ES2270281T3 - Metodo para automatizar procesos de coccion. - Google Patents
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Abstract
Método para automatizar los procesos de cocción, basado en el aprendizaje de las recetas seleccionadas por el cocinero, que debe ponerse en práctica en un dispositivo de cocción controlado por ordenador, a través de un proceso estocástico mediante la utilización de una inspección periódica de la temperatura de los alimentos y las transiciones de potencia térmica recogidas, caracterizado por los siguiente pasos: - Realización de las recetas seleccionadas por el cocinero. - Identificación de las relaciones entre las temperaturas de transición de los niveles de potencia que resultan de decisiones humanas y de los alimentos observables. - Estimación de los parámetros de probabilidad de transiciones mediante la información que llevan dichas relaciones. - Ejecución de la receta en la biblioteca electrónica del sistema en el cual las recetas del cocinero están codificadas en modelos estocásticos por medio de los parámetros de probabilidad de transiciones. - Control autónomo del proceso de cocciónpor simulación estocástica de los procesos decisorios del cocinero mediante la utilización de los parámetros de probabilidad.
Description
Método para automatizar procesos de cocción.
La presente invención se refiere a un nuevo
método para automatizar los procesos de cocción por medio de un
procedimiento de aprendizaje que codifica las recetas en modelos
estocásticos.
Se sabe que las reacciones químicas de cocción
son procesos altamente caóticos no lineales. Esto significa que la
estabilización y control de procesos de cocción son tareas muy
duras, tanto como para que dichos procesos no fueran automatizados
durante mucho tiempo. El control humano adaptable ha sido una
solución inevitable. Como consecuencia, los resultados de la
cocción dependen ampliamente del arte del cocinero. Esta situación
no es aceptable en absoluto, particularmente en un sistema de
catering.
Los métodos potenciales de control de la cocción
incluyen técnicas tales como el control predictible y adaptable.
Los métodos de control predictible se basan en
la disponibilidad de modelos del proceso que se ha de controlar.
Estos métodos pueden ser aplicados repetidas veces solamente en el
caso de que los alimentos que se deban cocer tengan todos sus
parámetros de calidad y cantidad exactamente iguales al modelo.
Un sistema de cocción adaptable es capaz de
ajustar la situación de cocción actual. Logra información sobre el
estado actual de la cocción y la utiliza. Sin embargo, un sistema
como éste no tiene memoria en el sentido de que no es capaz de
almacenar la información para un uso posterior. Toda la nueva
información sustituye a la antigua. Sólo está disponible la
información actual.
Unos sistemas en ciclo cerrado fiables son ahora
factibles mediante la utilización de unos medios computerizados que
actúan en dispositivos que regulan los niveles de energía térmica
con el fin de llevar a cabo un procedimiento de cocción para
producir el mejor resultado en relación con la comida específica que
se debe preparar.
La US 4.914.277 revela un horno eléctrico
automático con una memoria que permite modificar los parámetros de
cocción para llevar a cabo las recetas que resultan de cocciones
sometidas a prueba e introducidas en la memoria. Los parámetros de
cocción pueden ser modificados o ajustados en cualquier momento
teniendo en cuenta el arte del usuario.
Así, el método y el dispositivo permiten al
usuario "conservar" su know-how y volver a
ejecutarlo exactamente cuando debe preparar el mismo plato. Esto
significa que sólo las variables establecidas por el usuario o
medidas durante el proceso de cocción están memorizadas, pero
ningún modelo matemático es tomado como referencia a la dinámica de
cocción.
La EP 1 091 208 revela un método para analizar
térmicamente un material, tal como en una calorimetría convencional,
con el fin de derivar la información estructural y composicional
acerca del material, en particular la capacidad térmica, el calor
de las transiciones de fase de reacción, temperaturas del comienzo,
etc. Según esta patente, la energía térmica o la temperatura
térmica de la fuente térmica están modificados de forma estocástica
para excitar térmicamente una muestra de material. La excitación
estocástica permite medir directamente la función de relajación,
que describe la respuesta en el tiempo del material a una
perturbación de impulsos conformados. Enseña la utilización de una
primera señal de control establecida en un programador para accionar
la fuente de calor y una segunda señal de control que es generada
de forma estocástica por un microprocesador.
Por lo tanto, el elemento estocástico es una
perturbación de la temperatura producida por una señal
adicional.
Por lo tanto, el principal objeto de la presente
invención consiste en proporcionar un nuevo método para automatizar
los procesos de cocción basados en el aprendizaje de la experiencia
del cocinero y en su codificación en los modelos estocásticos.
Otro objeto de la invención consiste en llevar a
cabo el nuevo método de cocción mediante la utilización de
dispositivos de bajo coste bien sometidos a prueba sin que haga
falta la aplicación de distintos aparatos.
Otro objeto de la invención consiste en poner en
práctica un proceso decisorio efectivo y flexible de cocción
mediante la utilización de técnicas de simulación estocástica, es
decir, basadas en realizaciones de variables casuales que
representan un proceso que se desarrolla de acuerdo con las leyes
probabilísticas. Se conoce, a través de la patente estadounidense
5.745.385, un método para simular un proceso cinético mecánico, tal
como un proceso químico que incluye una o más reacciones químicas,
durante un período de tiempo predeterminado, sujeto a una variación
programada de temperaturas. Dicha patente, sin embargo, revela un
método que proporciona un primer paso en el cual una técnica de
selección de valores en tiempo es una técnica estocástica, mientras
se realizan pasos sucesivos de tiempo determinista. En este
contexto, "determinista" significa externamente impuesto. Como
alternativamente, los pasos de tiempo determinista pueden ser pasos
de tiempo de duración fija.
Luego, otro objeto de la presente invención
consiste en utilizar la variable más sencilla y directa del proceso
de cocción, es decir, la temperatura de la comida, para automatizar
la totalidad de los procesos de aprendizaje y control.
Estos y otros objetos de la invención son
obtenidos por el método y medios que están definidos en las
reivindicaciones adjuntas.
Las características y ventajas de la invención
se apreciarán mejor a partir de la siguiente descripción, dada
solamente por medio de un ejemplo no limitativo y con referencia a
los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Figura 1 muestra una vista esquemática del
sistema de cocción de acuerdo con la invención.
La Figura 2 muestra la relación existente entre
la probabilidad de transición de un nivel de energía a otro y la
temperatura de los alimentos.
La Figura 3 muestra un diagrama de flujo que
representa el proceso de aprendizaje de acuerdo con la
invención.
La Figura 4 y última, muestra un diagrama de
flujo que representa el proceso de control autónomo de acuerdo con
la invención.
Un proceso de cocción tiene una complejidad
dinámica inherente debido a la sinergia de muchas variables físicas,
por ejemplo la calidad y cantidad de alimentos, las características
del dispositivo térmico y de las herramientas de control. No es
admisible una reducción efectiva de la complejidad. Por definición,
un sistema complejo no es comprimible informativamente; por lo
tanto, su control pide una aproximación adecuada.
La idea detrás de la presente invención consiste
en intentar modelar el proceso decisorio humano oculto mediante una
simulación estocástica.
Los estados del controlador están definidos en
un conjunto discreto constituido por los niveles de energía de
cocción. Una decisión humana sobre una conmutación eléctrica está
relacionada con el nivel de temperatura observable en los
alimentos. Es posible evaluar las probabilidades de transición por
medio de experimentos de cocción que alcancen un objetivo de
cocción homogénea.
Un operador humano puede preparar el sistema,
por ejemplo mediante unos mandos vocales. La figura 1 muestra una
representación esquemática de un dispositivo de cocción para poner
en práctica la invención. El sistema de cocción organizado en un
sistema de control de ciclo cerrado, que comprende un registro de
datos, es el tablero de microprocesador 1 que está activado a
través de los medios de entrada 2, que pueden ser de cualquier tipo
conocido, por ejemplo, un dispositivo vocal. El tablero del
microprocesador 1 también está conectado a unos medios de detección
3 para detectar las condiciones de cocción así como a los medios de
accionamiento 4 para controlar un dispositivo térmico 5. Los medios
de detección 3 pueden ser una sonda de temperatura que se debe
insertar en los alimentos, o un sensor de infrarrojos de la
temperatura, u otros dispositivos conocidos.
Todos los componentes del sistema son de tipo
tradicional y bien conocidos, así que no hace falta hablar de ellos
detalladamente.
El nuevo método automático de cocción de acuerdo
con la invención se basa en el principio de preparar el sistema
alimentándolo con datos experimentales para cada cocción específica
de alimentos. Una inspección periódica de la temperatura de los
alimentos durante el proceso de cocción permite recoger datos
relevantes que son utilizados para llevar a cabo el desarrollo de
aprendizaje del sistema.
De forma específica, se recogen las transiciones
de potencia térmica y las probabilidades de transición de un nivel
de potencia a otro son evaluadas por un procedimiento de estimación
de los parámetros. La figura 2 muestra la curva de la probabilidad
de transición dependiendo de la temperatura de los alimentos de
acuerdo con la siguiente fórmula:
\varphi (T) =
1 - exp(-\alpha
T),
en la cual: T = temperatura de los
alimentos, y \alpha = parámetro relacionado con la transición del
nivel de potencia
térmica.
Se estima el valor del parámetro \alpha
mediante la resolución de la siguiente ecuación a la temperatura a
la cual es realizada la transición de potencia por el cocinero:
Umbral =
\varphi(T_{T}),
es
decir:
Umbral = 1 -
exp(-\alpha
T_{T}),
en la cual: T_{T} = temperatura
de
transición.
El Umbral debe ser elegido entre 0 y 1.
Por lo que se ha experimentado, un valor
\alpha-parámetro adecuado es 0,66.
El proceso de aprendizaje está representado por
el diagrama de flujo de la figura 3.
El proceso empieza (paso 11) por la activación
del dispositivo de cocción y continúa (paso 12) por un primer
registro de datos, en el tiempo 1. Dicho primer registro de datos
representa la primera transición calorífica, es decir una primera
operación realizada por el usuario en los medios de control del
dispositivo de cocción 5.
Luego, un sensor de temperatura asociado a los
alimentos empieza periódicamente a examinar la temperatura de los
alimentos (paso 13) y a registrar cada transición de nivel de
potencia térmica (paso 14).
Todos los datos son enviados al microprocesador
1 (figura 1) y cada registro de datos es comparado con el anterior
(paso 15). Si el presente registro de datos es distinto del
anterior, el proceso continúa todo el tiempo que se mantiene el
nivel de potencia térmica (paso 16) y termina cuando se interrumpe
el calentamiento, es decir cuando el nivel de potencia es igual a
OFF (PARADA).
El proceso automático de cocción está
representado en el diagrama de flujo de la figura 4.
El proceso empieza (paso 21) por la selección de
una receta y la activación del dispositivo térmico. Luego, empieza
el primer paso de cocción (paso 22) mediante la recogida de un
primer nivel de potencia térmica.
Un sensor de temperatura, que se introduce en
los alimentos, examina periódicamente la temperatura de los
alimentos (paso 23) y envía los datos relevantes a una unidad de
microprocesador que evalúa una probabilidad de transición (paso 24)
de acuerdo con la fórmula ya indicada:
\varphi (T) =
1 - exp(-\alpha
T),
La figura 2 muestra la curva de la probabilidad
de transición dependiendo de la temperatura registrada de los
alimentos.
La unidad de microprocesador realiza una
simulación sobre la activación de la transición mediante una
aproximación ingenua de Montecarlo. Supone una población de
sistemas estocásticos de cocción y mediante un generador de números
aleatorios seudocasuales trata de realizar las transiciones (paso
25).
Se ha descubierto experimentalmente que una
población de sistemas estocásticos de cocción de 10.000 elementos es
un parámetro suficiente para poner en práctica el sistema.
Se toma la decisión en el paso 26. En caso de
que el nivel siguiente de potencia térmica se encuentre en OFF
(paso 27), el proceso pasa al final (paso 29). En caso de que el
nivel siguiente de potencia térmica sea distinto de OFF, el proceso
continúa (paso 28) por la activación de otro paso de cocción 22.
En conclusión, el nuevo método permite
automatizar completamente los procesos de cocción mediante el
almacenamiento de la experiencia del cocinero y la aplicación de un
proceso estocástico, con el fin de repetir automáticamente dichos
procesos ajustados sobre la base de distintos parámetros (en
particular, la cantidad) de los alimentos que se deban cocinar.
Claims (7)
1. Método para automatizar los procesos de
cocción, basado en el aprendizaje de las recetas seleccionadas por
el cocinero, que debe ponerse en práctica en un dispositivo de
cocción controlado por ordenador, a través de un proceso
estocástico mediante la utilización de una inspección periódica de
la temperatura de los alimentos y las transiciones de potencia
térmica recogidas, caracterizado por los siguiente pasos:
- Realización de las recetas seleccionadas por
el cocinero.
- Identificación de las relaciones entre las
temperaturas de transición de los niveles de potencia que resultan
de decisiones humanas y de los alimentos observables.
- Estimación de los parámetros de probabilidad
de transiciones mediante la información que llevan dichas
relaciones.
- Ejecución de la receta en la biblioteca
electrónica del sistema en el cual las recetas del cocinero están
codificadas en modelos estocásticos por medio de los parámetros de
probabilidad de transiciones.
- Control autónomo del proceso de cocción por
simulación estocástica de los procesos decisorios del cocinero
mediante la utilización de los parámetros de probabilidad.
2. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado porque las transiciones de potencia térmica se
producen después de haber recogido los datos sobre la temperatura
de los alimentos.
3. Método según la reivindicación 2,
caracterizado porque las probabilidades de transición son
evaluadas sobre la base de la fórmula siguiente:
\varphi (T) =
1 - exp(-\alpha
T),
en la cual: T = temperatura de los
alimentos, y \alpha = parámetro relacionado con la transición del
nivel de potencia
térmica.
4. Un método según la reivindicación 3,
caracterizado porque el parámetro-\alpha es
evaluado por la ecuación siguiente:
Umbral =
\varphi(T_{T}),
es
decir:
Umbral = 1 -
exp(-\alpha
T_{T}),
en la cual: T_{T} = temperatura
de
transición.
5. Un método según la reivindicación 4,
caracterizado porque el umbral de probabilidad de transición
se estima en 0,66.
6. Un dispositivo de cocción para poner en
práctica un método para automatizar los procesos de cocción, que
comprende una unidad de microprocesador (1) que es activada a través
de los medios de entrada (2) para almacenar los datos referentes a
los procesos de cocción, estando conectada la unidad de
microprocesador (1) a los medios de detección (3) para detectar las
condiciones de cocción así como a los medios de accionamiento (4)
para controlar el dispositivo de cocción (5), caracterizado
porque la unidad de microprocesador (1) es capaz de controlar el
dispositivo de cocción (5) por medio de simulaciones estocásticas
periódicas de los procesos decisorios del cocinero, de acuerdo con
un método tal como se define en una de las reivindicaciones
anteriores 1 a 5.
7. Un dispositivo de cocción según la
reivindicación 6, caracterizado porque la unidad de
microprocesador (1) es capaz de activar los medios de accionamiento
(4) sobre la base de las probabilidades de transición evaluadas con
la fórmula siguiente:
\varphi (T) =
1 - exp(-\alpha
T),
en la cual: T = temperatura de los
alimentos, y \alpha = parámetro relacionado con la transición del
nivel de potencia
térmica.
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