Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва
У даній статті показано, що хлібопекарське виробництво є дійсно складним об’єктом керування. У такому випадку одним з ефективних способів керування є застосування сценарного підходу. Обґрунтовано необхідність використання теорії нечітких множин для побудови систем керування технологічними процеса...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7384 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва / С.С. Шаруда, В.Д. Кишенько // Штучний інтелект. — 2008. — № 4. — С. 188-192. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-7384 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-73842010-03-30T12:02:08Z Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва Шаруда, С.С. Кишенько, В.Д. Прикладные интеллектуальные системы У даній статті показано, що хлібопекарське виробництво є дійсно складним об’єктом керування. У такому випадку одним з ефективних способів керування є застосування сценарного підходу. Обґрунтовано необхідність використання теорії нечітких множин для побудови систем керування технологічними процесами виробництва хліба. Наведено функції належності для основних технологічних показників даних процесів. В данной статье показано, что хлебопекарное производство действительно является сложным объектом управления. В таком случае одним из эффективных способов управления является применение сценарного подхода. Обоснована необходимость использования теории нечетких множеств для построения систем управления технологическими процессами производства хлеба. Приведены функции принадлежности для основных технологических показателей данных процессов. The article shows that bread making is a complex managing object. One of the most effective way for bread making managing is a scenario approach. The article explains the need of fuzzy sets theory for bread making manufacture design. Membership functions for the major characteristics of the bread making processes are given. 2008 Article Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва / С.С. Шаруда, В.Д. Кишенько // Штучний інтелект. — 2008. — № 4. — С. 188-192. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1561-5359 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7384 681.5:664.6 uk Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Прикладные интеллектуальные системы Прикладные интеллектуальные системы |
| spellingShingle |
Прикладные интеллектуальные системы Прикладные интеллектуальные системы Шаруда, С.С. Кишенько, В.Д. Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва |
| description |
У даній статті показано, що хлібопекарське виробництво є дійсно складним об’єктом керування. У такому
випадку одним з ефективних способів керування є застосування сценарного підходу. Обґрунтовано
необхідність використання теорії нечітких множин для побудови систем керування технологічними
процесами виробництва хліба. Наведено функції належності для основних технологічних показників даних
процесів. |
| format |
Article |
| author |
Шаруда, С.С. Кишенько, В.Д. |
| author_facet |
Шаруда, С.С. Кишенько, В.Д. |
| author_sort |
Шаруда, С.С. |
| title |
Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва |
| title_short |
Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва |
| title_full |
Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва |
| title_fullStr |
Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва |
| title_full_unstemmed |
Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва |
| title_sort |
лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва |
| publisher |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Прикладные интеллектуальные системы |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7384 |
| citation_txt |
Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва / С.С. Шаруда, В.Д. Кишенько // Штучний інтелект. — 2008. — № 4. — С. 188-192. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT šarudass língvístičnaaproksimacíâtehnologíčnihpokaznikívhlíbopekarsʹkogovirobnictva AT kišenʹkovd língvístičnaaproksimacíâtehnologíčnihpokaznikívhlíbopekarsʹkogovirobnictva |
| first_indexed |
2025-07-02T10:12:28Z |
| last_indexed |
2025-07-02T10:12:28Z |
| _version_ |
1836529639662551040 |
| fulltext |
«Искусственный интеллект» 4’2008 188
2Ш
УДК 681.5:664.6
С.С. Шаруда, В.Д. Кишенько
Національний університет харчових технологій, м. Київ, Україна
sveta.sharuda@gmail.com
Лінгвістична апроксимація технологічних
показників хлібопекарського виробництва
У даній статті показано, що хлібопекарське виробництво є дійсно складним об’єктом керування. У такому
випадку одним з ефективних способів керування є застосування сценарного підходу. Обґрунтовано
необхідність використання теорії нечітких множин для побудови систем керування технологічними
процесами виробництва хліба. Наведено функції належності для основних технологічних показників даних
процесів.
Особливостями технологічних процесів хлібопекарського виробництва є велика
кількість та складність зв’язків між параметрами стану об’єктів, трудомісткість процедур
побудови математичного опису і використання його результатів для практичних реаліза-
цій, значний рівень похибок вимірювання технологічних змінних (а іноді й неможливість
їх проведення), і як результат – необхідність приймати рішення для керування технологіч-
ними агрегатами і виробництвами в умовах неповної інформації про стан об’єкта. Для
ефективного керування таким виробництвом доцільно будувати автоматизовані експертні
системи, які призначені для підтримки процесу прийняття рішень неформалізованих задач.
Технологічні процеси приготування тіста, вистоювання та випічки є дуже складни-
ми з точки зору оптимізації показників якості, витрат та продуктивності і представляють
сукупність окремих, головним чином послідовних, операцій. Ефект кожної операції ви-
значається не лише даною операцією, але й результатом впливу на продукт попередньої
та наступної операцій. Сценарний підхід є одним з найпоширеніших методів досліджень,
який дозволяє адекватно формулювати думки фахівців щодо прогнозування перебігу
подій у складних системах. Кожен сценарій зв’язує зміну зовнішніх умов із результую-
чими змінними [1].
Побудова сценаріїв керування на основі нечітких моделей
Реалізацію сценарію керування технологічними процесами хлібопекарського під-
приємства доцільно здійснювати на основі нечіткої моделі представлення знань, попе-
редньо формалізувавши змінні, якими характеризується даний процес. Такий спосіб є
достатньо гнучким та зручним для представлення логічних відношень між елементами
сценаріїв. Використання нечітких моделей дозволяє не тільки вказати належність певного
елемента даній множині, а й ступінь цієї належності [2].
Безумовними перевагами нечітких моделей порівняно з іншими методами (методи,
засновані на теорії планування експерименту, баєсовський підхід, метод фазового інтер-
валу, логічне програмування) є можливість проведення швидкого моделювання складних
динамічних систем та їх порівняльний аналіз, доцільність використання нечітких вхідних
даних (наприклад, результатів лабораторних досліджень чи органолептичних оцінок) та
представлення знань, що містяться в даних, в зрозумілому для оператора вигляді.
Системи з нечіткою логікою функціонують за однаковим принципом: результати
вимірювань фазифікуються (переводяться в нечіткий формат), обробляються, дефазифі-
куються і у вигляді уніфікованих сигналів подаються на виконавчі механізми.
Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва
«Штучний інтелект» 4’2008 189
2Ш
Лінгвістична апроксимація змінних
Основна ідея лінгвістичної апроксимації полягає в формалізації причинно-наслід-
кових зв’язків між змінними «входи (фактори) – вихід» за допомогою опису цих зв’язків
природною мовою із застосуванням теорії нечітких множин та лінгвістичних змінних.
Формально лінгвістична змінна описується такими параметрами: Х – ім’я змінної;
Т – терм-множина, кожен елемент якої задається нечіткою множиною на універсальній
множині U; G – синтаксичні правила, що утворюють назви термів; М – семантичні прави-
ла, що задають функції належності нечітких термів [2].
Для лінгвістичної апроксимації змінних хлібопекарського виробництва викорис-
товувався аналітичний підхід на основі інформації, отриманої в результаті експертного
опитування.
Весь процес приготування хліба умовно можна поділити на такі стадії: дозування
сировини, приготування опари, приготування тіста, вистоювання, випікання. Кожна ста-
дія хлібопекарського виробництва характеризується своїми технологічними показниками.
На думку експертів, показниками, які найбільше впливають на якість кінцевого продукту,
є: сила борошна, газоутворююча здатність борошна, автолітична активність борошна;
тривалість дозрівання та інтенсивність бродіння опари; тривалість бродіння тіста, газо-
утримуюча здатність та інтенсивність механічної обробки тіста; тривалість вистоювання
та тривалість випікання тістової заготовки.
У даній статті наведено такі лінгвістичні змінні: сила борошна, інтенсивність бро-
діння опари, тривалість бродіння тіста, температура тіста.
Сила борошна є одним із вирішальних факторів у формуванні якості подового
хліба: чим вища сила борошна, тим краща формостійкість хліба. Для змінної «сила
борошна» (визначається за консистенцією тіста на автоматизованому пенетрометрі
АП-4/1 за показником 60K [3]) універсальною множиною є ]270,80[U , терм-множи-
ною – Т = {«дуже сильне», «сильне», «середнє за силою», «слабке», «дуже слабке»}.
Для побудови функцій належності було використано метод, що базується на
статистичній обробці думок групи експертів [4], які умовно поділялись на категорії:
науковці, технологи хлібопекарського виробництва, працівники лабораторії.
Кожен експерт заповнив анкету, в якій вказав свою думку про наявність у елементів
),1( niu i властивостей нечіткої множини ),1( mjl j . Нехай К – кількість експертів,
k
jib , – думка k-го експерта про наявність у елемента iu властивостей нечіткої множини jl ,
Kk ,1 , ni ,1 , mj ,1 . Вважалось, що експертні оцінки бінарні, тобто 1;0, k
jib ,
де 1 – наявність властивостей нечіткої множини jl у елемента iu , а 0 – відсутність
властивостей (ознак). За результатами анкетування ступінь належності множині було
розраховано за формулою:
Kk
k
ijil b
K
u
j
,1
,
1)( , ni ,1 . (1)
Функції належності зручно задавати в параметричній формі. Найбільшу популяр-
ність отримали трикутна, трапецевидна, гаусова, сигмоїдальна та Пі-подібна функції
належності [1].
Для лінгвістичної апроксимації діапазон зміни сили борошна розбивається на
піддіапазони 60 _100; 101 150; 151 200; 201 250; 250 _ _K менше і більше .
Так як Пі-подібна функція дозволяє здійснити плавний перехід від песимістичної
до оптимістичної оцінки нечіткого числа, тому для побудови функції належності змінної
«сила борошна» було використано саме її. На рис. 1 показано побудову даних функцій, а в
табл. 1 наведені визначення терм-множин змінної.
Шаруда С.С., Кишенько В.Д.
«Искусственный интеллект» 4’2008 190
2Ш
Рисунок 1 – Функції належності лінгвістичної змінної «сила борошна»
Таблиця 1 – Характеристика термів сили борошна
Позначення
факторів
Групи якості борошна,
60K , од. пенетрометра
Координати функції належності
F1 Дуже сильне (100 і менше) [52.6 84.3 100.4 117]
F2 Сильне (101 – 105) [94.6 107.9 144 156]
F3 Середнє за силою (151 – 200) [131 154 194.9 218]
F4 Слабке (201 – 250) [175 205 250 258.7]
F5 Дуже слабке (250 і більше) [220 256 270 297]
Якість кінцевого продукту залежить не лише від якості сировини, а й від дотри-
мання технологічного регламенту. При виготовленні хліба на густій опарі одним з важли-
вих показників є інтенсивність бродіння опари.
Апроксимація функцій належності інтенсивності бродіння опари наведена на рис. 2,
а терм-множина наведена в табл. 2.
Рисунок 2 – Функції належності лінгвістичної змінної «інтенсивність бродіння опари»
Таблиця 2 – Характеристика термів інтенсивності бродіння опари
Позначення
факторів
Інтенсивність бродіння опари,
опбрI . ,
хвкг
млСО
2
Координати функції належності
F6 Дуже низька (менше 20) [16.1 18.7 20.75 22.3]
F7 Низька (21 – 23 ) [19.8 22.3 22.8 24.5]
F8 Нормальна (22 – 26) [21.2 23.41 25.4 26.6]
F9 Висока (25 – 27) [25 26.88 27.3 29.9]
Лінгвістична апроксимація технологічних показників хлібопекарського виробництва
«Штучний інтелект» 4’2008 191
2Ш
На рис. 3 наведено функції належності для лінгвістичної змінної «тривалість бро-
діння тіста», а в табл. 3 – терм-множина.
Рисунок 3 – Функції належності лінгвістичної змінної «тривалість бродіння тіста»
Таблиця 3 – Характеристика термів тривалості бродіння тіста
Позначення
факторів
Тривалість бродіння
тіста, ..тбр , год
Координати функції
належності
F10 Незначна (0,5 – 0,98) [0.0385 0.373 0.704 0.9729]
F11 Близька до нормальної (0,7 – 1) [0.705 0.825 0.938 1.011]
F12 Нормальна (0,89 – 1,46) [0.894 1.11 1.29 1.465]
F13 Висока (1,38 – 1,5) [1.38 1.39 1.48 1.496]
F14 Занадто висока (більше 1,5) [1.465 1.69 1.82 1.88]
Апроксимація функцій належності лінгвістичної змінної «температура тіста» наве-
дена на рис. 4, а терм-множина наведена в табл. 4.
Рисунок 4 – Функції належності лінгвістичної змінної «температура тіста»
Таблиця 4 – Характеристика термів температури тіста
Позначення
факторів Температура тіста, тt , Co
Координати функції належності
F15 Низька (27 – 29) [26.2 26.8 28.1 29.5]
F16 Нормальна ( 28,5 – 33,4) [27.8 29.7 31.33 33.4]
F17 Висока (32,7 – 34) [31.9 33.51 34.9 35.8]
Шаруда С.С., Кишенько В.Д.
«Искусственный интеллект» 4’2008 192
2Ш
Основною метою функціонування хлібопекарського підприємства є виготовлення
продукції якнайвищої якості, при цьому показники якості хліба визначаються в більшості
випадків органолептично та описуються у вербальній формі. Тому доцільно провести
лінгвістичну апроксимацію і показників якості готового продукту. Висновок про якість
хліба можна зробити за такими показниками: форма виробу (правильна, неправильна); стан
поверхні (гладка, нерівна, з тріщинами, з підривами); пористіть (рівномірна, нерівномірна,
мілка, середня, крупна, тонкостінна, товстостінна); колір скоринки (блідий, золотисто-
рожевий, світло-коричневий, темно-коричневий, коричневий); пропеченість (рівномірна,
нерівномірна); еластичність (добра, середня, погана); вологість; кислотність.
Висновок
Характерною особливістю хлібопекарського виробництва є велика ступінь невизна-
ченості; це стосується насамперед якісних показників, так як багато з них вимірюються
органолептичними методами. Саме тому для створення ефективних систем керування
потрібно враховувати цю інформацію та використовувати інтелектуальні засоби керу-
вання.
Простота та потужність нечіткої логіки, як методології вирішення проблемних
ситуацій, гарантує її успішне застосування у вбудованих системах контролю та аналізу
інформації, при цьому відбувається залучення інтуїції та досвіду оператора. Ефективним
механізмом керування в системах з великим ступенем невизначеності є застосування
сценарного підходу [5], [6].
В подальшому отримані результати планується використати для побудови сценаріїв
керування технологічними процесами хлібопекарського виробництва.
Література
1. Кононов Д.А. Эффективные стратегии формирования сценариев поведения сложных систем в АСУ ЧС //
Автоматика и телемеханика. – 2001. – № 2. – С. 170-181.
2. Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB. – М.: Горячая линия – Телеком,
2007. – 288 с., ил.
3. Дробот В.І., Арсеньєва Л.Ю. та ін. Лабораторний практикум з технології хлібопекарського та макарон-
ного виробництв: Навчальний посібник. – К.: Центр навчальної літератури, 2006. – 341 с.
4. Тоценко В.Г. Методи та системи підтримки прийняття рішень. – Київ: Наукова думка, 2002. – 381 с.
5. Юдицкий С.А. Сценарный подход к моделированию поведения бизнес-систем. – М.: Синтег, 2001. – 108 с.
6. Методы формирования сценариев развития социально-экономических систем / В.В. Кульба, Д.А. Кононов,
С.А. Косяченко, А.Н. Шубин. – М.: Синтег. – 2004. – 296 с.
С.С. Шаруда, В.Д. Кишенько
Лингвистическая аппроксимация технологических показателей хлебопекарного производства
В данной статье показано, что хлебопекарное производство действительно является сложным объектом
управления. В таком случае одним из эффективных способов управления является применение сценарного
подхода. Обоснована необходимость использования теории нечетких множеств для построения систем
управления технологическими процессами производства хлеба. Приведены функции принадлежности для
основных технологических показателей данных процессов.
S.S. Sharuda, V.D. Kishenko
Linguistic Approximation of Bread Making Parameters
The article shows that bread making is a complex managing object. One of the most effective way for bread making
managing is a scenario approach. The article explains the need of fuzzy sets theory for bread making manufacture
design. Membership functions for the major characteristics of the bread making processes are given.
Стаття надійшла до редакції 22.07.2008.
|