Содержание к диссертации
Введение
1. Разработка еатематичбской модели и формальной процедуры параметрического синееза системы типоразмер0в швейных машин абтсматйческого действия 15
1.1. Общая схема и элементы обобщенной математической модели проектируемой технологической системы 17
1.1.1. Варьируемые параметры'и ограничения 19
1.1.2. Комбинаторное порождение элементов параметрического ряда типоразмеров швейных машин автоматического действия 20
1.1.3. Процедура программной реализации синтеза вариантов и технологически целесообразной системы типоразмеров 23
1.2. Формализация задачи синтеза параметрического ряда швейных машин автоматического действия 26
1.2.1. Моделирование пространства варьируемых переменных 29
1.2.2. Формирование совокупности вариантов сочетаний конструктивно-технологических параметров типоразмеров 31
1.2.3. Формирование структуры проектируемой системы швейных машин автоматического действия 39
1.3. Выбор базовых значений конструктивно-технологических параметров швейных машин автоматического действия 41
Выводы 43
2. Анализ функциональных и декоративных строчек, выполняемых на заготовках верха обуви 45
2.1. Типовой набор свойств ниточных строчек, определяющих значения конструктивно-технологических параметров швейных машин автоматического действия . 46
2.2. Области численных значений свойств ниточных строчек и уровни варьирования их градаций 53
2.3. Статистико-множественная модель ниточных строчек,выполняемых на заготовках верха обуви 58
2.4. Определение функций распределения градаций численных значений свойств ниточных строчек, выполняемых в плоскости на заготовках верха обуви 60
2.4.1. Обоснование объема представительной выборки анализируемых ниточных строчек 60
2.4.2. Содержание результатов экспериментального исследования выборочной совокупности ниточных строчек 63
2.4.3. Диаграммы разрешенных сочетаний численных значений: некоторых свойств ниточных строчек 73
Выводы 76
3. . Синтез параметрического ряда швейшх машин автоматического действия с базовыми значениями внешних конструк тивно-технологических параметров 79
3.1. Процедура автоматизированного синтеза типового пространства сочетаний численных значении конструктивно -технологических параметров швейных машин автоматического действия 79
3.1.1. Реализация задачи построения совокупности строчек, типовых по сочетаниям значениям свойств 81
3.1.2. Содержание результатов синтеза типовых сочетаний градаций свойств ниточных строчек 86
3.2. Обоснование структуры параметрического ряда швейных машин автоматического действия по значениям главного параметра 97
3.3. Выбор базовых значений габаритов рабочей зоны и емкости программоносителей швейных машин автоматического действия 100
3.3.1. Построение базового ряда типоразмеров по габаритам рабочей зоны шитья 100
3.3.2. Предложение по унификации программоносителей По емкости /объему программы обработки/ 107
р 3.4. Модель технологически целесообразного комплекса типоразмеров швейных машин автоматическаго действия 112
Выводы 121
4. Обеспечение качества функционирования швейных машин автоматического действия при выполнении строчек на заготовках верха обуви 125
4.1. Обоснование' критерия оценки и выбора скоростных режимов работы швейных машин автоматического действия как технологических систем 126
4.1.1. Взаимная зависимость между величиной нагрева иглы и скоростным режимом работы швейной машины автоматического действия 130
4.1.2. Анализ факторов, определяющих величину температуры и динамику нагрева игл при шитье .132
4.2. Детерминированная функция обеспечения качества работы швейных машин автоматического действия при выполнении строчек на заготовках верха обуви 137
4.3. Операционная модель обеспечения качества функционирования швейных машин автоматического действия при выполнении строчек на заготовках верха обуви 140
4.4. Статистические данные по видам кож, ниткам и иглам, используемым при изготовлении заготовок верха обуви
в реальном производстве 145
4.5. Экспериментальное исследование нагрева иглы в зоне машине автоматического действия 147
4.5.1. Методика экспериментального иссладования 148
4.5.2. Обработка экспериментальных данных и содержание полученных результатов 156
4.6. Процедура прогнозирования и выбора режимов работы швейных машин автоматического действия, обеспечивающих качество их функционирования при шитье по: коже 163
Выводы .171
Основные выводы и предложения .--;... 175
Литература
- Комбинаторное порождение элементов параметрического ряда типоразмеров швейных машин автоматического действия
- Области численных значений свойств ниточных строчек и уровни варьирования их градаций
- Реализация задачи построения совокупности строчек, типовых по сочетаниям значениям свойств
- Взаимная зависимость между величиной нагрева иглы и скоростным режимом работы швейной машины автоматического действия
Комбинаторное порождение элементов параметрического ряда типоразмеров швейных машин автоматического действия
Принцип решения задачи построения системы типоразмеров МАД основывался на следующих основных предпосылках:
- любой вариант МАД как технологическую машину и объект проектирования можно описать с помощью некоторой совокупности пара 0 метров ниточных строчек, сочетания численных значений которых определяют качественное содержание и относительный количественный состав системы вариантов их технических решений и параметры функциональных механизмов;
- каждый конструктивно-технологический параметр МАД может иметь несколько альтернативных значений, т.е. каждый вариант технического решения НАД может туществовать ь виде нескольких модификаций, которые одинаковы с точки зрения конструкции, но отличаются какими-либо существенными технологическими характеристиками, например емкостью программоносителя, габаритом рабочей зоны;
- существует возможность оценки потребности в типоразмерах основных параметров, которая позволяет выбрать одну или несколько модификаций, рациональных с точки зрения обеспечения заданного или моделируемого технологического процесса.
Одним из возможных способов решения задачи является моделирование вариантов сочетаний численных значений варьируемых переменных, их сравнение, сокращение количества и выбор базовых. Мо- дель системы порождаемых вариантов сочетаний параметров функциональных механизмов МАД можно представить в виде графа /рис...2/ с иерархической структурой, в котором элементы каждого более высокого уровня получаются в результате конечного числа численных и логических операций над элементами предыдущего уровня. Качественное содержание и относительный количественный состав системы раскрываются на 2-м и 3-м уровнях.
В реальных МАД практически можно реализовать не любые комбинации функциональных элементов из-за их несоответствия по каким-либо характеристикам. Так очевидно, что нерациональным яв-ляется создание программируемых МАД с большой емкостью программоносителя и относительно небольшой рабочей зоной шитья и наоборот. Ограничения на сочетания значений некоторых конструктивно-технологических параметров МАД специфичны для каждого вида системы управления механизмом позиционирования объектов обработки и не подчиняются какому-либо формализованному закону. Поэтому введение осмысленных условий стыковки численных значений параметров функциональных элементов МАД являлось в данной работе одним из наиболее простых способов получения технологически целесообразных вариантов технических решений типоразмеров. Решение этой задачи осуществлено на основе анализа функциональных и декоративных строчек как объектов автоматизации по комплексу свойств.
Допустим, что по каким-либо соображениям, связанным, например с унификацией параметров функциональных механизмов,,разрешено разработать лишь ограниченное число типоразмеров из числа известных и принципиально возможных вариантов технических решений МАД. Если комбинировать варьируемые свойства строчек в технологически допустимых сочетаниях численных значений, то можно получить различные варианты технических решений типоразмеров МАД, вычислить конструктивно-технологические параметры каждого получаемого варианта и так до тех пор, пока не будет получен параметрический ряд, удовлетворяющий критериальным условиям синтеза. Простота данного принципа порождения элементов параметрического ряда типоразмеров МАД позволила реализовать задачу в виде программы ЭВМ.
В процедуре автоматического синтеза технологически целесообразного комплекса вариантов технических решений типоразмеров
ІВД при использовании метода полного перебора можно выделить три наиболее существенных этапа: I/ порождение комбинаций сочетаний численных значений параметров типоразмеров, определяемых свойствами функциональных и декоративных строчек, выполняемых на заготовках верха обуви; 2/ сужение порождаемой совокупности вариантов по принятому критерию их оценки и выбора; 3/ структурирование технологически целесообразной совокупности вариантов в форме параметрического ряда типоразмеров с базовыми значениями внешних конструктивно - технологических параметров.
Этапами собственно синтеза являются этапы I и 2, а этап 3 -это анализ вариантов типоразмеров на основе принятого критерия оценки качества. Совокупность генерируемых элементов системы типоразмеров удобно представить в виде графа - "дерева синтеза", рис, 1.3. Различным рангам графа соответствуют различные параметры, условные индексы численных значений которых показаны в виде А,.. ., а ,,.., у . Вершины графа отображают возможные варианты технических решений типоразмеров МАД, которые описываются в виде сочетаний параметров функциональных элементов А а Л,,.., С с У . Количество ветвей дерева представляет собой полный список элементов параметрического ряда, среди которых находятся типоразмеры о базовыми значениями параметров.
В соответствии с теорией графов процедуру построения какого-либо варианта технического решения типоразмера МАД, т.е. процедуру выбора численных значений его параметров, можно представить как движение от корня дерева к вершине. Поскольку в реальных вариантах технических решений МАД практически можно реализовать не любые комбинации сочетаний конструктивно - технологических параметров функциональных элементов, то на дереве синтеза часть ветвей исчезает.
Области численных значений свойств ниточных строчек и уровни варьирования их градаций
Сформулированная выше процедура синтеза технологической системы достигается решением векторной задачи на основе адекватного представления структуры системы и численных значений конструктивно-технологических параметров конкретных МАД совокупностью типовых вариантов сочетаний численных значений свойств функциональных и декоративных строчек. При таком формировании системы типоразмеров приходится иметь дело,вообще говоря, не, с исходным неупорядоченным множеством элементов технологического пространства функционирования МАД, а с его математической моделью, которая удобна для машинной реализации процедуры проектирования.
Определим объем типового технологического пространства функционирования комплекса типоразмеров МАД в виде конечного дискретного множества операций: где ф= 0,?) - «5ьм технологического пространства функционирования системы типоразмеров. Любую рассматриваемую ниточную строчку можно описать набором некоторых свойств, численные значения которых определяют область требуемых технологических параметров МАД, т.е. где fc. - і-e свойство, отображающее структурный вариант тех-J J нического решения МАД; lj - соответственно конструктивно-технологические параме-_ тры типоразмеров; j=0,п) - количество учитываемых свойств.
Однако, поскольку то или иное свойство в большинстве случаев определяет одновременно как структуру,так и параметры МАД,то для обобщения задачи не будем разделять свойства по "направлению" их влияния на техническое решение: МАД. То есть, примем: и запишем (I.10) в виде:
Численные значения каждого свойства для рассматриваемых функциональных и декоративных строчек находятся в некоторых пределах, обусловленных размерными и полнотными характеристиками групп обуви механического производства, ,(н) (I.I3) - SI ства строчки. Причем свойства в пределах (I.IS) можно рассматривать как дискретные случайные величины, численные значения которых квантованы на некоторых уровнях: -jvi -ж градация численных значений]-го свойства; количество градаций каждого свойства. Таким образом, люб.ая ниточная строчка на заготовках верха обуви моделируется как сочетание U свойств, находящихся на различных уровнях численных значений, {оИт1 VIA-; fjaUWo }- сіли Н /1-4
При современном состоянии унификации технологического працесса сборки заготовок верха обуви невозможно получить в явном виде ни зависимость (1.І4) ни (I.I5), Поэтому задачи построения модели сочетаний численных значений свойств операций и определения качественного и количественного содержания типового мна-жества-f0} решались в данной работе на основе вероятностно-статистического анализа функциональных и декоративных строчек, выполняемых на заготовках верха обуви в реальном производстве,
Формирование совокупности вариантов сочетаний конструктивно-технологических параметров типоразмеров
В соответствии с изложенными выше содержательной постановкой и формализацией задачи синтеза технологически целесообразной системы типоразмеров МАД модель сочетаний их внешних параметров получаем методом перебора сочетаний градаций численных значений каждого свойства Е» строчек. Полагая известным пространство варьируемых переменных возможные варианты сочетаний значений параметров МАД можно найти по формуле полного перебора:
Сложность задачи поиска решения в многомерном пространстве СВОЙСТВ ниточных строчек при использовании метода полного перебора заключается в большом количестве порождаемых вариантов W; ти-поразмеров. Так, если строчки описываются 6-ю двойствами, каждое из которых имеет по- 4 градации, то в соответствии с формулой(I.16) число комбинаций сочетаний значений параметров функциональных механизмов МАД составит толее еем м-Ю3 ариантов. .чевидно, ,то разработка такого количества типоразмеров невозможна.
Эффективным средством локализации количественного состава многомерных технических систем являются функции потребности в элементах, составляющих их структуру [34,48,52 и др.] . Однако единого, установленного вида функции потребности в объектах проектируемых систем технологических машин и изделий и метода их определения пока не существует. Определяющими факторами здесь являются уровень практического развития машин и изделий, длительность предполагаемой эксплуатации, стадия проектирования.
Реализация задачи построения совокупности строчек, типовых по сочетаниям значениям свойств
Особенность задачи типизации функциональных и декоративных строчек, выполняемых в плоскости на заготовках верха обуви, определялась следующими моментами: во-первых, предполагалось, что ниточным строчкам из реального технологического процесса сборки заготовок верха обуви присущи устойчивые сочетания численных значений свойств и, в силу этого, их можно объединить в группы; во-вторых, при анализе строчек использовались как качественные, так и количественные свойства.
Задача типизации была формализована в следующем виде: на ко нечном множестве реально существующих и моделируемых наборов 0 сочетаний численных значений свойств А; ,В: ,...,Fj строчек объ ма выявить их типовую совокупность {0} и выделить типо вые группы Од {0} , ( ) из элементарных наборов 0 6 0а , 4 = 0 9) .объединенных по близости значений заданного количества признаков сходства в соответствии со следующими соотношениями.
I. Совокупность {0} типовых строчек представляет собой набор из U -X групп, синтезированная по условиям: где R - составляющая яногомерного оространства аехнологического функционирования типоразмеров МАД.
2, Количественный и качественный составы каждой группы 0а типовых строчек формируемся по процедуре: где p(t. ] - вероятностно-статистическая функция распределения J/A численных значений м -й градации j-го свойства строчек; P(0J - апостериорная вероятность образования элементарного набора сочетаний градаций свойств строчек; УФ - численное значение ограничения апостериорной вероятности принадлежности lL -го сочетания к Dд -й группе типовых строчек; 9 - количество сочетаний свойств в конечном множестве объема Qr + Л (к ; Р(0а) - дискретная вероятностная функция технологической потребности в варианте типоразмера МАД» параметры которого соответствуют численным значениям свойств 0а -й группы ниточных строчек.
3. Для объективной характеристики содержания каждой группы и детализации совокупности {ОJ использовалось моделирование элементарных наборов Uip сочетаний численных значений свойств строчек в соответствии с допустимыми соотношениями между бинар ными взаимодействиями градаций свойств В - С и Е -Р соответс венно. Моделирование логических соотношений между градациями данных свойств обеспечивалось на основе представления элементарных наборов Оф в виде булевых переменных: где SCj (В ) - диапазон численных значений свойства С, технологически приемлемых для соответствующего диапазона численных значений свойства В; Е. F. - бинарные взаимодействия значений свойств Е иР, удовле творящие логике их сочетаний; Б; F. - моделируемые сочетания градаций свойств Е иГ.
Для программной реализации алгоритма построения типовых U« строчек использовался метод ближайшего соседа в теории классификации и группирования статистических наблюдений [4,18„40,44,61, ІІ2,П4]. Интерпретируя задачу,типизации строчек как задачу кластер-анализа [4,40,44], любой набор Ор сочетаний численных значений свойств является отдельным кластером. Суть математического решения задачи типизации заключалась в следующем [70].
В первом этапе осуществляется объединение таких наборов 0p для которых оказывается максимальной мера взаимосвязи по значениям числа р свойств строчек: где Э/фу, л - мера взаимосвязи между -м и U -м наборами рj - показатель сходстваїр-го и ip+f -го наборов по зна по значениям числаJ свойств ниточных строчек; - показатель чениям j -го свойства строчек. где "Ь:. "bjM "" численные значения j -го свойства для f -го варианта их наборов. Вычисление показателя сходства ip+1-го и ір-го наборов по градациям j -го свойства строчек осуществлялось по формуле: где U. - заданное число градаций, на которые, разделен размах численных значений j -го свойства строчек, j = (ijjp) ; при этом J = , т.к. свойство Б для синтеза типового пространства {0} признана не информативным [70]. При этом два набора свойств строчек считались связными по j -му свойству, если
Далее осуществлялось объединение некоторых пар ( р, f 1) из наборов свойств строчек; и так до перебора всего исходного множества Uф, ф=(С9) Была составлена вычислительная программа на языке Фортран 1У для ЕС ЭВМ, реализующая все этапы алгоритма исчисления. Блок-схема программы представлена на рис. 3.2. Для исключения незначимых вариантов сочетаний градаций численных значений свойств строчек апостериорная вероятность Р (Од/О?) принадлежности Ujp-ro набора к Uа -й группе была принята равной I/I2G0, т.е. р = 1200. В программе предусмотрено объединение наборов 0 рpсодержащих градации AI и A3, а также А2 и А4.
Взаимная зависимость между величиной нагрева иглы и скоростным режимом работы швейной машины автоматического действия
Необходимость учета нагрева игл при шитье как фактора, снижающего прочность ниточных соединений, неоднократно отмечалась рядом исследователей, которые установили, что непрерывно нарастающий во времени нагрев иглы приводит к снижению прочности ниточных соединений, а при достижении иглой некоторой температуры, определенной для каждого типа применяемых ниток и обрабатываемых материалов - к нарушению функциональных возможностей швейной машины [7,12,24,25,26,62,85,118,124,140 и др.]. При этом во всех работах по исследованию нагрева игл при шитье и его влияния на прочностные и эстетические показатели качества.даточных соединений установлено, что динамика нагрева и абсолютные значения температуры иглы имеют прямую зависимость от скорости и динамики работы швейной машины. Это обстоятельство весьма существенно, поскольку вопросы нагрева игл во взаимосвязи с динамикой и скоростными режимами работы швейных МАД не рассматривались. Хотя, при более общем взгляде на швейную машину автоматического действия как технологическую систему, эти два вопроса - объективно сущеот вувдее физическое явление нагрева игл-при шитье и задача оптимизации скоростных режимов работы МАД - являются неразрывными. Вместе с тем прямой перенос экспериментальных данных по нагреву игл, имеющихся в работах [7,118,62 и др.], на задачу оптимизации скоростных режимов работы швейных машин автоматического действия для .обувного производства практически невозможен в силу ряда существенных обстоятельств.
При выполнении строчек одной и той же длины, коифигурации контура и его положения на заготовке верха обуви,динамика взаимодействия иглы с материалом при автоматизированном шитье и потенциально возможные, скоростные режимы работы МАД- как технологической системы отличаются от динамики взаимодействия иглы с материалом при шитье с ручным перемещением объектов обработки на рабочей позиции и скорости работы швейной машины неавтоматического действия [22,38,45,П0,120].Так,при выполнении строчек с помощью неавтоматизированных машин,скорость шитья определяется оператором и обусловлена технологическими параметрами операций:формой контура строчки,длиной и положением участков строчки относительно края деталей заготовки верхатоолщиной материалам также зависит от опыта и квалификации оператора. При этом возможности повышения скорости шитья на неавтоматизированных машинах практически исчерпаны в силу физиологических возможностей человека и социальных аспектов физического труда. Например, по данным работы [по],при выполнении строчек на заготовках верха обуви операторами 4 и 5 разрядов, скорость вращения главного вала швейной машины находится Б диапазоне от 67 до 130 рад/с, а на изломах контура снижается, часто до нулевого значения. Эти обстоятельства предопределяют то, что нагрев игл при шитье на машинах универсального типа не, носит критериального характера относительно прочностных по казателей качества ниточных соединений, а следовательно, относительно скоростей шитья,
При выполнении аналогичных операций на машинах автоматического действия скорость шитья будет определяться, по-прежнему, технологическими особенностями операций и, уже, потенциальными возможностями МАД как динамических .систем, С позиции динамики МАД их скоростные характеристики определяются механизмом дая позиционирования объекта обработки и, например, для существующих вариантов технических решений швейных полуавтоматов с кулачковым программным управлением находятся в диапазоне до 400 рад/с [23,116 , 128], то есть их значения перекрывают практические скорости работы, достигнутые в обувном производстве на неавтоматизированных машинах. Однако, как было отмечено выше, верхние пределы скоростей шитья по коже ограничиваются нагревом иглы, температура которой может достигать 400 С и выше
Таким образом, с позиции обеспечения прочности ниточных соединений деталей заготовок верха обуви, нагрев иглы в условиях автоматизированного шитья носит критериальный характер относительно скоростных режимов работы МАД как технологических систем, а сле довательно, относительно качества их функционирования в обувном производстве.
