Специалисты из РТУ МИРЭА разработали программное обеспечение, которое позволяет спрогнозировать итоговые вкусовые качества сладостей, опираясь на параметры технологического цикла, сенсорные свойства сырья и его физико-химические, а также реологические показатели.
Ирина Медведева
Кондитерские изделия. Иллюстративное фото. Источник: vecteezy.com
Цифровая трансформация пищепрома
Программный модуль, разработанный в РТУ МИРЭА, представляет собой не просто инструмент для автоматизации, а полноценный элемент цифровой трансформации пищевой промышленности. Его внедрение меняет сам подход к контролю качества: вместо субъективного и растянутого во времени процесса, технолог получает оперативный и измеримый показатель, который можно использовать в реальном времени.
Система позволяет не только фиксировать отклонения, но и анализировать их причины, что открывает путь к глубокой оптимизации производства.
Например, если датчик показывает снижение оценки из-за избыточной влажности на этапе формовки, технолог может скорректировать режим сушки или изменить состав смеси, не дожидаясь готовности всей партии.
В качестве исходной информации используются сведения о температуре, давлении, скорости потоков, интенсивности работы механизмов, влажности, кислотности, доле сухих компонентов, вязкости, структуре и других характеристиках, которые фиксируются датчиками на производстве и в лабораторных условиях.
В настоящее время экспертиза вкуса на предприятиях часто базируется на личных ощущениях и привлекает дегустаторов, что отнимает много времени и не позволяет быстро вносить изменения в технологию.
Новая программа, построенная на основе многослойной нейросети, дает возможность вычислять предполагаемый вкус прямо во время производственного процесса и своевременно выдавать рекомендации по корректировке режимов и параметров.
ПО попробует сладости за вас
Вкусовые качества кондитерского изделия выступают ключевым критерием, который влияет на выбор покупателя. Однако заранее, до выпуска всей партии, оценить его достаточно сложно.
Традиционный способ заключается в том, что технолог изготавливает пробный экземпляр, собирает дегустационную комиссию, и специалисты, пробуя продукт, выносят вердикт. Эта процедура требует значительных затрат времени, задействует человеческие ресурсы и, что наиболее важно, не дает возможности оперативно исправить процесс, если были допущены ошибки.
Ученые РТУ МИРЭА предложили цифровой подход к решению данной проблемы. Они создали программный модуль, который, используя объективные показатели — долю сахара, жиров, кислотность, количество ароматизаторов, — рассчитывает предположительную оценку вкуса.
В его основе заложена нейросетевая модель, обученная на реальных данных с кондитерских производств. Приложение выдает результат в понятном интерфейсе, дает возможность отслеживать изменение параметров и своевременно замечать несоответствия рецептуре. Итоги исследования опубликованы в специализированном издании.
Данный модуль применим на различных стадиях изготовления: от настройки рецептуры до проверки готовой продукции. Оператор загружает данные, и система формирует прогноз: будет ли вкус соответствовать норме или существует риск отклонения. Это дает технологу шанс внести правки в рецептуру еще на этапе варки или формовки, тем самым предотвращая выпуск некачественной партии.
«Вкус — категория субъективная, но ее можно предугадать, если опираться на точные цифры. Мы построили модель, которая устанавливает связь между технологическими параметрами и конечными вкусовыми свойствами. Это можно сравнить с рецептом, где вместо граммов используются целые технологические режимы. Наш модуль дает технологу возможность увидеть будущий вкус еще до того, как первая партия будет упакована. Это экономит время, сырье и нервы», — отмечает Владислав Благовещенский, кандидат технических наук, доцент кафедры промышленной информатики РТУ МИРЭА.
Встроить систему в технологический цикл предприятия
Особое значение подобная разработка имеет для предприятий, работающих в условиях высокой конкуренции и жестких требований к стабильности качества. В кондитерской отрасли даже незначительное колебание параметров может привести к заметному изменению вкуса, что напрямую влияет на репутацию бренда.
Автоматизированный контроль снижает риск человеческого фактора, а также уменьшает зависимость от наличия опытных дегустаторов, которые могут отсутствовать на производстве в нужный момент. Благодаря модулю, малые предприятия, не имеющие собственных лабораторий, получают доступ к инструментам, ранее доступным только крупным фабрикам, что способствует выравниванию конкурентных условий на рынке.
Владислав Благовещенский также объяснил принцип работы системы на предприятии: «Интеллектуальный датчик оценивает не степень сладости, а то, насколько корректно выполнен технологический процесс. Например, если на одном из этапов было добавлено чрезмерное количество сахара, система зафиксирует это отклонение и отразит его в виде оценки по десятибалльной шкале».
Перспективы внедрения
Дальнейшее развитие проекта предполагает расширение базы данных для обучения нейросети, включение в модель данных о новых видах сырья и добавок, а также интеграцию с системами управления производственными процессами (MES).
Планируется, что модуль сможет не только выдавать рекомендации, но и самостоятельно предлагать варианты корректировки параметров, основываясь на накопленной статистике успешных и неудачных партий. В перспективе это создаст основу для создания «цифрового двойника» производственной линии, который позволит моделировать и оптимизировать процессы до их физической реализации.
Учитывая универсальность и относительную простоту внедрения, программное обеспечение уже вызвало интерес у ряда кондитерских предприятий, особенно тех, которые ориентированы на экспорт и вынуждены соответствовать строгим международным стандартам.
Использование объективных данных для подтверждения качества становится весомым аргументом при проведении аудитов и сертификации. Таким образом, работа ученых РТУ МИРЭА является значимым шагом в создании стандартов цифрового контроля в пищевой отрасли, где традиционные методы, несмотря на их ценность, постепенно уступают место точным и быстрым алгоритмам, способным работать в масштабе реального времени.
Система не заменяет экспертизу человека
При этом важно подчеркнуть, что разработка не заменяет экспертизу человека полностью, а дополняет её. Итоговое решение о выпуске продукции всегда остается за технологом, который может учитывать не только числовые показатели, но и специфику текущего заказа или требования конкретного заказчика.
Программа выступает в роли предварительного фильтра, который берет на себя рутинную часть работы и позволяет специалисту сосредоточиться на нестандартных задачах и творческих решениях. Это особенно актуально при разработке новых рецептур, когда требуется быстро проверить множество вариантов сочетаний ингредиентов и режимов, что вручную было бы практически невозможно из-за временных затрат.
Программный модуль зарегистрирован в Реестре программ для ЭВМ. Он совместим с операционными системами Linux, Windows и macOS, что делает его пригодным для использования как на больших кондитерских фабриках, так и на небольших производствах.
Разработка продолжает серию проектов команды в области цифровизации кондитерской отрасли — ранее они уже создали программу для контроля цвета шоколада.