Разработка автоматизированных методов проектирования технологических процессов изготовления тканей заданного строения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, доктор технических наук Назарова, Маргарита Владимировна

• Назарова, Маргарита Владимировна
• доктор технических наук
• 2011

Оглавление диссертации доктор технических наук Назарова, Маргарита Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Анализ литературных источников

1.1.1. Анализ работ по проектированию тканей по заданным параметрам и свойствам.

1.1.2.Анализ работ, посвященных автоматизации проектирования тканей и технологических процессов ткацкого производства. 1.1.3 .Анализ научных основ разработки системы автоматизированного проектирования (САПР) изделий и технологических процессов.

1.1.4.Анализ работ, посвященных методам и средствам исследования технологических процессов.

1.1.5.Анализ работ, посвященных исследованйю напряженно-деформированного состояния нитей на оборудовании ткацкого производства.

1.2. Теоретическая и экспериментальная база исследования.

1.3. Цель и задачи исследования. 143 Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. Разработка системы автоматизированного проектирования 147 (САПР) ткацкого производства текстильного предприятия.

2.1. Разработка концепции создания САПР ткацкого производства 147 текстильного предприятия.

2.2. Разработка структуры САПР ткацкого производства текстильного 151 предприятия.

2.3. Основные принципы создания САПР ткацкого производства текстильного предприятия.

2.4. Программная реализация на ЭВМ САПР ткацкого производства 159 текстильного предприятия.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. Разработка алгоритмов математического моделирования технологических процессов и их экспериментальная апробация. 3.1. Описание базы, объектов и средств исследования технологических 176 процессов ткацкого производства.

3.2 Проведение эксперимента для получения экспериментальных тензограмм натяжения нитей при осуществлении технологических процессов ткацкого производства.

3.3. Разработка алгоритмов использования различных методов приближения функций для математического описания технологических процессов ткацкого производства.

3.3.1. Разработка алгоритма использования интерполяционного 192 полинома Стерлинга для математического описания технологических процессов ткацкого производства.

3.3.2. Разработка алгоритма использования интерполяционного 197 полинома Лагранжа для математического описания технологических процессов ткацкого производства.

3.3.3. Разработка алгоритма использования интерполяционного 200 полинома Ньютона для математического описания технологических процессов ткацкого производства.

3.3.4. Разработка алгоритма использования интерполяционного полинома Ьесселя для математического описания технологических процессов ткацкого производства.

3.3.5. Разработка алгоритма использования тригонометрического 208 полинома Фурье для математического описания технологических процессов ткацкого производства.

3.4. Разработка алгоритмов автоматизации математического 212 моделирования технологических процессов ткачества с использованием интерполяционных полиномов и их экспериментальная апробация.

3.4.1. Разработка математических моделей с использованием интерполяционного полинома Стерлинга на примере технологического процесса ткачества.

3.4.2. Разработка математических моделей технологического процесса ткачества с использованием интерполяционного полинома Лагранжа.

3.4.3. Разработка математических моделей технологического процесса 222 ткачества с использованием интерполяционного полинома Ньютона.

3.4.4. Разработка математических моделей технологического процесса 226 ткачества с использованием интерполяционного полинома Бесселя.

3.5. Разработка математических моделей, эффективно описывающих 232 технологические процессы ткацкого производства на основе использования автоматизированных методов приближения функций. Выводы по главе 3.

Глава 4.Разработка автоматизированных методов прогнозирования уровня напряженности работы оборудования ткацкого производства. ^^

4.1.Разработка методов расчета повреждаемости нитей основы по 242 критерию длительной прочности Бейли на ЭВМ для прогнозирования возможности изготовления тканей на ткацком станке по условному напряжению нитей основы.

4.2. Разработка методов расчета повреждаемости нитей основы по 249 критерию длительной прочности Москвитина на ЭВМ для прогнозирования возможности изготовления тканей на ткацком станке по условному напряжению нитей основы.

4.3.Разработка методов расчета на ЭВМ повреждаемости нитей по критерию длительной прочности Москвитина, перерабатываемых на ^ ^ оборудовании ткацкого и приготовительного отделов ткацкого производства на основе математического описания натяжения нитей, полученных при экспериментальных исследованиях.

4.3.1.Методы и средства исследования, используемые для проведения 253 эксперимента по прогнозированию уровня напряженности работы оборудования ткацкого производства.

4.3.2.Разработка методов автоматизированного расчета повреждаемости нитеи для различных технологических процессов.

4.3.3.Проведение эксперимента по оценке напряженности работы 257 оборудования ткацкого производства

4.4.Решение задач оценки нормальности протекания технологических 285 процессов ткацкого производства на основе использования разработанных методов автоматизированного моделирования и прогнозирования процессов.

4.4.1.Сравнительный анализ условий выработки тканей различных 286 переплетений на ткацких станках на основе использования результатов расчета коэффициента повреждаемости нитей.

4.4.2. Разработка оптимального режима протекания технологических 292 процессов ткацкого производства с использованием в качестве критерия оптимизации коэффициента повреждаемости нитей.

4.4.3. Разработка метода оценки качества подготовки основных нитей в 298 приготовительном отделе ткацкого производства на основе анализа повреждаемости нитей по ширине заправки ткацкого станка.

Выводы по главе 4.

Глава 5. Разработка автоматизированных методов прогнозирования 311 уровня деформации нитей основы при сжатии на ткацком станке с учетом вязкоупругих параметров.

Выводы по главе 5.

Глава 6. Прогнозирование технологических процессов ткацкого производства на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации.

6.1. Общие сведения о бинарной причинно-следственной теории 331 информации.

6.2. Прогнозирование технологического процесса перематывания нитей на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации.

6.3. Прогнозирование технологического процесса снования нитей на 349 основе использования бинарной причинно-следственной теории информации.

6.4. Прогнозирование технологического процесса шлихтования нитей 351 на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации.

6.5. Прогнозирование влияния свойств нитей на обрывность нитей в 354 ткачестве на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации.

6.6. Прогнозирование влияния технологических параметров на 357 обрывность нитей основы на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации.

Выводы по главе 6.

Глава 7. Взаимосвязь между технологическими параметрами изготовления тканей и их параметрами строения и свойствами.

7.1. Разработка автоматизированного метода расчета для установления 363 взаимосвязи между технологическими параметрами изготовления тканей и их параметрами строения на основе линейной теории изгиба.

7.2. Разработка автоматизированного метода расчета для установления 371 взаимосвязи между технологическими параметрами изготовления тканей и их параметрами строения на основе нелинейной теории изгиба.

Выводы по главе 7.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка автоматизированных методов проектирования технологических процессов изготовления тканей заданного строения»

Российская текстильная промышленность переживает на данном этапе своего исторического развития сложную структурную перестройку. Для того чтобы выжить и остаться на отечественном рынке ей приходиться приспосабливаться к работе в условиях перехода к рыночной экономике. В современных условиях, когда на первый план выдвигается проблема конкурентоспособности продукции предприятий текстильной промышленности на внутреннем и внешнем рынке, одной из главных составляющих является снижение её себестоимости, что во многом определяет емкость рынка, в частности внутреннего. Для разрешения этой проблемы, как известно, необходимо постоянное совершенствование существующих и разработка новых, более эффективных технологических процессов. Кроме того, экономический рост будет зависеть от быстроты смены выпускаемого ассортимента.

В условиях жёсткой конкуренции современного рынка производителю высококачественных текстильных изделий требуется концепция разработки инновационных технологий с учётом её свойств, реализация, которой позволит прогнозировать и управлять качеством продукции и обеспечит эффективное функционирование технологических процессов.

Поэтому в настоящее время всё большее внимание уделяется вопросам оптимизации технологических процессов, автоматизации проектирования тканей и технологии их выработки, когда с помощью модернизированного оборудования и появлении новых средств контроля технологических процессов появляется возможность детального изучения факторов технологических процессов, их влияния на ход производства, друг на друга, а главное на качество выпускаемой продукции.

Следовательно, задача разработки новых эффективных методов проектирования текстильных изделий, современных алгоритмов управления производством, а также создание новых средств, методов исследования, моделирования технологических процессов, а также эффективных методов их применения является актуальной.

Как известно, качество тканей определяется их внешним видом и комплексом физико-механических показателей, который в свою очередь зависит от эксплуатационных характеристик ткани. Проектирование ткани представляет собой сложный комплекс исследовательских, проектных и технологических нововведений, которые являются одним из главных резервов технического и экономического роста производства, сохранения и усиления конкурентных позиций на рынках сбыта продукции. Процесс проектирования ткани сопровождает весь жизненный цикл изделия от разработки новой технической идеи и новой технологии до промышленного внедрения. Разработка методов проектирования тканей позволяет определить основные параметры ее строения, необходимые для выполнения технического расчета, обеспечивающие последующую выработку качественной ткани на ткацких станках в соответствии с требованиями, предъявляемыми к проектируемой группе тканей. Кроме того, при разработке технологического режима вновь проектируемой ткани необходимо обеспечить высокие технико-экономические показатели работы ткацкой фабрики при внедрении нового ассортимента.

Поэтому в данной диссертационной работе рассматриваются следующие, актуальные для текстильной отрасли задачи:

- разработка алгоритмов автоматизированного проектирования различных тканей по заданным параметрам и их программная и экспериментальная апробация;

- разработка алгоритма автоматизированного заправочного расчета тканей и его программная реализация на ЭВМ;

- разработка алгоритма автоматизированного расчета сопряженности оборудования по переходам ткацкого производства и его программная реализация на ЭВМ;

- разработка алгоритма автоматизированного расчета оптимальной схемы расстановки оборудования на производственных площадях и его программная реализация на ЭВМ;

- разработка алгоритма автоматизированного расчета паковок и отходов по переходам ткацкого производства и его программная реализация на ЭВМ;

- разработка алгоритма автоматизированного расчета внутрифабричного транспорта и его программная реализация на ЭВМ;

- разработка и апробирование на действующем предприятии метода оценки напряженности работы оборудования по переходам ткацкого производства при внедрении нового ассортимента ткани, позволяющих прогнозировать технологические процессы ткацкого производства и прогнозировать возможность выработки тканей заданного строения на действующем и вновь созданном оборудовании;

- разработка алгоритмов решения на ЭВМ задач, связанных с расчетом параметров нитей в ткани, перерабатываемых на ткацком станке с учетом вязкоупругих параметров сжатия и смятия нитей;

- разработка алгоритма автоматизированного расчета годового плана экономического и социального развития предприятия, после внедрения нового ассортимента ткани и его программная реализация на ЭВМ.

Для решения этих задач необходимо решить ряд вопросов:

- провести обзор задач, решаемых в текстильном производстве и изучить степень алгоритмизации процессов проектирования ткани и соответствующих расчетов при внедрении нового ассортимента тканей в производство;

- рассмотреть теоретические и методологические основы автоматизации проектирования изделий и технологических процессов;

- ^ разработать интегрированную систему автоматизированного проектирования тканей и технологии ее изготовления, обеспечивающую высокую эффективность работы ткацкого производства при внедрении нового ассортимента тканей.

Необходимо отметить, что процедура проектирования ткани всегда сопровождается комплексом научных исследований при разработке новых технологических режимов и их внедрения в производство. Организация и планирование экспериментальных исследований являются важной частью деятельности научных работников, инженеров, технологов. Методологической основой экспериментальных исследований в настоящее время служит быстро развивающаяся математическая теория планирования эксперимента, базирующаяся на идеях теории вероятности и математической статистики. Высокая техническая оснащенность и быстрое внедрение результатов - вот что характеризует эксперимент сегодняшнего дня. Но, несмотря на большой объем методов проведения эксперимента, обеспечивающих получение математического описания объектов и процессов, актуальной остается задача получения математического описания объектов на основе анализа экспериментальных данных для обеспечения мониторинга показателей работы технологического процесса и оборудования. Особенно это важно в случае мониторинга напряженности работы ткацкого оборудования, так как от правильной установки технологических параметров и их поддержания на оптимальном уровне зависит обрывность нитей на ткацком станке, а, следовательно, и весь комплекс технико-экономических показателей работы ткацкого производства. Для решения этой задачи необходимы два условия: использование современных средств исследования, обеспечивающих экспресс -диагностику параметров технологического процесса, а также использование современных методов математического моделирования технологических процессов по полученным экспериментальным данным и их сравнение с регламентированными показателями выработки продукции для разработки управленческих решений.

Для этого, исходя из цели исследования, необходимо:

1) разработать методику получения математических моделей, полученных на основе современных методов моделирования технологических процессов и установить вид математической модели, наиболее адекватной исследуемому процессу, а также разработать рекомендации по их эффективному использованию в производстве;

2) определить методику и разработать технологию эксперимента с конструированием средств исследования для решения поставленной задачи;

3) показать технологию применения разработанной методики проведения эксперимента на примерах инженерных задач, решаемых в ткацком производстве.

При проектировании тканей необходимо ответить на вопрос: можно ли выработать спроектированную ткань и получить необходимый рисунок переплетения? Если можно, то, при каких условиях, на каком ткацком станке и при каком скоростном режиме?

Для ответа на эти вопросы необходимо иметь функциональную зависимость между параметрами строения ткани и технологическими параметрами ее выработки на ткацком станке. Существующие зависимости не учитывают многие реальные условия формирования ткани.

Поэтому в данной диссертационной работе необходимо осуществить разработку алгоритмов решения на ЭВМ задач, связанных с расчетом натяжения нитей основы и утка в процессе фронтального прибоя утка к опушке ткани на основе использования линейной и нелинейной теории изгиба упругих стержней, позволяющей прогнозировать влияние заправочных параметров ткацкого станка на технологические параметры строения ткани.

Но как было установлено проф. Николаевым С.Д. эти задачи необходимо решать с учетом сжатия и смятия нитей в ткани, так как в процессе фронтального прибоя сечение нитей основы и утка у опушки ткани составляет 45 - 50% ее первоначальной площади.

Нити основы и утка в тканых армирующих каркасах изменяют свои размеры и конфигурацию. Функциональные зависимости по расчету размеров поперечного сечения нитей в тканях отсутствуют. Поэтому актуальной является задача разработки метода расчета таких размеров.

Важным при проектировании технологического процесса является ответ на вопрос - а можно ли осуществить технологический процесс и будет ли он напряженным?

В настоящее время отечественное оборудование не позволяет вырабатывать весь необходимый ассортимент тканей, пользующийся спросом у населения. Особенностью современного ткацкого оборудования является высокая скорость выработки ткани до 1 ООО и выше оборотов в минуту главного вала станка, поэтому к процессам подготовки нитей к ткачеству предъявляется все больше требований в отношении качества перерабатываемой пряжи. В связи с этим актуальной является задача прогнозирования повреждаемости нитей и пряжи по всем переходам ткацкого производства.

Поэтому, в данной диссертационной работе, решается актуальная для текстильной промышленности задача разработки эффективных методов расчета повреждаемости нитей по критериям длительной прочности для прогнозирования возможности переработки различного ассортимента тканей, нитей и пряжи на оборудовании ткацкого и приготовительного отделов ткацкого производства на основе результатов математического описания натяжения нитей и пряжи, полученных при экспериментальных исследованиях.

Для управления технологическими процессами, строением и свойствами выпускаемых тканей необходимо определить наиболее значимые факторы, влияющие на выходные параметры.

Поэтому в данной работе решалась задача установления причинно -следственных связей между технологическими параметрами процессов ткацкого производства с использованием бинарной причинно-следственной теории информации, что позволит прогнозировать свойства полуфабрикатов и их качество, а также при контроле и оптимизации технологических процессов обращать" внимание на факторы, в наибольшей степени влияющие на выходные параметры процесса.

Особенностью данной работы является комплексное проведение теоретических и экспериментальных исследований в области проектирования тканей заданного строения и технологических процессов производства тканей путем создания системы автоматизированного проектирования технологических процессов производства тканей и расчета экономической целесообразности внедрения проектируемых тканей в производство, усовершенствовании методов расчета параметров нитей и пряжи при проведении технологических процессов перематывания, снования и шлихтования с учетом современных представлений о вязкоупругой природе взаимодействия в нитях, разработке современных методов моделирования технологических процессов, прогнозирования напряженности работы оборудования ткацкого производства.

Научная новизна работы заключается в том, что автором разработаны: алгоритм автоматизированного проектирования технологии изготовления тканей заданного строения по всем переходам производства, включающий проектирование тканей, определение рациональных параметров ее строения и технологических параметров ее переработки, оценку напряженности заправки ткацкого станка; методы моделирования натяжения нитей основы и утка по переходам ткацкого производства;

- метод определения реальных размеров нитей основы и утка в ткани с учетом сжатия и смятия нитей на ткацком станке, вязкоупругих свойств при сжатии на основе моделирования процесса с помощью слабосингулярных функций влияния;

- алгоритм оценки напряженности заправки текстильных машин по переходам ткацкого производства на основе критериев длительной прочности с учетом реального закона нагружения нитей;

- модели напряженно-деформированного состояния нитей по переходам ткацкого производства;

- алгоритм расчета параметров напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка на ткацком станке на основе нелинейной теории изгиба вязкоупругих стержней;

- графы причинно-следственных связей технологических параметров, структуры паковок и свойств используемых нитей по переходам ткацкого производства.

Практическая значимость работы заключается в том, что автором:

- предложен эффективный метод проектирования технологии тканей заданного строения в среде программирования МаЛСаё;

- систематизированы методы проектирования тканей по заданным параметрам и свойствам и предложены пути их эффективного применения;

- получены математические модели натяжения нитей по переходам ткацкого производства, позволяющие прогнозировать технологические процессы;

- проведены расчеты проектирования технологии изготовления тканей, что позволило дать рекомендации для стабилизации технологических процессов изготовления тканей;

- определен порядок расчета при проектировании технологии тканей заданного строения в среде МаШСаё;

- реализован предложенный метод проектирования технологии тканей заданного строения на текстильных предприятиях города Камышина;

- на основе анализа графов причинно-следственных связей в ткачестве выявлены факторы, определяющие эффективность основных процессов в ткачестве.

Автор защищает: алгоритм автоматизированного проектирования технологии изготовления тканей заданного строения по всем переходам производства, включающий проектирование тканей, определение рациональных параметров ее строения и технологических параметров ее переработки, оценку напряженности заправки ткацкого оборудования по всем переходам производства;

- методы моделирования натяжения нитей основы и утка по переходам ткацкого производства при помощи интерполяционных полиномов Стирлинга, Лагранжа, Ньютона, Бесселя и тригонометрического полинома Фурье;

- метод определения реальных размеров нитей основы и утка в ткани с учетом сжатия и смятия нитей на ткацком станке, вязкоупругих свойств при сжатии на основе моделирования процесса с помощью слабосингулярных функций влияния;

- алгоритм оценки напряженности заправки текстильных машин по переходам ткацкого производства на основе критериев длительной прочности с учетом реального закона нагружения нитей;

- модели напряженно-деформированного состояния нитей по переходам ткацкого производства;

- алгоритм автоматизированного расчета параметров напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка на ткацком станке на основе линейной и нелинейной теорий изгиба вязкоупругих стержней;

- графы причинно-следственных связей технологических параметров, структуры паковок и свойств используемых нитей по переходам ткацкого производства.