296

Технология производства сгущенного молока

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Технологический процесс производства сгущенного молока как объекта управления. Текущее состояние производства сгущеных молочных продуктов в целом и тенденции его развития. Характеристика технологических процессов и оборудования.

Русский

2012-11-14

1.72 MB

881 чел.

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Новокузнецкий институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Кемеровский государственный университет»

Факультет информационных технологий

Кафедра систем автоматизации управления

Технология производства сгущеного молока

Курсовая работа

по дисциплине «Базовые материальные технологии и модели объектов управления»

Студент гр. А-09 Захарова Наталья Анатольевна     

         подпись

Работа сдана для проверки «______» __________ 20__ г.

Работа защищена «_____» ________ 20__ г с оценкой ____________

Руководитель курсовой работы

к.т.н., зав. кафедрой       И.А. Жибинова

      подпись

Новокузнецк 2012


СОДЕРЖАНИЕ

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СГУЩЕННОГО МОЛОКА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 5

1.1 ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА СГУЩЕНЫХ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ В ЦЕЛОМ И ТЕНДЕНЦИИ ЕГО РАЗВИТИЯ 6

1.2 ДИНАМИКА СПРОСА НА СГУЩЕНОЕ МОЛОКО (НА ПРИМЕРЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ) 9

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 12

2.1 ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА 15

2.2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ 18

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ 20

3.1 ГОМОГОНИЗАТОРЫ 22

3.2 СЕПАРАТОРЫ 23

3.3 ПАСТЕРИЗАЦИОННО-ОХЛАДИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ 25

3.4 ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ 27

3.5 ЕМКОСТЬ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ МОЛОКА 29

3.6 ВАКУУМ - ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА 30

3.7 АВТОМАТ ДЛЯ УПАКОВКИ 32

3.8 ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СТРУКТУРА 33

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 35

4.1 АВТОМАТИЗАЦИЯ СГУЩЕНИЯ МОЛОКА В ДВУХКОРПУСНОЙ ВАКУУМ-ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКЕ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ТИПА 37

5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 45

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 50

ПРИЛОЖЕНИЕ А. МНОГОФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ 51

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ВРЕМЕННЫЕ РЯДЫ 60


РЕФЕРАТ

Пояснительная записка 78 страниц, 11 рисунков, 3 таблицы, 3 схемы, 15 источников, 2 приложения.

СГУЩЕННОЕ МОЛОКО, ПРИЕМКА И ПОДГОТОВКА СЫРЬЯ, ОЧИСТКА И ОХЛАЖДЕНИЕ МОЛОКА, НОРМАЛИЗАЦИЯ ИСХОДНОЙ СМЕСИ, ПАСТЕРИЗАЦИЯ, СГУЩЕНИЕ, ГОМОГЕНИЗАЦИЯ, ВНЕСЕНИЕ СОЛЕЙ СТАБИЛИЗАТОРОВ, ФАСОВКА И УПАКОВКА, СТЕРИЛИЗАЦИЯ МОЛОЧНЫХ КОНСЕРВОВ, ХРАНЕНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ, МОЛОКО, САХАР, ВОДА.

В курсовой работе рассмотрен технологический процесс производства сгущенного молока. Текущее состояние производства в экономике страны.

Сведения о состоянии данного вида деятельности на настоящее время. Представлены статистические сведения о динамике показателей производства.

Представлены: физико-химические основы производства, характеристика сырья и готовой продукции, характеристика технологического процесса и оборудования, характеристика технологического процесса как объекта управления.

Показана операционная структура технологического процесса. Так же метрологическое обеспечение технологического объекта управления – количество и перечень контролируемых данных, число измеряемых и контролируемых параметров.


ВВЕДЕНИЕ

Производство сгущенных молочных консервов позволяет: увеличить сроки хранения молока и обеспечить ежедневное его употребление в тех условиях, при которых свежее питьевое молоко не может быть завезено; расширить ассортимент ценной молочной продукции.

Производят сгущенное молоко с сахаром и без сахара. Сгущенные молочные консервы с сахаром представляют собой пищевые продукты, получаемые из пастеризованного молока путем выпаривания из молока некоторой части воды и консервирования его сахарозой. Сахароза выполняет консервирующие функции, увеличивает осмотическое давление, что приводит к плазмолизу и, как результат, отмиранию микробных клеток.

Сгущенные стерилизованные консервы продукты, изготовленные из сгущенного цельного или обезжиренного молока или из сливок без сгущения с последующей стерилизацией в таре. В сгущенном молоке без caxapa содержится много воды (72-74%).

На формирование потребительских качеств сгущенных молочных продуктов влияют вид и качество сырья, технология приготовления Основным сырьем является молоко, сливки и сахар; вспомогательным кофе, цикорий, кофейные напитки, какао. Кофе, цикорий, какао влияет на вкус, аромат и цвет продуктов. Сахар придает им сладкий вкус, Густую консистенцию и повышает энергетическую ценность. Молоко или приготовления сгущенных молочных продуктов должно иметь высокую термостойкость и низкую кислотность.

Цель работы: изучение технологии изготовления сгущенного молока.

  1.  
    ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СГУЩЕННОГО МОЛОКА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Сгущенные молочные консервы вырабатывают по традиционной технологии в соответствии с ГОСТом 2903-78 и по различным ТУ. Настоящий стандарт распространяется на сгущенное цельное молоко с сахаром, получаемое из пастеризованного коровьего молока выпариванием из него части влаги и консервированием сахаром. Стандарт периодически изменяется.

Традиционная технология сгущенного молока с сахаром. Сгущенные молочные консервы вырабатывают двух видов: с сахаром и без него (стерилизованные). Сгущенные молочные консервы с сахаром. Имеют однородную по всей массе консистенцию без ощутимых органолептически кристаллов лактозы, белый с кремовым оттенком цвет (для нежирных консервов допускается голубоватый оттенок, а для консервов с наполнителем — темно-коричневый). Эти консервы обладают сладким вкусом с выраженным оттенком пастеризованного молока или сливок, а консервы с наполнителями — хорошо выраженными вкусом и запахом натурального кофе или какао.

В настоящее время изготовляют большой ассортимент сгущенных консервов с сахаром, нежирных и с массовой долей влаги от 26 до 30 %, сухих веществ от 26 до 36, жира от 5 до 19 и сахарозы от 37 до 44 %, кислотностью от 37 до 60 Т. В готовых консервах общее количество бактерий в 1 г допускается не более 50 000 (для молока сгущенного с сахаром, нежирного и пахты) и 35 000 (для сгущенных консервов с сахаром, кофе и какао), бактерии группы кишечной палочки в 0,1 г продукта и патогенные микроорганизмы не допускаются. Предприятия отрасли выпускают следующие виды консервов: цельное сгущенное молоко с


сахаром, сгущенные сливки с сахаром; нежирное сгущенное молоко с

сахаром; сгущенную пахту с сахаром; натуральный кофе со сгущенным молоком и сахаром, какао со сгущенным молоком и сахаром, какао со сгущенными сливками и сахаром и другие с различными оригинальными названиями.

Так же данный продукт можно найти в общероссийском классификаторе видов экономической деятельности (ОКВЭД), в сфере производство по изготовлению, под идентификатором 15.51.5 - Производство сгущенных молочных продуктов и молочных продуктов, не включенных в другие группировки.

  1.  ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА СГУЩЕНЫХ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ В ЦЕЛОМ И ТЕНДЕНЦИИ ЕГО РАЗВИТИЯ

За период 1999-2005 гг. произошел практически двукратный рост рынка молочных консервов. Затем темпы роста рынка замедлились до 2-3%% в год (в натуральном выражении), рынок остается интересным для крупных операторов.

Возрастающее влияние на рынок оказывают белорусские производители. Объемы ввоза белорусских молочных консервов вырастут и компенсируют снижение поставок из Украины. В ближайшей перспективе поставки украинских консервов уже не будут играть такой роли, как прежде. Цены на молочные консервы в условиях роста цен на сахар в 2006 – 2008 гг. растут больше, чем в предыдущие годы. Средние цены по РФ на сгущенное молоко с сахаром, изготовленное по ГОСТу, растут ежегодно с 2005г. на 22 – 25% (с 15,89 руб./банка в 2005г. до 34 – 36 руб./банка в 2008 г.).


Обозначенная проблема имеет место быть во всех сегментах рынка. Что же касается конкретно производства сгущенного молока, то важно помнить, что было принято немало различных актов, которые регламентировали

производство этой продукции, но, несмотря на них, масло и сгущенка остаются самыми фальсифицируемыми продуктами на молочном рынке. Таковы, например, статистические данные ИКАР.

Так же, эксперты утверждают, что рынки стран дальнего зарубежья остаются недоступными российским производителям. Небольшие поставки в отдельные страны не изменяют этой ситуации. На практике ввезенное туда сгущенное молоко с сахаром раскупается нашими бывшими соотечественниками, поэтому пока производители работают в основном на отечественного потребителя.

Во многих регионах России есть молочно-консервные предприятия. Во времена СССР они все работали практически на максимальную мощность.

Сейчас многие из них уже не функционируют – устарело оборудование или их просто перекупили; многие переориентировались на производство традиционных молочных продуктов ежедневного потребления.

Перспективы развития продукта и его востребованность. Компания inFOLIO Research Group опубликовала в журнале Russian Food and Drinks Magazine результаты исследования российского рынка молочных консервов. По данным, собранным специалистами компании, около 80% рынка молочных консервов приходится на сгущенку с сахаром, при этом 15,8% — на вареное сгущенное молоко. Молочные консервы с различными наполнителями остались практически невостребованными — их рыночная доля не превышает 1%.

Приведенные данные легко объяснить: в первую очередь на такой пестроте данных сказываются традиционные, сложившиеся десятилетиями вкусовые предпочтения россиян. А предприятия, как известно, выпускают то, что востребовано. Сегодня почти каждый производитель молочных


продуктов, продвигая собственную торговую марку, играет на том, что именно его продукт самый натуральный, вкусный и полезный.

Говорить можно многое, однако последнее слово принадлежит профессиональным экспертам различных конкурсов и потребителям.

Рекламные производители пытаются использовать в продвижении продукта на рынке юмор. Так, команда креативного агентства Ark Thompson разработали идею инновационного продукта — «Питьевая сгущенка с трубочкой!»

Все логично: каждый выбирает свою стратегию перспективы развития. Одни — привлекают дополнительные средства или, наоборот, секвестируют свои бюджеты; другие — продвигают новые бренды, делая акцент на креатив, в том числе, и юмор. Это закономерно. Главное, чтобы продукт оказался востребован потребителями.

С целью внедрения новых технологий в продукцию молочных консервов, была произведена замена молочного жира на растительный. Со временем все мы идеализируем то, что было в прошлом, но самом деле, рецептура производства сгущенки, какая была, такая и осталась.

В советское время ГОСТы допускали наличие в составе сгущенного молока только молочных жиров. В настоящее время широко применяются растительные, в частности — пальмовое масло, соевые продукты (зачастую генетически модифицированные) и другие компоненты. Это снижает вкусовые качества изделия, но также снижает и его стоимость. Такую «сгущенку» выпускают не по ГОСТу, а по различным ТУ, что обычно отражается на этикетке.

Что касается упаковки и дизайна - традиционно сгущенка выпускается в металлических и пластиковых банках (Рисунок 1). Однако в последнее время востребованной стала упаковка doy–pack (Рисунок 2).

Верный показатель того, что потребитель покупает настоящее сгущенное молоко — состав, изготовленный в соответствии с ГОСТом


2903-78 и синяя с белым этикетка на банке, как бренд.

                                          

Рисунок 1 – Металлическая банка                                       Рисунок 2 - Упаковка doy–pack

  1.  ДИНАМИКА СПРОСА НА СГУЩЕНОЕ МОЛОКО (НА ПРИМЕРЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ) 

Институтом Аграрного Маркетинга (ИАМ) в октябре 2007 г. подготовлено исследование российского рынка молочных консервов. Благодаря оценке основных особенностей рынка, а также тенденций его развития были спрогнозированы перспективы развития данного сегмента молочного рынка на период до 2012 г.

На протяжении 6 лет (до 2005 г. включительно) в целом по России наблюдалась отчетливая тенденция к увеличению производства молочных консервов. В дальнейшем в данном сегменте молочного рынка наметилась тенденция к сокращению производства: в 2006 г. выпуск продукции уменьшился на 3,1 % по сравнению с 2005 г.

Десятку лидеров 2006 г. по производству молочных консервов на федеральном уровне представляют следующие регионы России: Белгородская, Смоленская, Орловская, Омская области, Краснодарский край, Тюменская, Курганская, Курская, Кемеровская, Воронежская области. Суммарная доля этих регионов в общероссийском объеме производства


молочно-консервной продукции составляет 80 %.

В настоящее время российский рынок молочных консервов не является зависимым от импортных поставок, более того, доля импортной продукции в общих ресурсах имеет тенденцию к сокращению. Так, если в 2004 г. российский рынок зависел от импорта на 2 %, то в 2006 г. – лишь на 0,2 %. Ограничение ввоза молочных консервов из Украины в 2006 г. (доля ввоза которой составляла порядка 95 %) повлияло на изменение структуры стран-поставщиков в общероссийском объеме импорта. В результате структурных изменений упрочились позиции Литвы, Германии и Нидерландов.

За период 2004-2006 гг. было отмечено сокращение общероссийской емкости рынка на 6,9 %, что обусловлено снижением уровня потребления молочных консервов в пересчете на душу населения. Сокращение розничного потребления консервированной молочной продукции объясняется тем, что если раньше она была одним из немногих доступных молочных десертов, то в настоящее время потребителю предлагается широкий выбор различных видов продукции: муссов, молочно-шоколадных паст, йогуртов, творожков, глазированных сырков и т.п. Кроме того, авторитет этого продукта подрывает невысокое качество продукта.

Что касается промышленного потребления сгущенного молока, то оно, напротив, показывает положительную динамику, благодаря увеличению его использования, в первую очередь, кондитерскими предприятиями. В связи с тем, что российский рынок молочных консервов является профицитным и объемы собственного производства продукции примерно на 10-15 процентов превышают спрос на нее, то одной из особенностей рынка является увеличение экспорта. За период 2004-2006 гг. объемы вывозимой за пределы РФ молочноконсервной продукции увеличились почти в 2 раза.

В настоящее время большинство молочно-консервных комбинатов России имеют недозагруженные производственные мощности: в 2006 г. среднероссийский показатель использования производственных мощностей


составил 66 %. Недозагрузка производственных мощностей связана, прежде всего, не с их износом, а с недостатком сырья. В этих условиях предприятия, по уже сложившейся традиции (ВБД, Юнимилк и проч.), обзаводятся собственными сырьевыми базами. Другие добиваются значительных объемов выпуска, нарушая технологии производства и снижая качество продукции.

По результатам проверки качества сгущенного молока в российских розничных магазинах Общенациональной Ассоциацией Генетической Безопасности (ОАГБ) 80 % исследованной продукции не соответствует стандартам качества. Одной из основных особенностей отрасли в настоящее время является консолидация активов в руках небольшой группы наиболее значимых игроков рынка молочных консервов. По результатам проведенного ИАМ исследования, максимальные совокупные доли на рынке (порядка 20%) в настоящее время имеют: ЗАО Торговый Дом «Союзконсервмолоко» (владелец торговой марки «Густияр») и Компания «Эрконпродукт» (торговая марка «Молочная страна»). Лидеры молочного рынка Федерального уровня – Компании «Юнимилк» и «Вимм-Билль-Данн» - в данном сегменте занимают не столь сильные позиции. Компании «Юнимилк», в состав группы лиц которой входит четыре предприятия выпускающих молочные консервы, принадлежит десятипроцентная доля рынка, Компании «Вимм-Билль-Данн» - всего 3 %.

По мнению экспертов ИАМ, в ближайшей перспективе рынок молочных консервов ожидает дальнейшее разделение среди небольшой группы сильнейших игроков, значительных инвествложений в строительство новых комбинатов молочных консервов не ожидается, а увеличение конкурентных возможностей будет происходить за счет расширения ассортимента продукции.

Еще одной особенностью рынка в настоящее время является развитие молочно-консервными предприятиями параллельных производств и выпуск совершенно новых для себя продуктов. Так, например, ООО


«Нижнекисляйский молочно-консервный комбинат» в Воронежской области с 2005 г. освоил производство овощных и мясорастительных консервов. ОАО «Ялуторовскмолоко» (Тюменская область), являясь одним из основных производителей молочно-консервной продукции, при инвестиционной поддержке Компании «Юнимилк» в 2006 г. начал выпуск полного ассортимента молочной продукции под торговой маркой «Простоквашино».

  1.  ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Технология изготовления сгущенного молока осуществляется поэтапно:

- Приемка и подготовка сырья

- Очистка и охлаждение молока

- Нормализация исходной смеси

- Пастеризация

- Сгущение

- Гомогенизация

- Внесение солей стабилизаторов

- Фасовка и упаковка

- Стерилизация молочных консервов

- Хранение и реализация

Подобранное по качеству и очищенное молоко нормализуют по массовой доле жира и СОМО (сухой обезжиренный молочный остаток).

Нормализация осуществляется для получения в молочных консервах необходимого соотношения между составными частями сухого вещества. При этом соотношение массовых долей двух любых составных частей сухого вещества в нормализованной смеси и готовом продукте должны быть одинаковыми.


Нормализованную смесь перед пастеризацией обязательно проверяют на термоустойчивость, так как при производстве стерилизованных консервов молоко подвергается воздействию высоких температур и при низкой термоустойчивости может происходить свертывание, загустевание и образование хлопьев в готовом продукте. Термоустойчивость молока в значительной степени зависит от его химического состава и, особенно, от равновесия солевого состава.

Повышение термоустойчивости молока достигается внесением солей –стабилизаторов. Их добавляют в пастеризованную смесь или сгущенное молоко.

Способствует повышению термоустойчивости и режим пастеризации перед сгущением, обеспечивающий наиболее полную денатурацию сывороточных белков. В зависимости от применяемого оборудования молоко пастеризуют при следующих режимах: нагревают в потоке при температуре 88±20С, затем при температуре 125±50С с выдержкой 30 секунд с последующим снижением температуры до 86±20С путем само испарения в вакуумной камере или последовательно нагревают в четырех подогревателях вакуум – выпарной установки до температуры 88±50С, затем в высокотемпературном подогревателе до температуры 120±50С с последующим снижением температуры до 105 0С в вакуумной камере.

В пленочных многокорпусных вакуум – выпарных установках непрерывного действия молоко сгущают в стандартном режиме: температура кипения молока не должна превышать в первом корпусе 780С, во втором корпусе 660С, в третьем 560С. Окончание процесса сгущения контролируют по достижению стандартной плотности и массовой доли сухих веществ в продукте.

В зависимости от типа применяемой вакуум – выпарной установки молоко сгущается до массовой доли сухих веществ 25-28 %.

Сгущение молока заканчивают после достижения плотности 1061-1063


кг/м3 (при 200С) при производстве сгущенного стерилизованного молока и 1066-1068кг/ м3 при производстве концентрированного молока.

Сгущенное молоко гомогенизируют на двухступенчатых гомогенизаторах при температуре 74±20С и общем давлении 18±1,0 МПа. Целесообразность применения двухступенчатого гомогенизатора обусловлено необходимостью постепенного повышения давления, так как гомогенизация при высоком давлении снижает термоустойчивость молока. После гомогенизации молоко охлаждают до температуры 4±20С. В охлажденное сгущенное молоко вносят соли – стабилизаторы для  восстановления, нарушенного при пастеризации и сгущении баланса солей.

Для повышения термоустойчивости молока применяют смеси солей, состоящие из цитратов и гидрофосфата калия и натрия, взятых в соотношении, аналогичном соотношении этих солей в натуральном молоке.

При внесении солей – стабилизаторов в пастеризованное молоко общая продолжительность взаимодействия молока с солями составляет 6 часов. Вязкость продукта в этом случае идентична вязкости, полученной при выдерживании сгущенного молока с солями – стабилизаторами в течении 6-7 часов до стерилизации.

Стерилизация сгущенных консервов может осуществляться двумя способами: в потоке перед розливом и в таре после розлива.

Для выработки сгущенных стерилизованных консервов в нашей стране широко используют стерилизацию в таре.

Режим стерилизации устанавливают в соответствие с формулой стерилизации, представляющей собой следующую условную запись теплового режима аппарата, в котором осуществляется стерилизация:

,

где Т1, Т2, Т3 – продолжительность соответственно подогревания, стерилизации, охлаждения, мин;


t
– температура стерилизации, 0С.

Сгущенное или концентрированное молоко, выдержавшее пробную стерилизацию, разливают в предварительно вымытые и пропаренные металлические банки. Наполненные и упакованные банки проверяют на герметичность и направляют на стерилизацию. Для стерилизации продукта в таре используют стерилизаторы непрерывного действия гидростатического или роторного типа, а также стерилизаторы периодического действия. В стерилизаторах гидростатического типа банки со сгущенным или концентрированным молоком стерилизуют при температуре 116-1170С с выдержкой 14-17 минут. Температура охлаждения стерилизованных консервов должна составлять 20-400С.

Готовые продукты хранят при температуре от 0 до 100С и относительной влажности воздуха не выше 85% в течении не более 12 месяцев со дня выработки.

  1.   ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА

Производство сгущенного молока с сахаром основано на увеличении концентрации сухих веществ молока путем сгущения и добавления сахарозы.

По ГОСТ 2903 - 78 сгущенное молоко с сахаром должно иметь следующий состав (в %) и свойства: содержание влаги не более 26,5, сахарозы не менее 43,5, сухих веществ молока не менее 28, в том числе жира не менее 8,5; кислотность не более 48Т; вязкость 3 - 10 Пас.

Основным показателем, определяющим качество сгущенного молока с сахаром, является консистенция (наиболее часто встречающийся порок продукта  -  изменение его консистенции  -  загустевание).

Один из важнейших факторов, влияющих на консистенцию сгущенного молока с сахаром,  -  химический состав молока, главным образом,


его белково-солевой состав. Для производства продукта наиболее пригодно молоко с низкой величиной соотношения между жиром и СОМО (около 0,425), с мелкими жировыми шариками и казеиновыми мицеллами и оптимальным содержанием кальция (не более 125 мг %). Эти показатели зависят от времени года, стадии лактации, породы, состояния здоровья животных и других факторов.

Вязкость готового продукта зависит от кислотности молока. Повышение кислотности сырого молока (в результате сбраживания бактериями молочного сахара) нарушает солевой баланс молока, снижает тепловую устойчивость казеина и отрицательно сказывается на консистенции сгущенного молока с сахаром.

Во время тепловой обработки  -  пастеризации и сгущения  -  происходят физико-химические изменения составных частей исходного молока.

При пастеризации денатурируют сывороточные белки, концентрация которых при сгущении увеличивается. Изменяется структура казеина: он приобретает способность к агрегации. Часть солей молока переходит в нерастворимое состояние  -  изменяется соотношение между катионами кальция, анионами фосфорной и лимонной кислот. Таким образом, режим пастеризации влияет на белково-солевой состав молока и, следовательно, на вязкость сгущенного молока с сахаром и его стойкость к загустеванию при хранении. например, температура пастеризации молока 85 - 95°С способствует повышению вязкости сгущенного молока с сахаром, а температура выше 100°С  -  получению продукта сравнительно жидкой консистенции. Следовательно, для выработки продукта оптимальной вязкости режим пастеризации следует выбирать с учетом сезонных изменений состава и свойств молока.

Во время сгущения возрастает концентрация солей кальция, в результате чего казеиновые мицеллы укрупняются и соединяются с денатурированными сывороточными белками. Изменению подвергается жировая фаза молока. При пастеризации дробятся жировые шарики, комочки слипшихся шариков


разъединяются, снижается скорость отстаивания сливок. Во время сгущения, наряду с дроблением жировых шариков (при увеличении числа мелких шариков размером менее 2 мкм), наблюдается их укрупнение и частичная дестабилизация жировой эмульсии. При этом выделяются летучие жирные кислоты и лактоны, которые вместе с продуктами распада молочного сахара участвуют в формировании свойственных пастеризованному молоку вкуса и запаха.

В процессе пастеризации и сгущения разрушаются ферменты и витамины. В процессе сгущения уменьшается содержание витамина А на 19%, В2 - на 8-21, В6 и В12 - на 40, С - на 20, Е - на 3-12%.

Технологический режим сгущения молока (температура и длительность ее воздействия) также существенно влияет на коллоидную систему молока и консистенцию готового продукта. Оптимальным считается следующий режим: температура не выше 60°С и продолжительность не более 2 - 2,5 ч.

Большое значение для качества продукта имеют состав и время введения в молоко сахарного сиропа. Сахарный сироп целесообразно подавать в вакуум-выпарную установку одновременно с молочной смесью или за 20 - 25 мин до окончания сгущения (при содержании в сгущенном молоке 46 - 48% сухих веществ). Сахарный сироп должен содержать минимальное количество инвертного сахара (смесь фруктозы и глюкозы), образующегося при инверсии сахарозы.

Во время охлаждения происходит кристаллизация молочного сахара, от правильности проведения которого зависит консистенция готового продукта.

В неохлажденном сгущенном молоке с сахаром содержится 11 - 12% лактозы, которая растворена в 25 - 26% влаги, образуя при 50 - 60°С насыщенный раствор. При охлаждении продукта после сгущения (до 20°С) раствор лактозы становится пересыщенным, и часть ее выпадает в виде кристаллов. Переход лактозы в кристаллическое состояние происходит в две стадии: сначала зарождаются центры кристаллизации, затем растут кристаллы.

Размер кристаллов молочного сахара зависит от режима охлаждения


сгущенного молока (температуры и продолжительности).

Консистенция сгущенного молока с сахаром определяется размерами и количеством образовавшихся при охлаждении и хранении продукта кристаллов молочного сахара.

Для обеспечения хорошей консистенции продукта необходимо стремиться к массовому образованию мелких кристаллов лактозы (размером до 10 мкм) при возможно полной ее кристаллизации. Недостаточно полная кристаллизация лактозы в процессе охлаждения может привести к ее кристаллизации во время хранения продукта. При этом образуются крупные кристаллы размером 20 - 25 мкм. Быстрое охлаждение сгущенного молока с сахаром до температуры усиленной кристаллизации (18 - 20°С) способствует образованию большого количества мелких кристаллов лактозы. Длительное охлаждение может привести

не только к выпадению крупных кристаллов лактозы, но и к другим порокам продукта  -  загустеванию и побурению.

На интенсивность кристаллизации лактозы влияют также количество вносимой в сгущенное молоко затравки, продолжительность и интенсивность его перемешивания.

  1.  ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

К сырью, предназначенному для производства молочных консервов, предъявляют повышенные требования, так как пороки сырого молока в результате концентрирования сухих веществ усиливаются.

Для консервирования пригодно натуральное молоко, соответствующее требованиям ГОСТ 13264-88. оно должно быть термоустойчивым, иметь кислотность 16-160Т (для концентрированного молока), не выше 190Т (для стерилизованных консервов) и 200Т (для других видов молочных консервов), а также иметь невысокую микробиологическую обсемененность. При подборе молока для консервов необходимо учитывать его химический состав


и свойства. Массовая доля воды в молоке должна составлять 87,5%, жира 4,0%, СОМО 8,75%. Причем отношение жира к СОМО должно быть в пределах 0,4-0,69. Кроме того следует учитывать содержание сывороточных белков, которые понижают термостойкость. По этой причине считается непригодным для выработки консервов молозиво и стародойное молоко. Более пригодно молоко с меньшими размерами жировых шариков и мицелл казеина, так как в таком молоке замедляется отстаивание белково-жирового слоя при хранении.

Таким образом, пригодность сырья устанавливают по результатам физико-химических и бактериологических анализов, а также органолептической проверки.

Готовая продукция - сгущенные молочные консервы представляют собой продукт, получаемый из подвергнутой тепловой обработке молока, путем выпаривания из него части воды и консервирования сахаром. В последние годы ассортимент молочных консервов значительно расширился в первую очередь за счет продуктов, вырабатываемых по техническим условиям.

По составу сгущенные молочные консервы характеризуются следующими показателями: массовая доля влаги не более 26,5%; жира не менее 8,5%, сахарозы не менее 43,5% (таблица 2).

Продукт обладает сладким, чистым вкусом, без посторонних привкусов и запахов, белым с кремовым оттенком цветом и однородной во всей массе продуктов консистенцией. Размер кристаллов лактозы 8-10 мкм, вязкость 2-15 Па·с (зависит от вида продукта, качества молока и режимов технологии). Достаточно стабильно жировая фаза.

Требования к органолептическим и микробиологическим показателям сгущенных молочных консервов с сахаром представлены в таблице 1.


Таблица 1 – Органолептические показатели молока сгущенного

Показатель

Характеристики и норма

Консистенция

Однородная по всей массе без наличия ощутимых органолептических кристаллов лактозы. Допускается слабомучнистая консистенция.

Вкус и запах

Сладкий, чистый, с выраженным привкусом пастеризованного молока без каких-либо посторонних привкусов и запахов. Допускается наличие легкого кормового привкуса.

Цвет

Белый с кремовым оттенком, равномерный по всей массе.

Таблица 2 – Параметры готового продукта

Параметры

Норма

Содержание сухих веществ, %

28,0

Содержание влаги, %

26,5

Содержание жира, %

8,7

Содержание сахарозы, %

43,5

Кислотность, °Т

48,0

  1.  ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

Технологический процесс – это непрерывный поток, в котором исходные материалы преобразуются в готовые изделия. Технологический процесс по производству сгущенного молока имеет  линейную, непрерывную структуру. (Схема 1)

Схема 1 – Линейная структура производства


Процесс производства: 1 – приемка и подготовка сырья, 2 – очистка и охлаждение молока; 3 – нормализация исходной смеси; 4 – пастеризация смеси; 5 - сгущение смеси; 6 – гомогенизация смеси; 7- внесение солей - стабилизаторов; 8 – фасовка и упаковка; 9- стерилизация молочных консервов; 10 – хранение и реализация.

Иерархия элементов производственного процесса будет выглядеть следующим образом - схема 2.

Схема 2 – Иерархия элементов производственного процесса изготовления сгущенного молока

1 – приемка и подготовка сырья, 2 – очистка и охлаждение молока; 3 – нормализация исходной смеси; 4 – пастеризация смеси; 5 - сгущение смеси; 6 – гомогенизация смеси; 7- внесение солей - стабилизаторов; 8 – фасовка и упаковка; 9- стерилизация молочных консервов; 10 – хранение и реализация;

11 – нагрев; 12 – выдержка;13 - охлаждение;

14 – нагрев (2 этапа); 15 -охлаждение;

16 -нагревание; 17 - охлаждение;

18 – ввод стабилизаторов в смесь; 19 - выдержка; 20 – перемешивание смеси;

21 – разлив смеси;

22 - нагрев; 23 - охлаждение.

В данном технологическом процессе задействовано серьезное оборудование, которое позволяет качественно производить готовую продукцию.

  1.  
    ГОМОГОНИЗАТОРЫ

На верхней части блока цилиндров, расположена гомогенизирующая головка, головка, манометр и предохранительный клапан. Основными рабочими деталями гомогенизирующей головки являются клапан и седло клапана. Регулировка давления клапана осуществляется с помощью рукоятки. Для подвода воды, охлаждающей плунжеры, служит смывное устройство. (Рисунок 3)

Подвод гомогенизируемой жидкости к гомогенизатору и отвод ее могут быть осуществлены как с правой, так и с левой стороны блока цилиндра, путем перестановки всасывающего патрубка на соответствующую сторону блока.

Рисунок 3 – Гомогенизатор:


1-станина; 2-предохранительный клапан; 3-манометрическая головка; 4-плунжерный блок; 5-манометр системы смазки; 6-амперметр; 7–гомогенизирующая головка

  1.   СЕПАРАТОРЫ

Сепаратор – нормализатор, предназначен для получения сливок и нормализации молока по жиру. (Рисунок 4)

В сепарирующем устройстве сепаратора-нормализатора молоко; поступающее по центральной трубке в это устройство, направляется на периферию пакета тарелок: При перемещении по межтарелачным зазорам оно отводится из пакета через вертикальные каналы, которые образованы отверстиями в тарелках. Поверхность тарелок от оси вращения до отверстий


предназначена для выделения сливок. Сливки направляются к оси вращения и удаляются из барабана через напорный диск. Частично обезжиренное и очищенное молоко, поступающее из отверстий в тарелках к напорному диску, отводятся из сепаратора.

В сепараторе - нормализаторе поверхность тарелок различна по назначению: периферийная часть предназначена для очистки молока, а центральная часть для выделения сливок. Количество уходящих сливок контролируется ротаметром и регулируется краном.

Сепараторы для высокожирных сливок эксплуатируются обычно в поточных линиях производства масла. Эти сепараторы предназначены для получения сливок с высокой массовой долей жира (80-85%), Конструкция сепаратора высокожирных сливок несколько отличается от конструкции обычного сепаратора-сливкоотделителя открытого типа. Вследствие высокой вязкости перерабатываемого продукта (сливок) размеры межтарелочных зазоров в сепараторе высокожирных сливок увеличены, производительность снижена и регулировка массовой доли жира в высокожирных сливках производится регулятором на линии пахты Через 1,5-2 ч работы сепаратор периодического действия необходимо останавливать для выгрузки осадка, мойки и чистки.

Сепаратор - диспергатор предназначен не только для очистки молока, но и для его частичной гомогенизации.

В пакете тарелок сепаратора - диспергатора выделяются лишь крупные жировые шарики. Мелкие жировые шарики уходят вместе с молоком. Сначала сливки поступают в камеру диспергатора и проходят через неподвижный диск с лопастями в кольцевой канал. Далее гомогенизированные сливки смешиваются с поступающим молоком. После гомогенизации молоко направляется в напорную камеру и под давлением удаляется в отводящее устройство.


К сепараторам для выделения тяжелой, фракции относятся сепараторы - молокоочистители; сепараторы - творогоочистители и сепараторы - отделители белка от сыворотки, сепараторы - бактериоотделители.

Сепаратор - молокоочиститель предназначен для выделения из молока механических и естественных (микроорганизмы, частицы грязи, крови и т.д.) примесей. Массовая доля примесей в молоке составляет в среднем 0,04 % .

  1.  ПАСТЕРИЗАЦИОННО-ОХЛАДИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ 

Пастеризационно - охладительные установки пластинчатого типа предназначены для тепловой обработки молока при выработке пастеризованного молока и молока, используемого для производства кисломолочных продуктов, а также для пастеризации сливок и смеси мороженого. (Рисунок 5)

В состав пастеризационно-охладительной установки пластинчатого типа входят пластинчатый теплообменный аппарат, уравнительный бак с поплавковым регулятором уровня молока в баке, центробежный насос, сепаратор - молокоочиститель, выдерживатель, установка для подготовки теплоносителя, пульт управления с приборами контроля и регулирования процесса.

Пластинчатый теплообменный аппарат имеет секции, в которых осуществляются следующие процессы: пастеризация (нагревание продукта до температуры пастеризации), охлаждение (водой, охлаждение рассолом или ледяной водой), рекуперация теплообмен между горячим и холодным продуктами.

На двух стойках (передней и задней) аппарата укреплены две штанги, которые являются опорами теплообменных пластин, угловые отверстия пластин окружены прокладками. По периферии Пластины уложена прокладка.


При сборке аппарата и сжатии пластин образуются две изолированные системы герметичных каналов. В одном канале движется горячая среда, а в другом - холодная. Собранные пластины объединяются в секции. Внутри секций пластины группируются в пакеты, в каналах которых продукт движется параллельно. Уравнительный бак представляет собой емкость с патрубками для входа и выхода продукта. Внутри бака установлен поплавковый регулировочный клапан, поддерживающий постоянный уровень продукта в баке.

Центробежный насос предназначен для забора молока из бака и подачи его в пластинчатый теплообменный аппарат.

В сепараторе - молокоочистителе подогретое в аппарате молоко очищается от механических примесей.

Пастеризация питьевого молока, кисломолочных продуктов, питьевых сливок и мороженого осуществляется в различных пастеризационно - охладительных установках.

В пастеризационно - охладительной установке для питьевого молока сырое молоко поступает в уравнительный бак, а котором с помощью поплавкового регулятора поддерживается постоянный уровень продукта. Центробежный насос забирает продукт из бака и подает его в первую рекуперационную секцию теплообменника, где молоко нагревается до 40-45 °С. установленный за центробежным насосом регулятор потока обеспечивает постоянный расход молока, поступающего в теплообменник. Нагретое молоко поступает в сепаратор - молокоочиститель, где очищается от механических примесей, и затем подается во вторую секцию рекуперации 11, где нагревается до 65-70 °С. Далее молоко по внутреннему каналу переходит в секцию пастеризации 111, где нагревается , водой до 76-78 °С: Молоко выдерживается при температуре пастеризации и направляется на охлаждение сначала в секции рекуперации 11 и 1, затем в секции водяного 1 V и рассольного V охлаждения. Охлажденное до 4-6 °С молоко проходит через


возвратный клапан, который направляет поток молока или в емкости хранения (при соблюдении режимов обработки), или на повторную пастеризацию в уравнительный бак (при нарушении режимов пастеризации).

Рисунок 5 - Схема пастеризационно - охладительной установки для молока;

1 - уравнительный бак; 2 - поплавковый регулятор уровня; 3 - насос для молока; 4 - ротаметрический регулятор; 5 - пластинчатый теплообменный аппарат; 6 - сепаратор-молоко очиститель; 7 - выдерживатель; 8, 12 - датчики температуры; 9, 10, 13, 14, ,20, 22, 23 - манометры; 11 - вентиль рёгулировки подачи рассола; 15 – возвратный клапан; 16 - насос горячей воды; 17 - бачок-аккумулятор; 18, 19 - клапаны, регулирующие подачу пара; 21 - насос для пастеризованного молока

  1.   ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ

В молочной промышленности применяют насосы различных типов и конструкций. (Рисунок 6)

В зависимости от конструкции различают центробежные лопастные, мембранные и поршневые насосы.

Их применяют для однородных маловязких продуктов (молоко, обезжиренное молоко и сыворотка).

Центробежные насосы применяют для однородных маловязких


продуктов (молоко обезжиренное и цельное, сыворотка). Выпускаю центробежные насосы: лопастные (одноступенчатые с одной лопастью и многолопастные), дисковые и самовсасывающие. КПД одноступенчатых насосов 0,4-0,5 двухступенчатых 0,7-0,8. Производительность центробежных насосов для молока до 50м3/ч Они конструктивно просты, компактны, доступны для мойки разбираются и собираются. Привод осуществляется непосредственно от вала электродвигателя.

Рисунок 6 - Центробежный дисковый насос

1-нагревательный патрубок; 2 – электродвигатель; 3 – насадка; 4 – кронштейн;

5 – торцевое уплотнение; 6 – сальник; 7 – корпус; 8 – рабочее колесо;

9 – всасывающий патрубок

Принцип действия лопастных и дисковых центробежных насосов одинаков. При быстром вращении лопаток или дисков развивается центробежная сила, под влиянием которой жидкость отбрасывается к периферии камеры насосов, а из нее поступает в нагнетательный трубопровод. Освободившееся от жидкости центральное пространство камеры заполняется жидкостью, поступающей по всасывающему трубопроводу под действием атмосферного давления на свободную поверхность.

Роторные насосы применяют для продуктов вязких однородных (сгущенное молоко, сливки, смеси для мороженого и молочно-белковые), высоковязких однородных (высокожирные сливки), пластичных однородных


мягких разрушающихся (кисломолочные продукты) и легко изменяющихся при механическом воздействии (творог, сырное зерно в сыворотке.).

Мембранные насосы предназначены для перекачивания сливок повышенной жирности, молочно-белковых смесей и закваски.

  1.   ЕМКОСТЬ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ МОЛОКА

Емкости хранения предназначены для накопления и хранения молока и молочных продуктов вязкостью не более 0,07 Пас и температурой до 35 0С на предприятиях молочной промышленности.

Резервуары представляют собой сварной алюминиевый рабочий сосуд цилиндрической формы, но по требованию заказчика форма может быть и прямоугольной. (Рисунок 7)

Корпус резервуара покрывают теплоизоляцией и стальным защитным кожухом.

Резервуары снабжают механическими мешалками, которые должны в течение не более 10 мин обеспечивать равномерное распределение по всей массе жира, отстоявшегося в нем в результате хранения в спокойном состоянии в течение 4 ч.

Рабочий корпус резервуара должен быть испытан на герметичность гидравлически при избыточном давлении 0,5 атм не менее 10 мин, а арматура и соединительные части трубопроводов должны быть испытаны в соответствии с требованиями действующего ГОСТа.


Рисунок 7 – Резервуар (танк)

1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – мешалка; 4 – моющее средство; 5 – труба для наполнения; 6 – светильник; 7 – рабочий сосуд; 8 – изоляция; 9 – указатель уровня; 10 – кожух; 11 – термометр; 12 – крышка люка; 13 – кран для взятия проб; 14 - сливной кран; 15 – опора.

  1.  ВАКУУМ - ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА 

Трехкорпусная вакуум – выпарная установка непрерывного действия пленочного типа предназначена для сгущения молока.

Основными элементами установки являются: калоризатор, пароотделитель, конденсатор, эжектор, подогреватель и вакуум насос.  (Рисунок 8)

Сырье насосом 1 через счетчик 2 подается в двухсекционный трубчатый подогреватель 3. В первой секции сырье подогревается вторичным паром температурой 450С, поступающим из пароотделителя 17. Во второй секции происходит дальнейший нагрев вторичным паром температурой 620С, поступающим из пароотделителя 130С. Из подогревателя 3 сырье с температурой 540С проходит через сепаратор 4 и направляется в двухсекционный подогреватель 5. В первой секции подогревателя 5 сырье


нагревается вторичным паром температурой 75
0С, поступающим из пароотделителя 10, а во второй секции окончательный нагрев осуществляется до температуры 800С с помощью греющего пара, который представляет собой смесь острого пара и вторичного пара, поступающей из паровой рубашки калоризатора 12. Греющий пар температурой 950С получается в термокомпресоре 7. При температуре 800С сырье поступает сверху в калоризатор 6 первого корпуса.

Для равномерного распределения сырья в трубках вверху предназначены форсунки либо перфорированные диски. Сырье стекает в пароотделитель 10. в паровую рубашку калоризатора первого корпуса термокомпрессорами 7 и 8 подается греющий пар, с температурой 950С.

лизованный концентрированный сгущенный молоко

Рисунок 8 – Вакуум выпарной установки

1 – насос; 2 – счетчик; 3,5 – трубчатые подогреватели; 4 – сепаратор-очиститель; 6,12,16 – калоризаторы (сепараторы); 7,8 – термокомпрессоры; 9 – распределители сырья в трубки; 10,13,17 – пароотделители (сепараторы); 11,14,18 – продуктовые насосы; 15 – подогреватель; 19 – конденсатор смешения; 20,21 – насосы; 22 – воздухоотделитель; 23,24,25 – подпорные шайбы; 26,27 – рабочие эжекторы; 28 – пусковой эжектор; 29 – промежуточный конденсатор; 30 – парораспределитель; 31 – водоотделитель; 32 – обратный клапан.

  1.  
    АВТОМАТ ДЛЯ УПАКОВКИ

Автомат для фасовки сгущенного молока представляет собой конструкцию, в состав которой входят резервуар для сгущенного молока цилиндрической формы и дозаторы поршневого типа. Основными частями дозатора являются цилиндр и поршень. (Рисунок 9)

Шестипатронный автомат карусельного типа показан на рисунке 7.

На дне резервуара 2 укреплены мерные цилиндры 1, внутри которых находятся поршни 3, перемещаемые штоками 4. каждый цилиндр имеет фланец с закрепленным на нем золотником 5. золотник с помощью ролика 6 и направляющей 7 может перемещаться в вертикальном направлении. Находясь в нижнем положении, золотник соединяется через боковое отверстие пространства резервуара 2 с мерным цилиндром. В этот момент поршень 3 двигается вниз.

Мерный цилиндр заполняется сгущенным молоком. Находясь в верхнем положении, золотник соединяет мерный цилиндр с наконечником для выхода продукта. Поршень движется вверх и выталкивает порцию сгущенного молока в жестяную банку.


Рисунок 9 – Автомат для фасовки сгущенного молока

1 – мерный цилиндр; 2 – резервуар; 3 – поршень дозатора; 4 – шток; 5 – золотник дозатора; 6 – ролик; 7 – направляющая золотника; 8 – направляющая поршней

  1.  ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СТРУКТУРА

Основной принцип компоновки технологического оборудования заключается в рациональном размещении машин и аппаратов в производственных цехах. При этом максимальная компактность должна сочетаться с удобством обслуживания и ремонта. (Схема 3)

Одним из основных требований при компоновке машин и аппаратов перерабатывающего предприятия является кратчайший путь перемещения сырья от начальной до конечной операции технологического процесса. Вместе с этим технологическое оборудование должно быть размещено таким образом, чтобы в цехе остались необходимые проходы, а также площадки для его обслуживания. Ширина основных проходов должна быть не менее 2,5-3 м, а в местах, где движение обслуживающего персонала не предусмотрено – 0,5 м.


Взаимное, расположение оборудования необходимо согласовать с направлением технологического потока. Отдельные машины и аппараты желательно размещать в единую технологическую линию. При этом наряду, с планировкой машин по одной оси, возможны варианты поворота их одна к другой под прямым углом.

Крупногабаритное оборудование обычно устанавливают в глубине цеха или перпендикулярно к оси оконных проемов с целью улучшения освещенности рабочих мест. С этой же целью пастеризаторы, охладители, сепараторы и автоматы для расфасовки продуктов в мелкую тару желательно располагать в плане цеха параллельно оконным проёмам. Фронт обслуживания этих машин должен учитывать наличие площадки для их разборки и мойки.

Схема 3 – Производственная структура технологического процесса изготовления сгущенного молока

1 – производственная лаборатория;

2 – емкость для смешивания;

3 – подогреватель молока;


4, 5 – сепараторы;

6 – пастеризатор трубчатый;

7, 8, 9 – танки хранения молока;

10 – лактозная;

11 – сироповарочный котел;

12 – вакуум-выпарная установка;

13 – вакуум-охладитель, кристаллизатор;

14 – емкость готового продукта;

15 – автомат фасовки doy–pack;

16 – кабинет технолога;

17 – склад готовой продукции;

18 – кабинет начальника молочного цеха.

  1.  ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Молочные продукты сгущают в многокорпусных вакуум-выпарных установках циркуляционного и пленочного типов. Использование нескольких ступеней выпаривания обеспечивает непрерывность сгущения продукта.

Заданная производительность установок циркуляционного типа обычно поддерживается регулированием давления пара, поступающего на установку, вакуума в установке и уровня продукта в ее корпусах. Вакуум-выпарные установки работают обычно в комплекте с теплообменными аппаратами, применяемыми для предварительной пастеризации продукта.

В установке выделяют несколько основных контуров регулирования технологических параметров: концентрация сгущенного молока на выходе из установки, уровень его в корпусах, вакуум в установке, давление пара, поступающего в установку.

Выходным (регулируемым) параметром основного контура регулирования является концентрация сухих веществ в сгущенном молоке на выходе из установки. Входными (регулирующими) параметрами могут быть расход поступающего молока, давление пара на термокомпрессор, расход сгущенного продукта на выходе из установки.


Возмущающие воздействия – концентрация сухих веществ исходного молока, температура молока, поступающего в установку, коагуляция белка на греющей поверхности установки (что влияет на общий коэффициент теплопередачи установки), уровень продукта в калоризаторе и вакуум в установке. Температура молока, его уровень в калоризаторе и вакуум в установке стабилизируются отдельными системами регулирования. В качестве управляющих воздействий для данного контура могут быть расход поступающего молока, расход сгущенного молока и давление пара на термокомпрессор. При значительных возмущениях давление греющего пара в качестве управляющего воздействия выбирать нежелательно. При снижении давления уменьшается производительность установки, значительное отклонение давления греющего пара от номинального нарушает режим работы термокомпрессора.

Стабилизация уровня молока в корпусах вакуум-аппарата достигается регулированием расхода молока, поступающего на установку, или изменением расхода сгущенного молока на выходе из нее. Здесь уровень молока – выходная величина объекта регулирования, а расход молока и расход сгущенного молока – входные величины. Возмущающим воздействием является расход испаренной влаги. В качестве управляющего воздействия могут быть выбраны расход сгущенного или расход поступающего молока в зависимости от общей схемы автоматизации установки. Если управляющим воздействием выбирают расход сгущенного молока, то расход поступающего молока будет возмущающим.

Вакуум в установке регулируют, изменяя расход охлаждающей воды, поступающей на конденсатор. Входной параметр – расход охлаждающей воды, выходной – вакуум на входе вторичного пара в конденсатор или его температура (эти параметры функционально связаны). Возмущающие воздействия данного объекта регулирования – температура и давление охлаждающей воды.


Динамические свойства вакуум-выпарной установки по каналу «расход продукта – уровень продукта» в корпусе установки показывают, что рассматриваемый объект регулирования астатический и может быть аппроксимирован интегрирующим звеном.

Объем обрабатываемого молока и продолжительность его сгущения в вакуум-выпарных установках пленочного типа меньше, чем в циркуляционных. В связи с этим внешние возмущения (изменение расхода молока, давления греющего пара, степени разрежения) распространяются с большей скоростью, вызывая отклонения концентрации сгущенного молока на выходе из установки.

В пленочных вакуум-выпарных установках можно выделить три основных контура регулирования технологических параметров: концентрация сухих веществ в сгущенном молоке на выходе из установки; вакуум в установке; давление пара, поступающего в установку. С достаточной точностью объект регулирования (вакуум-выпарная установка) может быть аппроксимирован звеном чистого запаздывания и апериодическим звеном первого порядка. Динамические характеристики вакуум-выпарной установки пленочного типа показывают, что объект обладает малой инерционностью, поэтому для управления им применяют регулирующие устройства импульсного или непрерывного типа.

  1.  Автоматизация сгущения молока в двухкорпусной вакуум-выпарной установке непрерывного действия циркуляционного типа

Многокорпусные вакуум-выпарные установки комплектуются приборами автоматического контроля и регулирования основных технологических параметров. Приборы устанавливают на щитах управления, оснащаемых мнемосхемами с сигнализацией операций и пусковой


аппаратурой. Системы автоматизации установок выполняют автоматический контроль и регулирование: концентрации сухих веществ (или плотности) сгущаемого продукта, разрежения в установке, давления греющего пара на установку и термокомпрессор и др.

Схема автоматизации сгущения молока в двухкорпусной вакуум-выпарной установке непрерывного действия циркуляционного типа показана на рисунке 10.

Система автоматизации установки обеспечивает регулирование уровня продукта в промежуточном резервуаре; давления пара, подаваемого на установку; температуры пастеризации молока; концентрации сухих веществ в сгущенном продукте; уровня продукта в каждом корпусе установки; дистанционный контроль тепловых режимов работы установки, расхода молока на установку и др., а также предупреждает выбросы продукта из аппарата при пенообразовании.

Молоко из резервуара насосом 1 подается для нагрева в подогреватели 7–5. Подогреватели 4 и 5работают попеременно, их используют для нагрева молока до температуры пастеризации. При образовании пригара на поверхности подогревателя подключают другой, а загрязненный моют. Из подогревателей молоко поступает в калоризатор первого корпуса установки, где молоко вскипает и циркулирует в корпусе через пароотделитель и циркуляционную трубу.


Рисунок 10. Схема автоматизации сгущения молока

в двухкорпусной вакуум-выпарной установке

непрерывного действия циркуляционного типа

Для продолжения циркуляции частично сгущенный продукт самотеком переходит в калоризатор второго корпуса. При достижении заданной концентрации сухих веществ продукт откачивается насосом 2. Вторичный пар из пароотделителя первого корпуса поступает на обогрев калоризатора второго корпуса и частично в термокомпрессор для нагрева продукта в


первом корпусе. Вторичный пар из пароотделителя второго корпуса отводится через подогреватель 1 в поверхностный конденсатор. Конденсат из установки удаляется насосом
3. Для создания вакуума служит пароструйный вакуум-насос, состоящий из пускового эжектора и двухступенчатого пароэжекторного блока.

Для регулирования давления пара, подаваемого в установку, применяют комплект приборов, состоящий из преобразователя давления 1-1, подающего сигнал на вторичный самопишущий прибор 1-2. Последний соединен с ПИ-регулятором 1-3. При отклонении давления от заданного значения регулятор 1-3 через станцию управления прибора 1-2 воздействует на регулирующий клапан 1-5, установленный на паропроводе к установке. Сигнализация падения давления пара ниже заданного значения осуществляется лампой НL1 через преобразователь 1-4. Давление пара на термокомпрессор и эжектор контролируется манометрами 2-1 и 2-2.

Температуру нагрева молока, поступающего в первый корпус установки, контролирует, регистрирует и регулирует термометр сопротивления 3-1 с автоматическим электронным мостом 3-2 с пневматическим ПИ-регулятором. Регулирующий блок прибора воздействует через байпасную панель 3-3 на регулирующий клапан 3-4 подачи пара в нагреватели 4 и 5.

Расход молока, поступающего на установку, измеряется датчиком 4-1, установленным на нагнетательной линии насоса 1 перед подогревателями, и индукционным расходомером 4-2. Прибор 4-3 предназначен для сигнализации отсутствия потока молока на установку. Регулирующим клапаном 5-2 по показаниям индукционного расходомера устанавливают номинальный расход молока на установку. Управление клапаном происходит от байпасной панели 5-1.

Концентрация сухих веществ «по влажности» в сгущенном молоке контролируется, регистрируется и регулируется датчиком 6-1 кондуктометрического влагомера типа АВСГ с вторичным прибором 6-2


(контролирующий, регистрирующий и регулирующий). Заданная концентрация сухих веществ достигается изменением расхода молока, поступающего на установку через клапан
6-4, смонтированный параллельно с клапаном 5-2. Клапан 6-4 должен изменять расход продукта до ± 10 % от номинального значения расхода.

Заданный уровень продукта в резервуаре поддерживается двух-электродными датчиками заполнения 7-7 и опорожнения 7-2 с кон-дуктометрическим сигнализатором 7-3, который управляет электродвигателем КМ1 насоса для подачи молока в резервуар.

Заданные уровни продукта в обоих корпусах вакуум-выпарной установки поддерживаются двухпозиционным регулятором уровня. Регулятор уровня комплектуется из датчиков 9-1 и 9-2 кондуктометрического типа, установленных соответственно в первом и втором корпусах, релейного блока 9-3, управляющего клапанами, один из которых 8-2 установлен на переливной трубе из первого корпуса во второй, другой 10-2, переключающего типа, – на нагревательной стороне насоса 2. При достижении уровня выше заданного в первом корпусе установки клапан 8-2 откроется и часть продукта перейдет во второй корпус. При превышении уровня во втором корпусе клапан 10-2 переключает поток сгущенного молока на выдачу.

В пусковой период и в случае нарушения режима сгущения в вакуум-выпарных установках происходит пенообразование, что может привести к выбросу продукта из аппарата. Для исключения таких случаев на обоих корпусах установки имеются устройства пеногашения. Устройства пеногашения состоят из кондуктометрических датчиков 11-1 и 11-2, релейного блока 11-3 и электромагнитных клапанов 11-4 и 11-5 подачи сжатого воздуха. При соприкосновении пены с датчиками открывается соответствующий электромагнитный клапан, и поступающий воздух гасит пену.


Температура при работе установки контролируется многоточечным самопишущим мостом
12-11с термометрами сопротивления с 12-1 по 12-10 температура кипения в первом и втором корпусах – датчиками 12-1 и 12-2, температура греющего пара в калоризаторах – 12-3 и 12-4, температура воды на выходе и входе конденсатора – 12-5 и 12-6; температура молока на входе установки – 12-7 и после подогревателя 1 – 12-8, в паровом пространстве подогревателей 4 и 5 - 12-9 и 12-10.

Предусмотрена сигнализация повышения температуры в паровом пространстве первого корпуса (в случае отложения белка на греющих поверхностях) приборами 12-1 и 14-1, работающими в комплекте с термометрами сопротивления 12-10, 12-9 и 12-3. При загрязнении белком греющей поверхности одного подогревателя клапаны 15-2, 15-3 и 16-1 переключают подачу молока и пара на другой пастеризатор.

Для управления пневматическими клапанами применяют электропневматические преобразователи 6-3, 8-1, 10-1, 15-1 и 16-1, преобразующие электрический сигнал в пневматический. Системой автоматизации с помощью электроконтактных манометров 17-1, 18-1 предусмотрена сигнализация давления в нагнетательной линии насоса подачи воды в конденсатор и насоса, откачивающего конденсат. Управление электродвигателями насосов молока и конденсата (кроме насоса подачи молока) осуществляется дистанционно кнопками с щита управления SВ2 – SВ4.

Автоматизация сгущения при производстве сгущенного молока с сахаром. Производство сгущенного молока с сахаром состоит из основного и вспомогательных этапов. Основной этап включает сгущение смеси исходного продукта с сахаром и охлаждение сгущенного продукта. На вспомогательном этапе приготовляют сахарный сироп, изготовляют металлические банки и фасуют в них продукт.

Для сгущения молочных продуктов с сахаром применяют одно-


корпусные и двухкорпусные вакуум-выпарные установки циркуляционного типа с термокомпрессией вторичного пара. Сгущенный продукт охлаждают в вакуум-охладителях, производительность которых синхронизируется с производительностью вакуум-выпарной установки.

Схема автоматизации процесса сгущения молока в однокорпусных вакуум-выпарных установках (рисунок 11) предусматривает: регулирование уровня заполнения вакуум-выпарной установки; регулирование температуры воды на выходе из промежуточного конденсатора; контроль температуры в промежуточном конденсаторе и в калоризаторе; контроль температуры воды на выходе из главного конденсатора; контроль вторичного пара; контроль и сигнализацию влажности сгущенного молока; автоматическое гашение пены в вакуум-выпарной установке; сигнализацию опорожнения вакуум-аппарата, сигнализацию падения давления воды на выходе из главного конденсатора.

Рисунок 11. Схема автоматизации процесса сгущения молока

в однокорпусных вакуум-выпарных установках


В вакуум-выпарную установку периодического действия поступают для сгущения пастеризованное молоко при температуре 90 – 95
С и сахарный сироп. При достижении заданной концентрации сухих веществ готовый продукт выпускается из установки. Смесь молока и сиропа в калоризаторе подогревается смесью первичного и вторичного пара, поступающего из термокомпрессоров. Вакуум создается эжекторами и двумя конденсаторами – главным и промежуточным.

Уровень заполнения вакуум-аппарата регулируется комплектом приборов: кондуктометрическим датчиком 1-3; релейным блоком 1-4 и регулирующим клапаном 1-5, установленным на линии поступления продукта в калоризатор. На линии поступления продукта в аппарат установлен сигнализатор опорожнения 1-2 с датчиком 1-1. При опорожнении промежуточной емкости после поступления соответствующего сигнала регулирующий клапан 1-5 закрывается, что предотвращает поступление воздуха в аппарат. Выбор режима работы регулятора уровня осуществляется ключом SА2, дистанционное управление – ключом SА1, сигнализация открытого и закрытого положений крана – лампой НL2. В аппарате для гашения пены предусмотрен пеногаситель 2-2. Датчик 2-1 пеногасителя установлен в сепараторе вакуум-выпарной установки, а исполнительный механизм 2-3 – на линии поступления воздуха в вакуум-аппарат.

Влажность продукта в процессе сгущения контролируется датчиком 5-1, установленным на трубопроводе с циркулирующим продуктом, и влагомером 5-2 Циркуляция осуществляется насосом. О работе насоса сигнализирует лампа НL6, а управляет его работой кнопка SВ2.

Лампа НL5 и звонок НА1 установлены для сигнализации достижения заданной влажности продукта. Звонок включается кнопкой SВ1. От сигнализатора опорожнения 4-2 срабатывает лампа НL4, сигнализирующая об опорожнении вакуум-аппарата. Датчик 4-1 сигнализатора 4-2 расположен на линии выхода готового продукта из вакуум-аппарата.


Заданная температура воды, выходящей из промежуточного конденсатора, регулируется термометром сопротивления
3-1 с прибором 7-1, регулирующим клапаном 7-3 с исполнительным механизмом и указателем положения 7-2. Термометр сопротивления 3-1 установлен в промежуточном конденсаторе, а регулирующий клапан 7-3 – на линии поступления холодной воды в конденсатор. Ключами SА1 – SА6 выбирают режим работы и дистанционное управление.

Для контроля температуры в различных точках вакуум-выпарной установки служит автоматический мост 3-5, к которому можно подсоединить различные термометры сопротивления. Термометры сопротивления контролируют температуру в промежуточном конденсаторе 3-1; воды, выходящей из главного конденсатора 3-2, вторичного пара 3-3; в вакуум-аппарате 3-4. Световая сигнализация НL7 падения давления воды в конденсаторе осуществляется контактами электроконтактного манометра 6-1.

Приборы и средства автоматизации системы смонтированы на щите, оснащенном мнемосхемой с сигнализацией работы оборудования, клапанов, уровня продукта в резервуарах и корпусах вакуум-выпарной установки и др.

  1.  МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Метрологическое обеспечение данного технологического процесса осуществляется функциями контроля:

- контроль качества поступающего сырья, тары, основных и вспомогательных материалов;

- контроль технологический процессов обработки молочного сырья и производства молочных продуктов;

- контроль качества готовой продукции, тары, упаковывания,


маркирования и порядок выпуска продукции с предприятия;

- контроль условий, режимов и сроков хранения сырья, материалов и готовой продукции на складах;

- контроль расхода сырья, материалов и выхода готовой продукции;

- контроль качества продукции и материалов во время хранения на складах;

- контроль режимов и качества мойки, дезинфекции тары и оборудования;

- контроль качества реактивов, применяемых для анализа моющих и дезинфицирующих средств и приготовления химических растворов;

- контроль состояния измерительных приборов и др.

Метрологический контроль производства молочных консервов представлен в таблице 3.

Таблица 3  – Технохимический контроль производства молочных консервов

Объект

Контролируемый показатель

Периодичность контроля

Отбор проб

Метод контроля и измерительные приборы

1

2

3

4

5

Нормализованная смесь

Массовая доля жира, %

Кислотность, °Т

Для каждой варки

Для каждой варки

В каждой партии

В каждой партии

Кислотный метод Гербера,

ГОСТ 5867

Титрометрический,

ГОСТ 3624

Пастеризация смеси

Температура, °С

Эффективность пастеризации

Для каждой варки

1 раз в декаду

В каждой партии

В каждой партии

Термометр, ГОСТ 26754

Проба на пастеризацию

ГОСТ 3623

Сгущение молока

Температура кипения молока, °С

Продолжительность сгущения,

минут

Давление пара, МПа

Разрежение, МПа

Массовая доля сухих веществ, %

Через каждые 30-40 минут

Для каждой варки

Через каждые 30-40 минут

Через каждые 30-40 минут

В конце сгущения партии молока

В каждой партии

В каждой партии

В каждой партии

В каждой партии

В каждой партии

Термометр, ГОСТ 26754

Часы

Манометр

Манометр

Рефрактометр, ГОСТ 8764

1

2

3

4

5

Сахарный сироп

Температура °С

Время внесения сахарного сиропа

Перед внесением в нормализованную пастеризованную смесь

Перед внесением в нормализованную пастеризованную смесь

В каждой партии

В каждой партии

, Термометр

ГОСТ 26754

Часы

Вакуум - охладитель

 Температура, °С

Продолжительность охлаждения, мин

Количество и качество затравки

В начале охлаждения, перед кристаллизацией, в конце охлаждения

В конце охлаждения

Периодически

В охладителе

В охладителе

До внесения затравки, в каждой партии

Термометр, ГОСТ 26754

Часы

Весы, микроскоп

Массовая доля жира, %

Массовая доля сухих веществ, %

После каждой варки

  1.  После каждой варки

В каждой партии

В каждой партии

Кислотный метод Гербера, ГОСТ 5867

  1.  Рефрактометр, ГОСТ 8764

Сгущенная смесь перед сушкой

Кислотность, °Т

Температура, °С

После каждой варки

Перед подачей на сушку

В каждой партии

В каждой партии

ГОСТ 30305-95

Термометр, ГОСТ 26754


1

2

3

4

5

Сушка сгущенной смеси

Температура воздуха, °С

Продолжительность работы сушилки

Через каждые 30 мин

Каждый день

В каждой партии

В каждой партии

Термометр, ГОСТ 26754

Часы

Сгущенные молочные консервы перед реализацией

Массовая доля влаги, %

Массовая доля сухих веществ, %

Массовая доля жира, %

Массовая доля сахарозы, %

Кислотность, °Т

Вязкость, Па*с

Размер кристаллов лактозы, мкм

Массовая доля солей тяжелых металлов, %

Для каждой варки

Для каждой варки

Для каждой варки

Для каждой варки

Для каждой варки

Для каждой варки

Для каждой варки

1 раз в квартал

В каждой партии

В каждой партии

В каждой партии

В каждой партии

В каждой партии

В каждой партии

В каждой партии

Выборочно

ГОСТ 30305.1-95

ГОСТ 30305.1-95

ГОСТ 29247-91

ГОСТ 30305.1-95

ГОСТ 30305.1-95

ГОСТ 30305.1-95

Сухие молочные консервы перед реализацией

Массовая доля влаги, %

Массовая доля жира, %

Кислотность, °Т

Индекс растворимости, см3 сырого осадка

Массовая доля солей тяжелых металлов, %

Ежедневно

Ежедневно

Ежедневно

Ежедневно

1 раз в квартал

В каждой партии

В каждой партии

В каждой партии

В каждой партии

Выборочно

ГОСТ 30305.1-95

ГОСТ 29247-91

ГОСТ 30305.1-95

ГОСТ 30305.1-95

ГОСТ 5376

Склад хранения

 Температура, °С

Относительная влажность воздуха, %

1 раз в сутки

1 раз в сутки

Помещение склада

Помещение склада

Термометр ГОСТ 26754

Психрометр


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был изучен технологический процесс изготовления сгущенного молока, а также описание основного оборудования производства.

Автоматизация технологического процесса повышает надёжность и бесперебойность работы и улучшает качество производимой продукции. Кроме того, внедрение системы автоматического контроля позволяет улучшить получение информации о протекании технологического процесса. Такая информация необходима для оперативного автоматического управления, как работой отдельных аппаратов, так и всего технологического процесса в целом.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Крусь Г.Н. Технология молока и молочных продуктов/ Г.Н. Крусь, А.Г. Храмцов. – М.: Колосс, 2004.-127 с.

2 Твердохлеб Г.В Технология молока и молочных продуктов / Г.В. Твердохлеб, З.Х. Диланян, Л.В. Чекулаева – М.: Агропроиздат, 1991 – 463 с.

3 Бредихин С.А Технология переработки молока / С.А. Бредихин – М.: Колос, 2001 – 400 с.

4 Голубева Л.В. Хранимоспособность молочных консервов / Л.В. Голубева, Л.В. Чекулаева, К.К Полянский – М.: ДеЛи принт, 2001 – 115 с.

5 Голубева Л.В. Консервирование и сушка молока: Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры / Л.В. Голубева – СПб.: ГИОРД, 2005 – 272 с.

6 Петров А.Н. Органолептические свойства молочных консервов / А.Н. Петров – Молочная пром – сть, 2004 – 49 с.

7 Полянский К.К. Кристаллизация лактозы в молочной промышленности: физико-химические основы / К.К Полянский, А.Г. Шестов – Воронеж: Изд – во Воронеж. гос. Универ – та, 1995 – 184 с.

8 Радаева И.А. Пороки молочных консервов и меры по их предупреждению / И.А. Радаева, А.Н. Петров – Молочная пром – сть, 2004 – 37 с.

9 Радаева И.А. Повышение качества молочных консервов / И.А. Радаева – М., 1980 – 160 с.

10 Радаева И.А. Технология молочных консервов и заменителей цельного молока: Справочник / И.А. Радаева, В.С. Гордезиани, С.П. Шулькина – М.: Агропромиздат, 1986 – 350 с.

11 Чекулаева Л.В. Технология продуктов консервирования молока и молочного сырья / Л.В. Голубева, Л.В. Чекулаева, К.К Полянский – М.: ДеЛи принт, 2002 – 249 с.

12 Чекулаева Л.В. Сгущенные молочные консервы / Л.В. Чекулаева, Н.М. Чекулаев – М.: Легкая и пищевая пром – сть, 1982 – 264 с.

13 Андреев А.И. Методические рекомендации по выполнению курсового проекта по курсу «Технология хранения, переработки и стандартизация продукции животноводства»/А.И Андреев, В.В. Демин, И.В. Петрова, – Саранск, 2007. – 84 с.

14 Журнал «Молочная промышленность» №5 2006 г. статья «Динамика развития российского рынка молочных консервов». Канд. экон. наук Горолуенко Л.Г.

15 Гисин И.Б., Сирин В.И., Чепулаева Л.В., Шалыгина Г.А. Технология молока и молочных продуктов. – М.: Пищевая промышленность, 1983. – 376 с.


ПРИЛОЖЕНИЕ А. МНОГОФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ

Целью данной работы является проведение многофакторного анализа и построение уравнения зависимости состояния углерода (С) от параметров температуры (TEPLOTAFE), содержания кремния(SI), серы(S) и марганца(MN).

Используя табличный процессор Microsoft Office Excel и последовательность расчетов, постоим и выберем аналитическую форму уравнения регрессии по данным, приведенным в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

TEPLOTAFE(0C)

SI(%)

MN(%)

S(%)

C(%)

1

1423

0,38

0,40

0,024

4,91

2

1410

0,44

0,52

0,029

4,84

3

1449

0,94

0,49

0,021

4,87

4

1416

0,73

0,40

0,023

4,87

5

1401

0,68

0,39

0,021

4,80

6

1425

0,65

0,41

0,020

4,99

7

1431

0,89

0,52

0,013

4,85

8

1422

0,38

0,42

0,013

4,94

9

1425

0,61

0,51

0,009

4,96

10

1453

0,70

0,51

0,012

4,94

11

1451

0,91

0,56

0,005

4,90

12

1467

0,83

0,58

0,007

4,96

13

1460

0,66

0,52

0,010

4,97

14

1432

0,53

0,48

0,016

5,01

15

1438

0,84

0,55

0,011

4,96

16

1449

0,68

0,50

0,015

4,97

17

1435

0,79

0,49

0,014

4,92

18

1398

0,34

0,35

0,035

4,78

19

1411

0,73

0,43

0,021

4,76

20

1417

0,52

0,36

0,028

4,75

21

1411

0,88

0,43

0,020

4,72

22

1407

0,70

0,37

0,033

4,72

23

1411

0,80

0,40

0,028

4,71

24

1420

0,61

0,39

0,025

4,87

25

1416

0,51

0,40

0,023

4,88

26

1421

0,53

0,40

0,024

4,96

27

1428

0,65

0,36

0,024

4,87

28

1420

0,47

0,34

0,030

4,91

29

1424

0,45

0,31

0,035

4,76

30

1407

0,40

0,33

0,035

4,74

31

1425

0,53

0,38

0,022

4,88

32

1444

0,74

0,44

0,017

4,94

33

1425

0,56

0,45

0,022

4,89

34

1421

0,62

0,56

0,015

4,95

35

1441

0,60

0,47

0,011

5,01

36

1438

0,55

0,48

0,009

5,02

37

1444

0,67

0,52

0,012

5,02

38

1459

1,09

0,57

0,008

4,99

39

1416

0,86

0,55

0,006

4,81

40

1406

0,66

0,62

0,009

4,88

41

1428

0,81

0,47

0,011

4,94

42

1439

0,61

0,44

0,015

4,96

43

1447

0,98

0,50

0,009

4,95

44

1445

0,84

0,51

0,010

4,94

45

1431

0,65

0,40

0,018

4,97

46

1421

0,59

0,40

0,022

4,94

47

1425

0,64

0,40

0,017

4,96

48

1432

0,71

0,52

0,014

4,96

49

1430

0,60

0,49

0,018

4,98

50

1436

0,79

0,45

0,015

4,96

  1.  Корреляционный анализ

Для количественной оценки связи зависимости исследуемого параметра от нескольких критериев строим и проанализируем матрицу парных линейных коэффициентов корреляции.

Проведение корреляционного анализа воспользуемся помощью Microsoft Office Excel , пакета анализа,  Корреляция. (Таблица 2).

Таблица 2 - Матрица парных линейных коэффициентов корреляции.

 

TEPLOTAFE

SI

MN

S

TEPLOTAFE

1

 

 

 

SI

0,49

1

 

 

MN

0,54

0,56

1

 

S

-0,65

-0,58

-0,83

1

C

0,66

0,09

0,46

-0,64


Анализируя матрицу парных линейных коэффициентов корреляции
rху принимается во внимание:

  1.  Знак коэффициента парной корреляции, который указывает на характер взаимосвязи величин. «+» - означает, что  зависимость прямая между зависимым параметром C и всеми факторными признаками, кроме серы у нее знак  «-» означает обратную связь.
  2.  Величина коэффициента парной корреляции.

Для оценки тесноты связи сравнивали значение парного коэффициента между углеродом и всеми независимыми признаками и определили заметную связь углерода с серой и температурой, умеренную связь с марганцем и слабую с кремнием.

  1.  Значимость (существенность) линейного коэффициента корреляции. Интерпретируя значение коэффициента корреляции, следует иметь в виду, что он рассчитан для ограниченного числа наблюдений и подвержен случайным колебаниям, т.е. как любой выборочный показатель, он содержит случайную ошибку и не всегда однозначно отражает действительно реальную связь между изучаемыми показателями. Поэтому на основе t-критерия Стьюдента оценивают существенность (значимость) самого rху и, соответственно реальность измеряемой связи между C и TEPLOTAFE, SI, MN, S.

Для этих целей строят и анализируют матрицу расчетных значений t-критерия Стьюдента. (Таблица 3).

Таблица 3  – Расчетные критерии Стьюдента

 

TEPLOTAFE

SI

MN

S

C

TEPLOTAFE

1

 

 

 

 

SI

1,95

1

 

 

 

MN

2,21

2,33

1

 

 

S

2,99

2,45

5,10

1

 

C

3,04

0,30

1,81

2,91

1

Если tрасч > tтабл, то нулевая гипотеза отвергается и линейный коэффициент считается значимым, а связь между х и у - существенной.


Расчетные значения критерия Стьюдента углерода с температурой кремнием марганцем серой равны соответственно 3,04; 0,30; 1,81, 2,91, а табличное значение равно 2,01.

По критерию Стьюдента коэффициенты корреляции TEPLOTAFE, S являются значимыми, а коэффициент корреляции между SI, MN и C является не значимым.

Наличие мультиколлинеарности между факторными признаками является  превышение величины парного коэффициента корреляции 0,8 в данном случае мультиколлинеарные факторы отсутствуют.

После проверки на существенность и значимость из выборки исключили SI и по критерию силы связи и существенности связи между C обозначим за Y и коэффициентами оставляем x1 – TEPLOTAFE, x4 - S .

Поэтому выше перечисленные признаки могут быть включены в модель.

  1.  Расчет параметров уравнения линейной регрессии 

Построение регрессионной модели осуществлялось с помощью Microsoft Office Excel , пакета анализа,  Регрессия, результаты приведены в таблицах. (см. таблицы. 4 – 8)

Таблица 4 – Регрессионная статистика

Регрессионная статистика

Множественный R

0,73

R-квадрат

0,53

Нормированный R-квадрат

0,50

Стандартная ошибка

0,06

Наблюдения

50


Эти результаты соответствуют следующим статистическим показателям:

Множественный R — множественный коэффициент корреляции R;

R-квадрат - множественный коэффициент детерминации R2;

Стандартная ошибка — остаточное стандартное отклонение

Наблюдения — число наблюдений n.

Таблица 5  – Дисперсионный анализ

df

SS

MS

F

Значимость F

Регрессия

3,00

0,19

0,06

17,19

0,0000001

Остаток

46,00

0,17

0,00

Итого

49,00

0,37

Столбцы таблицы 5 имеют следующую интерпретацию:

1. Столбец df — число степеней свободы.

Для строки Регрессия число степеней свободы определяется количеством факторных признаков m в уравнении регрессии kФ= m.

Для строки Остаток число степеней свободы определяется числом наблюдений n и количеством переменных в уравнении регрессии m + 1: kО = n - (m+1).

Для строки  Итого число степеней свободы определяется суммой kY = kФ + kО.

2. Столбец SS — сумма квадратов отклонений.

Для строки Регрессия — это сумма квадратов отклонений теоретических данных от среднего.

Для строки Остаток — это сумма квадратов отклонений эмпирических данных от теоретически.

3. Столбец МSдисперсии.


4. Столбец
Fрасчетное значение F - критерия Фишера Fp.

5. Столбец Значимость F  значение уровня значимости, соответствующее вычисленному значению Fр.

Таблица 6  – Значение коэффициентов регрессии

 

Коэффициенты

Стандартная ошибка

t-статистика

P-Значение

Нижние 95%

Верхние 95%

Нижние 95,0%

Верхние 95,0%

Y-пересечение

1,90

1,06

1,79

0,08

-0,23

4,03

-0,23

4,03

TEPLOTAFE

0,00

0,00

3,11

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

MN

-0,25

0,21

-1,18

0,24

-0,68

0,18

-0,68

0,18

S

-5,88

2,16

-2,73

0,01

-10,22

-1,55

-10,22

-1,55

Столбцы таблицы 6 имеют следующую интерпретацию:

Коэффициенты — значения коэффициентов аi.

Стандартная ошибка — стандартные ошибки коэффициентов                     аi.

             t-статистика — расчетные значения t-критерия

Перейдем к анализу сгенерированных таблиц.

Рассчитанные в таблице 6 коэффициенты регрессии аi позволяют построить уравнение, выражающее зависимость

Y= 1,9 + 0,002*X1 - 0,25* X3 -5,88*Х4   Для измерения степени совокупного влияния отобранных факторов на результативный признак рассмотрим совокупный коэффициент детерминации R2 и совокупный коэффициент множественной корреляции R - общие показатели тесноты связи многих признаков.


Значение множественного коэффициента детерминации
R2 = 0,53 (Таблица 4) показывает, что 53 % общей вариации результативного признака объясняется вариацией факторных признаков X1  Х3 , Х4 . Значит, выбранные факторы существенно влияют на Y, что подтверждает правильность их включения в построенную модель.

Рассчитанный уровень значимости р = 0,0000001 < 0,05 (показатель Значимость F в таблице 5) подтверждает значимость R2, и следовательно свидетельствует о существенности связи между рассматриваемыми признаками.

Другой подход к проверке значимости R2 основан на сравнении расчетного и критического значения F - критерия. В генерируемых таблицах режима не приводится значение F кр, но его можно легко вычислить с помощью функции FРАСПОБР. Для рассматриваемого примера Fкр =2,8,

Так как Fрасч =17,19 (показатель F в таблице 5) больше Fкр =2,8, то гипотеза H0: R2 = 0 отвергается, т. е. коэффициент детерминации R2 является значимым.

Следующим этапом является проверка значимости коэффициентов регрессии: а0, а1 , a4 и а3. Сравнивая попарно эти элементы со стандартными ошибками, видим, что абсолютное значение коэффициента а1 является больше своей стандартной ошибки. Так же он является значимым, это можно проверить по значениям показателя Р- значение (см. Таблица 6), которые меньше заданного уровня значимости  = 0,05, остальные же коэффициенты не значимы.

Другой способ проверки значимости коэффициентов осуществляется с помощью сравнения расчетного и критического значений t-критерия Стьюдента. Значение tкр=2,01,

Так как  таких коэффициентов, как TEPLOTAFE и  свободный


член (см. таблица 6) превышает
tкрл  (теоретическое) значение t-критерия Стьюдента, то коэффициенты регрессии в уравнении являются значимыми, а значение коэффициентов  критериев SI и MN меньше tкрл  (теоретическое) значение t-критерия Стьюдента, то коэффициенты регрессии в уравнении являются не значимыми.

По аналогии, проанализировав таблицы и проверив коэффициенты на значимость  путем сравнения значений коэффициентов Стьюдента расчетного с теоретическим, получили, что  свободный коэффициент не значимым.

В случае статистической не значимости свободного члена а0 для пересчета уравнения регрессии в диалоговом окне Регрессия задаются те же самые параметры, за исключением лишь того, что следует активизировать флажок Константа-ноль. На данном этапе был выполнен шаг 2.

Полученные данные показаны в таблицах 7-9.

Таблица 7  – Регрессионная статистика

Регрессионная статистика

Множественный R

1,00

R-квадрат

1,00

Нормированный R-квадрат

0,98

Стандартная ошибка

0,06

Наблюдения

50

Таблица 8  – Дисперсионный анализ

 

df

SS

MS

F

Регрессия

1,00

1201,05

1201,05

284428,04

0,00

Остаток

49,00

0,21

0,00

Итого

50,00

1201,26

 

 

 

Fтабл =

4,03


Таблица 9  – Значение коэффициентов регрессии

 

Коэффициенты

Стандартная ошибка

t-статистика

P-Значение

Нижние 95%

Верхние 95%

Нижние 95,0%

Верхние 95,0%

Y-пересечение

0

#Н/Д

#Н/Д

#Н/Д

#Н/Д

#Н/Д

#Н/Д

#Н/Д

TEPLOTAFE

0,003

0,00001

533,318

0,000

0,003

0,003

0,003

0,003

Полученное уравнение удовлетворяет всем критериям значимости и существенности, следовательно, модель признана адекватной.

Для принятия решения о выборе уравнения сведем полученные характеристики в таблицу 10.

Таблица 10  – Пошаговая регрессия

Шаг

Модель

Параметры модели

t-критерий Стьюдента

F-критерий Фишера

Стандартная ошибкаапроксимации

Коэффициент детерминации

расчетное

критическое

результаты сравнения

расчетное

критическое

результаты сравнения

 

 

1

Y= 1,9 + 0,002*X1 - 0,25* X3 -5,88*Х4

a0

1,79

2,01

незначим

17,19

2,81

значим

0,73

0,53

a1

3,11

значим

a3

-1,18

незначим

a4

-2,73

незначим

3

Y=0,003*X1

a1

461,8

2,01

значим

284428

4,04

значим

1

1

Вывод: Проделав многофакторный анализ данных, мы видим из таблицы 10, что искомое значимое уравнение регрессии  Y=0,003*X1, содержащее значимые параметры было получено на втором шаге.

Этот выбор подтверждается увеличением множественного коэффициента детерминации.


ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ВРЕМЕННЫЕ РЯДЫ

Целью данной работы является описание особенностей ряда и подбор статистической модели, которая описывает временной ряд.

В таблице 1 представлен исходный временной ряд.

Таблица 1 - Исходный временной ряд

t(с)

SI(%)

t(с)

SI(%)

t(с)

SI(%)

t(с)

SI(%)

t(с)

SI(%)

1

0,38

11

0,91

21

0,88

31

0,53

41

0,81

2

0,44

12

0,83

22

0,70

32

0,74

42

0,61

3

0,94

13

0,66

23

0,80

33

0,56

43

0,98

4

0,73

14

0,53

24

0,61

34

0,62

44

0,84

5

0,68

15

0,84

25

0,51

35

0,60

45

0,65

6

0,65

16

0,68

26

0,53

36

0,55

46

0,59

7

0,89

17

0,79

27

0,65

37

0,67

47

0,64

8

0,38

18

0,34

28

0,47

38

1,09

48

0,71

9

0,61

19

0,73

29

0,45

39

0,86

49

0,60

10

0,70

20

0,52

30

0,40

40

0,66

50

0,79

 

График 1 – Модель временного ряда

  1.  Определение аномального значения

Суть анализа временных рядов заключается в выявлении и устранении аномальных значений уровней ряда.

Значение SI обозначим за y, и далее будем использовать.


Таблица 2 – Определение аномальных значений ряда

t

SI

(y-ӯ)2

λ

Результат

1

0,38

0,082

 

 

2

0,44

0,051

0,4

 

3

0,94

0,075

3,0

аномальное

4

0,73

0,004

1,3

аномальное

5

0,68

0,000

0,3

 

6

0,65

0,000

0,2

 

7

0,89

0,050

1,4

8

0,38

0,082

3,1

аномальное

9

0,61

0,003

1,4

аномальное

10

0,70

0,001

0,5

 

11

0,91

0,059

1,3

аномальное

12

0,83

0,027

0,5

 

13

0,66

0,000

1,0

 

14

0,53

0,019

0,8

 

15

0,84

0,030

1,9

аномальное

16

0,68

0,000

1,0

 

17

0,79

0,015

0,7

 

18

0,34

0,107

2,7

аномальное

19

0,73

0,004

2,3

аномальное

20

0,52

0,021

1,3

аномальное

21

0,88

0,046

2,2

аномальное

22

0,70

0,001

1,1

 

23

0,80

0,018

0,6

 

24

0,61

0,003

1,1

аномальное

25

0,51

0,025

0,6

 

26

0,53

0,019

0,1

 

27

0,65

0,000

0,7

 

28

0,47

0,039

1,1

 

29

0,45

0,047

0,1

 

30

0,40

0,071

0,3

 

31

0,53

0,019

0,8

 

32

0,74

0,005

1,3

аномальное

33

0,56

0,011

1,1

 

34

0,62

0,002

0,4

 

35

0,60

0,004

0,1

 

36

0,55

0,014

0,3

 

37

0,67

0,000

0,7

 

38

1,09

0,179

2,5

аномальное

39

0,86

0,037

1,4

аномальное

40

0,66

0,000

1,2

аномальное

41

0,81

0,021

0,9

 

42

0,61

0,003

1,2

аномальное

43

0,98

0,098

2,2

аномальное

44

0,84

0,030

0,8

 

45

0,65

0,000

1,1

аномальное

46

0,59

0,006

0,4

 

47

0,64

0,001

0,3

 

48

0,71

0,002

0,4

 

49

0,60

0,004

0,7

 

50

0,79

0,015

1,1

аномальное

Таблица 3 – Данные расчетов

Среднее значение

0,67

Среднеквадратическое отклонение (СКО)

0,166

Проверка правилом 3σ

Интервал допустимых значений

0,168

< y i <

1,164

0,50

MAX

1,09

MIN

0,34

Для выявления аномальных значений временных рядов используются методы, рассчитанные для статистических совокупностей, такие как: метод Ирвина, метод 3σ.

По результатам анализа методом Ирвина воспользуемся следующей формулой:

,

гдe  среднеквадратическое отклонение   рассчитывается с использованием формул:

Расчетные значения сравниваются с табличными значениями критерия Ирвина λ табл = 1,1 , и если расчетное значение больше табличного, то


значение
yt уровня ряда – это аномальное значение. Вследствие этого условия были определены  аномальные значения ряда данных. В таблице 2 представлен результат определения аномальных значений ряда.

А так же проверка осуществлялась по методу трех сигм (), суть которого состоит в определении закона распределения случайной величины с доверительной вероятностью. С вероятностью 0,95 значение временного ряда должно попадать в интервал [ŷ-3σ; ŷ+3σ]. Если значение попадает в данный интервал, то речь идет о нормальном распределении случайной величины и не аномальном значении ряда, если же значение выходит за границы доверительного интервала, то значение – аномальное.

  1.  Проверка наличия тренда

Чтобы определить наличие тренда в данном временном ряду применяется несколько методов: Критерий серий, Критерий «восходящих» и «нисходящих» серий.

Рассмотрим «Критерий серий». С целью проверки гипотезы о неизменности среднего значения временного ряда рассмотрим критерий серий, основанный на медиане.

Значение временного ряда сопоставляется с выборочной медианой, и если x(t) > , то для соответствующего наблюдения член последовательности, образующего серии, принимает знак«+», если x(t) < , то – знак «-».

Таблица 4 - Проверка наличия тренда методом «Критерий серий»

SI

Серии

Число серий

Нисходящие серии

Серии

0,38

-

-

0,44

-

2

-

2

0,94

+

+

0,73

+

+

0,68

+

3

+

3

0,65

-

-

0,89

+

+

0,38

-

-

0,61

-

2

-

2

0,70

+

+

0,91

+

+

0,83

+

+

0,66

+

4

+

4

0,53

-

-

0,84

+

+

0,68

+

+

0,79

+

3

+

3

0,34

-

-

0,73

+

+

0,52

-

-

0,88

+

+

0,70

+

+

0,80

+

3

+

3

0,61

-

-

0,51

-

-

0,53

-

-

0,65

-

-

0,47

-

-

0,45

-

-

0,40

-

-

0,53

-

8

-

8

0,74

+

+

0,56

-

-

0,62

-

-

0,60

-

-

0,55

-

4

-

4

0,67

+

+

1,09

+

+

0,86

+

+

0,66

+

+

0,81

+

5

+

5

0,61

-

-

0,98

+

+

0,84

+

2

+

2

0,65

-

-

0,59

-

-

0,64

-

3

-

3

0,71

+

+

0,60

-

-

0,79

+

+


Таблица 5 – Данные расчетов

Медиана

0,655

Число серии(n)

11

max серия(t)

8

ЛОЖЬ

ЛОЖЬ

Проверка по нисходящему критерию серий

Число серии(n)

11

max серия(t)

8

ИСТИНА

ЛОЖЬ

В методе «Критерий серий», основанном на медиане выборки, для того чтобы не была отвергнута гипотеза о случайности исходного ряда, должны выполняться следующие неравенства:

                (1)

где n – длина временного ряда;

ν(n) – число серий;

τmax(n) – число подряд идущих плюсов или минусов в самой длинной серии;

квадратные скобки, как обычно, обозначают целую часть числа.

Если хотя бы одно из неравенств (1) нарушается, то гипотеза об отсутствии тренда отвергается, в данном случае нарушены оба неравенства. Из этого следует вывод о наличии тренда

Проверка гипотезы «Критерий «восходящих» и «нисходящих» серий» основывается на том, что при условии случайности ряда протяженность самой длинной серии не должна быть слишком большой, а общее число


серий – слишком малым.

«Критерий «восходящих» и «нисходящих» серий» устанавливается исходя из системы неравенств (2)

         (2)

где n – длина временного ряда;

ν(n) – число серий;

τmax(n) – число подряд идущих плюсов или минусов в самой длинной серии.

Если хотя бы одно из неравенств (2) окажется нарушенным, то гипотезу об отсутствии тренда следует отвергнуть, т.е. в ряде данных присутствует неслучайная компонента, зависящая от времени t. Наличие тренда.

  1.  Сглаживание временных рядов
    1.  Метод простой скользящей средней

Метод простой скользящей средней, согласно которому фактические уровни заменяются средними уровнями, рассчитанными для последовательно подвижных (скользящих) укрупненных интервалов, охватывающих т уровней ряда.

По заданию, проведены расчеты для трех и пяти точек: m=3, m=5.

Таблица 6 – Сглаживание простой скользящей средней

Метод простой скользящей средней

t

SI

Сглаживание по 3 точкам

Сглаживание по 5 точкам

1

0,38

2

0,44

3

0,94

0,587

4

0,73

0,703

5

0,68

0,783

0,634

6

0,65

0,687

0,688

7

0,89

0,740

0,778

8

0,38

0,640

0,666

9

0,61

0,627

0,642

10

0,70

0,563

0,646

11

0,91

0,740

0,698

12

0,83

0,813

0,686

13

0,66

0,800

0,742

14

0,53

0,673

0,726

15

0,84

0,677

0,754

16

0,68

0,683

0,708

17

0,79

0,770

0,700

18

0,34

0,603

0,636

19

0,73

0,620

0,676

20

0,52

0,530

0,612

21

0,88

0,710

0,652

22

0,70

0,700

0,634

23

0,80

0,793

0,726

24

0,61

0,703

0,702

25

0,51

0,640

0,700

26

0,53

0,550

0,630

27

0,65

0,563

0,620

28

0,47

0,550

0,554

29

0,45

0,523

0,522

30

0,40

0,440

0,500

31

0,53

0,460

0,500

32

0,74

0,557

0,518

33

0,56

0,610

0,536

34

0,62

0,640

0,570

35

0,60

0,593

0,610

36

0,55

0,590

0,614

37

0,67

0,607

0,600

38

1,09

0,770

0,706

39

0,86

0,873

0,754

40

0,66

0,870

0,766

41

0,81

0,777

0,818

42

0,61

0,693

0,806

43

0,98

0,800

0,784

44

0,84

0,810

0,780

45

0,65

0,823

0,778

46

0,59

0,693

0,734

47

0,64

0,627

0,740

48

0,71

0,647

0,686

49

0,60

0,650

0,638

50

0,79

0,700

0,666

График 2 – Сглаживание по 3 точкам

График 3 - Сглаживание по 5 точкам

Вывод: Визуально проанализировав графики, заметно, что сглаживание по 5 точкам более плавно выявляет тенденцию развития временного ряда и приближает его к среднему значению, а сглаживание по 3 точкам более точно отражает исходный ряд данных.

  1.  Метод медианного сглаживания

Суть метода:  вместо скользящей средней можно использовать медиану значений, попавших в окно.


Таблица 7 – Метод медианного сглаживания

Метод медианного сглаживания

t

SI

Сглаживание по 3 точкам

Сглаживание по 5 точкам

1

0,38

0,44

0,68

2

0,44

0,73

0,68

3

0,94

0,73

0,73

4

0,73

0,68

0,68

5

0,68

0,68

0,65

6

0,65

0,65

0,65

7

0,89

0,61

0,70

8

0,38

0,61

0,70

9

0,61

0,70

0,70

10

0,70

0,83

0,70

11

0,91

0,83

0,83

12

0,83

0,66

0,68

13

0,66

0,66

0,68

14

0,53

0,68

0,68

15

0,84

0,79

0,73

16

0,68

0,68

0,68

17

0,79

0,73

0,73

18

0,34

0,52

0,70

19

0,73

0,73

0,73

20

0,52

0,70

0,70

21

0,88

0,80

0,70

22

0,70

0,70

0,61

23

0,80

0,61

0,61

24

0,61

0,53

0,53

25

0,51

0,53

0,51

26

0,53

0,53

0,47

27

0,65

0,47

0,47

28

0,47

0,45

0,47

29

0,45

0,45

0,53

30

0,40

0,53

0,56

31

0,53

0,56

0,60

32

0,74

0,62

0,60

33

0,56

0,60

0,60

34

0,62

0,60

0,62

35

0,60

0,60

0,67

36

0,55

0,67

0,67

37

0,67

0,86

0,81

38

1,09

0,86

0,81

39

0,86

0,81

0,81

40

0,66

0,66

0,81

41

0,81

0,81

0,81

42

0,61

0,84

0,65

43

0,98

0,84

0,65

44

0,84

0,65

0,65

45

0,65

0,64

0,64

46

0,59

0,64

0,64

47

0,64

0,64

0,67

48

0,71

0,71

0,71

49

0,60

0,69

0,69

50

0,79

0,79

0,79

График 4 – Сглаживание по 3 точкам

График 5- Сглаживание по 5 точкам

Вывод: Медианное сглаживание более точно отражает тенденцию изменения ряда.

  1.  Метод экспоненциального сглаживания

Его особенность заключается в том, что в процедуре нахождения сглаженного уровня используются значения только предшествующих


уровней ряда, взятые с определенным весом, причем вес наблюдения уменьшается по мере удаления его от момента времени, для которого определяется сглаженное значение уровня ряда.

Экспоненциальное сглаживание определяется по формуле 3:

        ,                             (3)

где параметр сглаживания (0 < < 1); величина (1 - ) называется коэффициентом дисконтирования.

Таблица 8 – Метод экспоненциального сглаживания.

Метод экспоненциального сглаживания

t

SI

=0,1

=0,3

1

0,38

0,38

0,63

2

0,44

0,39

0,58

3

0,94

0,44

0,69

4

0,73

0,47

0,70

5

0,68

0,49

0,69

6

0,65

0,51

0,68

7

0,89

0,55

0,74

8

0,38

0,53

0,63

9

0,61

0,54

0,63

10

0,70

0,55

0,65

11

0,91

0,59

0,73

12

0,83

0,61

0,76

13

0,66

0,62

0,73

14

0,53

0,61

0,67

15

0,84

0,63

0,72

16

0,68

0,64

0,71

17

0,79

0,65

0,73

18

0,34

0,62

0,61

19

0,73

0,63

0,65

20

0,52

0,62

0,61

21

0,88

0,65

0,69

22

0,70

0,65

0,69

23

0,80

0,67

0,73

24

0,61

0,66

0,69

25

0,51

0,65

0,64

26

0,53

0,63

0,60

27

0,65

0,64

0,62

28

0,47

0,62

0,57

29

0,45

0,60

0,54

30

0,40

0,58

0,50

31

0,53

0,58

0,51

32

0,74

0,59

0,58

33

0,56

0,59

0,57

34

0,62

0,59

0,59

35

0,60

0,59

0,59

36

0,55

0,59

0,58

37

0,67

0,60

0,61

38

1,09

0,65

0,75

39

0,86

0,67

0,78

40

0,66

0,67

0,75

41

0,81

0,68

0,77

42

0,61

0,67

0,72

43

0,98

0,70

0,80

44

0,84

0,72

0,81

45

0,65

0,71

0,76

46

0,59

0,70

0,71

47

0,64

0,69

0,69

48

0,71

0,70

0,70

49

0,60

0,69

0,67

50

0,79

0,70

0,70

График 6 – Сглаживание с параметром =0,1


График 7 -
Сглаживание с параметром =0,3

Вывод:  От параметра зависит сглаживание временного ряда. Чем больше , тем сильнее сказываются фактически (наблюдаемые) значения ряда, чем меньше , тем сильнее сказываются теоретические сглаженные значения.

  1.  Нахождение трендовой модели

Смысл этого метода состоит в том, что основная тенденция развития процесса (тренд) рассчитывается как функция времени (Формула 4).

                                      (4)

Набор моделей формируется на основе интуитивных приемов.

На практике статистического изучения временных рядов различают следующие основные типы развития явлений во времени:

  •  ;
  •  ;
  •  ;
  •  ;
  •  

Построение трендовых моделей осуществлялось с помощью пакета Microsoft Office Excel, результаты представлены на графиках (8 - 10).

График 8 – Линейная модель

График 9 – Экспоненциальная модель


График 10 – Полиномиальная модель

Вывод: Проанализировав графики построенных трендовых моделей, адекватных моделей не найдено, но для приведения примеров проверки точности и адекватности была выбрана линейная модель.

  1.  Оценка адекватности и точности  линейной трендовой модели

Проверка случайности колебаний уровней остаточной последовательности означает проверку гипотезы о правильности выбора вида тренда. Для исследования случайности отклонений от тренда необходимо  располагать набором разностей (Формула 5)

(t =1 , 2, . . ., n)             (5)

Характер этих отклонений изучается с помощью ряда непараметрических критериев. Одним из таких критериев является критерий пиков (поворотных точек). Уровень последовательности t считается максимумом, если он больше двух рядом стоящих уровней, т.е. t -1 < t >t+1, и минимумом, если он меньше обоих соседних уровней, т.е. t -1 > t <t+1. В


обоих случаях
t считается поворотной точкой; общее число поворотных точек для остаточной последовательности t обозначим через р.

Критерием случайности с уровнем значимости =0,05 является выполнение неравенства (6).

                                       (6)

где квадратные скобки означают целую часть числа, это неравенство  выполняется, 32 > 26 условие выполняется, трендовая модель считается неадекватной.

Проверка соответствия распределения случайной компоненты нормальному закону распределения может быть произведена по RS-критерию.

Этот критерий численно равен отношению размаха вариации случайной величины R= max-min к стандартному отклонению, вычисляемому по формуле 7.

                                (7)

σ=0,18

Вычисленное значение RS -критерия сравнивается с табличными значениями, которые равны 3,47 и 4,89, верхнее и нижнее соответственно. В данном случае рассчитанное значение не попадает в данный интервал, модель считается распределенной не по нормальному закону, т. е. не адекватной.

Проверка равенства математического ожидания случайной компоненты нулю, если она распределена по нормальному закону, осуществляется на основе t-критерия Стьюдента. Расчетное значение этого критерия задается формулой 8.

                                                                  (8)


где  — среднее арифметическое значение уровней остаточной последовательности
t;

— стандартное (среднеквадратическое) отклонение для этой последовательности.

Расчетное значение t  = 2,41 больше табличного значения t=2,00 статистики Стьюдента с уровнем значимости 0,95 , гипотеза о равенстве нулю математического ожидания случайной последовательности принимается, модель не адекватна.

Проверка независимости значений уровней случайной компоненты, т.е. проверка отсутствия существенной автокорреляции в остаточной последовательности осуществляется через d-критерий Дарбина — Уотсона. Расчетное значение этого критерия определяется по формуле 9:

                        (9)

Расчетное значение критерия d =1,43 больше верхнего табличного значения d2 =1,49 то гипотеза о независимости уровней остаточной последовательности, т.е. об отсутствии в ней автокорреляции, принимается.

Вывод: модель является неадекватной по причине не выполнения всех критериев одновременно.

В качестве статистических показателей точности применяются следующие:

  •  Среднеквадратичное отклонение (СКО). (Формула 10)

          

           (10)

σ=0,18


Средняя относительная ошибка аппроксимации (ошибка менее 5% свидетельствует об удовлетворительном уровне точности; ошибка в 10% и более считается большой). (Формула 11)

          (11)

= 21,45

  •  коэффициент сходимости (Формула 12).

                       (12)

ϕ2  =1,17

Коэффициент детерминации (трендовая модель адекватна изучаемому процессу и отражает тенденцию его развития во времени при значениях R2, близких к 1). (Формула 13)

                                 (13)

R2 = 0,17

В приведенных формулах (7- 13): n — количество уровней ряда, k — число определяемых параметров модели,  - оценка уровней ряда по модели,  - среднее арифметическое значение уровней ряда.

Вывод: После проверки на точность и адекватность данной линейной модели временного ряда, определили, что она не адекватна и не точна.


10

9

8

7

5

4

3

2

1

Производство сгущенного молока

10

2

3

4

5

6

7

8

9

1

11

18

16

14

22

12

19

15

21

20

17

13

23

Рисунок 4 - Сепаратор – нормализатор:

1 – регулятор жирности слив; 1 – регулятор жирности сливок; 2 – центральная трубка; 3 – напорная камера нормализованного устройства; 4 – напорный диск сливок; 5 – верхняя тарелка; 6 – отверстия в тарелках;  7 – крышка сепарирующего устройства; 8 – тарелка; 9 – тарелкодержатель; 10 – корпус.

8

7

17

2

10

15

1

18

9

14

11

3

6

4

5

12

13

16


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60136. Літературне свято «Поезія – це завжди неповторність» 65.5 KB
  Дорогі друзі! Сьогодні ми долучимося до високого Мистецтва – поетичного слова двох геніальних творців, таких різних у своїх творчих доробках, але таких близьких у поглядах на сучасність, суспільство. Ми відчинимо двері у дивовижно яскравий світ...
60138. Влияние шума на организм человека 256 KB
  Цель: дать определение шума; рассмотреть наиболее распространённые источники шума; показать влияние шума на живые организмы; доказать что культура поведения в школе эффективный путь борьбы с шумом...
60139. Позакласний захід-панорама до Дня української мови та писемності «Слово – найтонше доторкання до серця…» 144 KB
  Слайд 2 Рідна мова 1 читець Мово рідна Колискова материнська ніжна мово Мово сили й простоти Гей яка ж прекрасна Ти Слайд 3 2 читець Перше слово крик любові Сміх і радість немовляти: неповторне слово Мати про життя найперше...
60140. Засідання круглого столу: «Математики і лірики» 60 KB
  В свою чергу багато маткматиків віддали данину мазі поезії і навіть писали вірші поеми і романи. Мені хочеться багато писати і вчитися писати зізналась дівчина і ось через якісь цифри я не потраплю до університету.
60141. «Свіча запалена від серця» (загальношкільний виховний захід) 341.5 KB
  Слайд№ 1 Вчитель: Красиво і світло в нашій світлиці Квіти на вікнах стоять весняні. Гладить його по голові Слайд №2 Вчитель: Щовесни коли тануть сніги І на рясті просяє веселка Повні сил і живої снаги Ми вшановуєм пам’ять Шевченка.
60142. Ми тебе не забули, Тарасе! 476.5 KB
  Ведуча 1. 9 березня 1814 року народився Тарас Григорович Шевченко – великий поет України. Тарасе, наш Кобзарю, всюди Приходиш нині ти як свій Тебе вітають щиро люди На всій Україні моїй. Тарас вкраїнської землі Був найвірнішим сином.
60143. Классный час по профориентации: «Наш выбор» 156 KB
  Цели - расширить представления учащихся об различных профессиях; формировать позитивную оценку таких нравственных качеств, как целеустремленность, трудолюбие, скромность...
60144. Подорож до Карликанії 132.5 KB
  Мета. Узагальнити та систематизувати знання, вміння і навички учнів із теми «Подільність чисел»; показати на прикладах за допомогою ігрових моментів; практичну спрямованість математичних знань; удосконалювати навички виразного читання...