XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Глава 1. Общие сведения

1. 1. Системы хранения помидоров

Помидоры (Solanum lycopersicum) — один из самых популярных овощей, используемых в кухнях народов мира (Рисунок 1.1.1, Приложение). Их свойства делают необходимым организацию особых условий хранения, чтобы сохранять полезные качества и вкусовые характеристики.

Срок хранения помидоров значительно меньше, чем у корнеплодов — картофеля, лука или свеклы, однако современные хранилища и способы закладки овощей позволяют увеличить это время, и добиться того, чтобы ваши продукты сохранили свежесть на несколько месяцев. Рассказываем о правилах хранения помидоров в свежем виде.

Аграрии советуют собирать плоды в дни, когда отсутствуют какие-либо осадки и лучше всего днем, после высыхания росы. Перепады температуры, которые характерны для осеннего сезона, оказывают отрицательное влияние на сроки хранения свежих томатов и вызывают распространение различных заболеваний. К тому же, если вы осуществите сбор зеленых помидоров, когда столбик термометра опустится ниже 6 °C, они уже не смогут дозреть.

Как известно, существует несколько степеней зрелости томатов, каждая из которых требует определенных сроков дозревания.

Помидоры первой степени зрелости выросли до определенных размеров в соответствии с видом, их окрас зеленого цвета, но кожица уже начинает приобретать белый оттенок. Собранный на данном этапе урожай будет дозревать при комнатной температуре около двух недель.

Чуть более розоватый оттенок приобретают томаты в стадии бланжевой спелости, это время считается лучшим для сбора урожая.

Розоватые томаты соответствуют третьей степени зрелости. Им потребуется около недели при температуре от +20 до +25 °C, чтобы прийти в стадию технической спелости (для осуществления дальнейшего хранения рекомендуется понижать температуру на 10-15 градусов). Когда плод приобретает расцветку, характерную своему сорту, он считается полностью созревшим.

Для длительного хранения помидоров категорически не подходят подвалы и погреба, поскольку в них трудно добиться необходимых климатических условий. Перед загрузкой новой партии овощей, необходимо не только вывезти мусор и провести уборку, но и провести дезинфекцию, а также работы по техническому обслуживанию, если это необходимо.

Важно помнить, что хранить помидоры различной степени зрелости в одном помещении нельзя, так как им нужны разные температурные условия. Убедитесь, что выбранное вами овощехранилище позволяет формировать из ящиков с помидорами штабеля, а также приобретите пленку, чтобы накрывать овощи сверху.

Свежие томаты очень чувствительны к перепадам показателей температуры и влажности воздуха, поэтому нужно уделить особое внимание данным характеристикам. Укладывая на долгое хранение помидоры, убедитесь, что овощехранилище поддерживает постоянную влажность воздуха в пределах 85-90%. Отклонение от этих показателей приведет к порче продукта. Температура хранения помидоров свежими отличается в зависимости от того, в какое время их сняли с куста: спелые томаты должны храниться при температуре от 0 до 2°C, бурые — при 4-6 °C. Томаты в стадии молочной зрелости должны храниться при температуре от 8 до 10 °C, а совсем зеленые томаты — при 12-14°C.

Кроме этого, замедлить созревание томатов и продлить срок их хранения можно в регулируемой газовой среде. Такой метод хранения овощей и фруктов является очень действенным, поскольку повысив содержание углекислого газа и понизив значения кислорода, можно добиться замедления процесса жизнедеятельности плодов. Решив использовать данный метод для своего предприятия или производства, необходимо правильно подобрать оптимальные концентрации веществ в соответствии с сортом томата. В процессе такого хранения помидоры продолжали дозревать, приобретать привлекательный вид и спелую окраску и сохраняли свои вкусо-ароматические качества.

Для хранения помидоров на складе используют разные системы, например:

• Хранение в навал. Считается дешёвым способом. Подходит для недорогих, плотных плодов с толстой защитной кожицей, которые хорошо переносят механические воздействия. Для поддержания оптимальной температуры используют воздуховоды, охладители и нагреватели (Рисунок 1.1.2, Приложение).

• Хранение в контейнерах или ящиках. Контейнеры устанавливают в штабеля, оставляя зазор для прохождения воздушной смеси. Такой способ обеспечивает хорошее вентилирование продуктов, позволяет контролировать и локализовать повреждённую продукцию (Рисунок 1.1.3, Приложение).

• Хранение на стеллажах. Уложенные на поддоны мешки, ящики или лотки размещают в несколько ярусов на специальных стеллажах. Этот способ позволяет рационально использовать доступную площадь склада, но требует применения специальной техники — погрузчиков и штабелёров (Рисунок 1.1.4, Приложение).

Томаты очень капризны в хранении. Несоблюдение уровня влажности и температурного режима может привести к порче овощей и потере ими товарных качеств.

Для соблюдения режимов хранения используют автоматизированные системы климатического контроля. Они управляются с компьютера и программируются на отслеживание и корректировку всех влияющих факторов — влажности, температуры и воздухообмена.

1. 2. Автоматизированные склады. Виды и особенности

Введение автоматизированных складов стало важнейшим направлением модернизации современной промышленности и торговли. Сегодня практически каждое крупное предприятие стремится перейти на новую ступень технологического прогресса, заменяя устаревшие классические системы новыми автоматизированными решениями. Рассмотрим классификацию автоматизированных складов и их отличительные черты:

1. Секционные автоматизированные склады

Наиболее распространенный тип автоматизированных складов — секционные (Рисунок 1.2.1, Приложение). Такой склад разделен на зоны, каждая из которых ориентирована на определенный вид продукции. Внутри зон устанавливается специфичное оборудование, которое идеально подходит для обработки конкретных материалов или изделий.

2. Модульные автоматизированные склады

Модульные автоматизированные склады строятся по принципу модульности, что означает быструю перестройку конфигурации склада в зависимости от потребностей бизнеса (Рисунок 1.2.2, Приложение). Модули могут расширяться или сужаться, обеспечивая максимальную гибкость в управлении запасами.

3. Логистические центры

Логистические центры представляют собой гигантские многофункциональные комплексы, интегрирующие все звенья цепи поставки (Рисунок 1.2.3, Приложение). В таком центре сосредоточены функции приемки, хранения, сортировки, комплектации заказов и отправки товаров конечному потребителю.

4. Мини-автоматизированные склады

Мини-автоматизированные склады предназначены для малого и среднего бизнеса, которым не нужны огромные мощности и сложное оборудование (Рисунок 1.2.4, Приложение). Компактные размеры и простота эксплуатации делают такие склады идеальным выбором для небольших фирм и стартапов.

5. Склады-холодильники

Автоматизированные склады-холодильники разработаны специально для хранения продукции, требующей низких температур (Рисунок 1.2.5, Приложение). Основное преимущество таких складов — поддержание постоянной температуры и влажности, что предотвращает порчу и продлевает срок хранения.

Преимущества автоматизированных складов:

Экономия рабочего времени. Люди выполняют роли операторов и координаторов, основная работа ложится на автоматизированные системы.

Повышение точности учета. Исключается человеческий фактор при подсчете и учете продукции.

Снижение операционных затрат. Благодаря автоматизации снижаются расходы на обслуживание и содержание склада.

Максимальная загрузка пространства. Больше товаров хранится на меньшей площади благодаря рациональному использованию вертикального пространства.

Быстрый доступ к любой единице продукции. Встроенные навигационные системы мгновенно определяют местоположение нужного товара.

Особенности автоматизированных складов:

Автоматизированные склады оснащены высокоточными датчиками, камерами видеонаблюдения, системами идентификации (RFID-технологии), роботизированными тележками и подъемниками, средствами охраны и противопожарной защиты. Всё это гарантирует бесперебойную работу и надёжность хранения продукции.

Внедрение автоматизированных складов открывает широкие перспективы для оптимизации логистических процессов, увеличения прибыли и сокращения расходов, делая бизнес более эффективным и привлекательным для потребителей.

1. 3. Экскурсия на агрофирму КРиММ как метод знакомства с современными технологиями хранения овощей и автоматизацией производства

Организация экскурсии на агрофирму «КРИММ» в Тюменском районе стала ключевым элементом нашего исследования (Рисунок 1.3.1, Приложение). Целью экскурсии было получение первого опыта взаимодействия с современными технологиями хранения овощей и ознакомления с автоматизацией производственных процессов.

Наш визит начался с приветствия и презентации директора агрофирмы. Нам рассказали историю создания предприятия, сферу деятельности и вклад компании в региональную экономику.

Первый объект посещения — большой цех хранения овощей. Здесь мы увидели различные технологии, используемые для хранения помидоров и других овощей. Нам представили процесс регулировки температуры и влажности, объяснялись различия между различными видами хранения (естественным и принудительным контролем).

Следующий пункт нашей экскурсии — изучение автоматизированных систем сортировки и упаковки продукции. Нам показывали роботов, работающих на линии, которые автоматически распределяют овощи по контейнерам и готовят их к отправке. Особое внимание уделялось программам, управляющим этими устройствами.

Мы ознакомились с техникой, используемой для перевозки и хранения продукции. Нас заинтересовали погрузочно-разгрузочные механизмы, представляющие собой автоматизированные лифты и конвейеры, помогающие доставлять грузы в нужное место с максимальной скоростью и точностью.

Проведённая экскурсия помогла нам познакомились с устройством и работой реальных промышленных установок, а также предоставила возможные идеи по улучшения процессов автоматизации в отрасли сельского хозяйства.

Глава 2. Модель модели автоматизированного секционного склада для хранения помидоров на базе конструктора LEGO WEDO 1.0

2.1. Конструкция и механические передачи проекта

В ходе изучения темы процессов автоматизации в хранении помидоров, мы узнали, что одна из самых известных проблем – хранение помидоров разной степени зрелости в одних и тех же условиях.

Нам захотелось придумать оптимальное решение – секционный склад, в котором будут храниться помидоры по степени зрелости с соответствующими условиями температуры и влажности.

Наш проект состоит из: теплицы с помидорами, трактора с прицепом, умного сортировщика и секционного склада (Рисунок 2.1.1, Приложение). Неподвижная часть нашего проекта сделана из конструктора Lego City, подвижные части и элементы сконструированы на базе набора Lego WeDo 1.0; управление подвижными элементами осуществляется с помощью программ, написанных в ПО Lego WeDo 1.0.

Рассмотрим подробно наш проект:

При сборке урожая, помидоры разной зрелости: зеленые, розовые и красные сразу фасуются в разные ящики. Трактор с прицепом перевозит помидоры на склад. Далее ящики с помидорами поступают на умный сортировщик.

Умный сортировщик состоит из поворотной платформы и гладкого спуска (Рисунок 2.1.2, Приложение). Платформа совершает поворот в нужную сторону по сигналу датчика наклона в зависимости от цвета ящика с помидорами. Положение носом вверх запускает платформу влево, положение прямо – останавливает ее, положение носом вниз – вправо. Платформа работает с помощью угловой зубчатой передачи (Рисунок 2.1.3, Приложение).

Далее, когда платформа сделала нужный поворот, включается второй мотор и запускает два сложных механизма: угловую зубчатую передачу и реечную передачу (Рисунок 2.1.4, Приложение). В этот момент ящик поступает в нужную секцию склада по гладкому спуску.

Секционный склад с тремя секциями работает по сигналу датчика расстояния (Рисунок 2.1.5, Приложение). Когда датчик замечает поступивший ящик с помидорами он передает сигнал мотору, который запускает сразу 6 ременных передач и 3 кривошипно-шатунных механизма (Рисунок 2.1.6, Рисунок 2.1.7, Приложение). Эти механизмы обеспечивают разную температуру и влажность в помещениях.

В нашем проекте 3 мотора и 3 коммутатора, 1 датчик наклона и 1 датчик расстояния.

В тестовом режиме наша модель работает именно так, как мы задумали. Все механизмы подобраны правильно, обеспечивают исправную работу всех подвижных элементов.

2.2. Программа для управления проектом

Написание программного кода для нашей модели проходило в специальном ПО – Lego WeDo 1.0 (Рисунок 2.2.1, Приложение).

Первые три программы запускаются одновременно, с нажатия клавиши «цифра 1». Эти программы обеспечивают работу поворотной платформы.

Первая программа запускает мотор против часовой стрелки (влево) с мощностью 3, когда датчик наклона принимает положение «носом вверх».

Вторая программа запускает мотор по часовой стрелке (вправо) с мощностью 3, когда датчик наклона принимает положение «носом вниз».

Третья программа запускает выключает мотор и останавливает движение, когда датчик наклона принимает положение «прямо».

Эти программы цикличны и работают строго до тех пор, пока датчик наклона находится в нужном положении.

Программа под номером 4 отвечает за работу умного спуска. Она запускается с помощью клавиши «цифра 2». После того, как платформа приняла правильное положение – запускается мотор с мощностью 6 и работает с течение 2 секунд, сталкивая при этом ящик вниз, после – мотор выключается.

Программа под номером 5 запускается с помощью клавиши «цифра 3» и обеспечивает работу систем вентиляции, влажности секционного склада. Когда датчик расстояния замечает ящик – запускается мотор на максимальной мощности 10, который работает в течение 10 секунд, после чего отключается.

Заключение

В результате нашей работы над проектом мы успешно выполнили следующие задачи:

1. Нашли информацию о системах хранения помидоров;

2. Изучили автоматизированные склады, их виды и особенности;

3. Посетили экскурсию и познакомились с современными технологиями хранения овощей;

4. Создали проект автоматизированного секционного склада для хранения помидоров;

5. Создали программу, которая позволила наглядно продемонстрировать работу нашего проекта.

Для нашего проекта мы использовали конструктор из наборов Lego WeDo 1.0 и Lego City. В нашей работе были простые и сложные механизмы: ось, шестерня, реечная передача, угловая зубчатая передача с коническом колесом, кулачковый механизмы и множество ременных передач. Для запуска проекты мы создали программу в программном обеспечение Lego WeDo 1.0, одновременно подключая к компьютеру 3 коммутатора, 3 мотора, 1 датчик наклона и 1 датчик расстояния.

Мы считаем, что наш проект «Автоматизированный секционный склад для хранения помидоров разной степени зрелости» позволяет значительно продлить срок хранения и сохранить качество и количество урожая помидоров.

Список используемой литературы и интернет-источники

1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

2. «LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов»; [пер. с англ. Позина И. В., ред. Волченко Ю. С.].- Эксмодетство, 2019 г.

3. Семенов Ю.М. Роботы и автоматизация в сельском хозяйстве // Информационный бюллетень Минсельхоза РФ. № 4, 2023 г.

4. «LEGOудивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.

Интернет-источники:

6. https://greentalk.ru/topic/1835/?page=4

7. https://holvent.com/o-kompanii/poleznaya-informacziya/hranenie-pomidorov/