Положительную роль может сыграть использование комплексного критерия эффективности сортового помола (а также применительно и к его отдельным этапам). Это позволит объективно оценивать уровень организации и ведения процессов.
2.6 Методы оценки эффективности технологического процесса производства муки
2.6.1 Принципы формирования критериев эффективности процессов
По определению, критерием называется количественная мера для оценки достижения целей управления. Выбор критерия, его вида и структуры имеет важное значение.
Зерно является дорогим сырьем, в себестоимости муки и крупы на долю стоимости зерна приходится более 90%. Поэтому повышение эффективности технологии принадлежит к задачам первостепенной важности.
Среди специалистов нет единого мнения, что понимать под эффективностью переработки зерна в мукомольном или крупяном производстве. Что эффективнее: повысить общий выход готовой продукции на 0,5% или же сохранить его на прежнем уровне, но увеличить выработку продукции высших сортов на 5%? Эта неопределенность в известной мере обусловлена необъективностью методов оценки технологической эффективности, применяемых на практике.
На мельницах и крупозаводах результаты переработки зерна оценивают по выходу готовой продукции, учитывая долю особо ценных высоких сортов ее в общем выходе (конечно, при сохранении качества на уровне установленных норм). Например, при сравнении производственной деятельности двух (или группы) мельниц лучшей будет признана та, которая достигла повышенного по отношению к другим выхода высоких сортов муки. Но такой метод оценки не учитывает чрезвычайно важный фактор - различие технологических достоинств зерна.
При одинаково высоком уровне технологии результаты, в силу указанных объективных причин, могут оказаться различными. Следовательно, ориентируясь только на достигнутые уровни выхода и качества готовой продукции, нельзя с необходимой достоверностью оценить технологическую эффективность процесса.
Эффективность технологии измеряют размером затрат, необходимых для достижения определенного результата, либо результатом при фиксированных затратах. В любом случае технологическая эффективность тесно связана с экономической эффективностью.
Конкретно задача технологии муки заключается в обеспечении возможно более полного извлечения эндосперма (ядра) зерна в готовую продукцию, на основе разделения его с оболочками, зародышем и цветковыми пленками (у пленчатых культур). Степень решения этой задачи, очевидно, можно принять в качестве основы для оценки совершенства технологии, уровня организации и ведения технологического процесса.
Следовательно, под эффективностью технологии муки следует понимать полноту реализации потенциальных достоинств зерна как сырья для производства этих видов продукции. На данном положении должен основываться метод оценки технологической эффективности процесса. Необходимо, чтобы такой метод был объективным, т. е. давал возможность сравнения получаемых результатов, независимо от различия исходных показателей качества зерна и других факторов. Кроме того, результаты применения метода должны обладать достаточной степенью точности и воспроизводимости. Необходимо, чтобы используемый критерий в количественной и качественной мере оценивал реализацию в технологическом процессе потенциальных возможностей перерабатываемого зерна, т. е. степень извлечения эндосперма в муку или крупу. Метод должен отличаться оперативностью (с тем, чтобы его можно было использовать не только для систематического, но и для оперативного контроля процесса) и простотой исполнения, т. е. не требовать привлечения дефицитного и дорогостоящего оборудования, сложного математического аппарата.
Вопрос о разработке такого метода изучали многие специалисты, ученые и практики как в нашей стране, так и за рубежом. В результате для сортовых помолов пшеницы предложены и применяются методы, различные по сложности и объективности. На основе избранного варианта решения поставленной задачи эти методы можно разделить на четыре группы.
2.6.2 Оценка по содержанию и зольности эндосперма.
К первой группе можно отнести методы оценки эффективности процесса помола или степени использования зерна, основанные на теоретической оценке соотношения его анатомических частей, с учетом какого-либо показателя качества. Расчетные формулы по данному критерию оценки в свое время были предложены многими учеными.
Общим недостатком методов этой группы является то, что авторы включают в расчетные формулы такие величины, как зольность эндосперма, его относительное содержание, зольность чистых оболочек зерна и т.п. Эти данные можно получить только в условиях сложного и длительного эксперимента, что в производственных условиях неосуществимо. Поэтому авторы принимают некоторые условные значения указанных показателей. Имеющиеся данные показывают, что зольность эндосперма пшеницы варьирует в пределах от 0,36до 0,60 %, а его содержание от 75 до 86 %. Применение усредненных значений недопустимо, поэтому эти методы не отражают реальных результатов.
2.6.3 Оценка на основе баланса муки
Баланс муки представляет собой сумму данных об извлечении и зольности индивидуальных потоков муки с технологических систем процесса помола. Посредством их обработки можно получить информацию об изменении средневзвешенной зольности муки по мере нарастания ее извлечения в процессе. Графическое представление этой информации получило название кумулятивной кривой зольности муки:
Недостатком данного метода является то, что его нельзя применить в качестве оперативного, так как он требует значительной затраты времени на получение данных. Кроме того, показатель кумулятивной кривой не отражает взаимного положения ряда таких кривых на графике, следовательно, нельзя провести сравнительную оценку работы различных мельниц. В самом деле, могут быть случаи, котда отношение L/D у разных предприятий одинаково, но одна из кумулятивных кривых расположена ниже, что указывает на дополнительные достоинства данного процесса. Не учитывается также, что начальный участок кривой может иметь разный наклон к горизонтальной оси.
2.6.4 Оценка на основе содержания крахмала в зерне и продуктах его переработки
Эта группа методов основана на том, что крахмал содержится только в эндосперме зерна и отсутствует в зародыше, оболочках и алейроновом слое, которые при помоле направляются в побочные продукты. Сорта муки при многосортном помоле предложено оценивать по относительному содержанию крахмала в них.
Указанный метод интересен тем, что в роли показателя качества муки и зерна применяют не зольность, а содержание крахмала. Но этот метод не характеризуют полноты извлечения эндосперма в муку, а лишь сравнивают качество конечных продуктов с качеством исходного сырья по одному показателю, не способному в отрыве от других полностью оценить процесс помола
2.6.5 Прочие методы
Существует ряд методов, предложенных для оценки потенциальных возможностей зерна и технологической эффективности процесса сортового помола на мукомольных заводах. Они основаны на определении не одного показателя качества зерна и муки, а целого комплекса показателей технологических свойств зерна. Для оперативного расчета и получения объективной оценки результатов лабораторных помолов в ряде стран используют компьютерный метод. Так, в США использовали ПК при оценке результатов опытных лабораторных помолов большого числа образцов пшеницы для их классификации и выявления отклонений от стандартных сортов. При этом было принято 11 показателей: натура зерна, содержание белка, выход муки высшего сорта, водопоглощение воды мукой (по фаринографу), характеристика качества теста, объемный выход хлеба из 100 г муки, оценка цвета мякиша и корки хлеба и т. п.
Было установлено, что оценка качества пшеницы с помощью ПК исключает возможность субъективных выводов и резко сокращает затраты труда на процесс обработки многочисленных материалов лабораторных исследований. Но этот метод непригоден для оценки технологической эффективности процесса помола, так как включает в себя резко разнородные показатели, в том числе не связанные с технологией муки.
Для эффективности работы лабораторных мельниц различного типа предложены показатели стоимости продукции, выработанной на различных лабораторных и производственных мельницах в результате переработки одного и того же сорта пшеницы (при одинаковых методах и режимах ГТО зерна).
В настоящее время на многих предприятиях проводится оценка сортов муки с помощью показателя белизны, измеряемого фотометром. Показатель белизны призван сменить до сих пор широко применяемый на практике показатель зольности зерна и продуктов его переработки. В результате установлена связь белизны муки с показателем ее зольности.
Некоторые ученые, изучив особенности распределения химических веществ зерна при его помоле, предлагают рассчитывать выход муки на основе содержания пентозанов в зерне, эндосперме и отрубях.
Таким образом, все методы, отнесенные к этой группе, основаны на некоторых искусственно сконструированных расчетных формулах и не обладают необходимой объективностью, а также ясным физическим смыслом, что не позволяет применить их в производственной деятельности современных мукомольных заводов.
Следовательно, ни один из приведенных методов не характеризует в количественно-качественном виде выполнение основной задачи процесса сортового помола - полноту извлечения крахмалистого эндосперма. Использованные показатели качества исходного зерна и полученной продукции являются либо косвенными, либо необоснованно усредненными (зольность эндосперма оболочек и алейронового слоя, выход муки, содержание крахмала в эндосперме и др.), что влечет за собой ошибку в результатах, величину которой нельзя установить. Кроме того, использование приведенных методов не позволяет оперативно контролировать организацию и ведение технологического процесса помола, т.к. на получение данных требуется значительная затрата времени.
2.6.6 Комплексный критерий эффективности сортового помола зерна
Проведенный анализ применимости различных методов оценки эффективности переработки зерна в муку показывает, что большинство их не обладает необходимой объективностью, они сложны в исполнении и требуют значительной затраты времени на получение конечного численного результата. В отечественной мукомольной практике наибольшее применение имеет введенный в 30-е годы П.П. Тарутиным технологический показатель К, равный отношению выхода муки к ее зольности. В этом случае результат получается сразу же по выполнении анализа муки на ее зольность, т.е. метод не требует дополнительных затрат времени на определение этого показателя. Но более углубленный анализ его свидетельствует о недостаточной информативности этого показателя. Например, если из нескольких партий зерна различной исходной характеристики -зольности и т.п. - получен одинаковый выход муки в размере 75%при одной и той же зольности ее 0,55%, то показатель К будет иметь одно и то же значение, а именно 136,4. Таким образом, показатель К не учитывает, что получение одинакового результата помола при переработке зерна различной зольности сопряжено с различным уровнем организации и ведения технологического процесса: несомненно, что достигнуть этого при помоле пшеницы зольностью 1,95% значительно труднее, чем при помоле зерна зольностью 1,65%.
Следовательно, требуется иной критерий, который отражал бы эту особенность процесса. В качестве такого критерия эффективности помола предлагается комплекс в следующем виде:
, (2.1)
где И - выход муки в %,
Z0 и Z1 - зольность зерна и муки в %.
Анализ показывает, что этот критерий можно использовать и для оценки эффективности отдельных этапов помола, и для отдельных технологических систем измельчения. Следует отметить, что он давно уже используется для оценки эффективности обогащения крупок на ситовеечных системах.
Интересно, что А.С. Данилин ранее предлагал для более полного анализа эффективности измельчающих систем использовать расчет относительного снижения зольности извлеченного продукта, по сравнению с поступающим на систему:
, (2.2)
В результате было получено, что на первых пяти системах размольного процесса это относительное снижение зольности составляло от 25 до 35 %. К сожалению, автор применил этот показатель только для размольных систем и только в единичном случае.
Предлагаемый комплексный критерий эффективности сортового помола зерна обладает необходимой объективностью оценки. Это обусловлено тем, что он включает и количественный показатель - извлечение продукта И%, и качественный - Д, т.е. по самой природе своей обладает необходимой полнотой критерия. При расчете эффективности по формуле исчезает неопределенность результата, связанная с различной зольностью поступающей в переработку партии зерна. Полученный результат позволяет осуществить сравнительную оценку эффективности помола разных помольных партий, разных технологических бригад, разных мельниц и т.д.
Отдельные этапы технологического процесса взаимодействуют друг с другом, поэтому изменение параметров одного из них отражается на параметрах других. В связи с этим нужна не просто стабилизация определяющих параметров на отдельных этапах, но синхронизация управляющих воздействий на всех этапах. Это определяется комплексным характером технологического процесса, его системной сущностью.
Применение математического моделирования позволяет выявить определяющие факторы эффективности процесса, качества готовой продукции и другие, а также оценить вклад каждого из этих факторов в конечный результат. Создание АСУТП таких сложных процессов, представляющих собой системы, требует разработки математических моделей, формализовано описывающих процесс.
Эти результаты показывают, что при сортовых помолах пшеницы и ржи необходимо так регулировать работу всех измельчающих систем, чтобы обеспечить максимальное снижение зольности извлекаемых продуктов, при заданном размере их извлечения. Именно это определяет высокую эффективность помола, что напрямую связано с рентабельностью предприятия.