Плодоводство
и виноградарство Юга России
Информационные ресурсы (цифровые технологии и математическое моделирование)
В работе представлены результаты функционально-структурного моделирования продуктов для персонализированного питания и обоснована актуальность разработки специализированных цифровых инструментов. Проведенный анализ производства пищевой продукции за последние годы выявил основные тенденции в структуре производимых видов. В качестве объектов для организации персонализированного питания выбраны продукты массового потребления – хлеб и хлебобулочные, кондитерские изделия, консервы плодовые и овощные, безалкогольные напитки. В качестве методов исследования применяется методология функционально-структурного моделирования систем. Большинство продуктов питания содержат в своем составе различные наборы ингредиентов, а те, в свою очередь, состоят из определенного набора химических элементов. Их комбинации в различных пропорциях приводят к тому, что конечный продукт будет обладать теми или иными свойствами, как положительно, так и отрицательно влияющими на здоровье людей. Учет этих факторов, выявление состава ингредиентов при проектировании продуктов для персонализированного питания, при котором положительный эффект будет максимально благоприятным, является сложной и трудоемкой задачей, невозможной без применения современных ИТ-решений. Одним из базовых этапов проектирования соответствующих цифровых инструментов является описание функционально-структурной модели, которое представлено в данной статье. Эта модель позволяет детально рассмотреть структуру будущих цифровых инструментов, входную и выходную информацию каждого этапа проектирования, определить связи и зависимости между отдельными компонентами системы. Модель построена на базе методологии SADT в нотациях IDEF0 и IDEF3. Представлены TOP-диаграмма и три уровня декомпозиции с упором на блок оптимизации компонентного состава. Моделирование именно этого процесса в дальнейшем послужит основой для создания цифровых инструментов проектирования продуктов здорового питания с заданным составом.
В статье приведен сравнительный анализ существующих методик и моделей проектирования продуктов с заданным составом: экспериментально-статистическое моделирование, линейное программирование, объектно-ориентированный подход, модели нечеткой логики, нейронные сети. Для каждой методики выявлены их ключевые особенности, а также недостатки и границы эффективного применения. По результатам проведенного анализа обоснован выбор базовой методики для последующего практического применения – линейное программирование: симплекс-метод и его модификации. Далее в работе представлено описание математических моделей и алгоритмов для решения трех задач, реализующих проектирование компонентного состава продуктов питания для персонализированного питания. Для каждой методики определены наборы входных и выходных данных, ограничений, целевых функций, а также обобщенные последовательности действий при расчетах в виде блок-схем алгоритмов. Модель оптимизации компонентного состава позволит спроектировать выбранный продукт на основе его базовой рецептуры, оптимизировав его по заданному критерию: себестоимость, энергетическая ценность, степень содержания определенного химического компонента и т.д. Методика оптимизации сбалансированных по пищевой ценности рецептур продуктов с заданными свойствами и составом базируется на использовании норм физиологических потребностей в пищевых веществах для разных групп населения. Она позволяет оценить конкретную рецептуру продукта на предмет его соответствия этим нормам для заданной группы населения. Отличительной особенностью предлагаемой методики системного моделирования поликомпонентных пищевых продуктов является возможность проектирования рецептуры для заданных соотношений компонентов и химических веществ. Описанные модели в дальнейшем будут являться основой для разработки цифровых инструментов проектирования продуктов с заданным составом.
Обоснована необходимость разработки многофакторных моделей управления устойчивостью воспроизводственных процессов в многолетних агроценозах с участием садовых культур и винограда. Выявлены факторы, оказывающие влияние на устойчивость и эффективность производства плодовой продукции и винограда в Краснодарском крае. Разработаны когнитивные модели управления устойчивостью воспроизводственных процессов в многолетних агроценозах по технологическим процессам элементов системы ведения садоводства и виноградарства. Модели управления устойчивостью воспроизводственных процессов основаны на когнитивных методах анализа и цифровых технологиях с учетом выявленных системных взаимосвязей в воспроизводственных процессах по функциональным областям воздействия по критериям эффективности; биологизации; рациональности природопользования. Когнитивные модели позволили выявить многофункциональные взаимосвязи в воспроизводственных процессах по функциональным областям воздействия, оптимизация которых является основой для разработки цифровых технологий. Результаты когнитивного моделирования будут являться основой решения прикладных задач по повышению продуктивности плодовых агроценозов, снижению уровня химико-техногенной нагрузки на их элементы и оптимизации издержек на производство отраслевой продукции. Разработана нормативно-параметрическая модель устойчивости воспроизводственных процессов в многолетних агроценозах с участием садовых культур и винограда. Предложены инструменты управления биотехнологическими процессами в элементах агроценоза.
В статье приводятся результаты агробиологических и физиолого-биохимических исследований по обеспечению устойчивости насаждений винограда в нестабильных погодных условиях и техногенной интенсификации производства. Исследованиями в агроэкологических условиях Краснодарского края на южных черноземах выявлена наиболее продуктивная норма нагрузки кустов винограда побегами для технических сортов Курчанский, Дмитрий, Владимир, Гранатовый, Антарис и Алькор, на выщелоченных черноземах для столового бессемянного сорта Кишмиш Столетие. По результатам электрофоретического разделения пероксидаз в полиакриламидном геле и увеличенному содержанию аскорбиновой кислоты установлена повышенная морозостойкость у сортов Кристалл, Восторг, Красностоп АЗОС. Сорта Восторг и Зариф проявили себя более адаптивными к стрессам летнего периода по оводненности листьев, содержанию связанной воды, соотношению хлорофиллов и каротиноидов, количества пролина и водорастворимых сахаров, проницаемости мембран. Установлена роль физиологически активных веществ в повышении адаптивного потенциала растений винограда. Обработка виноградной лозы сорта Мерло метилжасмонатом и эпибрассинолидом в период глубокого покоя, а также пролином, салициловой кислотой и эпибрассинолидом в период вынужденного покоя оказывали положительное влияние на состояние виноградной лозы: происходило снижение выхода электролитов. Устойчивое выращивание винограда достигается при системном применении эффлюента «Биоконцентрат-Z» некорневым методом. На фоне некорневых обработок сортов Мерло и Каберне Совиньон установлен более высокий уровень обеспеченности растений водой, рост содержания калия, зеленых пигментов, органических кислот и урожайности винограда. В интенсивных корнесобственных насаждениях аборигенных и перспективных интродуцированных сортов винограда на фоне заражения филлоксерой в южной части Дагестана положительное влияние оказывают физиологически активные соединения и препарат Туринбаш. Созданный метод прогнозирования урожайности на основе ВИ NDVI виноградного растения и фактических данных мультиспектральных изображений в фенофазах цветения и роста позволяет повысить точность расчетной урожайности до фактической с отклонением от 0 до 0,8 кг с куста, точность прогноза возрастает к концу фазы роста и к началу фазы созревания в 2 раза.