Тест на полное смешивание

Проблема 

Во всем мире выпускается более 300 миллионов тонн рецептурного корма ежегодно. Производители тратят трудовые ресурсы, энергию, деньги, когда они смешивают корм дольше чем необходимо для получения полного смешивания. Излишнее смешивание может вызвать деградацию витаминов и лекарств. Если же корм не полностью смешан, то порция корма будет содержать либо слишком много, либо слишком мало рецептурных ингредиентов. Такая излишняя волатильность является причиной экономических потерь для потребителя корма и может увеличить процент недопустимых остатков лекарств в корме. Таким образом периодические процедуры тестирования смесителя с точки зрения экономики и безопасности являются обоснованными.

Методы сравнения 

Производитель корма часто тестирует смесительное оборудование, на один или несколько питательных компонентов (или лекарств) обычно присутствующих в корме, или добавляя «трейсеры» специально для проведения теста.
Когда питательный компонент тестируется, производитель использует его как «трейсер» для цели оценки качества смешивания.
Производители корма часто проводят тесты на следующие компоненты:

1. Крупные питательные вещества (т.е. белок, жир, влага)
2. Соль (т.е. хлорид)
3. Элементы (кальций, магний, цинк и т.д.)
4. Витамины или лекарства
5. Микротрейсеры

Для всех этих тестов за исключением тестов на лекарства и Микротрейсеры результаты могут быть неверными из-за фонового «шума», так как источников таких питательных веществ в корме может быть несколько. Если несколько ингредиентов корма содержат белок (или соль) на значительном уровне, в таком случае корм может показаться равномерно смешанным, даже если никакого смешивание не производилось. Результаты могут оказаться еще дальше от истины если используется неточная аналитическая методология (например, для тестов на лекарства). Если аналитический метод дает результаты с коэффициентом разброса не лучше, чем +/- 30%, в этом случае вряд ли можно определить, что корм адекватно смешан.

Микротрейсеры предлагают замечательную технику подтверждения качества смешивания, так как:

1. Анализы на микротрейсеры имеют низкую аналитическую ошибку
2. Фоновый шум не влияет на результаты
3. Цена одного анализа очень низкая и несколько разных трейсеров могут быть использованы одновременно. Это позволяет оценить разные временные интервалы смешивания или точку ввода микроингредиентов в одном тесте.
4. Тестирование может быть выполнено на месте, допуская промежуточную оценку результатов и проведение дальнейшего тестирования в течении дня.

Тестирование смесителя

Существует четыре проблемы, которые должны быть решены при проведении любого теста смесителя:

1. Добавка трейсера (где, когда, как много, использование несколько трейсеров, предварительное смешивание)
2. Взятие образцов смеси (когда, где, как много, как много образцов)
3. Анализ образцов (метод анализа, как много, когда выполнять повторный анализ)
4. Интерпретация результатов

Эти проблемы общие для любого теста смесителя, как с использованием Микрторейсеров, так и с использованием других процедур.

Добавление Микротрейсеров

Каждый тест смесителя обладает уникальным набором обстоятельств.

Однако, несколько общих замечаний будут уместны:

• Микротрейсеры-F (цветные частицы железа) обычно добавляются из расчета 50 грамм на тонну смеси. (т.е. 100 грамм Красных трейсеров могут быть добавлены в 2 тонную партию)
• Этот трейсер должен быть предварительно смешан с 500 граммами разбавляющего компонента (молотая кукуруза, соль),перед добавкой трейсеров в смесь.
• Трейсер может быть добавлен одновременно и в то же место, что и вручную добавленные витамины или лекарства. Как вариант, трейсер может быть объединен с витаминным премиксом и добавлен в корм через компьютеризированную систему введения микроингредиентов.
• Второй трейсер может быть добавлен в тестовую загрузку через одну минуту после ввода первого трейсера или добавлен в другое место. Это даст вторую порцию информации из одного теста.

Взятие образцов корма.

1. В идеале забор образцов корма должен осуществляться во время смешивания с интервалами между заборами или по завершению смешивания.
2. Образцы должны весить не менее 200 грамм, каждый образец должен быть взят за один раз и не быть составными, так как составные образцы ничего не говорят о качестве смешивания.
3. Если образец корма из смесителя взять невозможно, в этом случае образцы берутся в производственной системе настолько близко к смесителю, насколько это возможно. Часто возможным для забора местом является винтовой конвейер, ведущий к выравнивающему бункеру.
4. Если образец берется из смесителя, то должны быть взяты как минимум три образца, один из середины и по одному с каждого края. Если образцы берутся с винтового конвейера, на выходе выравнивающего бункера, то необходимо взять как минимум пять образцов, но предпочтительным количеством является 10 образцов, взятых из разных порций выгружаемой смеси.
5. При необходимости можно взять образцы корма из следующей загрузки, для того что бы определить передачу трейсера между партиями.

Анализ Микротрейсеров

Справочную информацию по Микротрейсерам можно найти в статьях: «А-1» (Гарантия качества с  Микротрейсер-F), «А-2» («Вращательный детектор. Инструкция.») и «А-3» (Количественное тестирование с Микротрейсер-F ).

Микротрейсеры-F (цветные одинакового размера частицы железа) извлекаются из порций (обычно по 75 грамм) каждого образца смеси, взятого из одной партии, используя «Вращательный детектор» (магнитный сепаратор). Эти частички перемещаются в мерный совок, размагничиваются с использованием устройства по стиранию магнитных лент, затем стряхиваются на фильтровальную бумагу большого размера (15-18,5 см в диаметре) смоченную 60% раствором спирта.

Как только точки начнут проявляться необходимо перенести бумагу на предварительно разогретую плитку или в печь и высушить ее. Когда бумага высохнет ее маркируют, а затем подсчитывают количество частиц одного цвета, фиксируя их общее количество, затем подсчитывают количество частиц другого цвета и тоже записывают их общее количество.

Интерпретация результатов

Для интерпретации результатов теста смесителя используется Статистическое Распределение Пуассона и связанные с ним таблицы значений Хи-квадрат.

Если смешивание полное или идеальное, то подсчет микротрейсеров будет демонстрировать разброс значений, соответствующих Статистическому Распределению Пуассона. Если микротрейсеры имеют больший количественный разброс, чем можно было ожидать от Пуассоновского Распределения, то можно сделать заключение, что смешивание было неполным.

Использование вычислений Хи-квадрат 

Вычисления Хи-квадрат связаны с Пуассоновским Распределением и используются, чтобы оценить данные подсчета микротрейсеров и подтвердить факт смешивания.
Для этой цели подсчитывается количество микротрейсеров (х1, х2, х3, и т.д.) найденных в каждом из образцов корма (n), после этого вычисляется среднее значение X (математическое ожидание).
На следующем шаге вычисляется разница между каждым значением (xl) и средним (X), эти разницы возводятся в квадрат и суммируются друг с другом. Полученная сумма квадратов разниц делится на среднее значение (X), что в итоге дает значение Кси-квадрат.
По таблице (Таблица А) определяется вероятность значения Хи-квадрат.

Для этого, по горизонтали находят столбец со значением равным количеству взятых образцов минус два, что соответствует значению степеней свободы, затем по вертикали находят строку со значением равным Хи-квадрат и на пересечении столбца и строки считывается значение вероятности (в диапазоне от 0,999 до менее чем 0,0005). Это вероятность того, что найденное в тесте значение Хи-квадрат будет случайным образом превышено образцами, взятыми из «идеальной» Пуассоновской смеси.

Если данные теста случайным образом будут соответствовать образцам из «идеальной» Пуассоновской смеси более чем в пяти тестах из ста проведенных (вероятность более 0,05), можно заключить, что данные соответствуют идеальной смеси.

Если данные теста случайным образом будут соответствовать образцам из «идеальной» Пуассоновской смеси в количестве тестов от одного до пяти из ста проведенных (вероятность от 0,05 до 0,01), можно заключить, что данные демонстрируют большой разброс значений и смесь вероятно сильно отличается от «идеальной».

Если данные теста случайным образом будут соответствовать образцам из «идеальной» Пуассоновской смеси менее чем в одном тесте из ста проведенных (вероятность меньше 0,01), можно заключить, что данные демонстрируют большой разброс значений и смесь статистически сильно отличается от «идеальной», т.е. она недостаточно смешана.

В таблице В приведены примеры вычисления Кси-квадрат, а также данные нескольких реальных тестов смесителя

Сравнение «найденных» и «теоретических» коэффициентов разброса.

Ключевым атрибутом Пуассоновского Распределения является, то что если смесь «идеальная», то стандартное отклонение серии подсчетов микротрейсеров должно (в среднем) равно квадратному корню из математического ожидания. Если математическое ожидание (среднее), полученное во время тестирования смеси равно 100, то стандартное отклонение из серии подсчетов должно (в среднем) быть равным 10 и коэффициент разброса (CV) данных должен быть равным 10% (коэффициент разброса равен – стандартное отклонение, деленное на математическое ожидание).

По завершению теста с использованием микротрейсеров, имеется возможность сравнить найденный коэффициент разброса с теоретическим, соответствующим «идеальной» смеси. Если найденное значение больше теоретического, то смешивание является неполным.

Например, если найденный коэффициент разброса (CV) равен 20%, в то время, когда теоретический равен 10%, то можно утверждать, что 10% микротрейсеров потеряно в следствии неполного смешивания.

Micro-Tracers, Inc . разработали Excel программу для вычисления значений Хи-квадрата, стандартного отклонения, найденного и теоретического коэффициента разброса, а также формирования отчета с выводами. Данную программу можно скачать, посетив сайт www.microtracers.com.