Разработка автоматизированных методов проектирования технологических процессов изготовления тканей заданного строения

Вид материала

Автореферат

Содержание Седьмая глава диссертации Основные выводы по работе

Подобный материал:

• Основы построения автоматизированных систем проектирования технологических процессов, 772.35kb.
• Разработка модуля сапр тп для автоматического проектирования технологического процесса, 30.93kb.
• Решение задач автоматизированной настройки технологических процессов для условий неполной, 21.16kb.
• Методика проектирования автоматизированных систем, 36.85kb.
• Тема раздела, 304.46kb.
• Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 08 Моделирование и оптимизация, 200.55kb.
• Конструкторское проектирование Задачи, 216.11kb.
• Математическое моделирование процессов в тепловых микросенсорах, 21.43kb.
• Программа вступительных испытаний для приема в магистратуру по направлению подготовки, 75.45kb.
• Разработка методов прогнозирования структуры и эксплуатационных свойств тканей бытового, 695.31kb.

Глава 5 посвящена вопросам расчета технологических параметров изготовления ткани в зависимости от параметров ее структуры. 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?

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.

Для получения математических моделей в работе используются линейная и нелинейная теории изгиба нитей, предложенные в работах ученых кафедры ткачества МГТУ им.А.Н.Косыгина. При использовании линейной теории изгиба использованы следующие соотношения:

в ткани на станке:





в ткани, снятой со станка:







где, М_и-момент изгиба; N-сила нормального давления нитей основы и нитей утка; Р_о, Р_у - соответственно плотности ткани по основе и по утку; h_o,h_y - соответственно высоты волн изгиба основы и утка; Е_о,Е_у - соответственно модули упругости нити по основе и по утку; I_o,I_y - соответ­ственно моменты инерции сечения нити основы и утка.

Эти уравнения можно использовать для установления функциональной зависимости между параметрами строения ткани и технологическими параметрами ее выработки на ткацком станке для достаточно большого ассортимента бытовых тканей, у которых высота волны изгиба нити в ткани небольшая.

Использование этих зависимостей для более плотных тканей некорректно. В этом случае для более точных расчетов использована нелинейная теорию изгиба упругих стержней. Использование этой теории обусловлено тем, что в процессе изгиба нитей сильно изменяется ее конфигурация, причем перемещения нитей основы и утка при формировании ткани становятся соизмеримыми с длиной перекрытий нитей в ткани и ее геометрической плотностью. При этом наблюдается существенно нелинейная зависимость больших перемещений от внешних сил, хотя деформации остаются малыми.

Поэтому в настоящее время научные исследования, основанные на использовании точной нелинейной теории изгиба упругих стержней, стали более актуальными особенно с использованием ЭВМ и вытекающей отсюда автоматизацией расчетов и проектирования.

Большинство задач изгиба можно решить, если знать решение задачи поперечного и продольно-поперечного изгиба консоли. Решение этой задачи методом эллиптических параметров изложен в работах Е.П. Попова, проф. В.П.Щербакова, проф. Мигушова И.И..




Q P


 N


M_o 0 0 M_o


0

1 1

Q

Рис.1. Схема изгиба нити в ткани.

В общем виде точный метод решения задачи методом упругих параметров представляется более приемлемым и имеет следующий вид:



где: h_o - половина высоты волны изгиба нити; _o", _o" - упругие параметры; L – расстояние между соседними нитями в местах изгиба нитей; P – результирующая сила; Е – модуль упругости нити; I – момент инерции сечения нитей.

Программная реализация разработанных алгоритмов решения 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 осуществлена на ЭВМ в среде программирования MathCad .

Для сравнительного анализа использования методов линейного и нелинейного изгиба проведен расчет на ЭВМ для ткани полотняного и саржевого переплетения, который показал, что, метод, основанный на использовании нелинейной теории изгиба, дает более точные результаты.

Задачу расчета натяжения нитей основы и утка в процессе фронтального прибоя утка к опушке ткани необходимо также решать с учетом сжатия и смятия нитей в ткани. Установлено, что в процессе фронтального прибоя сечение нитей основы и утка у опушки ткани составляет 45 – 50% ее первоначальной площади. Нити основы и утка в тканях изменяют свои размеры и конфигурацию. В данной работе предложена методика расчета таких размеров.

Глава 6 посвящена вопросам сжатия нитей в ткани. На рисунках 2 и 3 показан характер изменения поперечных размеров нити для упругой и вязкоупругой моделей соответственно. На нить 1 действует сила нормального давления N₁ от действия противоположной системы нитей, на нить 2 - сила нормального давления N₂, причем N₁>N₂. При этом будут выполняться следующие условия: если d₁=d₂, то d_1г>d_2г, d_1в2в, S ₁< S ₂, где d₁, d₂ - диаметры нитей 1 и 2; d_1г,d_2г - диаметры нитей 1 и 2 по горизонтали; d_1в,d_2в - диаметры нитей 1 и 2 по вертикали; S_, S_ - площади поперечного сечения нитей 1 и 2, S - начальная площадь поперечного сечения нити; S' - текущая площадь поперечного сечения нити.

N₁ N₁ N₂ N₂











d d_1г d_1в d d_2г d_2г

N₁>N₂ d₁ = d₂ d_1г > d_2г d_1в < d_2в S₁ < S₂


Рис.2. Изменение поперечных размеров сечений нитей в упругой модели.


N N N

t₀ t₁ t₂ t₃










d d_1г d_1в d_2г d_2в d_3г d_3в


Рис.3. Изменение поперечных размеров сечений нитей в вязкоупругой модели.


С увеличением силы нормального давления N увеличивается диаметр нити по горизонтали, уменьшается диаметр нити по вертикали, уменьшается площадь поперечного сечения нити, увеличивается деформация нити при сжатии и смятии.

Для определения вязкоупругих параметров при сжатии целесообразно использовано приспособление, предложенное д.т.н., проф. Э.А.Ониковым.

Анализ экспериментальных данных позволил установить, что в тканых армирующих каркасах выполняется следующее соотношение:

Е_в d -d_в

ψ = --- = -------- ,

Е_г d - d_г

где Е_в, Е_г- деформации сечения нити по вертикали и горизонтали, соответственно.

Программная реализация разработанного алгоритма решения задачи, связанной с расчетом натяжения нитей основы и утка в процессе фронтального прибоя утка к опушке ткани с учетом сжатия и смятия нитей осуществлена на ЭВМ в среде программирования MathCad.

Седьмая глава диссертации посвящена исследованию причинно-следственных связей в ткачестве по переходам ткацкого производства.

Для управления технологическими процессами, строением и свойствами выпускаемых тканей необходимо определить наиболее значимые факторы, влияющие на выходные параметры. Существующие методы (планирование эксперимента, корреляционный анализ) не всегда дают хорошие результаты, так как в конечном итоге присутствуют так называемые "эффекты сопутствия" влияния различных входных параметров, поэтому необходимо при проведении экспериментальных исследованиях факторы варьировать в строго определенных пределах, что сложно в производстве.

В данной работе решалась задача установления причинно - следственных связей между теxнологическими параметрами процессов ткацкого производства. Установление этиx взаимосвязей позволит прогнозировать свойства полуфабрикатов и иx качество, а также помогает при контроле и оптимизации теxнологическиx процессов "обращать" внимание на факторы, в наибольшей степени, влияющие на выxодные параметры процесса. При проведении исследований для каждого технологического процесса выбраны факторы, определяющие основные параметры процесса и качество продукции.

Определить направленность причинно-следственныx связей между исследуемыми факторами можно по значению энтропии. Энтропия - теоретико-информационная мера степени неопределенности случайной величины. Формулы для расчета энтропии Н_i, информации Y_ij и парныx коэффициентов Г_ij причинного влияния:

энтропия распределения вероятностей для случайной одномерной величины

Н_i = ,

где Р(Х_кi) - вероятность состояний случайной величины Х_кi;


величина информации между i-ым и j-ым факторами:



где Р(Х_rj) - вероятность состояний случайной величины X_rj;

P(Х_кi, Х_rj) - вероятность состояний случайных величин Х_кi и Х_rj;

Коэффициент причинного влияния j-ого фактора на i-ый:

Г_ij = I_ij: H_i

Расчет значений энтропии Н_i, информации Y_ij и парныx коэффициентов Г_ij причинного влияния проведена на ЭВМ для каждого технологического процесса. На основе полученных значений энтропии Н_i исследуемую систему представляем в форме некоторого ориентированного графа. При этом каждой вершине граф соответствует одна из переменныx, а дуга (ориентированное ребро) соответствует направленности причинного воздействия. Нужно отметить, что парные коэффициенты не могут служить мерой истинной связи между факторами. Истинное влияние факторов друг на друга можно оценить по частным коэффициентам причинного влияния. Частные коэффициенты причинного влияния не равны парным. Равенство парныx и частныx коэффициентов причинного влияния соответствует случаю статистически независимыx взаимодополнительныx причин. Разность может служить оценкой косвенного причинного влияния.

Для определения частныx коэффициентов причинного влияния необxодимо решить систему нелинейныx уравнений, состоящую из довольно большого количества уравнений. Строить причинно-следственные графы для большого количества факторов не имеет смысла, так как в данном случае получаются трудные для анализа картинки. Поэтому проведен анализ и установлены причинно-следственные связи между факторами, имеющими наибольшую энтропию. Таким образом, для всех технологических процессов ткацкого производства выявлены факторы, в наибольшей степени, определяющие эти процессы. Для перематывания - это угол скрещивания витков, для снования – это скорость снования, для шлихтования – это скорость шлихтования и разрывное удлинение основы, для ткачества – разрывная прочность основных нитей и заправочное натяжение нитей основы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Определены основные требования к САПР технологических режимов и процессов ткацкого производства, позволяющие совершенствовать проектирование на основе применения математических методов и средств новейшей вычислительной техники, использовать методы оптимизации и многовариантности проектирования, применить эффективные математические модели проектируемых объектов.

2. Установлены принципы организации САПР технологических режимов и процессов ткацкого производства, основными из которых являются принципы системного единства, совместимости, типизации и развития.

3. Разработан алгоритм проектирования тканей, технологии их изготовления и расчета технико - экономических показателей внедрения нового ассортимента тканей, включающий выбор и обоснование сырьевого состава ткани, выбор метода проектирования ткани, проектирование ткани по одному из известных методов, заправочный расчёт тканей, расчет параметров строения тканей, проектирование технологического режима выработки ткани, расчет параметров напряженно-деформированного состояния нитей на ткацком станке с учетом смятия и сжатия нитей, оценку напряженности заправки ткацкого станка.

4. Разработаны алгоритмы проектирования тканей по заданным параметрам и свойствам для реализации задач в среде программирования MathCAD для следующих методов:

- проектирование однослойной ткани по поверхностной плотности;

- проектирование однослойной ткани по толщине;

- проектирование однослойной ткани по пористости;

- проектирование однослойной ткани по прочности на разрыв;

- проектирование однослойной ткани по порядку фазы строения ткани;

- проектирование однослойной ткани по коэффициенту наполнения и прочности на разрыв;

- проектирование однослойной ткани по коэффициенту наполнения;

- проектирование полутораслойной ткани с дополнительной основой по поверхностной плотности;

- проектирование полутораслойной ткани с дополнительным утком по поверхностной плотности;

- проектирование двухслойной ткани по поверхностной плотности.

5. Разработан алгоритм автоматизации заправочного расчета тканей различных структур для его реализации среде программирования MathCAD .

6. Реализованы в среде программирования MathCAD методы автоматизированного расчета технологических параметров по переходам ткацкого производства при перематывания нитей и пряжи, партионном и ленточном сновании нитей и пряжи, шлихтовании и эмульсировании нитей и пряжи, пробирании и привязывании нитей и пряжи, в ткачестве.

7. Использованы решения задач поперечного и продольно – поперечного изгиба нитей основы и утка в ткани, учитывающие изменения конфигурации нитей и позволяющие рассчитать технологические параметры процесса прибоя уточной нити на основе линейной и нелинейной теории упругих стержней на ЭВМ в среде программирования MathCAD.

8. Предложен алгоритм расчета вязкоупругих параметров нитей основы и утка при растяжении и сжатии и реализован в среде программирования MathCAD для определения реальных размеров нитей основы и утка в ткани на ткацком станке с учетом релаксационных процессов.

9. Исследован характер изменения поперечных размеров нити с учетом релаксационных процессов на основе решения слабосингулярных функций А.Р.Ржаницына и М.А.Колтунова, позволяющих описывать процессы в любой промежуток времени наблюдения.

10. Использованы различные критерии по оценке напряженности заправок текстильных машин по всем переходам ткацкого производства, установлена наибольшая эффективность использования критериев длительной прочности, позволяющие учитывать время, величину и характер нагружения нитей на оборудовании по всем переходам ткацкого производства.

11. Экспериментально апробированы предложенные аналитические методы проектирования технологических процессов в условиях текстильных предприятий города Камышина.

12. Получены математические модели натяжения нитей по переходам ткацкого производства с использованием методов приближения функций – Стирлинга, Лагранжа, Ньютона, Бесселя, Фурье и даны рекомендации по их применению, позволяющие использовать их при проектировании технологических процессов, как модели, реально описывающие характер изменения натяжения нитей.

13. Для определения влияния наиболее значимых факторов на технологические процессы с целью наиболее эффективного управления этими процессами по всем переходам ткацкого производства использована причинно – следственная теория информации, позволяющая идентифицировать все исследуемые факторы, устранить эффекты сопутствия и облегчить проведение экспериментальных исследований.

14. Разработаны алгоритмы расчета технико-экономических показателей ткацкого производства, позволяющих оценить эффективность проектирования новых технологических процессов.

15. Разработанный метод автоматизированного проектирования технологического процесса позволяет:

- спроектировать ткань по заданным параметрам или свойствам;

- смоделировать характер изменения натяжения нитей основы и утка по переходам ткацкого производства;

- определить реальные размеры нитей основы и утка в ткани с учетом сжатия и смятия нитей, вязкоупругих свойств при сжатии на основе использования теории наследственной вязкоупругости, разработанной учеными Больцманом и Вольтером;

- провести оценку напряженности заправки текстильных машин по переходам ткацкого производства;

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

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

17. Разработанный метод автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления тканей позволяет решать многие практические задачи, связанные с:

- эффективным проектированием технологии тканей заданного строения в среде программирования MathCAD;

- выбором оптимального метода проектирования тканей по заданным параметрам и свойствам;

- получением математических моделей натяжения нитей по переходам ткацкого производства, позволяющим прогнозировать технологические процессы;

- проведением расчетов при проектировании технологии изготовления тканей различной структуры, что позволило дать рекомендации для стабилизации технологического процесса изготовления тканей;

- определением порядка расчета при проектировании технологии тканей заданного строения в среде MathCAD;

- реализацией предложенного метода проектирования технологии тканей заданного строения на Камышинском хлопчатобумажном комбинате.