Выбор перемешивающего устройства на основе построения его морфологической модели
УДК 664
Выбор перемешивающего устройства на основе построения его морфологической модели
Арет В.А., Орлов В.В., Зеленков С.К.
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Предложена процедура построения морфологической модели структуры перемешивающего устройства. Определены морфологические параметры модели, выбраны морфологические значения этих параметров. Построена морфологическая модель (матрица) объекта. На примере смесителя для творога с наполнителями показана процедура выбора моделей структуры.
Ключевые слова: перемешивающее устройство, морфологическая модель, морфологические параметры.
Выбор перемешивающего устройства является сложной многопараметрической задачей, что связано с многообразием типов перемешивающих устройств [1-3], различием в свойствах перемешиваемых сред, заданием различного уровня достижения уровня концентрационного градиента в перемешиваемой системе и т.п. Применяемые в настоящее время методики [4, 5], основаны на соблюдении соответствия конструктивных особенностей мешалок физико-механическим свойствам перемешиваемой среды, что позволяет отграничить ряд перемешивающих устройств (например для маловязких жидкостей — быстроходные мешалки, для высоковязких — тихоходные). Дальнейший выбор осуществляется на основе инженерного опыта, интуиции либо после проведения экспериментальных исследований. В первом случае отсутствует гарантия выбора оптимального решения, во втором, требуются длительные, дорогостоящие исследования.
Задача объективного выбора перемешивающего устройства может быть решена на основе предложенного Ф.Цвикки морфологического подхода [6], широко применяемого для анализа и синтеза технических систем [7,8]. Метод представляет собой систематическое нахождение всех возможных вариантов системы путем комбинированного выделения структурных элементов и их признаков. Процедура включает следующие этапы:
1. формулирование определения объекта; 2. ограничение параметров объекта; 3. сопоставление каждому из параметров объекта набор идентифицирующих признаков; 4. нахождение возможных вариантов значений идентифицирующих признаков; 5. составление морфологической модели — матрицы; 6. выбор вариантов решения проблемы.
Анализ научно-технической литературы позволил выявить определение
объекта в виде: смеситель — это устройство, осуществляющее воздействие
подключенным к приводу рабочим органом на компоненты рабочей среды.
Применив декомпозицию описания объекта, определим морфологические
параметры в виде:
Р1 — организация воздействия на перемешиваемую среду; Р2 — привод
рабочего органа; Р3 — рабочий орган; Р4 — перемешиваемая среда.
Полученным морфологическим параметрам сопоставим наборы
идентифицирующих признаков:
для Р1: R11 — временнáя организация воздействия; R12 — принцип
воздействия;
для
Р2:
R
1 2
—
тип
привода;
R
2 2
—
организация
соединения
с
мешалкой;
для Р3:
R13
— тип мешалки;
R
2 3
— расположение
мешалки;
для Р4: R14 — фазовое состояние компонентов перемешиваемых сред (т —
твердый, ж — жидкий, г — газообразный).
Путем перехода к отдельным значениям сформулированных признаков
была получена морфологическая модель объекта (табл.1).
Таблица 1
Р1 R11(1) - периодическая
R
1
1(
2)
-
непрерывная
R11(3) - циклическая
R12(1) - статическое
R
2
1(
2)
-
механическое
R12(3) - положение
смешение
перемешивание
электромагнитного поля
Р2 R12(1) - бесприводной
R
1
2(2)
- ручной
R12(3) - электрический
R
2
2(1)
-
через
вал
R
2
2(2)
-
через редуктор
R
2
2(3)
-
бесконтактно
и вал
Р3 -R13(1)
-R13(2)
-R13(3)
-R13(4)
-R13(5)
лопастная турбинная якорная
шнековая комбинированная
(рамная)
R
2
3(1)
-
горизонтально
R
2
3(
2)
-
вертикальное
R
2
3(3)
-наклонное
Р4 R14(1) т-т
R14(2) ж-ж
R
1
4(3)
г-г
R14(4) т-ж R14(5) т-г
R14(6) ж-г
Морфологическая модель объекта задает комбинаторное множество
возможных вариантов структуры объектов. Количество вариантов определяется
количеством идентифицирующих параметров. В частности, на основе
полученной модели может быть построено следующее количество вариантов
структуры объекта:
N=3 3 3 3 5 3 6=7290
Рассмотрим выбор варианта структуры устройства для смешения творога и
наполнителей в поточном производстве. Для поточного производства
характерно
непрерывное
воздействие
на
продукт
.R1 1( 2 )
Полагая,
что
течение
творога в рабочих органах перемешивающего устройства соответствует
течению
вязкой
жидкости
выбираем
механическое
перемешивание
( )R2 1( 2 )
с
электрическим
приводом
( )R1 2(3)
через
редуктор
и
вал
( )R2 2(2)
либо
перемешивание
бесконтактным
(R2 2(3)
)
наложением
электрического
поля
(
R2 1(3)
).
Может
быть
применена
якорная
(
R1 3(3)
),
шнековая
(
R1 3(4)
),
либо
комбинированная
R1 3(5)
мешалка
любого
расположения
( ).R
2 3(1)
,
R
2 3(2
)
,
R
2 3(3)
Полагаем,
что
перемешивается с творогом твердый наполнитель ( R14(4) ). Тогда, исходя из
выбранных морфологических параметров перемешивающего устройства
получаем граф-функцию вариантов структуры перемешивающего устройства
(рис.1).
Рис.1. Граф-функция вариантов структуры устройства для смешивания творога с наполнителями
Для выделенных девяти вариантов структуры объекта по научнотехнической и патентной литературе определяем технические характеристики и выбираем оптимальный вариант либо исходя из технико-экономической оценки, либо привлекая положения теории принятия решений [9].
Список литературы
1. Брагинский Л.М., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах. – Л.: Химия, 1984. – 336с.
2. Швонец В.Н., Зайцев В.Н. Аппараты с перемешивающими устройствами. – Кемерово: КТИПП, 1993 – 135с.
3. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками./Пер. с польского под ред. И.А. Шупляке. – Л.: Химия, 1975 – 384с.
4. Руководящий нормативный документ. Механические перемешивающие устройства. Метод расчета. РД 26-01-90-85. Л.: РТП ЛенНИИХимМаша, 1985 – 384с.
5. ГОСТ 20680-2002. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами. Общие технические условия. – Минск: ИПК издательство стандартов, 2002 – 18с.
6. Zwicky F. Discovery, Invention, Research through the Morphological Approach. New York: McMillan, 1969.
7. Одрин В.М. Метод морфологического анализа технологических систем. М.: ВНИПИ, 1989 – 310с.
8. Назаров А.А., Орлов В.В. Построение морфологической модели технологического процесса с целью прогнозного обеспечения путей его совершенствования. В кн.: Процессы, управление, машины и аппараты пищевой технологии. – Л.: ЛТИ им Ленсовета, 1985 – с.13-18.
9. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. /Пер. с нем. Н.В.Васильченко, В.А. Думского. – М.: Мир, 1990 – 204с.
Choosing a mixer on the basis of morphological modeling
V.A.Aret, V.V.Orlov, S.K. Zelenkov.
Saint-Petersburg State University of Refrigeration & Food Engineering
A procedure of constructing a morphological model for a mixer design is proposed. Defined are morphological parameters of the model, and chosen are morphological values of these parameters. A morphological model (matrix) of an object is made. The procedure of choosing a design type is shown by the example of a cottage cheese blender.
Key words: mixer, morphological model, morphological parameters
Выбор перемешивающего устройства на основе построения его морфологической модели
Арет В.А., Орлов В.В., Зеленков С.К.
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Предложена процедура построения морфологической модели структуры перемешивающего устройства. Определены морфологические параметры модели, выбраны морфологические значения этих параметров. Построена морфологическая модель (матрица) объекта. На примере смесителя для творога с наполнителями показана процедура выбора моделей структуры.
Ключевые слова: перемешивающее устройство, морфологическая модель, морфологические параметры.
Выбор перемешивающего устройства является сложной многопараметрической задачей, что связано с многообразием типов перемешивающих устройств [1-3], различием в свойствах перемешиваемых сред, заданием различного уровня достижения уровня концентрационного градиента в перемешиваемой системе и т.п. Применяемые в настоящее время методики [4, 5], основаны на соблюдении соответствия конструктивных особенностей мешалок физико-механическим свойствам перемешиваемой среды, что позволяет отграничить ряд перемешивающих устройств (например для маловязких жидкостей — быстроходные мешалки, для высоковязких — тихоходные). Дальнейший выбор осуществляется на основе инженерного опыта, интуиции либо после проведения экспериментальных исследований. В первом случае отсутствует гарантия выбора оптимального решения, во втором, требуются длительные, дорогостоящие исследования.
Задача объективного выбора перемешивающего устройства может быть решена на основе предложенного Ф.Цвикки морфологического подхода [6], широко применяемого для анализа и синтеза технических систем [7,8]. Метод представляет собой систематическое нахождение всех возможных вариантов системы путем комбинированного выделения структурных элементов и их признаков. Процедура включает следующие этапы:
1. формулирование определения объекта; 2. ограничение параметров объекта; 3. сопоставление каждому из параметров объекта набор идентифицирующих признаков; 4. нахождение возможных вариантов значений идентифицирующих признаков; 5. составление морфологической модели — матрицы; 6. выбор вариантов решения проблемы.
Анализ научно-технической литературы позволил выявить определение
объекта в виде: смеситель — это устройство, осуществляющее воздействие
подключенным к приводу рабочим органом на компоненты рабочей среды.
Применив декомпозицию описания объекта, определим морфологические
параметры в виде:
Р1 — организация воздействия на перемешиваемую среду; Р2 — привод
рабочего органа; Р3 — рабочий орган; Р4 — перемешиваемая среда.
Полученным морфологическим параметрам сопоставим наборы
идентифицирующих признаков:
для Р1: R11 — временнáя организация воздействия; R12 — принцип
воздействия;
для
Р2:
R
1 2
—
тип
привода;
R
2 2
—
организация
соединения
с
мешалкой;
для Р3:
R13
— тип мешалки;
R
2 3
— расположение
мешалки;
для Р4: R14 — фазовое состояние компонентов перемешиваемых сред (т —
твердый, ж — жидкий, г — газообразный).
Путем перехода к отдельным значениям сформулированных признаков
была получена морфологическая модель объекта (табл.1).
Таблица 1
Р1 R11(1) - периодическая
R
1
1(
2)
-
непрерывная
R11(3) - циклическая
R12(1) - статическое
R
2
1(
2)
-
механическое
R12(3) - положение
смешение
перемешивание
электромагнитного поля
Р2 R12(1) - бесприводной
R
1
2(2)
- ручной
R12(3) - электрический
R
2
2(1)
-
через
вал
R
2
2(2)
-
через редуктор
R
2
2(3)
-
бесконтактно
и вал
Р3 -R13(1)
-R13(2)
-R13(3)
-R13(4)
-R13(5)
лопастная турбинная якорная
шнековая комбинированная
(рамная)
R
2
3(1)
-
горизонтально
R
2
3(
2)
-
вертикальное
R
2
3(3)
-наклонное
Р4 R14(1) т-т
R14(2) ж-ж
R
1
4(3)
г-г
R14(4) т-ж R14(5) т-г
R14(6) ж-г
Морфологическая модель объекта задает комбинаторное множество
возможных вариантов структуры объектов. Количество вариантов определяется
количеством идентифицирующих параметров. В частности, на основе
полученной модели может быть построено следующее количество вариантов
структуры объекта:
N=3 3 3 3 5 3 6=7290
Рассмотрим выбор варианта структуры устройства для смешения творога и
наполнителей в поточном производстве. Для поточного производства
характерно
непрерывное
воздействие
на
продукт
.R1 1( 2 )
Полагая,
что
течение
творога в рабочих органах перемешивающего устройства соответствует
течению
вязкой
жидкости
выбираем
механическое
перемешивание
( )R2 1( 2 )
с
электрическим
приводом
( )R1 2(3)
через
редуктор
и
вал
( )R2 2(2)
либо
перемешивание
бесконтактным
(R2 2(3)
)
наложением
электрического
поля
(
R2 1(3)
).
Может
быть
применена
якорная
(
R1 3(3)
),
шнековая
(
R1 3(4)
),
либо
комбинированная
R1 3(5)
мешалка
любого
расположения
( ).R
2 3(1)
,
R
2 3(2
)
,
R
2 3(3)
Полагаем,
что
перемешивается с творогом твердый наполнитель ( R14(4) ). Тогда, исходя из
выбранных морфологических параметров перемешивающего устройства
получаем граф-функцию вариантов структуры перемешивающего устройства
(рис.1).
Рис.1. Граф-функция вариантов структуры устройства для смешивания творога с наполнителями
Для выделенных девяти вариантов структуры объекта по научнотехнической и патентной литературе определяем технические характеристики и выбираем оптимальный вариант либо исходя из технико-экономической оценки, либо привлекая положения теории принятия решений [9].
Список литературы
1. Брагинский Л.М., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах. – Л.: Химия, 1984. – 336с.
2. Швонец В.Н., Зайцев В.Н. Аппараты с перемешивающими устройствами. – Кемерово: КТИПП, 1993 – 135с.
3. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками./Пер. с польского под ред. И.А. Шупляке. – Л.: Химия, 1975 – 384с.
4. Руководящий нормативный документ. Механические перемешивающие устройства. Метод расчета. РД 26-01-90-85. Л.: РТП ЛенНИИХимМаша, 1985 – 384с.
5. ГОСТ 20680-2002. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами. Общие технические условия. – Минск: ИПК издательство стандартов, 2002 – 18с.
6. Zwicky F. Discovery, Invention, Research through the Morphological Approach. New York: McMillan, 1969.
7. Одрин В.М. Метод морфологического анализа технологических систем. М.: ВНИПИ, 1989 – 310с.
8. Назаров А.А., Орлов В.В. Построение морфологической модели технологического процесса с целью прогнозного обеспечения путей его совершенствования. В кн.: Процессы, управление, машины и аппараты пищевой технологии. – Л.: ЛТИ им Ленсовета, 1985 – с.13-18.
9. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. /Пер. с нем. Н.В.Васильченко, В.А. Думского. – М.: Мир, 1990 – 204с.
Choosing a mixer on the basis of morphological modeling
V.A.Aret, V.V.Orlov, S.K. Zelenkov.
Saint-Petersburg State University of Refrigeration & Food Engineering
A procedure of constructing a morphological model for a mixer design is proposed. Defined are morphological parameters of the model, and chosen are morphological values of these parameters. A morphological model (matrix) of an object is made. The procedure of choosing a design type is shown by the example of a cottage cheese blender.
Key words: mixer, morphological model, morphological parameters