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 экспрессдиагностику 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 причинноследственных 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 станкаметоды 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.