Разработка структур и методов проектирования трикотажных полотен жаккардовых переплетений комбинированных с главными

Трикотажная промышленность является одной из важнейших подотраслей текстильной промышленности. В современном понимании трикотажное производство рассматривается как циклическая организационно-технологическая структура, интегрированная на базе вычислительной техники, характеризующаяся гибкой специализацией, с автоматизированным оборудованием, транспортом и техническими средствами, необходимыми для проектирования полотен и изделий, автоматизированным контролем параметров качества продукции и режимов технологических процессов.

Успешная производственная деятельность трикотажных предприятий в современных рыночных условиях во многом зависит от своевременного освоения продукции, отвечающей требованиям потребителя. Гибкость технологических процессов, расширение ассортимента выпускаемой продукции, обеспечение качества и повышение эффективности трикотажного производстваважнейшие факторы создания конкурентоспособной продукции в условиях рыночных технологий. Спрос и предложение действительно являются самым действенным элементом механизма, от которого зависят прибыль, успех или банкротство предприятия.

Создание новой продукции предопределяет проведение маркетинговых исследований социальной среды и промышленной инфраструктуры, что позволяет удовлетворять все более широкие потребности общества, как в текстильной продукции, так и трикотажных изделиях. Сфера применения различных видов текстильных материалов постоянно развивается и в XXI веке постиндустриального общества текстиль по-прежнему будет оставаться важнейшим приоритетом развития экономики, не только как высокофункциональная продукция, но и как важнейший инструмент высокоэффективной экономической деятельности [2.17], не уступающей в ряде случаев таким отраслям промышленности как автомобилестроение, производство печатной продукции и электрической промышленности.

Новые возможности современного трикотажного производства основаны, прежде всего, на применении информационных технологий, ориентированных на качество продукции во всех ее аспектах, в частности на методологию «всеобщего управления качеством» — Total Quality Management (TQM) [1.37].

Реализация этой методологии осуществляется в циклической среде жизненных циклов продукции, этапов ее создания и реализации, начиная от технических требований, проектирования продукции и кончая рекламой, торговлей и утилизацией продукции [1.37].

Рыночная ориентация в деятельности предприятия означает максимальное приспособление к требованиям потребителей. Необходимость постоянного обновления продукции обуславливается тем, что ее жизненный цикл ограничен. Жизненный цикл продукции — это интервал времени, в рамках которого существует спрос на продукцию, а ее производство экономически целесообразно.

Жизненный цикл продукции имеет характерные фазы (рис. 1).

1. Фаза внедрения. Низкий объем производства и потребления. Ограниченный ассортимент данной продукции. Большие расходы на рекламу новой продукции. Возможна убыточность производства из-за малого объема производства и больших затрат. Усиленный контроль качества, быстрое и последовательное устранение недостатков, опытное использование продукции первыми потребителями. Интенсивное распространение информации о возможных сферах применения продукции. Исследование слабых сторон производимой продукции.

2. Фаза роста. Рост объема производства и реализации продукции, обусловленный признанием продукции у покупателей. Стабилизация расходов на рекламу. Исследование реакции потребителей на продукцию. Поддержание необходимого уровня запасов продукции, гарантирующих непрерывность поставок ее новым потребителям. Ускорение товарооборота. Закрепление позиции среди потребителей, продукция становится рентабельной.

Жизненный цикл" продукции и его основные стадии.

Фаза внедрения Фаза роста Фаза зрелости Фаза насыщения Фаза спада.

Повьиш спроснный Устойчивый спрос Падение спроса. Продукция, не пользующаяся спросом^.

Рис. 1.

3. Фаза зрелости. Темпы роста объема производства и реализации падают, но рост продолжается, хотя и более медленными темпами. Рост рентабельности продукции. Усиление роли рекламы для поддержания спроса на продукцию. Сокращение запасов готовой продукции. Необходимо формирование лидера среди конкурентов.

4. Фаза насыщения. Рост объема производства и реализации прекращается из-за стабилизации спроса на продукцию. Рентабельность продукции растет благодаря накопленному опыту, позволяющему повышать производительность труда. Улучшение качества продукции и усиленная реклама могут повысить спрос. Снижение цен на продукцию может оказаться эффективным фактором наращивания объема прибыли: следующий за снижением цен рост потребления приведет к снижению себестоимости за счет экономии на масштабах производства.

5. Фаза спада. Период быстрого падения объема производства и реализации продукции, снижения рентабельности. Основное внимание в это время должно быть направлено на решение вопроса о том, когда снять продукцию с производства, так как никакая экономия и снижение затрат в производстве и распределении не позволяют поддерживать рентабельность продукции. В это время необходимо выходить на рынок с новой продукцией.

Новые функции рынка породили новую информационную структуру предприятия (вплоть до создания виртуальных производств) известную как CITE (Computer Integration Textile Enterprise) или C1M (Computer Integration Manufacturing).

Одно из новых свойств рынка — стратегия быстрого реагирования (Quick Response) — делать все вовремя в нужном месте. Это требует от производителя создания гибких технологических структур способных к оперативному обновлению ассортимента продукции. Если ассортимент трикотажной продукции традиционно относится к созданию массовой продукции, для удовлетворения основных потребностей человека, то рыночная психология породила динамику обновления и создания новой продукции, прежде всего ориентированной на тенденции моды и рекламы. Одновременно возник сектор высокофункциональной (высококачественной) одежды для спорта, отдыха и досуга. Рынок в большей степени стал ориентирован на социальную структуру общества, уровень дохода и занятость населения. Оперативное обновление ассортимента, связанное с динамикой изменения потребностей населения в одежде, повышение стандартов качества, сокращение жизненного цикла продукции и другие факторы стимулируют развитие информационных технологий на различных этапах создания, производства и потребления продукции (изделий), что приводит к высокой конкурентоспособности трикотажного производства.

Среди текстильных материалов (пряжа, нити, нетканые материалы, ткани и др.) трикотажная продукция играет все большую роль в структуре одежды, быта и других нетрадиционных областях (включая технические области, медицину и пр.). Объемы производства трикотажной продукции в мире постоянно растут, несмотря на структурные изменения производства и в ряде случаев кризисные явления в производстве текстильных материалов на мировом рынке [2.18].

По данным американского национального текстильного центра (NTC) успешное развитие текстильных технологий, включая трикотажную технологию, предусматривает ориентацию производства на научные исследования, инновационную (изобретательную) деятельность, освоение выпуска новой продукции, которая отсутствует на рынке.

Важнейшим инструментом обновления ассортимента трикотажной продукции является ее художественно-колористическое оформление, создание новых видов рисунчатых (узорных) эффектов полотен, разработка эффективных алгоритмов синтеза новых структур и параметров трикотажных полотен и технологических процессов их производства.

Современный подход — жизненным стадиям ставится в соответствие количество изготовленной и реализованной в торговле продукции — приводит к исследованию циклических закономерностей создания и производства продукции, что позволяет с определенной вероятностью прогнозировать и более надежно планировать производство изделий.

На основе изучения жизненного цикла продукции возникает необходимость поиска резервов обновления ассортимента трикотажных полотен. В частности как одно из направлений такого поиска — расширение ассортимента трикотажных полотен на основе комбинирования структур трикотажных переплетений.

ОСНОВНАЯ ЦЕЛЬ РАБОТЫ — разработка новых способов формирования структурно-цветовых (узорных) эффектов, в частности на основе комбинирования жаккардовых переплетений с главнымирасширение ассортимента трикотажных изделий и повышение эффективности существующей технологии производства (снижение материалоемкости, повышение качества продукции и производительности вязального оборудования) — развитие теории анализа и проектирования (синтеза) трикотажных полотен сложных структур.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Для достижения поставленной цели в работе поставлены следующие задачи:

— разработка способа комбинирования жаккардовых и главных переплетений и получение новых структур полотен;

— теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности технологии выработки трикотажных полотен жаккардовых комбинированных переплетений, включая экспериментальную оценку художественно-колористических решений;

— разработка метода синтеза новых структурно-цветовых решений;

— уточнение метода анализа и проектирования полотен жаккардовых комбинированных переплетений и получение статистических оценок заправочных данных и структурных параметров, необходимых для изготовления новых полотен;

— определение основных физико-механических свойств трикотажных полотен комбинированных жаккардовых переплетений и проведение сравнительной оценки свойств с базовыми жаккардовыми переплетениями, включая комплексную оценку качества.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Выполненная работа базировалась на использовании теоретических и экспериментальных методов исследования, математической статистике, теории вероятностей, регрессионном анализе, теории множеств, основных положениях относящихся к анализу и синтезу (проектированию) трикотажных полотен, теории вязания и строения трикотажа, зарубежной научной информации. Разработанные алгоритмы реализованы на ЭВМ, в частности с использованием новых и стандартных вычислительных программ (в среде Mathcad).

Экспериментальные исследования проводились в технологических лабораториях на кафедре технологии трикотажного производства, на кафедре физики и на кафедре текстильного материаловедения Московского государственного текстильного университета им. А. Н. Косыгина и в сертификационном центре ЦНИИТП с учетом существующих методик и нормативно-технической документации (ГОСТ, ОСТ и ТУ).

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. При проведении теоретических и экспериментальных исследований автором впервые получены следующие результаты:

— аналитически установлено, что существующие методы расчета поверхностной плотности кулирных переплетений, основанные на геометрических и экспериментальных моделях строения трикотажа, могут быть приведены к виду р = Кл/т (где К — определенная константа, относящаяся к виду переплетенияТ- линейная плотность пряжи, текс), что позволяет производить оперативную оценку и инженерные расчеты материалоемкости полотен при их выборе и производстве;

— разработан метод и алгоритм синтеза структурно-цветовых решений на заданном множестве цветов и структур полотна (при заданных технологических ограничениях);

— получена уточненная регрессионная модель зависимости линейной плотности нити от класса вязального оборудования и доверительные интервалы такой оценки;

— разработан метод анализа образцов и расчета на ЭВМ основных структурных элементов жаккардовых переплетений, что позволяет проверять адекватность существующих моделей и их погрешности;

— разработана экспериментальная модель проектирования трикотажа жаккардовых комбинированных переплетений и разработан алгоритм проектирования для типовых заправок плосковязальных автоматов;

— на основании исследования основных физико-механические свойств полотен комбинированных жаккардовых переплетений получены комплексные оценки качества трикотажных полотен, включая графическую интерпретацию результатов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. В результате проведенных исследований и разработок получены новые структуры комбинированных жаккардовых переплетений, использование которых в производстве обеспечивает снижение материалоемкости в зависимости от структур переплетений от 4 до 30%, повышение производительности оборудования до 30% и формирование новых структурно-цветовых (узорных) эффектов. Предложен алгоритм поиска в установленном объеме массива возможных структурно-цветовых эффектов полотен при заданных технологических ограничениях. Уточнены статистические оценки зависимости линейной плотности перерабатываемой пряжи от класса плосковязальных автоматов. Разработаны статистические оценки зависимости длин структурных элементов от линейной плотности нити, а также структурных параметров жаккардовых комбинированных переплетений от длины петель лицевой и изнаночной сторон трикотажа, что позволяет формировать базу данных для проектирования. Предложен алгоритм проектирования жаккардовых комбинированных переплетений для плосковязальных автоматов 7−8 и 10−12 классов и оптимальных в статистическом смысле заправок оборудования. Получены экспериментальные данные по основным физико-механическим свойствам трикотажных полотен разработанных комбинированных переплетений. Показана практическая целесообразность проведения комплексной оценки качества трикотажных полотен.

АПРОБАЦИЯ РАБОТ проводилась в процессе выполнения экспериментальных работ в УПМ МГТУ им. А. Н. Косыгина.

Изделия, выработанные на плосковязальном оборудовании комбинированными жаккардовыми переплетениями, выставлялись на фестивале Научно-технического творчества молодежи Москвы и Московской области, Москва, ВВЦ, 24−27 мая 2001 г.

Основные положения диссертационной работы обсуждались на заседании кафедры технологии трикотажного производства в 1999;2003 г., а так же:

1. На международной научно-технической конференции «Новые технологии в одежде из тканей и трикотажа» — М.: Московский государственный университет сервиса, 25−26 мая 2001 г.

2. На фестивале Научно-технического творчества молодежи Москвы и Московской ооласти, Москва, ВВЦ, 24−27 мая 2001 г.

3. На заседании кафедры технологии трикотажного производства МГТУ им. А. Н. Косыгина, 19 ноября 2003 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам работы получен 1 патент РФ, опубликованы 3 статьи, тезисы 1 -го доклада, 1 отчет по гранту.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав с выводами, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 319 страниц машинописного текста, имеет 84 рисунка, 4 схемы, 40 таблиц, 4 приложения.

Список литературы

включает 101 наименование.

1. Установлено, что основным приемом художественно-колористи ческого оформления трикотажных полотен (изделий) является контрастное по строение рисунков с использованием основных цветов спектра в частности на базе жаккардовых и интарзийных переплетений.2. При анализе классификационной структуры трикотажных переплете ний установлено, что многообразие ассортимента и создание новых узорных эффектов достигается при вязании переплетений, образованных на основе ком бинирования структурных элементов переплетений, цветов и видов нитей.3. Установлено, что технологии выработки жаккардовых переплетений присущ ряд недостатков, относящихся к существенному снижению производи тельности вязальных машин (в 2−3 раза) и повышенному расходу сырья по сравнению с технологией вязания полотен и изделий главными переплетения ми.4. При рассмотрении многообразия трикотажных переплетений установ лено, что основной структурной характеристикой определяющей физико механические свойства комбинированных переплетений является длина нити в структурной единице трикотажа.

5. Аналитически установлено, что существующие методы расчета по верхностной плотности кулирных переплетений, основанные на геометриче ских и экспериментальных моделях строения трикотажа, могут быть приведены к виду /7, = к, ^ (где ki — определенная константа, относящаяся к виду перепле тенияГ/ - линейная плотность нити), что позволяет производить оперативную оценку и инженерные расчеты материалоемкости полотен при их выборе и производстве.6. В развитие известных способов комбинирования главных и рисунча тых переплетений предложен способ комбинирования жаккардовых и главных переплетений в виде чередующихся рядов жаккардовых переплетений и рядов главных переплетений (патент РФ № 2 178 026) в том числе нитей другого вида и цвета.7. При рассмотрении характеристик цвета выявлено, что для задач вос приятия и отображения (воспроизведения) цвета (сканер, монитор компьютера, образец полотна) — существуют различные системы измерения, поэтому коли чественная оценка цвета и задачи колориметрирования и воспроизведения об разцов полотен требует решения задачи преобразования цветовых координат.8. Установлено, что на основании комбинирования различных структур переплетений и цветов нитей на трикотажном полотне образуется эффект сме шения цветов, в частности при чередовании петельных рядов жаккардовых и главных переплетений. Показано, что на основе комбинирования цветов появ ляются новые возможности создания рисунков с цветовым различием в более широком диапазоне, что позволяет создавать как контрастные, так и более гар монизируюш-ие, в том числе маскирующие эффекты.9. Показано, что структурно-цветовые эффекты на трикотажном полотне могут быть представлены в виде множеств с элементами матриц структур и цветов нитей. При этом максимально возможное количество вариантов опреде ляется декартовым произведением множеств.10. Установлено, что декартово произведение множеств структур (пере плетений) и цветов нитей порождает новые классы узорных эффектов, которые могут быть представлены в виде подмножеств в определенном объеме (количе стве) и заданных отношениях.11. Анализ существующих методов проектирования показал, что сущест вуют два способа описания жаккардовых переплетений, структурными элемен тами которых являются: для первого способа — остовы и протяжки различного видадля второго способа — ластичные петли и протяжки.12. Сформулирован матричный подход к анализу образцов сложных структур (в том числе жаккардовых переплетений), как решение системы ли нейных уравнений, А х S = L с квадратной матрицей А, где размер матрицы оп ределяется количеством структурных элементов.13. На основании теории численных методов решения систем линейных уравнений с квадратными матрицами определены необходимые условия и кри терии решения матриц, которые необходимо учитывать при анализе образцов трикотажных полотентак как матрицы коэффициентов системы могут быть «хорошо обусловленными» и «плохо обусловленными». При этом система мо жет быть неопределенной и несовместной, когда решения отсутствуют.14. На основе проведения регрессионного анализа получена зависимость для различных классов вязальных машин в виде Т <, где Т — линеи 1,24-^-0,71 пая плотность нити, тексК — класс вязального оборудования, что позволяет с достаточной точностью определять среднее значение линейной плотности сы рья, которое можно перерабатывать на машинах различных классов.15. На основе матричного анализа образцов жаккардовых переплетений определены, как оптимальные в статистическом смысле, значения коэффициен тов заполнения для пряжи определенной линейной плотности Т для машин раз личных классов. При этом длины структурных элементов жаккардовых пере плетений приняты в виде /, = к^^/т. Это позволило найти статистические оценки структур полотен жаккардовых переплетений для лицевой стороны трикотажа в виде, А = aj + a,-Jf и В = bj + b-,-sff .16. По результатам проектирования жаккардовых и жаккардовых комби нированных переплетений, используя предложенную методику, выполнена оценка адекватности расчетной модели и экспериментальных данных. Ошибки не превышали 5%.17. По результатам испытаний основных показателей свойств трикотаж ных полотен жаккардовых комбинированных переплетений установлено, что способ комбинирования обеспечивает улучшение следующих показателей ка чества: полотно имеет меньшую жесткость, лучшую драпируемость и формо устойчивость, меньшую поверхностную плотность и лучшую воздухопрони цаемость. Трикотажные полотна комбинированных жаккардовых переплетений обладают улучшенной изотропией свойств в продольном и поперечном направ лении, что в целом улучшает комфортность изделий и технологических свойств полотен при их пошиве,.

18. На основе использования методики комплексной оценки качества продукции установлено, что разработанные в рамках диссертационной работы полотна комбинированных переплетений имеют более высокие комплексные оценки качества по сравнению с показателями полотен базовых жаккардовых переплетений. Показано, что оценки качества трикотажных полотен могут быть наглядно отображены в полярных диаграммах, где увеличение площади фигу ры говорит об улучшении качества трикотажных полотен.19. Показано, что разработанная технология обеспечивает рост произво дительности вязального оборудования при вязании на кругловязальных маши нах на 25 — 30% и является эффективной при выработке комбинированных пе реплетений на плосковязальном оборудовании при наличии трех петлеобра зуюш-их систем.