Технологический процесс и автоматизация производства пресервов из морской капусты и рыбы: Руководство для курсового проектирования

Введение в проект автоматизации

Стремительный рост потребительского спроса на качественные и безопасные продукты питания, в частности на пресервы из рыбы и морской капусты, ставит перед производителями сложную задачу. Удовлетворить этот спрос за счет экстенсивного роста невозможно без кардинального повышения эффективности. Именно поэтому современная автоматизация перестает быть опцией и становится ключевым фактором конкурентоспособности. Она позволяет не только нарастить объемы выпуска, но и обеспечить стабильно высокое качество продукции и неукоснительное соблюдение санитарно-гигиенических норм.

Актуальность данного проекта обусловлена необходимостью внедрения передовых технологий для решения этих задач. Целью курсовой работы является разработка и теоретическое обоснование концепции полностью автоматизированной технологической линии для производства пресервов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько ключевых задач:

• Провести анализ характеристик исходного сырья и требований нормативной документации (ГОСТ).
• Описать и структурировать все технологические этапы производственного процесса.
• Осуществить подбор основных средств автоматизации, включая программируемые логические контроллеры (ПЛК) и SCADA-системы.
• Разработать концепцию многоуровневой системы контроля качества на всех этапах производства.

Таким образом, объектом исследования выступает технологический процесс производства пресервов, а предметом — современные методы и средства его комплексной автоматизации.

Характеристика сырья и нормативные требования к качеству пресервов

Основой качества конечного продукта является строгое соблюдение требований к исходным компонентам. Главным сырьем выступают рыба и морская капуста, каждый со своими особенностями.

Рыбное сырье ценится за высокую питательную ценность, однако требует деликатной и точной обработки. Ключевыми этапами подготовки являются разморозка (дефростация), минимизирующая потерю тканевого сока, разделка на филе без кожи и костей, и последующая нарезка на порционные куски.

Морская капуста (ламинария) перед использованием проходит многоступенчатую обработку, которая включает тщательную мойку, сортировку для удаления посторонних примесей, варку и точное измельчение до заданной фракции.

Нормативная база в Российской Федерации устанавливает жесткие рамки для производства пищевой продукции. Ключевым документом для данной категории является ГОСТ 34188-2017 «Пресервы из рыбы. Технические условия». Этот стандарт регламентирует все основные параметры продукта:

• Органолептические показатели: внешний вид, вкус, запах, цвет и консистенция.
• Физико-химические нормы: массовая доля рыбы, соли, кислотность и другие параметры.
• Требования к упаковке и маркировке: герметичность тары, полнота и достоверность информации на этикетке.

Кроме того, вся система контроля на производстве должна строиться на принципах HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) — системы анализа рисков и критических контрольных точек, которая обеспечивает безопасность продукции на всех этапах ее создания.

Проектирование технологической линии, от сырья до готового продукта

Эффективная автоматизированная линия представляет собой не набор разрозненных машин, а единый, слаженно работающий организм. Весь технологический процесс можно представить в виде последовательности ключевых модулей, каждый из которых выполняет свою задачу и контролируется по заданным параметрам.

Общая схема производственного цикла выглядит следующим образом:

1. Приемка и подготовка сырья. На этом этапе происходит автоматизированная разморозка рыбы при строгом контроле температуры, а также мойка и первичная инспекция всех компонентов. Цель — подготовить сырье к дальнейшей обработке с минимальными потерями качества.
2. Основная обработка компонентов. Этот блок включает в себя автоматическую разделку рыбы на филе, нарезку на порционные куски заданного веса и размера, а также подготовку (измельчение) морской капусты. Здесь же может происходить процесс посола или маринования в специальных емкостях с автоматическим контролем времени и концентрации рассола.
3. Формирование продукта в таре. Высокоточные дозаторы отмеряют необходимое количество рыбы и капусты, после чего манипуляторы или набивочные машины укладывают их в потребительскую тару (банки). Затем автоматически добавляется заливка (масло или маринад) с точным контролем объема и температуры.
4. Упаковочный цикл. Завершающий этап, на котором происходит герметичная укупорка банок, наклеивание этикеток и групповая упаковка готовой продукции в короба для последующей отправки на склад.

Ключ к успеху — постоянный контроль параметров на каждом из этих этапов. Современные датчики отслеживают температуру, время обработки, массу порций и другие критически важные показатели, обеспечивая стабильность всего процесса.

Узел 1. Как автоматизируется подготовка и первичная обработка сырья

Первый этап производственной цепочки задает качество всего конечного продукта, поэтому его автоматизация имеет критическое значение. Здесь решается задача быстрой и бережной обработки сырья с минимизацией человеческого фактора.

Современные автоматизированные системы дефростации позволяют размораживать рыбные блоки, строго контролируя температуру и время процесса. Это предотвращает развитие микроорганизмов и минимизирует потери тканевого сока, сохраняя структуру мяса. После дефростации сырье поступает в автоматические моечные машины барабанного или конвейерного типа.

Далее в работу вступают рыборазделочные машины, которые выполняют сложнейшие операции по удалению голов, внутренностей и костей, формируя филе. На следующем шаге автоматические слайсеры нарезают филе на идеально ровные порционные куски с высокой точностью по массе и размеру. Это обеспечивает стандартный вид продукта в каждой банке.

Для обеспечения безупречного качества на этом участке активно применяются системы машинного зрения. Камеры высокого разрешения инспектируют каждый кусок филе, мгновенно отбраковывая некондиционные образцы (например, с остатками костей или дефектами).

Управление всеми механизмами — приводами конвейеров, режущими элементами, отбраковщиками — осуществляется локальными программируемыми контроллерами, которые действуют как нервные центры этого производственного узла.

Узел 2. Автоматизация процессов дозирования, укладки и укупорки

После подготовки сырья начинается этап, требующий максимальной точности и скорости, — формирование продукта непосредственно в потребительской таре. На этом участке ручной труд наиболее медленный и неэффективный.

Основу узла составляют мультиголовочные или шнековые дозаторы. Они с высочайшей точностью взвешивают и подают заданную порцию рыбы и морской капусты в подставленную тару. Следом за ними работают набивочные машины или роботизированные манипуляторы, которые аккуратно укладывают компоненты в банки, обеспечивая привлекательный товарный вид.

После укладки основных ингредиентов линия перемещает банки к автоматическим дозаторам заливки. Эти устройства контролируют не только точный объем подаваемого масла или маринада, но и его температуру, что критически важно для сохранения вкусовых качеств и срока годности продукта. Завершающим аккордом этого цикла являются автоматические укупорочные машины (закатчики), которые надежно и герметично закрывают банки крышками.

Производительность таких интегрированных линий впечатляет: они способны обрабатывать от 100 до 200 единиц продукции в минуту, обеспечивая бесперебойный и быстрый выпуск готовых пресервов.

Интеграция систем управления, или Мозг производственной линии

Все описанные выше автоматизированные узлы были бы просто набором высокотехнологичного оборудования, если бы не единая система управления, которая координирует их работу. Эта система строится по иерархическому принципу и состоит из двух ключевых уровней.

Нижний уровень — это программируемые логические контроллеры (ПЛК). Их можно сравнить с нервными узлами, расположенными по всему производственному «организму». Каждый ПЛК управляет своим участком: он получает сигналы от датчиков (температуры, положения, веса) и отдает команды исполнительным механизмам (двигателям, клапанам, ножам). ПЛК обеспечивают мгновенную реакцию и автономную работу каждого узла.

Верхний уровень — это SCADA-система (Supervisory Control and Data Acquisition). Это «мозговой центр» и одновременно — рабочее место оператора. На большие экраны SCADA в виде интуитивно понятных мнемосхем выводится вся информация о состоянии линии в реальном времени. Здесь оператор может:

• Контролировать все ключевые параметры процесса.
• Запускать и останавливать линию или ее отдельные участки.
• Быстро менять рецептуры (например, соотношение компонентов или объем заливки).
• Получать аварийные сигналы и диагностическую информацию.

Иерархия Датчики → ПЛК → SCADA обеспечивает максимальную надежность и гибкость. SCADA-система не только управляет, но и собирает производственные данные, которые в дальнейшем используются для анализа эффективности, планирования и оптимизации работы. Модульность таких систем позволяет легко масштабировать производство, добавляя новые участки без перестройки всей архитектуры управления.

Роботизация финишных операций и автоматизированный контроль качества

Завершающие этапы производства, связанные с финальным контролем и групповой упаковкой, идеально подходят для внедрения самых передовых технологий — машинного зрения и промышленной робототехники.

Перед тем как попасть в коробку, каждая банка проходит через пост финального контроля на базе систем машинного зрения. Умные камеры проверяют сразу несколько параметров: правильность и герметичность укупорки, корректность нанесенной этикетки, отсутствие подтеков и достаточный уровень заливки. Любая банка, не соответствующая эталону, автоматически удаляется с конвейера.

После инспекции продукция поступает в зону роботизированной упаковки. Здесь высокоскоростные промышленные роботы-манипуляторы (чаще всего типа «Дельта» или SCARA) с помощью специальных захватов бережно и очень быстро расставляют банки в картонные короба. Преимущества роботизации на этом этапе очевидны:

• Высокая скорость и точность, недостижимые для человека.
• Возможность работы в непрерывном режиме 24/7 без перерывов и усталости.
• Освобождение персонала от монотонного и физически тяжелого труда.

В полностью автоматизированных линиях за этим следует и автоматическое паллетирование, где уже более мощные роботы укладывают заполненные коробки на палеты, готовя их к отправке на склад.

Заключение и выводы по проекту

В рамках данного проекта была разработана и описана концепция современной автоматизированной линии для производства пресервов из рыбы и морской капусты. Анализ показал, что предложенное решение является не только технически реализуемым с использованием существующих технологий, но и экономически целесообразным для любого предприятия, стремящегося к повышению эффективности.

Внедрение такого комплекса автоматизации дает ряд ключевых преимуществ:

• Значительное повышение производительности за счет высокой скорости работы оборудования.
• Гарантированная стабильность качества продукции благодаря исключению человеческого фактора и точному контролю параметров.
• Снижение производственных издержек за счет сокращения ручного труда (потенциально до 15%) и повышения энергоэффективности современного оборудования.

Внедрение комплексной автоматизации — это стратегическая инвестиция в конкурентоспособность и безопасность производства.

Перспективы дальнейшего развития подобных систем лежат в области более глубокой цифровизации. Это может быть интеграция производственной линии с системами управления предприятием более высокого уровня (MES, ERP) для сквозного планирования и учета, а также внедрение элементов предиктивной аналитики для прогнозирования отказов оборудования и его обслуживания по фактическому состоянию, а не по графику.

Список использованной литературы

1. закон РФ «о защите прав потребителя» №2300-1 принят ВС РФ 07.02.1992 года, первая публикация «Ведомости»
2. закон « О техническом регулировании» №184-ФЗ от 27.12.2012г. принят ГДФС РФ.
3. Закон РФ «О качестве и безопасности пищевых продуктов» №29-ФЗ от 02.01.2000г./ «российская газета», январь 2000г.
4. ГОСТ 7630-87 Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные, водоросли и продукты их переработки. Маркировка
5. ГОСТ 11771-93 Консервы и пресервы из рыбы и морепродуктов. Упаковка и маркировка/Москва. Стандартинформ. 2010
6. ГОСТ 3945-78 Пресервы рыбные. Рыба пряного посола. Технические условия/москва.Стандартинформ.2008
7. ГОСТ 26185-84 Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки. Методы анализа.
8. ГОСТ 26185-84 Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки. Методы анализа
9. ТУ 15-01 213-80 Капуста морская мороженая. Технические условия.
10. ТУ 15-01 360-78 Капуста морская сырец. Технические условия.
11. СанПиН 2.1.4.1074 — 01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»
12. СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования безопасности к микроклимату производственных помещений»
13. СанПиН 2.2.1X2.1.1.1031-01 «Контроль по организации санитарно-защитной зоны»
14. Ботанико-фармакогностический словарь : Справ. пособие. Блинова К. Ф. и др. / Под ред. К. Ф. Блиновой, Г. П. Яковлева. — М.: Высш. шк., 1990. — С. 203.
15. Справочник по товароведению продовольственных товаров /. Т.Г. Родина, М.Н. Николаева, Л.Г. Елисеева и др.; под ред Т.Г. Родиной — М.: Колос, 2003. С.577-585
16. Применение кривой желательности Харрингтона для сравнительного анализа автоматизированных систем контроля. Пичкалев А. В. // Вестник КГТУ. Красноярск : КГТУ, 1997. С. 128−132.
17. Химический состав пищевых продуктов/Под ред. А. А. Покровского. — М: Пищевая промышленность, 1976.
18. Товароведение и экспертиза качества товара и рыбных товаров. Шевченко В.В.: — СПб: Питер, 2005-256 с.
19. Справочник по химическому составу и технологическим свойствам водорослей, беспозвоночных и морских млекопитающих/Под ред.В.П. Быкова. — М.: ВНИРО, 1999
20. Сарапкина О.В., Иванова Е.Е., Применение ферментных препаратов для ускорения созревания рыб // Известия вузов. Пищевая технология, №4, 2006. — С.58-61.
21. Иванова Е.Е., Сарапкина О.В., Изменение растворимости белков мышечной ткани пиленгаса в процессе холодильного хранения. — В сб. матер. Всерос. научно-практ. конф. «Пищевая промышленность: Интеграция науки, образования и производства». — Краснодар: КубГТУ, 2005. — С.221-222.