с прогнозируемым изменением основных параметров процесса; схема устройства для дозирования неэлектропроводных и пенящихся питательных сред; структурная схема системы, реализующей способ управления процессом выращивания микроорганизмов в условиях инфицирования при использовании химических препаратов.

В заключении представлены основные научные и практические результаты проведенных исследований.

Прилагается библиографический список используемых литературных источников и приложения.

Диссертационная работа выполнена на кафедре информационных и управляющих систем Воронежской государственной технологической академии в соответствии с научно-исследовательским направлением ВГТА "Разработка и совершенствование способов и средств управления пищевых и химических производств" № г.р. 01980007715.

Выводы

1. Разработана структурная схема системы адаптивного управления процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования, основанная на использовании параметрической адаптации. Система предназначена обеспечить сбалансированное питание микроорганизмов в соответствии с предполагаемым приростом биомассы в условиях конкурентного взаимодействия микроорганизмов и сократить расход сырья. Предложены технические средства автоматизации для реализации разработанной структурной схемы системы адаптивного управления.

-123

2.Предложено устройство для дозирования жидкости, применение которого в системах управления процессом культивирования микроорганизмов позволит обеспечить сбалансированность питания.

3.Разработана структурная схема системы, реализующей способ управления процессом выращивания микроорганизмов в условиях инфицирования при использовании химического препарата, внедрение которого на ЗАО РНП "Воронежский дрожжевой завод" позволило сократить расход сырьевых ресурсов (мелассы) на 3 % и увеличить выход дрожжей на 2.6 %, снизив инфицирование целевого продукта посторонней микрофлорой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана математическая модель процесса культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования, отвечающая концепции сбалансированного питания и учитывающая конкурентное взаимодействие полезных и "диких" микроорганизмов.

Определена динамика основных параметров процесса культивирования.

Проверена адекватность предложенной математической модели реальному технологическому процессу выращивания товарных дрожжей на Воронежском дрожжевом заводе.

2.Предложены алгоритмы оптимального управления процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования при использовании антимикробных препаратов: химических препаратов и антибиотиков, практическое применение которых позволит снизить инфицирование целевого продукта, в частности хлебопекарных дрожжей, и сократить расход сырьевых ресурсов.

3. Разработана структурная схема системы адаптивного управления процессом культивирования микроорганизмов в условиях инфицирования, позволяющая обеспечить сбалансированное питание микроорганизмов в соответствии с предполагаемым приростом биомассы и осуществить прогноз протекания процесса (изменения концентраций ключевых переменных процесса) в случае попадания посторонних микроорганизмов в аппарат. Внедрение системы позволит сократить расход сырьевых ресурсов и обеспечить повышение выхода дрожжей в накопительный период.

Предложено устройство для дозирования питательных сред, устраняющее недостатки ранее созданных устройств, позволяющее по

- 125 высить надежность и точность дозирования неэлектропроводных и пенящихся жидкостей, обеспечить непрерывность истечения при изменении программы. Устройство не специализировано на каком-либо одном конкретном технологическом процессе и без принципиальных конструктивных изменений может быть использовано в любом производстве, где требуется дозирование жидкостей.

Разработана структурная схема системы, реализующей способ управления процессом выращивания микроорганизмов в условиях инфицирования при использовании химического препарата, внедрение которого на ЗАО РНП "Воронежский дрожжевой завод" позволило сократить расход сырьевых ресурсов (мелассы) на 3 % и увеличить выход дрожжей на 2.6 %, снизив инфицирование целевого продукта посторонней микрофлорой. Годовой экономический эффект от внедрения составил 1,02 млн. рублей (в ценах марта 2001 г.).

Получено положительное решение о выдаче патента по заявке №99126945/13(028497) на изобретение данного способа управления процессом выращивания микроорганизмов.

-126

1. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высш. шк., 1989. - 263 с.

2. Ануфриев В.В. К моделированию процессов в дрожжерасти-тельном аппарате // Хлебопек, и кондитер, пром-сть. 1984. - № 4. - С.37-40.

3. Ануфриев В.В. Автоматика и автоматизация производственных процессов пищевой промышленности/ В.В. Ануфриев, Е.Я. Демидов, Ю.С. Сербулов. Воронеж: ВГУ, 1983. - 176 с.

4. Ануфриев В.В. Оптимальное управление выращиванием микроорганизмов при взаимодействии двух популяций/ В.В. Ануфриев, JI.B. Дмитриева (JI.B. Россихина)// Системы управления и информационные технологии: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1999,- С. 2329.

5. Ануфриев В.В. Управление подачей питательных сред в дрож-жерастильные аппараты/ В.В. Ануфриев, JI.B. Дмитриева (JI.B. Рос-сихина) // Материалы XXXVIII отчетной науч. межвуз. конф. за 1999 год. 4.2. Воронеж: ВГТА, 2000,- С. 171.

6. Ануфриев В.В. Задача оптимального управления отбором биомассы микроорганизмов из аппарата/ В.В. Ануфриев, Ю.Е. Кожевников // Системы управления и информационные технологии: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1997 - С. 60-65.

7. Ануфриев В.В. Математическая модель кинетики роста микроорганизмов с учетом гидродинамики и теплопередачи в аппарате/ В.В. Ануфриев, Ю.Е. Кожевников // Электромеханические устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1997 - С. 105-109.

8. Ануфриев В.В. Система оптимального управления отбором микроорганизмов из аппарата/ В.В. Ануфриев, Ю.Е. Кожевников // Тез. докл. XXXVII отчетной науч. конф. за 1998 год. Воронеж: ВГТА, 1999. 4.1. - С. 185.

9. Ануфриев В.В. Моделирование конфликтных ситуаций в микробиологическом процессе/ В.В. Ануфриев, Ю.С. Сербулов, Г.Н. Безрядина // Информационные технологии и системы: Тез. докл. Всерос. конф. Воронеж, 1995. - С. 49.

10. Ануфриев В.В. Исследование кинетики роста популяции микроорганизмов/ В.В. Ануфриев, Н.В. Суханова. Воронеж: ВГТА, 1994. - 11 с. - Деп. в ВИНИТИ 13.12.94; №2886-В94.

11. Ануфриев В.В. К расчету системы контроля и оптимального управления промышленного ферментера/ В.В. Ануфриев, Н.В. Суханова // Проблемы информатизации и управления: межвузовский сборник научных трудов. Воронеж, 1996. - С. 48-52.

12. A.c. 1027209 СССР, МКИ4 С 12 Q 3/00. Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов/ В.В. Ануфриев (СССР). № 3398744/28 -13; Заявлено 18.02.82; Опубл. 07.07.83, Бюл. № 25. - 8 с.

13. A.c. 1209717 СССР, МКИ4 С 12 Q 3/00. Способ автоматического управления процессом культивирования дрожжей / Ю.П. Зотолокка (СССР). № 3545140/28 -13; Заявлено 10.12.82; Опубл. 15.02.86, Бюл. №5.-6 с.

14. A.c. 1351976 СССР, МКИ4 С 12 Q 3/00. Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов / В.В. Ануфриев, Л.П. Пащенко (СССР). -№4046496/31 -13; Заявлено 17.02.86; Опубл. 15.11.87, Бюл. № 42. -8 с.

15. A.c. 1353810 СССР, МКИ4 C12Q3/00. Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов / В.В. Ануфриев, Г.И. Щепкин (СССР). -№3827946/31 -13; Заявлено 24.12.84; Опубл. 23.11.87, Бюл. № 43. -6 с.

16. A.c. 1684341 СССР, МКИ4 С 12 Q 3/00. Система автоматического управления процессом культивированиямикроорганизмов / B.B. Ануфриев (СССР). № 4705921/13; Заявлено 15.06.89; Опубл. 15.10.91, Бюл. № 38. - 6 с.

17. Афанасьев В.Н. Математическая теория конструирования систем управления/ В.Н. Афанасьев, В.Б. Колмановский, В.Р. Носов. М.: Высш. шк., 1998.-574 с.

18. Ашманов С.А. Теория оптимизации в задачах и упражнениях/ С.А. Ашманов, A.B. Тимохов. М.: Наука. 1991. - 448 с.

19. Базыкин А.Д. Математическая биофизика взаимодействующих популяций. М.: Наука, 1985. - 183 с.

20. Банди Б. Основы линейного программирования/ Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1989. - 176 с.

21. Баснакьян И.А. Культивирование микроорганизмов с заданными свойствами. М.: Медицина, 1992. - 192 с.

22. Безрядина Г.Н. Синтез алгоритмов управления в условиях конкурентного взаимодействия популяций микроорганизмов: (На прим. дрожжевого производства). Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.16, 05.13.07. Воронеж: ВГТА, 1997. - 16 с.

23. Бейли Дж. Основы биохимической инженерии/ Дж. Бей-ли, Д. Оллис/ Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 590 с. - 4.2.

24. Бирюков В.В. Оптимизация периодических процессов микробиологического синтеза/ В.В. Бирюков, В.А. Кантере.- М.: Наука, 1985,- 296с.

25. Блохина И.Н. Управление процессами культивирования микроорганизмов (системный подход)/ И.Н. Блохина, В.И. Огарков,

26. Г.А. Угодчиков. Горький: Волго -Вятское кн. изд-во, 1983. -174с.

27. Блохина И.Н. Исследование динамики микробиологических популяций/ И.Н. Блохина, Г.А. Угодчиков. Горький: Волго -Вятское кн. изд-во, 1980. - 167 с.

28. Бочарова H.H. Микрофлора дрожжевого производства/ H.H. Бочарова, Ю.П. Кобрина, Н.В. Розманова. М.: Пищ. пром-сть, 1972. - 152 с.

29. Бочарова H.H. Влияние микробиологических условий выращивания дрожжей на их качество/ H.H. Бочарова, Н.В. Розманова. // Хлебопек, и кондитер, пром-сть. 1979. - № 3. - С. 32-34.

30. Бочарова H.H. Особенности действия денитрифицирующих бактерий на хлебопекарные дрожжи/ H.H. Бочарова, В.Г. Черныш, Н.И. Сизова // Хлебопек, и кондитер, пром-сть. 1986. - № 9. - С. 35-37.

31. Варфоломеев С.Д. Биокинетика: Практический курс/ С.Д. Варфоломеев, К.Г. Гуревич. М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999. - 720 с.

32. Варфоломеев С.Д. Биотехнология: Кинетические основы микробиологических процессов/ С.Д. Варфоломеев, C.B. Калюжный. М.: Высш. шк, 1990. - 296 с.

33. Введение в нелинейное программирование / К.-Х. Эль-стер, Р. Рейнгардт, М. Шойбле / Пер. с нем. под ред. И.И. Еремина. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. - 264 с.

34. Воробьева Л.И. Промышленная микробиология. М.: Изд-во МГУ, 1989. - 293 с.

35. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. -М.: Наука, 1978. 784 с.

36. Гапонов К.П. Процессы и аппараты микробиологических производств. М.: Легк. и пищ. пром-сть, 1981. - 240 с.

37. Гольдштейн А.Л. Оптимизация каскадов биохимических реакторов/ А.Л. Гольдштейн, В.М. Рогов // Изв. вузов. Пищ. технология. 1986. - № 2. - С. 99-104.

38. Грановский Я.Д. Контроль и автоматизация производства хлебопекарных дрожжей/ Я.Д. Грановский, Т.В. Тулякова. М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 104 с.

39. Гуревич Ю.Л. Устойчивость и регуляция размножения в микробных популяциях. Новосибирск: Наука, 1984. - 160 с.

40. Дезинфицирующие вещества и дезинфекция в дрожжевом производстве / Н.И. Дерканосов, Т.Г. Назинцева // Обз. инф. ЦНИИТЭИПП. Дрожжевая промышленность, 1978. № 3. - 20 с.

41. Действие биомицина на физиологию дрожжевой клетки / Н.В. Розманова // Изв. вузов. Пищ. технология. 1960. - № 4. - С. 70-74.

42. Дмитриев А.Д. Выращивание дрожжей по восьмичасовому режиму ВНИИХПа/ А.Д. Дмитриев, Н.М. Семихатова // Хлебопек, и кондитер, пром-сть. 1984. - № 1. - С. 38-42.

43. Дрейпер Н. Прикладной регрессионный анализ/ Н. Дрей-пер, Г. Смит/ Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1986. - 2 т.

44. Дьяконов В. Mathcad 2000: Учебный курс. СПб.; М.; Харьков; Минск: ПИТЕР, 2000. - 592 с.

45. Зудин Д.В. Автоматизация биотехнологических исследований/ Д.В. Зудин, В.М. Кантере, Г.А. Угодчиков. М.: Высшая школа, 1987. - 111с.

46. Ивашкин Ю.А. Моделирование и оптимизация в прикладной биотехнологии // Автоматизация биотехнических систем в условиях рыночной экономики и конверсии: Тез. докл. межд. науч-техн. конф. М., 1994. - С. 42.

47. Игнатов В.Н. Особенности и методы адаптивного управления химико-технологическими процессами/ В.Н. Игнатов, Л.П. Ляшенко // Обз. инф. Минприбора. Автоматизированные системы управления. М., 1984. - Вып. 3. - 32 с.

48. Интенсификация биосинтеза дрожжевой биомассы в бродильных производствах / В.К. Янчевский, А.Д. Коваленко, В.И. Шевченко // Обз. инф. АгроНИИТЭИПП. Спиртовая и ликеро-водочная промышленность, 1984. № 4. - 20 с.

49. Интенсификация процесса размножения дрожжей за счет изменения условий их культивирования / Н.М. Семихатова, B.C. Орлова, Т.В. Тулякова, А.Д. Дмитриев // Обз. инф. ЦНИИТЭИПП. Хлебопекарная, макаронная, дрожжевая промышленность, 1981. -№ 3. 32 с.

50. Исмаилов M.M. Оценка чувствительности оптимума к управляющим воздействиям биотехнологических процессов // Математические методы в технике и технологиях ММТТ-2000: Сб. тр. Междунар. науч. конф. - Санкт-Петербург, 2000. - С. 288-289.

51. Казанская Л.Н. Практическое руководство по выращиванию товарных дрожжей с увеличенным съемом биомассы/ JI.H. Казанская, Н.В. Розманова, Н.К. Палагина. М.: ЦНИИТпищепром, 1983. - 232 с.

52. Каинит новый активатор роста дрожжей / Н.М. Семихатова, М.Ф. Лозенко, JI.B. Корзунова // Хлебопек, и кондитер, пром-сть, 1995. - № 5. - С. 42-44.

53. Кантере В.М. Теоретические основы технологии микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1990. - 271 с.

54. Колмановский В.Б. Об управлении по быстродействию системой "хищник" "жертва"/ В.Б. Колмановский, А.К. Спивак // ПММ. - 1990. - Т. 54, вып. 3. - С. 502-506.

55. Колчева P.A. Методика вычисления количества разложившегося сахара/ P.A. Колчева, А.Р. Сапронов // Сахарная промышленность, 1971. № 8. - С. 12-14.

56. Кулакова C.B. Разработка моделей параметрического синтеза и анализа реакторов пленочного типа. Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.16. Воронеж: ВГТА, 1999. - 16 с.

57. Лебедев В.Ф. Оптимальная идентификация параметров математической модели/ В.Ф. Лебедев, С.Г. Тихомиров // Системыуправления и информационные технологии: Межвуз. сборник науч. тр. Воронеж, 1999. - С. 36-39.

58. Матвеев В.Е. Основы асептики в технологии чистых микробиологических препаратов. М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. - 312 с.

59. Методы оптимизации и их приложения. Ч. 2. Оптимальное управление/ О.В. Васильев, В.А. Срочко, В.А. Терлецкий. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. - 151 с.

60. Мордухович Б.Ш. Методы аппроксимаций в задачах оптимизации управления. М.: Наука, 1988. - 360 с.

61. Наумов Б.Н. Алгоритмы оптимизации и автоматизации проектирования АСУ. -М.: Энергоиздат, 1983. 157 с.

62. Новаковская С.С. Производство хлебопекарных дрожжей: Справочник/ С.С. Новаковская, Ю.И. Шишацкий. М.: Агропром-издат, 1990 - 335 с.

63. Новые технологии в дрожжевой промышленности / Г. Е. Бебнева, А.Д. Петрунина // Обз. инф. АгроНИИТЭИпищепрома. Спиртовая, дрожжевая и ликероводочная промышленность, 1994. -№ 2. 24 с.

64. Оптимизация процессов в дрожжерастильном аппарате методами математического моделирования / A.A. Арзамасцев, В.И. Бодров, И.С. Попов, А.П. Зубаков // Изв. вузов. Пищ. технология. -1984. № 5. - С. 77-81.

65. Панов Д.П. Управление полупериодическим процессом ферментации// Изв. вузов. Пищ. технология. 1983. - № 2. - С. 8790.

66. Пат. 139756 ПНР. Способ управления процессом выращивания микроорганизмов, в частности хлебопекарных дрожжей / Т. Мицкевич // Опубл. 31.07.87.

67. Пат. 2074256 РФ, МКИ4 С 12 Q 3/00. Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов / В.В. Ануфриев, Н.В. Суханова (РФ). № 94019568/13; Заявлено 26.05.94; Опубл. 27.02.97, Бюл. №6. - 6 с.

68. Пахотин В.И. Система дистанционного дозирования и управления на участке жидкого сырья/ В.И. Пахотин, В.В. Баулин, В.Х. Литвинов // Экспресс-информация НИИТЭИХИМ. Автоматизация химических производств. 1987. - № 4. - С. 15-17.

69. Пащенко Л.П. Интенсификация биотехнологических процессов в хлебопечении. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1991. - 208 с.

70. Питательная среда для выращивания хлебопекарных дрожжей / Т.Ю. Соловьева, Т.Г. Мухамеджанова, В.М. Кантере // Экоресурсосберегательные технологии переработки с-х сырья: Тез. докл. Междунар. науч. конф. Астрахань, 1993. - С. 131.

71. Повышение качества хлебопекарных дрожжей / Р.П. Ма-зур, В.И. Карпенко, Л.И. Столярова // Обз. инф. АгроНИИТЭИПП. Спиртовая, дрожжевая и ликеро-водочная промышленность, 1992. -№ 2. 32 с.

72. Полуэктов P.A. Динамические модели экологических систем/ P.A. Полуэктов, Ю.А. Пых, И.А. Швытов. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1980. - 300 с.

73. Пых Ю.А. Равновесие и устойчивость в моделях популя-ционной динамики. М.: Наука, 1983. - 184 с.

74. Растрыгин Л.А. Современные принципы управления сложными объектами. М.: Сов. Радио, 1980. - 232 с.

75. Реклетис Г. Оптимизация в технике/ Г. Реклетис, А. Рей-виндран, К. Рэгсдейл. М.: Мир, 1986. - 2 т.

76. Ризниченко Г. Ю. Математические модели биологических продукционных процессов/ Г. Ю. Ризниченко, А.Б. Рубин. М.: Изд-во МГУ, 1993. - 302 с.

77. Романовский Ю.М. Математическая биофизика/ Ю.М. Романовский, Н.В. Степанова, Д.С. Чернавский. М.: Наука, 1984. - 304 с.

78. Романовский Ю.М., Математическое моделирование в биофизике/ Ю.М. Романовский, Н.В. Степанова, Д.С. Чернавский. -М.: Наука, 1975. 344 с.

79. Рубцов В.М. Разработка математического и программного обеспечения АСУ ТП выращивания микроорганизмов. Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.16. Воронеж: ВТИ, 1991. - 16 с.

80. Сербулов Ю.С. Моделирование процесса культивирования микроорганизмов в жидкой ржаной закваске/ Ю.С. Сербулов, Н.М. Дерканосова, Т.В. Попова // Хранение и переработка сельхоз-сырья. 1994. - № 4. - С. 5 -7.

81. Симутис Р.Ю. Применение цифровых фильтров для оценки состояния процессов биосинтеза/ Р.Ю. Симутис, Ю.-К. Ю. Ста-нишкис // Научн. труды вузов Лит. ССР. Анализ и синтез управляющих систем. Вильнюс, 1981. - С. 61-68.

82. Системы управления биотехнологическими процессами и их реализация на предприятиях Литовской ССР: Аналитический обзор / Ю. Станишкис, Д. Левишаускас // Обз. информ. Вильнюс: Лит. НИИНТИ, 1987. - 60 с.

83. Слюсаренко Т.П. Основы микробиологии, гигиены и санитарии пивоваренного и безалкогольного производства/ Т.П. Слюсаренко, Л.Р. Решетняк. М.: Агропромиздат, 1989. - 184 с.

84. Соколов В.А. Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности. М.: Агропромиздат, 1991. - 445 с.

85. Способ непрерывного культивирования засевных дрожжей при производстве спирта и хлебопекарных дрожжей / С.Т. Олейничук, С.Ф. Гончар, А.Д. Коваленко. ВНИИ нов. видов пищ. продуктов и добавок. - № 4246204130 -13. - 1989. - Бюл. № 42.

86. Способы улучшения биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей/ Н.В. Разумова, H.JI. Маклякова, И.В. Матвеева // Хлебопечение России. 1998. - № 3. - С. 23-25.

87. Способы улучшения качества хлебопекарных дрожжей / Р.П. Мазур, Л.И. Столярова// Обз. инф. АгроНИИТЭИПП. Спиртовая, дрожжевая и ликеро-водочная промышленность, 1990. № 1. - 32 с.

88. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов./ И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. М.: Наука, 1981. -720 с.

89. Справочник по производству хлебопекарных дрожжей./ С.С. Новаковская, Ю.И. Шишацкий. М.: Пищ. пром-сть, 1980. -375 с.

90. Станишкис Ю. Оптимальное управление биотехнологическими процессами. Вильнюс: Мокслас, 1984. - 256 с.

91. Сульфохлорантин как антисептик при производстве хлебопекарных дрожжей / Л.Д. Ильина, А.Ф. Ткаченко, Е.А. Коваль // Химия и технология пищевых продуктов, 1991,- № 3. - С. 98-96.

92. Чураков Е.П. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 256 с.

93. Шамрай С.Н. Оптимальная продолжительность процесса брожения при производстве лимонной кислоты поверхностным способом/ С.Н. Шамрай, И.Н. Орлов // Хлебопек, и кондитер, пром-сть. 1986. - № 3. - С. 26.

94. Штейнберг Ш.Е. Идентификация в системах управления. -М.: Энергоатомиздат, 1987. 81 с.

95. Шуп Г. Решение инженерных задач на ЭВМ. М.: Мир, 1982.- 235 с.

96. Щепкин Г.И. Идентификация и адаптивное управление процессом ферментации дрожжей. Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.07.-М.: МХТИ, 1990. 16 с.

97. Ядыкин И.Б. Принципы построения интеллектуальных регуляторов для управления биотехнологическими процессами // Автоматизация биотехнических систем в условиях рыночной экономики и конверсии: Тез. докл. межд. науч.-техн. конф. М., 1994. - С. 35.

98. A Computer-Aided Noninterfering On-Line Technique for Monitoring Oxygen-Transfer Characteristics during Fermentation Processes // Biotechnol. Bioeng. 1982. - Vol. 24. - P. 1605.

99. Application of a Microcomputer-Based System to and Monitor Bacterial Growth / J.A. Titus, G.M. Luli, M.L. Dekleva, M.R. Strohi // Applied and Environmental Microbiology. 1984. - Vol. 47. -№ 2. - P. 239-244.

100. Barford J.P. A general model for aerobic yeast growth: batch growth // Biotechnol. Bioeng. 1990. - Vol. 35. - P. 907-920.

101. Bishop C.M. Neural Networks for Pattern Recognition. Oksford: Oksford University Press, 1995. 504 p.

102. Blaszczyk R., Jamroz T., Wieczorek A. Metody matematyczne w optymalizac procesu microbiologicznego. Zastosow-anie ulamkowego planu biosyntezie L-lizyny // Postepy Mikrobiologii. 1983. - XXII. - Zesyt 3 / 4. - S. 337-349.

103. Bowski L., Perley C.R., West J.M. A Minicomputer System for Analyzing and Reporting Pilot Plant Fermenter Data // Biotechnol. Bioeng. 1983. - Vol. 25. - P. 1237-1250.

104. Einsele A. Entwicklung der Meßtechnik für Fermentationsprozesse // Biotechnologie. 1982. - № 2. - S. 213-218.

105. Endo Isao, Nagamune Teruyki, Inoue Ichiro. Computer control of a fed-batch alkoholic fermentation systems // Proc. 3 Pacif. Chem. Eng. Congr. Seoul, 1983. - Vol. 3. - P. 72-77.

106. Enfors O.-S., Hedenberg J., Olsson K. Simulation of the dynamics in Baker's yeast process // Bioprocess Eng. 1990. - Vol. 5. -P. 191-198.

107. Hampel W. Einsatzmöglichkeiten von Kleincomputern in der Fermentationstechnik // Lebensm. und Biotechnol. 1985. - № 3. - S. 93-96.

108. Memmert Klaus, Uhlendorf Rudiger. Einsatz einer mikroprozessorgeregelten Dosierein-richtung in der Biotechnologie // Chem. Ing. Techn. 1987. - 59. - № 6. - S. 501-504.

109. Miskiewicz Tadeusz, Miszcsak Witold. Wykorzystanie stezenia tlenu rospuszczonego jako wskaznika sterowania doplywen po-zywki w hodowli drozdzy piekarskich // Przem. ferm. i owoc. war-zyw. - 1986. - 30. - № 2. - S. 12-14.

110. Pöhland D. Stand und Perspektiven der Automatisierung mikrobiologischer Prozesse // Biotechnologie. 1982. - № 2. - S. 189193.

111. Rolf M.J., Lim H.C. Computer control of fermentation processes // Enzyme Microb. Technol. 1982. - Vol. 4. - P. 370.

112. Salek Anna. Wspolzaleznosc pomiedzy niektorymi paramet-rami biotechnologicznymi w hodowli drozdzy piakaskich // Przem. ferm. i owoc. warzyw. - 1986. - 30. - № 2. - S. 8-11.

113. Sonnleitnert B., Kappelli O. Growth of Saccharomyces cere-visiae is controlled by its limited respiratory capacity: formulation and verification of Hypothesis// Biotechnol. Bioeng. 1986. - Vol. 28. - P. 927 - 937.

114. Szewezyk Krzysztow W. A model for taker's yeast growth // Bioprocess Eng. 1989. - №6. - S. 261-264.

115. Значения начальных условий: X 39009 831=1н=0.5 У*+г= 501. Результаты моделирования

116. С1= 0.01 Ш!= 0.035 К4=0.78

117. С2= 0.01 т2= 0.035 К5= 0.781. РГ 0.5 Кц= 0.05 Кб= 0.591. Р2=0.5 К12=0.1 К7=0.59х1т= 125 К1з= 0.06 8о1= 390

118. Х2т= 125 К21=0.1 8о2= 65.05

119. У!=3.7 К22= 0.05 8021= 34.21

120. У2= 1.0 К23= 0.06 803= 84.05цт1 = 0.35 ао(к)=0016 «ЧвлГ0-006йт2 = 0.7 аш(К)=0018 %(Р2о5.=0008

121. Значения начальных условий: Х^ьг^ 38.6 Х21=гн= 0.4 З^^г"1 5 82*=ьг= 0.09 83^= 0.5 501. Результаты моделирования

122. С1= 0.01 Ш1= 0.035 К4=0.78

123. С2= 0.01 т2= 0.035 К5= 0.781. Эг 0 5 Кц-0.05 Кб= 0.591. Р2 = 0.5 К12=0.1 К7= 0.59х1ш= 125 К13= 0.06 801= 390

124. Х2т= 125 К21=0.1 802= 65.05

125. У1=3.7 К22= 0.05 8021=34.21

126. У2=1.0 К23- 0.06 803= 84.05а0^= 0.016 >2о5.= 0.006аш(к)=0018 ат(Р205Г =0.008

127. Значения начальных условий: Х1<=ьг= 38 Х24=1Н= 1

128. Ъ2г=ы= 0.09 83^= 0.5 У«г= 501. Результаты моделирования

129. С\= 0.01 т1=0.035 К4= 0.78с2= 0.01 т2= 0.035 К5=0.781. Рг 0 5 Кц= 0.05 Кб= 0.591. Р2=0.5 К12=0.1 К7= 0.59

130. Х1ш= 125 К1з= 0.06 8о1= 390

131. Х2т= 125 К21=0.1 802= 65.05

132. У^З.7 К22= 0.05 8021=34.21

133. У2=1.0 К23^ 0.06 803= 84.05цт1=0.35 ао(к)=0-016 ао(Р2о5Г 0.006т2 = 0-7 Ч¥з)= Ю.008

134. Значения начальных условий: 37

135. Х2,=1н= 2 811=1н= 5 821=1н= 0.09 83^= 0.5 У«г= 501. Результаты моделирования

136. С2= 0.01 т2= 0.035 К5= 0.781. Рг 0.5 Кц= 0.05 Кб= 0.591. Р2 = 0.5 К12=0.1 К7= 0.59

137. Х1т= 125 К1з= 0.06 801= 390

138. Х2т= 125 К21= 0.1 Б02= 65.05

139. Yl=Ъ.l К22= 0.05 $021=34.21

140. У2=1.0 К23= 0.06 803= 84.05аоМ= 0.016 ао(Р2о5)=0006атМ=0.018 а г л =0.008 тР2° 5)

141. Значения начальных условий:зз1. Х21=й1= 6 811=ы= 5009 83^= 0.5 501. Результаты моделирования

142. На дрожжевом заводе использован алгоритм управления процессом"выращивания дрожжей.

143. Годовая экономия, полученная за счет увеличения выхода дрожжей на26 %:1. Э = А " Сд * К,где А = 8030 производительность дрожжерастильных аппаратов, т/год; Сд = 8130 - себестоимость дрожжей, руб/т;

144. К = 0,026 коэффициент повышения производительности дрожжерастильных аппаратов.

145. Годовая экономия составила; Э = 8030*8130*0,026 = 1 697 38 ! луб/год.

146. Годовой экономический эффект от внедрения алгоритма управления процессом выращивания дрожжей;1. Эг = Э Нд * Цц * А,где Нп норма расхода химического препарата (сульфаниламидов) на производство единицы продукции, т/т;

147. Цп иена химического препарата (сульфаниламидов), руб/т.

148. Экономический эффект составил:

149. Эг = 1 697 381 0,0*2*4216*8030 = 1 020 291 руб/год.1. Утверждаю»1. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТАэкономического эффекта от внедрения алгоритма управления процессом выращивания дрожжей на ЗАОр"НП"Воронежский дрожжевой завод"

150. Наименование показателя Едишша измерения До внедрения мероприятия | После внедрения

151. Годовая производительность т 8 030 О ло о ~ о 6 ¿СОО. / О

152. Повышение производительности 0/1 / и — 2.6 208,78

153. Себестоимость 1 тонны дрожжей УУ чл С' 1 1П о иу 7 918,6

154. Затраты на используемый химический препарат (сульфаниламиды) руб. 677 090

155. Годовой экономический эффект от внедрения руб. 1 020 291-экономист1 л, технолог

156. ПросЬессот» каф. ИУС ВГТА, д.т.н.1. Аспирант каш. ИУС ВГТАещеоина•гл^и.ыи^ ^—¿и1'1. Л/?