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肉糜制品質(zhì)構(gòu)預(yù)測系統(tǒng)的模型庫設(shè)計

2014-04-14 07:54啜笑然趙改名李苗云高曉平柳艷霞張秋會孫靈霞黃現(xiàn)青
關(guān)鍵詞:肉糜模型庫質(zhì)構(gòu)

啜笑然,趙改名,李苗云,高曉平,柳艷霞,張秋會,孫靈霞,黃現(xiàn)青

(河南省肉制品加工與質(zhì)量安全控制重點實驗室,河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州450002)

伴隨著當前肉糜類制品生產(chǎn)實踐的發(fā)展和科學(xué)研究的深入,已經(jīng)有大量的肉糜類制品質(zhì)構(gòu)模型被提出,而且模型的數(shù)量和規(guī)模都在逐步的增加和擴大[1].更好地管理日益龐大的模型群體,并且建立不同模型之間的動態(tài)關(guān)聯(lián),從而更好地發(fā)揮現(xiàn)有模型的作用顯得日益重要.與以較為松散的獨立形式或較低的組合程度存放和使用的模型集合不同,模型庫將大量的模型以特定的組織和結(jié)構(gòu)更加合理的存儲起來[2],不僅便于模型庫管理系統(tǒng)對模型庫中模型的添加、刪除、修改等管理操作的實現(xiàn),也使得用戶交互系統(tǒng)對模型的調(diào)用和重組更加容易,從而實現(xiàn)模型庫對預(yù)測系統(tǒng)的功能支持.肉糜制品質(zhì)構(gòu)模型是反映肉糜制品生產(chǎn)過程中各種內(nèi)外因素對肉糜制品質(zhì)構(gòu)特性影響的一種專用模型,大多數(shù)為數(shù)學(xué)模型,但是它們除了具有數(shù)學(xué)模型的一般特征之外,還具有動態(tài)性、多元性、復(fù)雜性和綜合性的特點[3],因此在構(gòu)建肉糜制品質(zhì)構(gòu)模型庫的過程中,應(yīng)當考慮到肉糜制品質(zhì)構(gòu)模型的特點,合理地設(shè)計模型庫的結(jié)構(gòu)、層次和組織方式,以便于相關(guān)功能的順利實現(xiàn).

1 材料與方法

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫使用SQL server 2008創(chuàng)建并維護.系統(tǒng)編程和模型代碼設(shè)計均使用Microsoft visual studio 2010工作平臺及Visual basic語言編程實現(xiàn).

2 結(jié)果與分析

2.1 模型庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)肉糜質(zhì)構(gòu)模型的特點,為便于對模型的管理,模型庫設(shè)計為庫函數(shù)形式,分為模型文件庫、模型屬性庫、模型參數(shù)庫和模型索引庫4個子庫[4~6].每個子庫具有各自的功能,存放模型的不同信息.其中,模型文件庫用來存儲模型文件,包含模型的執(zhí)行代碼和源代碼;模型屬性庫用來存儲模型字典,也可稱為模型字典庫;模型參數(shù)庫用來存儲模型的各種參數(shù)和約束信息;索引庫用來存儲模型的索引關(guān)鍵字信息等[7].

模型編碼分為模型分類標識碼和模型編號2部分.通過模型標識碼,為模型設(shè)計統(tǒng)一的編碼規(guī)則,用來標識模型所屬的不同類別,從而實現(xiàn)對模型的動態(tài)分類,便于系統(tǒng)編程過程中對模型的查詢和調(diào)用等操作.模型標識碼部分的每2位數(shù)代表模型的1個標識項,每1個標識項代表1個模型的分類信息,不適用此種標識方式的標識信息統(tǒng)一為“00”.具體分類和編碼規(guī)則如表1所示,隨模型庫內(nèi)模型的不斷增加,各分類項的編碼規(guī)則也將逐步增加.

表1 模型編碼和分類規(guī)則Table 1 Codex of models number and classification

2.2 模型字典的設(shè)計

模型字典是模型庫的重要組成部分,根據(jù)肉糜制品質(zhì)構(gòu)模型的特點,對模型字典進行了必要的設(shè)計.模型字典存儲在模型庫的屬性庫中,用來存放模型的描述信息[16],輔助用戶比較快速地實現(xiàn)模型的查詢、添加、調(diào)用、修改和刪除等功能.

一級模型字典主要包括:

模型的編碼:用來標識模型的數(shù)字編號,含有一定的編碼規(guī)則,方便模型的管理.

模型的名稱:為每1個模型提供1個名稱,以便于模型的查看、區(qū)分、運行、提取和組合.

模型的類型:用來區(qū)分不同的模型類別,提高模型庫管理效率.

模型的路徑:模型的具體存放地址,通過查詢可獲知模型的存儲位置,準確地指向目標模型.

參數(shù)個數(shù):標明模型中參數(shù)的個數(shù),包含輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù).

參數(shù)路徑:指出模型中參數(shù)所對應(yīng)參數(shù)庫的存儲位置,實現(xiàn)對于模型運行所需的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)和約束條件的準確提取.

模型信息:標明模型的作者和來源等相關(guān)信息.

模型功能描述:對模型的功能、內(nèi)容等進行描述,方便用戶對了解和選取模型.

1級模型字典的字段設(shè)計如表2所示

表2 1級模型字典Table 2 First-order model dictionary

通過2級模型字典,指出模型中參數(shù)的相關(guān)信息及在參數(shù)庫中的位置,以便于模型參數(shù)及約束條件等信息的準確提取.表3和表4給出了2級模型字典及輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)模型字典的字段設(shè)計.

表3 2級模型字典——輸入?yún)?shù)表Table 3 Second-order model dictionary:input parameter

表4 2級模型字典——輸出參數(shù)表Table 4 Second-order model dictionary:output parameter

2.3 模型參數(shù)庫設(shè)計

參數(shù)庫用來存放模型的參數(shù)信息[17],與2級模型字典相關(guān)聯(lián),系統(tǒng)借助于對2級模型字典中的相關(guān)信息進行查詢,從參數(shù)庫中獲取所需的參數(shù),實現(xiàn)模型的正常功能.

參數(shù)庫包含模型的系統(tǒng)參數(shù)、輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)[18].對應(yīng)2級模型字典的主要表項有參數(shù)編號、模型名稱、參數(shù)名稱、參數(shù)值、所屬模型、備注信息等.

2.4 模型設(shè)計實例

按照面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想,對肉糜制品質(zhì)構(gòu)預(yù)測系統(tǒng)模型庫中的各類模型進行設(shè)計,包含模型的算法、模型輸入和輸出數(shù)據(jù)的定義等內(nèi)容[19],從而實現(xiàn)對算法和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一封裝,存放于模型文件庫中.

以文獻[5]中所述的關(guān)于斬拌速度和斬拌時間對肉糜制品乳化特性影響的線性回歸模型為例,下面給出該模型的詳細設(shè)計過程.

2.4.1 模型信息

Model_id=********* ‘模型編碼

Model_name=“斬拌速度和時間對肉糜制品乳化特性影響的響應(yīng)曲面回歸方程”‘模型名稱

Model_type=*********** ‘模型類型

Model_desc=根據(jù)肉糜制品斬拌過程中的斬拌速度和斬拌時間預(yù)測肉糜制品 ‘模型功能描述(對模型具體內(nèi)容和相關(guān)限制條件的描述)

Save_adr=“。..。..。..” ‘存放文件地址Input_dt=2 ‘輸入?yún)?shù)個數(shù)

Output_dt=10 ‘輸出參數(shù)個數(shù)

File_name=”zb0”‘文件名稱

File_type=”*.vbs” ‘文件類型(擴展名如:* .dll,* .js等)

Model_info=”崔艷飛《斬拌對肉糜制品乳化特性的影響》”‘模型信息(作者、來源等)

Notes=“模型來自:崔艷飛《斬拌對肉糜制品乳化特性的影響》,河南省高校肉品加工與質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心”‘備注信息

2.4.2 模型代碼

為便于質(zhì)構(gòu)信息和相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲,在系統(tǒng)中定義好若干個質(zhì)構(gòu)特性的自定義類型.

如定義具有硬度、彈性、回復(fù)性等10個屬性的自定義TextureQuality10:

Type TextureQuality10

yd as double*20

tx as double*20

hfx as double*20

……

調(diào)用模型代碼的子函數(shù)

Private Sub ChoppingForTextureQuality()

Dim zbv as double

Dim zbt as double ‘定義模型所需的運算變量

Dim TQ1 as TextureQuality10 ‘定義用于存儲質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果的輸出變量為1個已聲明的10屬性質(zhì)構(gòu)特性自定義類型

Zbv=Para1.Inpara_val

Zbt=para2.Inpara_val‘讀取輸入?yún)?shù)的參數(shù)值,賦值給模型中的運算變量

‘Para1和Para2是提取的2個已經(jīng)聲明為InputDictionary自定義類型的參數(shù)

TQ1.Yd=7551.95-1.70*zbv-265.41*zbt+0.000 13*zbv+20.06*zbv*zbt

TQ1.tx=1.01-0.000 014*zbv

TQ1.hfx=0.0000843*zbv-1.27+0.31*zbt+0.000 000 005 91*(zbv*zbv)-0.011*(zbt*zbt)-0.000 014*(zbv*zbt)

TQ1.zdph=4.64+0.000 267*zbv+0.19*zbt-0.000 000 022*(zbv*zbv)-0.006 92(zbt*zbt)-0.000 006 03*(zbv*zbt)

TQ1.zdt=15.65+3.27*zbv+3.77*zbt

TQ1.stn=0.18-0.013*zbv-0.009 74*zbt-0.017(zbt*zbt)-0.010*(zbv*zbt)

TQ1.sstn=0.50-0.001 9*zbv+0.001 55*zbt-0.018*(zbt*zbt)-0.004 66(zbv*zbt)

TQ1.pyr=0.89-0.004 11*zbv+0.003 68*zbt+0.004 12*(zbv*zbv)

TQ1.whr=0.98-0.016*zbv-0.001 773*zbt-0.009 449*(zbv*zbv)-0.004 544*(zbt*zbt)

TQ1.fhr=0.98+0.006 05*zbv-0.001 21*zbt-0.013*(zbt*zbt)-0.008 35*(zbv*zbt)

經(jīng)過運算,計算出斬拌速度zbv和斬拌時間zbt已知情況下肉糜制品的主要質(zhì)構(gòu)參數(shù),并將結(jié)果賦值給輸出變量,返回給請求來源.

2.5 模型庫管理系統(tǒng)設(shè)計實例

模型庫管理系統(tǒng)是能夠?qū)崿F(xiàn)模型庫中模型的添加、刪除、修改等管理功能的人機交互系統(tǒng)[20].本研究設(shè)計了1個對應(yīng)的肉糜制品質(zhì)構(gòu)模型庫管理系統(tǒng),如圖1所示為該系統(tǒng)的主要界面設(shè)計示例.

模型庫的添加、刪除和修改分別通過各自的vb類實現(xiàn),當需要進行相應(yīng)操作時,由系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)該功能的函數(shù),從而實現(xiàn)對模型庫的控制功能.

下面以實現(xiàn)模型添加功能的vb類為例,說明對該功能實際編程的主要思路.首先,針對不同情況的模型添加,設(shè)計了模型添加流程(圖2).根據(jù)此流程可使用Visual basic語言進行編程,實現(xiàn)對應(yīng)模塊的功能.

圖1 模型庫管理系統(tǒng)主界面Fig.1 Main interface of module control system

圖2 模型添加流程圖Fig.2 Flow chart of module adding

與此相同地,可對模型庫管理系統(tǒng)的其他功能進行相應(yīng)的界面設(shè)計和程序編寫,實現(xiàn)模型庫管理系統(tǒng)對模型庫的各項管理功能.模型庫的有效管理是整個模型庫運轉(zhuǎn)正常及實現(xiàn)基于模型庫支持的預(yù)測系統(tǒng)正常功能的重要保障[21],模型庫管理系統(tǒng)的正常運行,對于保證模型資源的科學(xué)和有效利用有著十分重要的作用.

3 結(jié)論

本研究對肉糜制品質(zhì)構(gòu)模型庫的設(shè)計過程進行了簡要的描述,借助于實例說明了模型庫內(nèi)具體模型的設(shè)計情況以及模型庫管理系統(tǒng)中主要功能的實現(xiàn)方法.伴隨著肉糜制品質(zhì)構(gòu)模型研究的深入,模型庫中所搜集的模型數(shù)量將會逐步增大,模型庫在整體結(jié)構(gòu)不改變的同時,對于內(nèi)部的細節(jié)內(nèi)容勢必要隨之進行調(diào)整和優(yōu)化,如編碼規(guī)則和分類方式的修改、模型管理功能模塊的優(yōu)化和對應(yīng)軟件版本的更新等.在肉糜制品質(zhì)構(gòu)模型庫的支持下開發(fā)的肉糜制品質(zhì)構(gòu)預(yù)測系統(tǒng)是服務(wù)于肉糜制品生產(chǎn)和研究的決策支持系統(tǒng)的核心部分,如何有效地利用模型庫中的模型資源,實現(xiàn)針對用戶需求的智能分析和模型調(diào)用是進一步研究的重點.此外,為了能夠更為集中地實現(xiàn)現(xiàn)有模型的管理和調(diào)用,可在模型庫支持下,建立基于web的肉糜制品質(zhì)構(gòu)模型共享服務(wù)平臺[22~25],使存放于各研究單位的模型集中起來,更加便于模型資源的合理利用和模型功能的充分發(fā)揮.

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