Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Разработка и сущность подхода к созданию отечественной специальной обуви 16
1.1. Основные положения концепции РВПСО 16
1.2. Концепция разработки специальной обуви по принципу «трех Э». Уровни разработки 22
1.3. Совершенствование корпоративно-информационной системы проектирования ассортимента специальной обуви 27
1.4. Применение теории системного анализа для выбора оптимального организационно-технологического решения в условиях неопределенности 31
1.5. Разработка интегрированной системы ресурсосбережения при f производстве специальной обуви 39
Выводы по первой главе 47 „
Глава 2. Разработка теоретических основ оценки качества выполнения технологической операции производства специальной обуви 48
2.1. Моделирование процесса формования заготовок верха с использованием расплывчатых категорий. Система AM 48
2.2. Исследование свойств типовых пакетов обувных материалов специальной обуви при растяжении 56
2.3. Разработка графо-спектрометрического метода определения формовочных свойств кожеподобных материалов верха специальной обуви и их пакетов 60
2.4. Совершенстование обтяжно-вытяжного способа формования носочной части заготовок верха специальной обуви 70
2.5. Получение экспериментальных зависимостей перемещения ИРО во времени при формовании заготовок верха специальной обуви обтяжно-вытяжным способом 81
Выводы по второй главе 91
Глава 3. Повышение качества специальной-обуви на основе создания системы прогнозирования технологических процессов производства 92
3.1. Метод оценки стабильности технологической операции формования специальной обуви 92
3.2. Исследование стабильности выполнения операции формования носочной части заготовок специальной обуви в системе AM 96
3.3. Разработка системы прогнозирования технологического процесса формования 107
3.4. Разработка и совершенстование компьютерной среды TPF-System 114
Выводы по третьей главе 127
Глава 4. Совершенствование литьевого метода крепления двухслойных подошв специальной обуви 128
4.1. Обоснование выбора материалов для специальной обуви литьевого метода крепления 128
4.2. Разработка способа и технологии производства специальной обуви литьевого метода крепления подошвы из полиуретана с резиновой накладкой 134
4.3. Совершенствование технологии соединения резинового и полиуретанового слоев литьевой подошвы 138
4.4. Разработка метода экспресс-тестирования прочности крепления полиуретановых подошв литьевого метода крепления к наружным материалам верха обуви 142
Выводы по четвертой главе 146
Глава 5. Проектирование и внедрение ассортимента специальной обуви в массовое производство на основе разработанного подхода 147
5.1. Разработка и внедрение коллекции специальной обуви для работников ОАО «Газпром» на основе подхода РВПСО 147
5.2. Разработка и внедрение теплозащитной производственной обуви для работников ОАО «Газпром» 155
5.3. Особенности разработки и внедрения противоосколочных ботинок на основе подхода РВПСО 164
5.4. Ранжирование показателей качества противоосколочных ботинок 172
5.5. Оценка свойств материалов противоосколочных ботинок 175
5.6. Разработка методики проектирования противоосколочных ботинок 183
5.7. Разработка методики формирования электронного реестра стандартов по специальной обуви 187
5.8. Результаты работы 192
Выводы по пятой главе 198
Выводы по работе 201
Список литературы
- Совершенствование корпоративно-информационной системы проектирования ассортимента специальной обуви
- Исследование свойств типовых пакетов обувных материалов специальной обуви при растяжении
- Разработка системы прогнозирования технологического процесса формования
- Совершенствование технологии соединения резинового и полиуретанового слоев литьевой подошвы
Введение к работе
Актуальность исследования. Решение вопросов обеспечения производственной безопасности различных категорий трудящихся в Российской Федерации базируется на целом ряде законодательных актов, позволивших создать нормативную базу для дальнейшего развития государственного управления охраной труда. Представленная работа вносит существенный вклад в исполнение нормативно-правовых актов: приказов Мин-здравсоцразвития России от 25.12.2006 № 873, 06.06.2006 № 458, 22.12.2005 № 799, 06.07.2005 № 442, 06.07.2005 № 443, постановления Минтруда России от 30.12.1997 № 69, 29.12.1997 № 68, 26.12.1997 № 67, 25.12.1997 № 66, 16.12.1997 № 63, 08.12.1997 № 61, 07.04.2004 № 43, 22.07.1999 № 26 на основе разработки теоретических положений принципиально новых систем дизайна, проектирования, прогнозирования технологических процессов массового производства специальной обуви, обладающей современными и актуальными для российского потребителя социально-экономическими, защитно-эргономическими свойствами, гармонизированными с международными стандартами и адаптированными к условиям эксплуатации. Таким образом, данная работа позволяет решить актуальную задачу технологии и конструирования изделий из кожи специального назначения. В недавнем прошлом оценка потребителями большинства моделей отечественной производственной обуви являлась однозначно неудовлетворительной, причем как в отношении внешнего вида, так и содержания, определяемого эксплуатационными свойствами изделия: необоснованная внутренняя форма, излишняя жесткость, недостаточные защитные функции, реализованные на низком технологическом уровне, излишняя масса одной пары (до 3 кг), негерметичный (преимущественно гвоздевой или прошивной) метод крепления. Эксплуатация подобной обуви негативно влияла не только на состояние стоп и организма, но и на весь образ специалиста. Поэтому в тех случаях, когда это только было возможно, трудящимися использовалась гражданская или спортивная обувь, зачастую в ущерб собственной безопасности. Выполненная работа учитывает современные запросы потребителей в совокупности с повсеместно внедряемыми в настоящее время требованиями так называемой корпоративной этики.
Так, масса одной пары разработанных на основе предлагаемых в работе решений облегченных ботинок для инженерно-технических работников составляет не более 0,8 кг, а производственных - с полным комплексом защиты категории S3 (по стандарту ISO 20345:2004) - не более 1,6 кг.
Существенный вклад в решение проблем развития и совершенствования проектирования и производства обуви, в т.ч. специальной внесли Ю.П. Зыбин, В.А. Фукин, В.В. Костылева, А.А. Никитин, СМ. Климов, В. Коливер, В.Н. Соколов, СЮ. Киселев, А.П. Жихарев, А.Г. Бурмистров, П.С. Карабанов, В.Е. Горбачик, М.П. Куприянов, А.Н. Жаров, А.З. Козлов, Е.С Рыкова, В.В. Хлынов, Ю.В. Бошкарева и др. Теоретический и практический интерес представляет организационно-техническое совершенствование процессов разработки и производства специальной обуви литьевого метода крепления с верификацией и валидацией каждого этапа ее жизненного цикла. В частности, актуальным является разработка научно-практических основ создания производственной обуви и обуви для инженерно-технических работников в корпоративном стиле с учетом потребительских и экономических требований.
Объектом исследования является специальная обувь. Предметом исследования является система мероприятий, формирующих жизненный цикл специальной обуви.
Целью работы является:
в теоретической части: создание теоретических основ разработки системы проектирования специальной обуви;
в практической части: разработка типов специальной обуви, методов их производства и повышение качества специальной обуви.
Исходя из указанной цели, в работе:
проведен комплекс физико-механических испытаний материалов для специальной обуви;
на основе отечественных и зарубежных литературных источников и опыта реализации проекта «Организация производства специальной обуви» сформулирован маркетинговый подход к разработке специальной обуви;
представлена концепция системы разработки специальной обуви по принципу «трех Э»: эстетики, эргономики и экономичности;
разработаны схемные решения и модели создания специальной обуви в зависимости от степени новизны, стоимости затрат, периодичности создания и количества разработок;
разработана система AM для прогнозирования и совершенствования внутрипроизводственного взаимодействия: {material, machine, medium, man - материал, оборудование, среда, оператор);
разработан метод моделирования AM производства специальной обуви;
усовершенствована корпоративно-информационная система проектирования специальной обуви в соответствии с международным стандартом ISO 9001;
разработана и внедрена интегрированная система ресурсосбережения обувного предприятия при производстве специальной обуви;
разработаны и апробированы программы ЭВМ для исследования, моделирования, оценки, прогнозирования и стандартизации процессов разработки и производства специальной обуви;
сформулирована и научно обоснована реализация технологического процесса формования носочной части заготовок специальной обуви обтяжно-вытяжным способом;
исследованы кинематические параметры процесса обтяжно-вытяжного формования заготовок верха, позволяющие улучшить качество специальной обуви литьевого метода крепления;
разработан метод оценки стабильности выполнения операции формования заготовок верха специальной обуви и исследована стабильность технологического процесса формования носочной части заготовок специальной обуви обтяжно-вытяжным способом в системе AM;
разработан метод крепления низа специальной обуви с повышенными эксплуатационными и эргономическими свойствами;
разработаны типы специальной обуви научно-обоснованной конструкции для производственных рабочих и инженерно-технических работников ОАО «Газпром»;
разработана концепция проектирования, внедрения и производства специальной обуви в корпоративном стиле;
на основе предложенного подхода разработаны и апробированы модели противоосколочной обуви для военнослужащих.
Методы исследования. Задачи, поставленные в работе, решаются методами: реологии, релаксационной спектрометрии, моделирования, объектно-ориентированного программирования, регрессионного анализа, графоаналитической обработки данных на ЭВМ, теории принятия решений, кинетостатики, прогнозирования, нечеткой логики, оценки надежности технических устройств, антропометрии и биомеханики.
Научная новизна работы состоит в том, что разработаны:
методология системного подхода к процессу производства специальной обуви на основе причинно-следственного анализа при контроле качества, маркетинга, экономического анализа и нечеткой логики;
системы дизайна и проектирования специальной обуви с новыми, отвечающими международным стандартам и актуальными для современного российского потребителя социально-экономическими, защитно-эргономическими свойствами;
теоретические основы дифференцированной оценки, научного прогнозирования и совершенствования качества выполнения технологической операции производства специальной обуви с учетом параметров смежных операций и стоимости обеспечения требуемого уровня стабильности взаимодействия элементом внутрипроизводственной среды;
новые методы исследования механических характеристик материалов специальной обуви и их соединений во взаимосвязи с процессом ее производства;
теоретические основы информационных технологий, направленных на разработку САПР специальной обуви.
В работе изложены научно-обоснованные технические и технологические решения в области разработки и производства специальной обуви, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны и ускорение научно-технического прогресса. Внедрение разработанных методов, технических и технологических решений позволяет ДОС-
тичь значительного экономического эффекта. Научная новизна работы подтверждена 14 патентами и авторскими свидетельствами. Практическую значимость работы составляют:
усовершенствованная корпоративно-информационная система проектирования специальной обуви, соответствующая международному стандарту ISO 9001;
программа для определения значимости единичных качественно-ценовых показателей специальной обуви «ПК-Ранжирование»;
прошедшие статистическую обработку результаты эмпирических исследований свойств материалов для специальной обуви;
методика и программа «ПК-реестр» для формирования электронного реестра нормативной документации по специальной обуви;
программа исследования кинематики взаимодействия исполнительных рабочих органов с объектом обработки при производстве специальной обуви - «ПК-Кинематика»;
программа прогнозирования технологического процесса формования заготовок верха специальной обуви - «TPF-system» в системе AM;
программа генерирования значений коэффициента стабильности процесса производства специальной обуви - «MCG-Stability» в системе AM;
программный комплекс исследования и моделирования процесса деформирования материалов верха специальной обуви - «PK-ASPI»;
программа проектирования шаблонов формующей оснастки специальной обуви - «Mould»;
результаты исследования стабильности процесса формования заготовок верха специальной обуви обтяжно-вытяжным способом;
аналитические зависимости, описывающие кинематику процесса формования заготовок верха специальной обуви обтяжно-вытяжным способом;
усовершенствованная технология соединения резинового и по-лиуретанового слоев подошвы обуви литьевого метода крепления;
усовершенствованная технологическая оснастка оборудования для формования носочной части заготовок обтяжно-вытяжным способом (на базе машины CALI/SV-DW-F2, Schon);
методика и результаты антропометрических исследований стоп носчиков производственной обуви, результаты биомеханического анализа движений без обуви и в спроектированной производственной обуви;
коллекция специальной обуви в корпоративном стиле ОАО «Газпром» с заданными эргономическими и эксплуатационными свойствами;
шесть новых запатентованных промышленных образцов и одна полезная модель конструкции низа специальной обуви;
83 типовых конструкции, 318 моделей, более 1500 артикулов и 1500 технологических методик сборки заготовки верха и производства специальной обуви.
Материалы исследований и разработок широко используются в учебном процессе, в частности, в лекционных курсах «Технология изделий из кожи», «Конструирование изделий из кожи», «Проектирование технологических процессов».
Теоретическая значимость результатов работы. По мнению автора, для теории создания специальной обуви наибольшее значение имеют:
концепция взаимодействия внутренних и внешних сред предприятия при разработке и производстве специальной обуви;
концепции сочетания эргономики, эстетики и экономичности («трех Э»), категории специальной защиты, уровней разработки специальной обуви, системы AM внутрипроизводственного взаимодействия;
систематизация методов создания специальной обуви;
схемные решения процессной формы организации разработки специальной обуви;
метод прогнозирования параметров технологического процесса формования заготовок верха специальной обуви;
метод оценки ресурсосбережения при производстве специальной обуви;
графо-спектрометрический метод определения формовочных свойств кожеподобных материалов и их пакетов;
метод оценки стабильности процесса формования заготовок верха специальной обуви обтяжно-вытяжным способом;
метод составления реестра нормативной документации специальной обуви;
метод исследования кинематических характеристик процесса формования обтяжно-вытяжным способом;
теоретические основы разработки специальной обуви в корпоративном стиле.
Достоверность научных положений, разработанных методов, выводов и рекомендаций, полученных в работе, подтверждена согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также моделированием явлений и процессов, положительной динамикой производства и потребления предложенных конструкций специальной обуви.
Апробация работы. Исследования проводились в лабораториях кафедры «Технология изделий из кожи» Московского государственного университета дизайна и технологии, в испытательных центрах ЗАО МОФ «Парижская Коммуна» (г. Москва), ОАО «Искож» (г. Киров, Кировской области), ГУ НИИ медицины труда РАМН (г. Москва) и в производственных условиях ЗАО МОФ «Парижская Коммуна» (г. Москва), ЗАО «Донская обувь» (г. Донской, Тульской области), ОАО «Тульская обувная фабрика «Заря» (г. Тула, Тульской области) и ООО «СП-Надежда» (г. Узловая, Тульской области). Результаты работы внедрены на 7-й российских предприятиях: ЗАО МОФ «Парижская коммуна», 000 «СП-Надежда», ЗАО «Донская обувь», ОАО «Тульская обувная фабрика «Заря», 000 ПФ «Ка-лязин-обувь» (г. Калязин, Тверской области), 000 «Штихмасс» (г. Нальчик, Кабардино-Балкарская Республика), 000 «Атлас» (г. Кузнецк, Пензенской области), а также по межгосударственной кооперации на трех предприятиях в республике Индия, на заготовочных производствах: "Super Tannery Limited'' (г. Канпур, штат Уттар-Прадеш), "Super Shoes Limited" (г. Канпур), "Ahsan Leathers PVT L.t.d" (г. Канпур) и на предприятии ccWen-zhou Morgan Trading" (г. Венжоу, Китай). Рекомендации по проектированию раскройного и формующего оборудования и оснастки внедрены на 000 «Калуг-Шен-Заря Машиностроительное объединение» (г. Калуга). Разработанные конструкции и технологии, представленные на 11-и конфе-
ренциях и 8-й всероссийских и международных выставок, удостоены 6-й золотых, 1-й серебряной медалей и 12-и дипломов. Личный вклад автора состоит в:
выдвижении и теоретической разработке идей и постановке задач по тематике работы;
развитии теории и практики создания и производства специальной обуви литьевого метода крепления;
определении и формулировке проблемы и задач исследования, разработке методов их комплексного решения;
совершенствовании технологии производства специальной обуви литьевого метода крепления;
разработке конструкции низа специальной обуви литьевого метода крепления;
непосредственном участии в разработке новых рабочих инструментов, программ ЭВМ и промышленных образцов специальной обуви, защищенных авторскими свидетельствами и патентами РФ;
практической апробации и внедрении результатов работы в производственных условиях на 12-и предприятиях;
непосредственном участии и обобщении ранее выполненных и опубликованных в соавторстве работ.
Автор защищает:
теорию и алгоритмы процессов создания и организации производства специальной обуви;
концепцию внутрипроизводственного взаимодействия на обувном предприятии;
алгоритм и метод оценки ресурсосбережения при производстве специальной обуви;
результаты исследования механических характеристик материалов верха специальной обуви и их соединений с учетом весового влияния упругой и вязкой составляющих деформационного воздействия на основе процессов одноосного и двухосного нагружения;
графо-спектрометрический метод определения формовочных свойств кожеподобных материалов и их пакетов;
результаты исследования свойств материалов низа, верха и их соединений применительно к специальной обуви литьевого метода крепления;
экспресс-метод исследования прочности соединения полиуре-танового слоя подошвы с материалами верха специальной обуви литьевого метода крепления;
усовершенствованную технологию производства специальной обуви литьевого метода крепления;
теоретические основы обтяжно-вытяжного способа формования заготовок специальной обуви и совершенствования рабочих органов технологической машины;
разработку, результаты исследований, метод и установку для определения кинематических характеристик рабочих органов машин для обтяжно-вытяжного формования носочной части заготовок верха специальной обуви;
результаты исследования и метод оценки стабильности технологической операции формования носочной части заготовки специальной обуви литьевого метода крепления;
метод прогнозирования и оптимизации технологического процесса формования специальной обуви;
усовершенствованную корпоративно-информационную систему проектирования специальной обуви, гармонизированную с международной системой менеджмента качества ISO 9001;
семь программ ЭВМ для исследования, моделирования, оценки, прогнозирования и стандартизации процессов разработки и производства специальной обуви (защищенных авторскими свидетельствами РФ);
разработанные и внедренные в массовое производство шесть промышленных образцов специальной обуви и одну полезную модель (защищенных патентами РФ);
теоретические основы корпоративной стилистики специальной обуви.
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 47 публикациях, из них 28 статей, в т. ч. 15 - в журналах, включённых в спи-
ски, утверждённые Высшей аттестационной комиссией, 7 патентов и 7 авторских свидетельств, 3 монографии, 2 учебных пособия, изданные под грифом УМО. Диссертационная работа выполнялась в рамках исследований кафедры технологии изделий из кожи МГУДТ по темам: «Развитие фундаментальных и прикладных исследований конструирования и технологии одежды, обуви и кожгалантереи» (2006-2008 гг.), «Фундаментальные и прикладные исследования в производстве изделий из кожи» (2009-2013 гг.).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по каждой главе и работе, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертации составляет 363 страницы машинописного текста, включая 70 рисунков, 44 таблицы, список литературы и приложения.
Совершенствование корпоративно-информационной системы проектирования ассортимента специальной обуви
По моему мнению, дизайн специальной обуви — это осознанное созидание, основанное на принципах сочетания эстетики (соответствие моде, форма, конструкция, композиция), эргономики (психофизиологические, гигиенические, антропометрические свойства) [52, 53, 54, 55] и экономичности (рациональное использование ресурсов см. п. 1.5) при обеспечении требуемой категории специальной защиты (см. п. 1.1) и надежности (прочность, износостойкость, формоустойчивость). В наибольшей степени сформулированный мной принцип «трех Э» прослеживается в сфере разработки производственной обуви [56]. С одним художественным образованием невозможно заниматься ее дизайном, таким образом, специалистам необходимо иметь двойные навыки: инженера-конструктора и технолога. Стилистика моделей производственной обуви может определять следующие их конструктивные разновидности. Треккинговый стиль - несмотря на внешнее сходство со спортивной обувью, обладает всеми свойст вами защитной обуви общего назначения, дополненными антропометрически адаптационными качествами спортивной обуви и предназначена для непрерыв ной и активной продолжительной носки, например, для работников аэропортов. Повседневный стиль — обувь классического кроя для служащих различного уровня, в т.ч. медработников и пищевиков. Утилитарно-универсальный стиль — ботинки с высокими или средними берцами и сапоги с настрочной союзкой, разрезными голенищами, ремнями, глухим клапаном - классическая производ ственная обувь, сочетающая подошву с высоким бортиком и глубоким протек тором, детали из влаго- и маслостойких материалов, антропометрически и био механически корректную внутреннюю форму, предназначенную для рабочих добывающей и перерабатывающей промышленности. Характеристика произ-водственной обуви для работников ОАО «Газпром» представлена в главе 5.
На рис. 2 представлена схема создания специальной обуви, согласно которому разработка специальной обуви-делится на два контрварианта по его истоку: «новому» или «старому» (известному прототипу). По моему мнению, целесообразно ввести понятие уровней разработки специальной обуви [57]. Эти уровни позволяют получить наглядные представления о материальных, интеллектуальных, временных и других затратах, связанных с созданием нового ассортимента обуви. Последовательно по убыванию степень новизны и стоимость создания специальной обуви располагаются следующим образом: I. инновационная специальная обувь, которую потребитель воспринимает как совершенно новую или обладающую некоторыми уникальными свойствами; II. новые фасоны колодки и низа специальной обуви, в наибольшей степени определяющие внешний вид и свойства обуви; III. новые для разрабатываемого фасона типы специальной обуви; IV. новые модели специальной обуви с более детальной проработкой новых типов обуви; V. новые артикулы специальной обуви, имеющие общие основные геометрические параметры верха и низа обуви и различающиеся, главным образом, по номенклатуре используемых материалов.
Создание новой специальной обуви может осуществляться по двум направлениям: по пути разработки или копирования. Разработка специальной обуви предполагает как максимум создание принципиально новой специальной обуви с уникальными свойствами и как минимум модификацию с минимальными изменениями несущественных свойств. Копирование может носить зеркальный характер и по своей сути является псевдоразработкой, и предполагает проведение работ по освоению приобретенных фасонов, моделей и артикулов обуви. При этом при создании нового приходится затрачивать наибольшее количество ресурсов, чем при псевдомодификации (рис. 2). Спецобувь
Приобретая инновационную технологию в области производственной обуви необходимо определить, будет ли инновационная специальная обувь: конкурировать в одном порядке цен с дешевым; отнесена к среднему ценовому диапазону; отнесена к дорогому ценовому диапазону. При этом необходимо учитывать емкость каждого сегмента рынка. Затраты на приобретение зарубежной инновационной технологии и оборудования для производства специальной обуви значительны. Так, цена комплекта литьевого многопозиционного агрегата с оснасткой составляет около 50 млн. руб. С учетом средней цены на специальную обувь на отечественном рынке и рентабельности от 5 до 10%, затраты на приобретение технологии и оборудования окупятся не раньше чем через 10 лет. Представленная на рис. 3 модель позволяет рассчитать количество разрабатываемых единиц каждого уровня.
Исследование свойств типовых пакетов обувных материалов специальной обуви при растяжении
В том случае,, если критерии К, рассматривать по принципам обычной жесткой бинарной логики, то погрешность результата применения модели будет слишком велика. Так, рассматривая процесс формования, используя классические понятия «истина» и «ложь», можно сформулировать следующее условие управления данным процессом: 0 - значение усилия, недостаточное для посадки заготовки верха обуви на колодку; 1 — критическое усилие, при котором заготовка разрушается. Исходя»из этого условия значение усилия меньшее установленного критического хотя бы на 1% является допустимым. При этом увеличение данного усилия на этот 1% переводит его в зону недопустимого превышения. Разумеется, критическое значение не является фиксированной величиной, и данное скачкообразное представление не вполне адекватно. Для более точного представления процесса необходимо использовать описание значений усилия формования заготовки верха обуви относительными критериями размытой логики Л. Заде [104, 105, 106, 107, 108, 109]: «безопасное, но недостаточное для требуемого формообразования», «оптимальное для посадки», «оптимальное для посадки предкритическое», «деструктивное». Таким образом, описание управления таким человеко-машинным процессом как обувное производство с неполной информацией о внутреннем функционировании и высокой сложностью требует использования понятия «неполной истинности». Значения физических величин, для которых недостаточно двоичное представление булевской логики преобразуются в значения лингвистической переменной посредством функций принадлежности. При этом значения величины описываются словами естественного языка и называются термами. Каждому из термов ставится в соответствие некоторое значение описываемой физической величины. Для этого значения степень принадлежности физической величины к терму будет равна единице, а для всех остальных значений - в зависимости от выбранной функции принадлежности. Так, приняв за единицу деструктивное критическое значение усилия формования, и приняв за «О» нулевое значение усилия определяются промежуточные значения. Например, недостаточное для посадки определяется как 0,25 критического усилия, оптимальное для посадки - как 0,75 критического, предкритическое - как 0,95 критического (рис. 8).
Ввиду того, что внутреннее функционирование технологической системы нам во многом неизвестно и доступны только ее «входы» и «выходы», то для моделирования системы целесообразно воспользоваться понятием «черного ящика», введенным Р. Эшби [110, 111]. В нашем случае этот ящик является скорее «серым», так как нам все-таки известно обобщенное описание некоторых взаимодействующих элементов, хотя большое число входных факторов носит случайный характер (рис. 9). Перечислим технологические параметры, входящие в критериальное уравнение, на примере процесса формования заготовок верха обуви (рисунок 10). Рассмотрим процесс формования в системе AM — material, machine, medium, man — материал, оборудование, среда, оператор.
Свойства объекта обработки: деформационные свойства материалов заготовки верха специальной обуви (п. 2.2 и 2.3); структура и связи слоев паке та материалов, параметры сборки узлов заготовки, заготовки и т.д.
Material («материал»)Свойства объекта обработки: деформационные свойства материала; структура и связи слоев пакета материалов, параметры сборки узлов заготовки, заготовки и т.д. Machine («оборудование»)Свойства обрабатывающего объекта: дискретность, недискретность приложения деформационного воздействия ИРО; скорость деформирования; конфигурация Medium («среда»)Свойства среды взаимодействия: влажно-тепловой режим формования, продолжительность воздействия. В эту категорию можно отнести также свойства взаимодействующих элементов других систем, т.е. способ воздействия на элементы системы до начала их совместного функционирования. Man («человек»)Свойства (действия) оператора и лиц, принимающих решения: опыт и индивидуальные способности; сенсорные функции (слуховые, зрительные, тактильные). Рисунок 10 - Схема системы 4М обувного производства Свойства обрабатывающего объекта: дискретность, недискретность приложения деформационного воздействия исполнительных рабочих органов технологического оборудования (ИРО); скорость деформирования; конфигурация ИРО. Технологическое оборудование - средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещаются материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическая оснастка [112].
Свойства среды взаимодействия: технологию и режимы выполняемой операции: влажно-тепловой, режим формования, продолжительность воздействия. Кроме этого к этой группе факторов относятся AM параметры предыдущей и последующей операций. В эту категорию можно отнести также свойства взаимодействующих элементов других систем, т.е. способ воздействия на элементы системы до начала их совместного функционирования и после их взаимодействия. Например, для операции формования пяточной части заготовки верха к свойствам среды взаимодействия относятся параметры выполнения предшествующей ей операции затяжки носочной части заготовки верха и последующей операции затяжки геленочной части заготовки верха.
Свойства (действия) оператора и лиц, принимающих решения: опыт и индивидуальные способности; сенсорные функции (слуховые, зрительные, тактильные). Предлагаемая мной классификация исполнителей по уровню их подготовки представлена в п. 3.2.
Таким образом, за счет включения элемента «среда», предлагаемая система AM является открытой, учитывающей влияние на исследуемую операцию не только ее режимов выполнения, но и параметров предыдущей и последующих операций. Это отличает предлагаемую систему от метода причинно-следственного анализа «4М» и «5М К. Исикава [113, 114, 115], включающего вместо элемента «среда» категории «метод» и «измерение», т.е. параметры только исследуемой операции или процесса вцелом. Это позволяет дифференцированно подходить к качеству выполнения операции в зависимости от параметров выполнения смежных операций, т.е. их AM параметров. Так, предлагаемая мной система AM позволяет при моделировании выполнения операции формования заготовки верха обуви учесть режимы предварительной тепловой обработки, и конструктивные особенности подошвы, прикрепляемой на последующей операции. Очевидно, что режим активации влияет на физико-механические свойства заготовки верха обуви, для подошв без бортика складки в носочной части не допустимы, а для подошв с бортиком допустимы в оп ределенном. диапазоне: При1 этом подошва, не являетя объектом обработки исследуемой операции формовании. Остановимся подробнее на взаимодействии составляющих системы 4М — объекта обработки с обрабатывающим объектом при формовании в производстве изделий из кожи: При формовании можно рассматривать две стадии взаимодействия материала и формующих инструментов: предварительного перераспределения материала, т.е. начальной посадки заготовки на форму (пуансон, колодку) и растяжения-сжатия - собственно формования. При этом на малых скоростях воздействия ИРО машины деформация растяжения-сжатия распространяется на всю область материала, а при скоростном - (динамическом) она значительно уменьшается. Этапы восстановления вязкоупругого материала соответствуют реологической трехзвенной модели Кукина-Соловьева для описания поведения материалов легкой промышленности, лишь структурно, так как даже начальный «упругий» этап включает элемент замедленности [116]. Например, максимальная скорость релаксации системы кожеподобных и текстильных (далее «обувных») материалов далека от скорости распространения звука и составляет не более 1,0-1,5 м/с (для межподкладочных тканей) (рис. 11) и до 0,2 м/с (для кожи) (рис. 12). Значения свойств входных параметров объектов системы 4М не всегда просто определить. Например, для того чтобы выделить отличия показателей свойств кож с разным покрытием, необходимо вести сопоставление как минимум по шести показателям упругих и вязких свойств. Использование только данного подхода для создания систем поддержки принятия решения СППР [117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124] в технологической среде обувного производства становится сверх трудоемким, так как требует от пользователя дорогостоящих длительных научных исследований и в условиях массового обувного производства не может быть применимо. Следовательно, целесообразно создание СППР, входы которой могли бы носить лингвистическую форму, логическим ядром которой являться формализованный практический опыт экспертов обувного производства. Управление операцией формования, как и любой другой технологической операцией обувного производства, представляется возможным лишь при выяв лении качественной и количественной связи между всеми элементами системы AM. Данный подход позволяет еще на этапе проектирования изделия осуществить выбор оптимальных решений и избежать дополнительных затрат на практическую апробацию различных вариантов. »,м/с 15
Разработка системы прогнозирования технологического процесса формования
Однако их назначение различно; Носочный, упор в. обтяжно-затяжном способе фиксирует, прежде всего, колодку одновременно со стелечным упором при заглаживании пластинами затяжной кромки заготовки на- следе колодки после открытия клещей. Таким образом, операции обтяжки колодки заготовкой и вытяжки осуществляется без участия носочного упора. При отсутствии носочного упора не обеспечится защемление затяжной кромки между пластинами И следом колодки с прикрепленной основной стелькой, в результате чего колодка переместится вверх. В обтяжно-вытяжном способе носочный упор фиксирует заготовку на колодке до деформационного воздействия на нее исполнительных рабочих органов и предотвращает перекос заготовки при формовании, а также ее стягивание в носочную часть (вперед). Фторопластовый обжим в обтяжно-затяжном способе формования выполняет вспомогательную функцию, он обжимает заготовку от носка к пучкам до линии действия затяжных пластин, предотвращает образование складок на заготовке верха обуви выше ребра следа колодки и не влияет на величину растяжения пакета материалов заготовки, обеспечивая в тоже время его равномерность. В обтяжно-вытяжном способе обжим наравне с пуансоном является основным исполнительным рабочим органом, положение которого относительно пуансона, скорость перемещения и деформационные свойства определяют результат формования. Динамика двух способов формования имеет некоторую схожесть только на начальном этапе - при посадке заготовки на колодку (пуансон), т.е. при обтягивании ею колодки. Далее, в отличие от обтяжно-затяжного способа формования вытяжка заготовки в обтяжно-вытяжном осуществляется не за счет растяжения заготовки, защемленной аконтурно в клещах, а за счет деформаций сжатия и растяжения при перемещении контурного (непрерывного) обжима относительно пуансона. Для проектирования шаблонов формующей оснастки машины, для: формования обтяжно-вытяжным. способом мной разработана. специализированная программа.«Mould» [152].
Формование заготовок верха обуви характеризуется, сложным,,спектром напряжений и деформаций; возникающих при взаимодействии ИРО с пакетом материалов заготовки. Непосредственно в зоне формования возникают деформации сжатия (смятия), сдвига, растяжения, изгиба материала. При этом сочетание перечисленных видов деформаций, доля и степень их влияния при формовании- материалов с вязкоупругими свойствами не остаются постоянными. Характеристики процесса при конкретном способе формования заготовок верха, обуви определяются параметрами формующего ИРО, механическими (деформационными) свойствами материала, конструкцией заготовки и технологическими режимами процесса. Составляющими результирующей силы формования является: р —\Р \ А- Р 4-ІР І4-ІР I -4- І7І Г? 1 V гобщ.ф \гсэ/с\ г граст "г-гсдв"г"гюг"гг р к -1-) где действующие на пакет материалов заготовки силы: Рсж - сжатия; Рраст — растяжения; Рст — сдвига; Ризг - изгиба; Т— трения. Введя в зависимость (21) долевые коэффициенты, получим общ.ф еж "общ.ф " Крастп общ.ф " " сдв"общ.ф изг"общ.ф тр общ.ф" \А ) где ксж, Аграст, ксяв, ктГ) &гР - долевые коэффициенты соответствующего деформационного воздействия. При этом ксж + kpacT + кСДВ + ктг + А р = 1.
Так как. доминирующими деформационными воздействиями при обтяж-но-вытяжном формовании носочной части заготовок верха обуви являются сжатие и растяжение, то зависимость (22) может быть представлена в следующем виде: общ.ф общ.ф\сж ":раст) v -v
Для оценки силового взаимодействия ИРО с пакетом материалов заготовки рассмотрим процесс формования плоской заготовки верха обуви на машине CALIISV—DW—F2. Основными исполнительными рабочими органами являются: неподвижная обжимная площадка с деформируемой лентой (в данном случае круглого сечения) диаметром D0 и пуансон, вертикально перемещающийся при формовании в предустановленное верхнее-положение/В качестве объекта обработки-выступает заготовкашз материалов, с вязкоупругими свойствами, общей толщиной /?загот. (рис; 24). Напуансон при этом действуют следующие силы сопротивления: - горизонтальная, направленная вправо сила сопротивления сжатию.заготовки обжИМНОЙ ЛеНТЫ Рс.сж.ЗО; - горизонтальная, направленная вправо сила сопротивления сжатию заготовки и обжимной ленты пуансоном (Рс.сж.зп и Рс.сж.о соответственно); - горизонтальная, направленная влево сила сопротивления сжатию пуансона Рс.сж.п; - вертикальные, направленные вниз силы сопротивления растяжению заготовки и обжимной ленты (Рс.р.з и Рс.р.о соответственно); - вертикальные, направленные вниз силы трения скольжения заготовки по обжиму (Гз.о), заготовки по пуансону (Тз.п)- При этом j o—» 0 и .я- О Для обеспечения вытяжки материала на пуансоне, и равномерного перераспределения материала от носочной к геленочной части, в носочной части заготовки создаются наибольшие по контуру обжатия усилия сжатия материала заготовки. Это достигается установкой минимального зазора между пуансоном и лентой фторопластового обжима. При этом происходит деформирование сжатием как пакета материалов заготовки; так и обжимной ленты. После того, как силы сжатия достигают предельного значения наряду с предельным значением силы трения заготовки о фторопластовый обжим Т3.о, происходит местное (локальное) защемление заготовки и осуществляется ее растяжение (пуансон скользит по заготовке, растягивая ее), т.е. выполняются условия: з.О Т3.п Тз.О = Рс.сэю.ЗО /з.01 (24) Тз.О РАр , при этом ТзЛ = РслжЗП /зл с.сж.ЗО "с.сэю.ЗП где РАр - сила растяжения элементарного участка заготовки Ар. После деформации элементарного участка Ар в область деформационного воздействия переходит новый, недеформированныи участок пакета материалов заготовки (заготовка скользит по обжиму), при этом повторная деформация обжимной ленты значительно меньше первоначальной. Цикл сжатия-растяжения (защемления-скольжения) повторяется до тех пор, пока пуансон не займет предустановленное положение вытяжки. Благодаря тому, что коэффициент трения /з о — 0, то РАр также —» 0, обеспечивается почти полная недискретность (непрерывность) процесса формования, как в кинематическом отношении, так и в деформировании заготовки в целом.
Совершенствование технологии соединения резинового и полиуретанового слоев литьевой подошвы
Разработанная мной методика производства специальной обуви литьевого метода крепления низа для инженерного и обслуживающего персонала предприятий с обтяжно-вытяжным формованием носочной части заготовок представлена в иллюстрационном материале. Принцип работы машины заключается в обжатии заготовки обжимом на холодном пуансоне при перемещении одного из ИРО (либо обжима, либо пуансона) относительно остальных неподвижных ИРО [51]. Перейдем к рассмотрению разработанной мной методики оценки стабильности выполнения собственно операции формования носочной части при переменных факторах: человеческом; объекта обработки; инструментальном; среды. Конструктивные параметры моделей специальной обуви во всех четырех случаях считались постоянными, т.е. стабильность процесса оценивалась при формовании одинаковых моделей. В каждом варианте конфигурации системы AM, коэффициент стабильности рассчитывался для 5-й выборок по 50 пар специальной-обуви, т.е. анализируется.стабильность формования 250 пар. Коэффициент стабильности указан в %. Далее разработанным мной генератором MGG—Stability на базе полученных 5 значений коэффициента стабильности определяются (прогнозируются) 200 значений коэффициента, характеризующие стабильность выполнения операции обтяжно-вытяжного формования носочной-части для 10000 пар. Средний объем заказа на модель в сезон от торгующих организаций составляет 5-10 тыс. пар. После получения смоделированной выборки осуществляется ее статистическая обработка в разработанной мной программе статистической обработки данных программного комплекса PK-ASPI [163, 164, 165]. Стабильность/нестабильность выполнения операции обтяжно-вытяжного формования носочной части оценивается по дефектам: «Складки в носочной части» (определяющими являются свойства материала (пакета материалов) верха обуви, а также настройка оснастки), «Сдир лица» (зависящий, прежде всего, от физико-механических свойств лицевого слоя кожи, а также от способа активации, термопластического- подноска, в случае использования новой оснастки - от правильности ее изготовления и доводки), «Перекос заготовки, разная высота носочной части в парах» (связан с квалификацией исполнителя). Продемонстрируем как влияет каждый фактор системы 4 М на стабильность выполнения операции формования.
При переменном человеческом факторе. Вопрос современного состояния кадров в обувной отрасли рассмотрен мной в статье [166]. Учитывая производственный опыт ЗАО МОФ «Парижская коммуна», ЗАО «Донская обувь», ООО «СП-Надежда», исполнители операции формования заготовок условно могут быть разделены на два уровня подготовки. К первой группе подготовки относятся рядовые исполнители — рабочие VI разряда (по XVIII разрядной тарифной сетке), ко второй — исполнители с большим стажем, опытом выполнения различных операций и руководства участком или потоком (например, мастер или бригадир IX-X разряда). В настоящее время, когда темпы экономического роста отрасли являются наиболее низкими и определяют социально-экономическое положение рядовых исполнителей, последние характеризуются низким профессиональным уровнем. Поэтому при выполнении ими технологических операций качество продукции зависит в основном от специалистов, контролирующих процесс. Речь идет, прежде всего, о первом уровне подготовки исполнителей, чьи действия должны находиться под постоянным контролем мастеров, бригадиров, механиков. Оценка взаимосвязи дефектов-и способов их предотвращения для них почти недоступна. Таким образом, исполнители первого уровня подготовки «механически» выполняют назначенный им операционный цикл. Исполнители второго уровня подготовки обладают навыками, позволяющими целостно воспринимать и осознавать взаимосвязь регулировок формующих рабочих органов оборудования и уровень качества выполнения-операции. Их подход подразумевает как возможность допущения ошибок в выборе решений, так и возможность их исправления, основываясь на практическом опыте. При этом выбор решения обосновывается некоторым количеством практических исходов элементарных действий («удачных» или «неудачных»). Практически это может выглядеть следующим образом. При неблагоприятном исходе операции исполнитель пытается скорректировать свои действия, например, по установке полуфабриката в ИРО машины (если, конечно, дефект не является критическим). При повторном возникновении дефекта оператор пытается выполнить простейшие регулировки машины, не требующие значительных затрат времени и специальной подготовки. Сложная корректировка работы оборудования производится лишь при дальнейшем получении неблагоприятных результатов. При этом необходимо отметить, что исполнителю такой квалификации доступна оценка значимости дефекта и возможности его устранения при выполнении последующих операций. Например, при прямом литье подошвы на след обуви происходит скрытие бортиком невысоких складок материала верха по нижней кромке заготовки. В качестве примера рассмотрим результаты формования мод. 2676 фасона 81221 исполнителями каждой из двух категорий. Операторы первого уровня подготовки допускали ошибки регулировки ИРО при переходе от одного размера к другому, что приводило к появлению дефекта у первых пар заготовок «нового размера» - «Перекос заготовки, разная высота носочной части в парах». Перекос заготовки был вызван, неправильной установкой боковых упоров, на упорной площадке, а разная-высота носочной части - носочного. Неоднородность свойств материала верха, оказывала незначительное влияние на стабильность процесса. Коэффициент стабильности/ в пяти исследованных выборках составил: 75, 90; 83, 81 и 94%. Параметры других элементов системы AM представлены в табл. 14. Результаты статистической обработки представлены в табл. 15. На базе эмпирического и теоретического значений математического ожидания, а также учитывая, что входные параметры це-лочисленны, мы можем сделать вывод, что для выборки в 200 коэффициентов стабильности (10000 циклов выполнения операции), ожидаемое среднее значение коэффициента составляет 85%. Т.е. из 100 отформованных п/пар заготовок 85 - не будут иметь дефектов, а на 15-и п/парах будет перекос и/или разновы-сотность носочной части заготовки в парах. При выполнении операции исполнителями второго уровня подготовки дефекты, связанные с ошибками исполнителя практически отсутствовали.
