Методологические основы оптимизации подготовки производства одежды из легкодеформируемых текстильных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

методологические основы оптимизации подготовки производства одежды из легкодеформируемых текстильных материалов

Специальность 05.19.04 - Технология швейных изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ШЕРОМОВА ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

Москва, 2009

Работа выполнена во Владивостокском государственном университете экономики и сервиса

Научный консультант: д.т.н., проф. Железняков Александр Семенович

Официальные оппоненты: д.т.н., проф. Андреева Елена Георгиевна

д.т.н., проф. Смирнова Надежда Анатольевна

д.т.н., проф. Жаворонков Александр Иванович

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

университет технологии и дизайна

Защита состоится «___» ___________ 2009 года в ____ на заседании диссертационного совета Д 212.144.01 при Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу:117997, г. Москва, ул. Садовническая, 33, ауд.156

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета дизайна и технологии.

Автореферат разослан «___»_______________2009 года

Ученый секретарь
диссертационного совета __________________ С.Ю. Киселев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Многие современные текстильные материалы, используемые при изготовлении одежды, из-за особенностей строения и структуры составляющих их структурных элементов имеют повышенную способность к деформации, прежде всего, растяжению. Это позволяет классифицировать их как текстильные полотна легкодеформируемой структуры, или иначе легкодеформируемые текстильные материалы (ЛДТМ). К таким материалам могут быть отнесены: трикотажные полотна, ткани разреженной структуры и содержащие в своем составе растяжимые нити, в том числе эластомерные. Материалы с вложением эластомерных нитей составляют особую группу среди легкодеформируемых текстильных полотен и получили название высокоэластичных (ВЭМ) благодаря значительной доле быстро обратимой деформации при высокой степени растяжимости.

Учитывая популярность у потребителей изделий из ЛДТМ, особенно из высокоэластичных материалов, предприятия швейной отрасли с различными формами организации труда и разной производственной мощности включают подобную одежду в ассортиментный перечень выпускаемой ими продукции. Однако ее проектирование и производство сопряжено с серьезными проблемами, чаще всего связанными с недостаточным информационным обеспечением процессов подготовки производства. Исходная информация, необходимая для принятия научно-обоснованных решений в процессах разработки, зачастую носит разрозненный, неконкретный и малодостоверный характер, или отсутствует как таковая. Это объясняется различными причинами, в том числе, отсутствием простых с технической точки зрения, объективных и точных методов исследований свойств легкодеформируемых, в том числе высоколастичных, материалов и технических средств их реализации.

В связи с этим основными задачами, стоящими перед разработчиками и производителями одежды из ЛДТМ на современном этапе, являются, в первую очередь, те, решение которых направлены на повышение уровня информационного и технического обеспечения подготовки производства.

Базовую основу для организации процессов подготовки производства одежды составляют результаты исследований таких ученых как: Е.Б. Кобляковой, Е.Г. Андреевой, Б.А. Бузова, П.П. Кокеткина, Н.П. Березненко, Е.Х. Меликова, В.В. Веселова, В.Н. Гарбарука, В.Е. Кузьмичева, В.Е. Мурыгина, В.Е. Романова, А.В. Савостицкого, Е.Я. Сурженко, А.С. Железнякова, А.П. Жихарева, И.С. Зака, Н.А. Смирновой, Л.П. Шершневой, В.Н. Филатова, Г.П. Старковой, Л.В. Золотцевой и др. Однако, сложность и неоднозначность решения поставленных задач применительно к ЛДТМ требуют развития теоретических основ и проведения дополнительных экспериментальных исследований, направленных на разработку комплекса мер, обеспечивающих информационное и техническое обеспечение процессов подготовки производства одежды.

Решение проблемы информационной поддержки этапов жизненного цикла одежды из ЛДТМ требует изменения концептуальных подходов к подготовке ее производства, в частности, проведения системных исследований в данной области на основе применения новых информационных так называемых CALS-технологий, русскоязычное наименование которых - ИПИ (от «Информационная Поддержка жизненного цикла Изделий»).

Целью работы является развитие методологических основ подготовки производства одежды из легкодеформируемых текстильных материалов на основе использования системного подхода к информационной поддержке процессов жизненного цикла швейных изделий и компьютерных технологий их реализации.

Реализация этой цели обусловила необходимость решения следующих задач: научного поиска современных подходов к подготовке производства швейных изделий; разработки принципов ее организации на основе концепции ИПИ-технологий; развитие методологических основ проектирования одежды из ЛДТМ с заданными свойствами и их подготовки к производству изделий на базе современных информационных технологий; теоретическое обоснование возможности прогнозирования напряженно-деформированного состояния материалов при выполнении технологических процессов их переработки на основе математического моделирования; разработка инструментальных методов исследования деформационных свойств легкодеформируемых текстильных материалов; разработка классификационных признаков ВЭМ; разработка принципов и методики создания рациональных конструкций одежды из высокоэластичных трикотажных полотен; проведение программно-целевых исследований некоторых этапов подготовительного производства.

Объект и предмет исследования: Объектом исследования является комплекс технологических процессов и операций подготовки производства одежды. Предметом исследования служат деформационные параметры текстильных полотен легкодеформируемой структуры, методы и средства исследования НДС материалов, процесс и алгоритм проектирования одежды из ЛДТМ, технологические процессы подготовительного производства швейных предприятий и технические средства для их реализации.

Методология и методы исследования. В диссертационной работе использованы: методология системного подхода, концепция и принципы ИПИ-технологий, методы математической статистики и теория решения задач многокритериальной оптимизации, методы аналитического и имитационного моделирования, методы и теории экспертных оценок, множеств и соотношений. Экспериментальные исследования выполнялись с применением современных аппаратных средств, компьютерных технологий и разработанных на их базе принципиально новых технических решений, позволивших получить результаты, адекватные реальным условиям поведения материалов. Исследования физико-механических свойств материалов проводились в лабораторных условиях в соответствии с нормативно-технической документацией и по разработанным методикам. В работе использованы программные продукты Windows XP (Microsoft Word 2002, Microsoft Excel 2002, Paint, Internet Explorer); CorelDraw Graphics Suite X3 V13.0; Adobe Photoshop CS2 9.0.2; AutoСAD 2005; COSMOS/ M; ANSYS; ALGOR, а также CAD/CAM systems «JULIVI» Версия 1.3 2002 - 2006гг и др.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Структура и содержание интегрированной информационной среды для функционирования системы подготовки производства одежды из текстильных материалов легкодеформируемой структуры, разработанные на основе концепции и принципов ИПИ-технологий.

2. Методы и средства исследования физико-механических характеристик текстильных полотен легкодеформируемой структуры.

3. Методика автоматизированного проектирования рациональных конструкций плотно облегающей одежды из высокоэластичных материалов с использованием современных информационных систем.

4. Принципиально новые технологические и технические решения систем обеспечения основных и вспомогательных операций подготовительного производства швейных предприятий.

Научная новизна результатов проведенных исследований. Главным научным результатом работы является развитие теории проектирования одежды из ЛДТМ и разработка научно-обоснованных методов получения технологических и технических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие швейной отрасли. Научная новизна работы состоит в следующем:

· создана теоретическая база для осуществления процесса автоматизированного проектирования одежды из текстильных полотен легкодеформируемой структуры на основе концепции ИПИ-технологий;

· разработана структура интегрированной информационной среды функционирования процесса подготовки производства одежды, содержание основных информационных объектов ОБДИ и способы формирования их информационного обеспечения;

· теоретически доказана возможность использования математических моделей прогнозирования деформационно-релаксационного поведения легкодеформируемых текстильных материалов при фиксированной деформации;

· разработан комплекс методов и средств для оценки деформационных свойств легкодеформируемых текстильных материалов на базе использования компьютерных технологий;

· на основе современных информационных систем, в том числе концепции ИПИ-технологий, разработаны принципы создания рациональных конструкций одежды из высокоэластичных материалов с учетом их свойств;

· разработан аналитический метод определения конструктивных параметров плотно облегающих изделий из высокоэластичных трикотажных полотен с учетом их деформационных характеристик;

· показаны и разработаны направления совершенствования технических средств для выполнения основных и вспомогательных операций процесса подготовки материалов к производству швейных изделий.

Практическая значимость работы. Научно-обоснованные технические и технологические решения, позволяющие по разработанным алгоритмам проектировать и производить конкурентоспособную одежду из ЛДТМ, могут быть использованы как для дальнейших исследований, так и в практической работе швейных и текстильных предприятий.

Реальный выход работы заключается в следующем:

· выполнен комплексный анализ модельных и конструктивно-декоративных особенностей изделий из ВЭМ существующего ассортимента, позволивший сделать практические рекомендации для предприятий и предложить классификацию плотно облегающей одежды из высокоэластичных материалов;

· разработана структурно-информационная модель КТПП одежды из текстильных полотен легкодеформируемой структуры, в том числе высокоэластичных материалов, как основа для разработки элементов ИИС;

· на базе компьютерных технологий разработаны обобщенная структурно-информационная и математическая модели подготовки материалов к производству швейных изделий;

· разработана структура, информационное и алгоритмическое обеспечение функционирования общей базы данных об изделии;

· разработаны принципиально новые методы и технические средства исследования деформационных свойств ЛДТМ, защищенные патентами РФ;

· предложена классификация высокоэластичных трикотажных полотен по группам растяжимости, и даны рекомендации по установлению базовых пределов заужения для каждой группы, необходимые моделирующим организациям и производственным предприятиям;

· усовершенствована методика получения рациональных конструкций плотно облегающей одежды из высокоэластичных материалов;

· разработаны принципиально новые технологические и технические решения для обеспечения основных и вспомогательных технологических операций подготовительного производства, новизна которых подтверждена патентами РФ.

Практическая значимость результатов диссертационной работы подтверждена результатами производственных испытаний на предприятиях гг. Владивостока, Артема Приморского края, Новосибирска и др., что зафиксировано в соответствующих актах производственной апробации. Установлено, что результаты работы позволяют получить значительный социальный и экономический эффект.

Для теории и практики имеет существенное значение: развитие теоретических основ подготовки производства одежды, в том числе из текстильных полотен легкодеформируемой структуры; разработанные методы и средства исследования физико-механических характеристик ЛДТМ; предложенная методика автоматизированного проектирования плотно облегающих изделий из ВЭМ с учетом их деформационных свойств, основанная на использовании принципов ИПИ-технологий; сформулированные принципы и разработанные на их основе технические средства для выполнения технологических операций подготовительного производства.

Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на: III Всероссийской очно-заочной научно-практической конференции «Информационные технологии в управлении и учебном процессе вуза» (Владивосток, 2002 г.); международной научно-практической конференции «Проблемы совершенствования качественной подготовки специалистов высшей квалификации» (Омск, 2004 г.); международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС, Иваново, 2004, 2007, 2008 гг.)»; межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК, Иваново, 2004, 2008 гг.); международной научно-технической конференции «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности» (Витебск, 2005, 2006 гг.); международной научно-практической конференции «Развитие межкультурных коммуникаций и международного сотрудничества в области моды, дизайна и культуры» (Владивосток, 2004, 2005, 2008 гг.); VI Всероссийской научно-практической конференции «Конкурентоспособность предприятий и организаций» (Пенза, 2006 г.); международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ, Москва, 2006, 2007, 2008 гг.); VII Всероссийской и международной научно-практических конференциях «Теоретические знания в практические дела» (Омск, 2007, 2008 гг.); международной научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал вузов - на развитие Дальневосточного региона России и стран АТР» (Владивосток, 2004 - 2008 гг.); всероссийском научно-методическом семинаре по материаловедению в области сервиса, текстильной и легкой промышленности «Совершенствование профессиональной подготовки специалистов в области материаловедения, экспертизы и управления качеством изделий, услуг и работ» (Черкизово, 2008 г.); международной китайско-российской научной конференции (Шеньян, 2004, 2006, 2008 гг.); на кафедре «Сервиса и моды» ВГУЭС (Владивосток, 2004, 2006, 2008, 2009 гг.).

Тема диссертационной работы утверждена Ученым советом ВГУЭС и выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР ВГУЭС, в том числе по грантам Минобразования России по фундаментальным исследованиям в области технических наук ТОО-10.4-2394 «Разработка информационной базы для проектирования спортивной одежды из высокоэластичных материалов»; ТО2-10.2-3331 «Прогнозирование свойств и состояний высокоэластичных материалов при разработке технологий проектирования трикотажных изделий»; по госбюджетным темам, выполняемым в рамках ЕЗН Агентства по образованию 1.4.04 «Прогнозирование свойств и структур высокоэластичных материалов в равновесном и напряженно-деформированном состояниях» и 1. 03.07 «Исследование деформационных свойств легкодеформируемых композитов в процессах жизненного цикла и разработка принципов управления их напряженно-деформированным состоянием в системе материал-изделие».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 92 работы, из них 6 монографий, 10 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 учебное пособие, 4 статьи в зарубежных изданиях. Получено 9 патентов РФ на изобретения и решений об их выдаче, а также 2 патента на полезную модель. Материалы исследований и разработок используются в учебном процессе ВГУЭС, СПГУТД, НТИ МГУДТ в лекционных курсах, курсовом, дипломном проектировании и научно-исследовательских работах аспирантов и студентов.

Личный вклад автора состоит в постановке и обосновании проблемы, разработке идей работы, проведении теоретических исследований, постановке программы экспериментов, анализе полученных результатов и их обобщении, организации внедрения на предприятиях прикладных разработок. Автору принадлежат основные идеи работ и теоретическое обобщение результатов исследований. В реализации программы экспериментальных исследований принимали участие аспиранты и соискатели непосредственно под руководством или при участии автора.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 350 страницах основного текста, включающего 95 рисунков и 14 таблиц. Библиографический список содержит 214 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность постановки научных исследований по проблемам совершенствования процессов подготовки производства одежды из ЛДТМ на основе внедрения ИПИ-технологий, показана целесообразность и необходимость развития методологических основ и реализации полученных результатов исследований, методов, методик и технических решений.

В первой главе на основе системного анализа объектов и предметов исследований разработаны концептуальные подходы к совершенствованию процесса подготовки производства одежды, и сформулированы цели и задачи работы.

На основе анализа информационных ресурсов и практического опыта деятельности швейных предприятий показана ведущая роль подготовки производства (ПП) одежды в обеспечении конкурентоспособности готовой продукции. Отмечено, что одним из основных направлений совершенствования ПП является внедрение в ее практику современных информационных технологий, основанных на принципах системного подхода к информационной поддержке ЖЦ. Проанализированы концепция и принципы ИПИ-технологий, предпосылки их внедрения в швейную отрасль и общая структура интегрированной информационной среды (ИИС) их функционирования.

Основываясь на результатах анализа литературных источников и учитывая опыт проектирования и производства одежды, особенности ее постпроизводственного информационного сопровождения, рассмотрена общая структура жизненного цикла (ЖЦ) одежды и содержание основных процессов и видов работ, выполняемых на различных стадиях ЖЦ. Традиционно выделяемые этапы ЖЦ целесообразно представить в виде пяти стадий (рисунок 1), которые являются первичными подсистемами ЖЦ изделия. Выделение стадий ЖЦ обусловлено целями и задачами, решаемыми на различных его этапах, и объектом, с которым связано выполнение работ на входе и выходе каждого этапа.

С точки зрения системного подхода ЖЦ одежды может быть представлен как система, представляющая собой некоторое множество А:

А , где аi - стадии ЖЦ.

При этом в соответствии с рисунком 1: а1 - предпроектная стадия, а2 - подготовительная стадия, а3 - производственная стадия, а4 - оценка соответствия, а5 - постпроизводственная стадия. В свою очередь каждая из стадий ЖЦ также представляет собой некоторое множество организационно-технологических стадий:

= ; j1=2, j2=3, j3=2, j4=2, j5=5.

где - этапы ЖЦ, относящиеся к i-той стадии (см. рис.1).

Таким образом, подготовка производства есть подсистема ЖЦ одежды, в которой осуществляется проектирование изделий и процессов их изготовления. Причем как система она включает в себя не только этапы подготовительной стадии, но и все другие стадии ЖЦ в части информационной составляющей, обеспечивающей их взаимодействие. Это обусловлено тем, что входная информация для подготовительной стадии формируется в пределах других подсистем, а информация, являющаяся выходной по отношению к данной подсистеме, становится для них входной. Данное утверждение может быть представлено следующим образом:

.

Система Подсистема

Рисунок 1 - Общая структура ЖЦ одежды

С учетом результатов проведенных исследований и изучения работ по системному анализу процесса проектирования изделий легкой промышленности разработана модель информационного взаимодействия подсистем подготовительной стадии ЖЦ, которая представляет собой совокупность информационно взаимосвязанных объектов, функционирующих в рамках общей структуры по следующим принципам: системности, интеграции, иерархичности, совместимости и принципу инвариантности. Разработанная модель позволяет проследить движение потоков информации, возникающей и используемой в различных подсистемах ЖЦ одежды, что является основой для установления структуры и содержания этой информации и формирования информационных объектов интегрированной базы данных.

С учетом общепринятых принципов построения ИИС, разработана общая структура интегрированной информационной среды применительно к производству одежды, в том числе из ЛДТМ. Структура включает в себя различные проблемно-ориентированные модели, в качестве которых выступают основные технологические операции, выполняемые на различных этапах ЖЦ швейного изделия (рисунок 2).

Структура ИИС представлена во взаимодействии с подсистемами жизненного цикла швейных изделий. Как видно из схемы, подсистемы жизненного цикла используют информацию, содержащуюся в ИИС, а информационные объекты (ИО), формируемые в ходе процессов ЖЦ, возвращаются в интегрированную информационную среду для хранения и последующего использования в других процессах, что на рис.2 схематично отображено двойными стрелками. Ядро ИИС - интегрированная база данных (ОБД), одной из составляющих которой является общая база данных об изделии (ОБДИ). На данном этапе работы сформулированы основные принципы формирования ОБДИ.

Для разработки информационного обеспечения основных ИО ОБДИ, выполнен анализ исходной информации, формируемой в процессах, протекающих на предпроектной стадии ЖЦ. В рамках данных исследований проведен системный анализ влияния свойств ЛДТМ на протекание процессов ЖЦ одежды.

Результатом проведенных аналитических исследований явилась структурная модель движения информации о свойствах материалов, которая дает представление о структуре и содержании входной и выходной информации о свойствах материалов на всех этапах их жизненного цикла, включая ЖЦ изделий, и отражает движение информационных потоков. Анализ структурно-информационной модели движения информации о свойствах материалов позволил определить наиболее проблемные подсистемы жизненного цикла изделий, к которым относятся, в первую очередь, подсистемы подготовки производства: КТПП и ПМкПШИ.

Рисунок 2 - Структура ИИС одежды

Установлено, что наиболее значимыми для проектирования и производства ЛДТМ и изделий свойствами являются характеристики деформационных свойств материалов, что обуславливает необходимость разработки методов их исследований и поиска технических решений обеспечения нормативных требований к напряженно-деформированному состоянию ЛДТМ.

На основе анализа результатов маркетинговых и предпроектных исследований установлены и проанализированы типовые конструктивные решения, применяемые при проектировании плотно облегающей одежды из ВЭМ, и предложена ее классификация по условиям назначения, вида и конструктивного решения изделий.

Вторая глава посвящена вопросам исследования информационной взаимосвязи процессов подготовки производства одежды и моделированию деформационно-релаксационных процессов и определения качественной картины релаксации напряжения при фиксированной деформации.

Учитывая, что для решения сложных многофакторных и многовариантных задач наиболее приемлем и эффективен метод информационного моделирования, в котором динамика процесса представляется в виде циркуляции сбалансированных потоков входной и выходной информации, были разработаны структурно-информационные модели КТПП и ПМкПШИ.

С позиций ИПИ-технологий на начальном этапе моделирования процессов ПП был разработан алгоритм формирования информационных массивов в подсистемах жизненного цикла одежды из текстильных материалов легкодеформируемой структуры, в том числе и плотно облегающей из ВЭМ. Предложенный алгоритм послужил основой для разработки структурно-информационных моделей подсистем подготовительной стадии жизненного цикла одежды.

Структурно-информационная модель КТПП одежды представляет собой совокупность структурно-информационных модулей (СИМ), отражающих принципы формирования, движения и использования информации внутри отдельных подсистем КТПП. Каждый структурно-информационный модуль, в общем случае, состоит из четырех элементов, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 - Общая схема структурно-информационного модуля

В данном случае элемент «X» представляет собой всю совокупность информационных единиц входной информации. , которая извлекается из ОБД или формируется при реализации проблемно-ориентированных моделей (ПОМ).

Элемент «ПОМ» является основой структурно-информационного модуля. В качестве данного элемента модуля в соответствии с принципами ИПИ-технологий выступают подсистемы КТПП или ее отдельные процессы. Для формирования структурно-информационных модулей могут быть использованы подсистемы КТПП различного уровня декомпозиции. При этом критериями выбора декомпозиционного уровня подсистемы КТПП в качестве основы структурно-информационного модуля являются количество информационных массивов, формируемых в ходе данного этапа ЖЦ и трансформируемых далее в самостоятельный технический документ, и степень информационной зависимости отдельных процессов КТПП. Внутренняя структура элемента «ПОМ» может быть различна: последовательная, последовательно-параллельная, логически оформленная.

Элемент «Y» представляет собой совокупность информационных объектов ОБДИ, формируемых в ходе реализации ПОМ из информационных массивов выходной информации. Структурой модуля предусмотрена возможность возврата в ПОМ выходной информации после требуемой обработки посредством оператора преобразований Ў.

Элемент «ОБД», включает две составляющих: «ОБДИ» и «ОБДП», и представляет собой общую базу данных, которая в соответствии с принципами ИПИ-технологий включает две базы данных: общую базу данных об изделии и общую базу данных о предприятии. ОБД, по сути, является интегрированным хранилищем всей информации, возникающей в сегментах ЖЦ изделий. Согласно алгоритму исходная информация Х извлекается из соответствующих разделов ОБДИ и ОБДП, а выходная информация Y формирует соответствующие информационные объекты ОБДИ. Учитывая разработанные принципы, были выделены и сформированы 8 структурно-информационных модулей, которые в общем случае могут быть описаны следующим образом:

X=; ,

где ; ; ;

;

При этом:- массив входной информации, извлекаемой из ОБДИ и используемой i-ой ПОМ, где - порядковый номер массива; - массив входной информации, возникающей внутри ПОМ и используемой i-ой ПОМ, где - порядковый номер массива; - массив выходной информации, формирующий информационный объект Yk, где - порядковый номер массива.

Структурно-информационная модель системы ПМкПШИ представляет собой заданную в форме алгоритма рациональную последовательность (маршрут) выполнения процессов подготовки материалов. Данный алгоритм позволяет осуществить переход от логики деятельности специалиста-исполнителя в традиционном процессе к логике машинных процедур обработки и в совокупности с выявленными информационными потребностями служит теоретической базой для создания компьютерной технологии осуществления технологических процессов системы ПМкПШИ с учетом концепции CALS.

Разработанная обобщенная структурно-информационная модель системы ПМкПШИ, отражающая алгоритм передачи, трансформации информации и формирования основных технических документов как внутрипроизводсвенного характера, так и предназначенных для представления сторонним организациям, согласно рис. 4, включает в себя четыре информационных блока (ИБ).

Рисунок 4 - Обобщённая структурно-информационная модель

системы ПМкПШИ. При этом:

- канал передачи неизменяемой части информации при формировании документов

- канал передачи преобразуемой части информации при формировании документов

- преобразование информации внутреннего характера

Первый информационный блок «Входные документы на материал» содержит четыре информационных объекта (ИО), в качестве которых выступают следующие технические документы: ярлыки рулонов материалов (ЯРМ), счет на оплату приобретаемых материалов (СПМ), спецификация накладной на приобретаемые материалы (СНМ), накладная на перевозку грузов (НПГ).

Во втором ИБ «Блок документов входного контроля материалов» формируется пять информационных объектов, к которым относятся: паспорт куска (ПКМ), промерочно-разбраковочная ведомость (ПРВ), карта учета движения материалов на складе сырья (КУДМ), акт на излишки и недостачу материала (АКТ-1) и акт на качество (АКТ-2).

Третий ИБ «Внутрипроизводственный блок входных документов» включает в себя интегрированный информационный объект «Внутрипроизводственные документы». К внутрипроизводственным документам (ВПД) могут быть отнесены, например, планы выпуска продукции на год, квартал и на месяц, т.е. результаты календарного планирования, а также иные документы, необходимые для разработки графика запуска зделий в производство (ГЗМП) и иных технических документов системы ПМкПШИ.

В четвертом ИБ «Блок документов для формирования настилов и раскроя материалов» происходит формирование следующих информационных объектов: ГЗМП, карта расчета настилов (КРН), карта раскроя материалов (КРМ).

При этом схема информационных взаимосвязей между подсистемами и ИО системы ПМкПШИ при формировании ее технических документов может быть отображена и записана посредством аппарата дискретной математики следующим образом:

и т.д.

и т.д.

текстильный облегающий одежда полотно

где X1 - ЯРМ; X2 - СПМ; X3 - СНМ; X4 - НПГ; X5 - технологическая информация, возникающая при промере и разбраковке материалов; X6 - данные ВПД; X7 - данные склада прикладных материалов, склада фурнитуры и экспериментального цеха; X8 - данные задания производственно-диспетчерского отдела на раскрой и нормы длин раскладок; X9 - оперативно-управленческая информация; - ПКМ; -ПРВ; -КУДМ ; ,-АКТ-1 и АКТ-2; -ГЗМП; -КРН; -КРМ.

При подготовке производства одежды формируются параметры как будущего изделия, так и процессов его изготовления, в том числе и процедур, связанных с формованием и ВТО. Придание изделию проектной формоустойчивой конфигурации, устранение складкообразований на поверхности детали и т.д. возможно, когда при фиксированных значениях составляющих деформации создаваемое напряжение практически полностью релаксирует. Вследствие нелинейности поведения текстильных материалов научно-обоснованное определение параметров и режимов ВТО эмпирическим путем представляется маловероятным. Для исследования процесса и определения качественной картины релаксации напряжения при постоянной деформации материала достаточно успешно могут быть использованы методы моделирования на базе механических аналогов, дающих представление о деформационно-релаксационных свойствах легкодеформируемых текстильных материалов. В работе проведены теоретические исследования, связанные с моделированием напряженно-деформированного состояния ЛДТМ при фиксированной начальной деформации.

Установлено, что уравнение релаксации напряжения при постоянной деформации, рассматриваемое в области вязкоупругих значений, соответствует уравнению Кольрауша-Слонимского.

Однако анализ данного уравнения показывает, что при в материале могут сохраняться остаточные напряжения , что может характеризоваться наличием некоторого значения пластической составляющей деформации, присутствующей наряду с вязкоупругим деформированием и как бы «вплетённой» в неё.

Обеспечение нулевого значения остаточного напряжения возможно при дальнейшей обработке текстильного материала легкодеформируемой структуры под воздействием внешних факторов, например, действием паровоздушной среды.

Следуя тому, что прогнозирование поведения текстильных материалов, представляющих собой ориентированные полимеры, затруднено из-за нелинейности их внутренних свойств, релаксационный процесс в общем случае следует представлять как нелинейный объект, аналогом которого может быть механическая модель Максвелла с введением в неё негуковского элемента Лидермана.

В результате проведенных теоретических исследований получено подтверждение тому, что для прогнозирования деформационно-релаксационного поведения ЛДТМ при фиксированной деформации могут быть использованы уравнения механических моделей Кольрауша-Слонимского (1) и Максвелла-Лидермана (2):

=, (1)

(t) = 0 (2)

где - напряжение материала в момент времени t; , , - константы, характеризующие реологические свойства материала.

Из выражения(2) следует, что для выполнения практических расчётов необходимо знать постоянную времени процесса релаксации напряжения или усилия при фиксированной деформации. В теоретическом рассмотрении решение этой задачи представляет собой значительную сложность, так как отсутствуют аналитические соотношения, связывающие кинетические характеристики релаксационных переходов с факторами внешнего воздействия. Это потребовало проведения экспериментальных исследований, результаты которых для конкретного вида материала представлены на рисунке 5.

Рассматривая решение уравнения механической модели Максвелла-Лидермана (2) при допущении и используя полученные экспериментальные данные для конкретного вида материала (например, пальтово- костюмное трикотажное полотно типа «Лоден», сырьевой состав: шерсть 70%, ПА 20%, ПЭ 10%) с последующим расчётом, (см. рис. 5), как функции параметров паровоздушной среды, экспериментально-теоретическая модель будет иметь вид

(3)

где - начальное усилие

, (4)

где - температура паровоздушной среды.

Таким образом, в результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что, хотя и в качестве расчётной модели кинетики процесса релаксации напряжения (усилия) при фиксированной деформации в общем случае и при определенных допущениях может быть принята механическая модель Максвелла-Лидермана, экспериментальным данным по исследованию релаксационных процессов при постоянной деформации, рассмотренных в ограниченный промежуток времени в большей степени соответствует 3-х параметрическая модель, описываемая уравнением Кольрауша-Слонимского.



Рисунок 5 - Кинетика процесса релаксации усилия при =const: и экспериментальные кривые; 1, 2, и 3 -аппроксимирующие кривые

В третьей главе представлено теоретическое обоснование и рассмотрены разработанные методы исследования деформационных свойств ЛДТМ на различных этапах ЖЦ швейных изделий, а также результаты их практической апробации.

Для целей проектирования плотно облегающей одежды из легкодеформируемых высокоэластичных материалов разработан метод измерения характеристик их деформационных свойств, в основу которого положен стандартный метод определения характеристик растяжимости трикотажных полотен при нагрузках меньше разрывных. Принципиальное отличие предложенного метода от стандартного заключается в возможностях исследования растяжимости при фиксированной ширине элементарной пробы, что соответствует реальным условиям деформирования материала при надевании плотно облегающего изделия.

Для практической реализации данного метода разработано устройство, техническое решение которого защищено патентом на полезную модель (рис. 6). Метод предполагает использование специальным образом подготовленных элементарных проб. Величина прикладываемой нагрузки соответствует стандартной - 1, 2 Н/см. В целом методика определения и расчета растяжимости, эластичности и остаточной деформации соответствует стандартной.



Рисунок 6 - Схема спецприспособления

Кроме того, за счет увеличения ширины элементарной пробы обеспечена возможность определения величины поперечного сокращения материала при одноосном растяжении. Во избежание краевого эффекта измерение величины сужения пробы производится в средней зоне образца, для чего увеличена его ширина до 150 мм.

Апробация разработанного метода проводилась путем исследования образцов ВЭМ различной структуры и способов производства (в целом более 100 наименований материалов). Анализ результатов растяжимости, эластичности, остаточной деформации и относительного поперечного сокращения позволил сделать практические рекомендации для швейных и трикотажных предприятий, связанные с раскроем материалов и проектированием изделий. В частности, предложена классификация ВЭМ по группам растяжимости, и установлены базовые пределы заужения для каждой группы, представленные в таблице 1.

Таблица 1 - Классификация ВЭМ по группам растяжимости и величины рекомендуемых базовых пределов заужения

Группа растяжимости	Растяжимость полотна е, %	Интервал базовых пределов заужения К, %
1 группа	До 20	12-14
2 группа	Св. 20 до 30	20-22
3 группа	Св. 30 до 45	27-29
4 группа	Св. 45 до 60	34-36
5 группа	Свыше 60	40

В результате макетной проработки изделий, изготовленных из исследованных полотен, с применением экспертных методов оценки установлено, что приведенные величины заужения являются предельными и могут применяться без ограничения для гладких полотен плотных структур. В то время как для полотен с фактурной поверхностью и набивным рисунком, а также полотен рыхлых структур данные величины должны быть скорректированы в сторону уменьшения для сохранения эстетических свойств материала.

В главе проведен анализ методов экспериментального исследования релаксации напряжения при фиксированной деформации, который позволил установить эффективность оценки параметров релаксации напряжения по изменению динамических характеристик материалов в ходе выполнения технологических процессов, в частности, по изменению спектра собственных колебаний.

В работе дано теоретическое обоснование связи релаксации напряжения материала при фиксированной деформации с параметрами его вынужденных поперечных колебаний. Известно, что при колебаниях однородной пластины прогиб y(x, t) является функцией линейной координаты (x) и времени (t).

Аналитически получена модель вынужденных колебаний однородного образца материала:

(5)

Результаты компьютерного моделирования представлены на рисунке 7, из которого видна зависимость изменения параметров собственных колебаний пластины из ЛДТМ в процессе релаксации напряжения.

Рисунок 7 - Параметрические колебания легкодеформируемой пластины из текстильного материала (костюмная ткань с вложением эластана типа арт. 2330;Гц; м); МПа, МПа; МПа; МПа; МПа; МПа.

Из общего анализа модели вынужденных колебаний и его графического отображения следует, что при релаксации напряжения легкодеформируемых текстильных материалов и изменяются их динамические свойства и соответственно параметры вынужденных колебаний. Изменяющиеся характеристики вынужденных колебаний при возможности их инструментального определения могут являться информативными параметрами процесса релаксации напряжения при фиксированной деформации, что может быть основой для разработки методов и средств исследования релаксации НДС текстильных материалов легкодеформируемой структуры, что и было предложено использовать в дальнейших теоретических и экспериментальных исследованиях.

Посредством разработки экспериментального стенда были проведены исследования образцов конкретных материалов и получены зависимости, представленные на рисунке 8.

а б

Рисунок 8 - Кинетика процесса релаксации напряжений при постоянной деформации: а) ткань костюмная с вложением эластана типа арт.2330; б) пальтово-костюмное трикотажное полотно типа «Лоден»; 1 - 20С; 2 - 60С; 3 - 100С; 4 - 140С; 5 - 180С.

На базе проведенных экспериментальных исследований установлено, что степень влияния параметров термомеханического воздействия на скорость релаксации напряжения при фиксированной деформации материалов носит нелинейный характер, но их относительные значения для различных видов материалов в фиксированный промежуток времени практически равны, что соответствует теоретическим представлениям о физике процесса.

Теоретические исследования, предложенная методика исследований и полученные экспериментальные данные позволяют утверждать, что релаксация напряжения при фиксированной исходной деформации для разных материалов представляет собой экспоненциальную функцию с различными коэффициентами, зависящими от характеристик волокнистого состава материалов и параметров внешнего воздействия.

Для повышения чувствительности и точности измерения информативных параметров релаксации напряжения материалов при их фиксированной деформации, а также для расширения исследовательских возможностей теоретически обоснован и разработан способ оценки НДС ЛДТМ при их фиксированной деформации, новизна которого подтверждена патентом РФ. Данный способ предусматривает генерацию вынужденных колебаний исследуемого образца текстильного легкодеформируемого материала в звуковом диапазоне, определение и автоматическую запись в процессор информативных параметров, связанных с процессом релаксации напряжения, и расчет на их основе кинетики этого процесса.

В качестве информативного параметра используют резонансную частоту вынужденных колебаний, при этом вынужденные колебания образца материала возбуждают с частотой в диапазоне между двумя значениями его собственных частот, соответствующих исходному и конечному состоянию процесса релаксации, с возможностью визуализации колебаний с помощью строботахометра и регистрации их частоты по условию появления резонанса посредством системы оптоэлектронных преобразователей со встроенным микропроцессором. На рисунке 9 представлена структурная схема системы для его технической реализации.

Кроме рассмотренных в работе предложено еще несколько патентоспособных экспериментальных методов исследования деформационных свойств ЛДТМ рыхлых структур и относительно малой жесткости и технических устройств для их реализации.

К таким методам и устройствам относятся: метод для экспериментального исследования НДС движущихся материалов, основанный на использовании пьезометрических преобразователей; достаточно простой в конструктивном отношении метод исследования релаксации усилия (напряжения) в материалах, основанный на использовании системы специальных пневматических элементов; механическое и автоматизированное устройства для определения коэффициента поперечного сокращения легкодеформируемых материалов (так называемого условного коэффициента Пуассона).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 9 - Принципиальная схема для реализации способа оценки напряженно-деформированного состояния легкодеформируемых текстильных материалов

Учитывая необходимость моделирования деформационно-релаксационного поведения материалов не только при выборе режимов технологической обработки изделий, при решении целого ряда вопросов, связанных с проектированием технологического оборудования для производства и переработки текстильных материалов, в работе предложена методика исследования НДС ЛДТМ, основанная на использовании метода конечных элементов (МКЭ). Данный метод позволяет определять распределение НДС при взаимодействии обрабатываемого материала с рабочими органами технологического оборудования. Сущность МКЭ сводится к решению системы матричных уравнений вида:

(6)

где - система сил; K и - соответственно матрица жёсткости и перемещений исследуемого объекта.

Предложенная методика, основанная на использовании МКЭ, апробирована на примере исследования НДС трикотажного полотна арт. 84, движущегося по горизонтальной поверхности разбраковочного экрана 1 контрольно-мерильной машины и взаимодействующего с мерительным роликом 2, с помощью МКЭ (рис. 10).

Принятые значения являются составляющими вектора сил (Р) матричного уравнения (6). Расчёт НДС материала проводился по схеме трёхмерного твёрдотельного проектирования с использованием модуля FEA Calculation 3D. Согласно процедуре моделирования объекта после проверки степеней свободы и состояния равновесия по рассматриваемым нагрузкам запускается опция генерации сетки конечных элементов (рис.11).

Рисунок 10 - Схема действия сил на движущийся материал

Далее определяется количество элементов и узлов сетки, строится и решается система уравнений относительно искомых параметров. Результаты моделирования представлены на рисунке 12 в виде диаграммы перемещений (деформаций) материала, которая отражает степень неравномерности их распределения. При этом наиболее рельефно выделена локальная зона НДС материала, создаваемая его контактом с мерительным роликом 2 (см. рис.10) при выполнении технологической операции измерения линейных параметров движущихся длинномерных материалов.



Рисунок 11 - Схема разбиения объекта на конечные элементы

Рисунок 12 - Характер и значения деформаций материала

Результаты моделирования НДС материалов могут быть представлены как в виде минимаксных значений, так и в виде полного листинга значений напряжений и перемещений во всех узлах генерируемой сетки (в данном случае 15385 узлов).

Количество узлов определяется выбором размера конечного элемента. Полученные расчётные перемещения (деформации) являются одной из составляющих частных погрешностей измерения длины материала, что может быть учтено на стадии проектирования измерительного оборудования и оценки точности воспроизведения заданных функций. В рассмотренном примере по результатам расчёта НДС материала в границах выбранного условного модуля упругости МКЭ получено перемещение узлов по оси X, равное 1,004 мм, что соответствует 0,2 % деформации и вносимой доли погрешности при измерении длины материала.

Методика исследования НДС материалов, проектирования процессов и оборудования для производства и переработки волокнистых материалов с использованием МКЭ позволяет значительно сократить процедуры поиска рациональных технологических и технических решений, обеспечить требуемую точность воспроизведения заданных функций, прогнозировать режимы работы технических средств и вносить необходимые коррективы в конструктивно-технологические параметры создаваемых производственных объектов.

Четвертая глава посвящена разработке методологии проектирования швейно-трикотажных изделий из ВЭМ на основе современных информационных технологий.

На основе анализа содержания и направлений движения информационных массивов и в соответствии с принципами, разработанными на первоначальном этапе исследований, сформирована общая структура ОБДИ производства одежды, в которой выделены общепринятые разделы: нормативно-справочный, долговременный и актуальный.

В нормативно-справочный раздел включены интегрированные информационные объекты (ИО), содержащие нормативно- технические требования и иную информацию нормативно-справочного характера, относящуюся к материалам, изделиям, процессам проектирования изделий, результатам научных исследований. В долговременном и актуальном разделах содержатся данные, формируемые непосредственно самим предприятием. При этом долговременный раздел содержит ИО, включающие в себя сведения многократного использования: «Готовые проекты (архив)», «Сведения о материалах», «Типовые проектные решения», «Сведения об изделиях» и «Тенденции моды на перспективный период». Актуальный раздел отражает оперативную информацию, связанную с принятием проектных решений, относящихся к конкретной модели изделия, находящейся в разработке. Он включает в себя всю проектную документацию, разработанную в соответствии с концептуальным решением, а также такие ИО как «Текущая информация о материалах предприятия» и отчетные документы о результатах контроля качества изделий при их производстве, оценке соответствия, реализации и эксплуатации.

При разработке структуры и содержания интегрированных ИО ОБДИ выделено несколько структурных уровней. При этом в зависимости от наполнения информационного объекта количество выделяемых структурных уровней может быть дифференцированным, чаще всего три или четыре. Например, при разработке структуры и содержания такого информационного объекта как «Типовые проектные решения» целесообразно выделить дополнительные структурные уровни, однако это требует широкомасштабных научных исследований, проведение которых в полном объеме невозможно в рамках данной работы.

В качестве примера на рис. 13 представлена схема детализации ИО долговременного раздела ОБДИ «Сведения о материалах». Данный ИО на втором структурном уровне включает в себя три информационных объекта. Особую важность в данном ИО имеют сведения, включенные в информационный объект «Общие рекомендации по выбору и использованию материалов с учетом их свойств». Включение такого ИО обусловлено слабой формализацией зависимостей между свойствами материалов и принимаемыми проектными решениями, что требует создания некой базы знаний, позволяющей снизить степень субъективности при выборе проектных параметров, а, следовательно, и возможность принятия ошибочных решений. В данном случае возможна дальнейшая детализация структуры на основе признаков, в качестве которых выступают комплексные и единичные показатели качества материалов.

Таким образом, решена одна из основных задач, связанная с формированием интегрированной информационной среды проектирования и производства одежды. Разработанная структура разделов ОБДИ является, по сути, алгоритмом, позволяющим определить принципы ее функционирования.



Рисунок 13 - Содержание ИО долговременного раздела ОБДИ «Сведения о материалах»

При решении задачи, связанной с совершенствованием процесса разработки рациональных конструкций одежды из ВЭМ, предложен общий алгоритм проектирования изделий из высокоэластичных материалов различного назначения, базирующийся на известной методике получения конструкций плотно облегающих изделий спортивного назначения и описывающий последовательность проектных операций.

Принципиальные отличия предложенного алгоритма от ранее разработанной методики заключаются в подходе к расчету конструктивных параметров в части, касающейся получения исходных данных и определения на их основе значений предела заужения и относительного удлинения деталей плотно облегающей одежды.

Разработанная в рамках настоящей работы методика определения исходной информации для учета свойств материалов предполагает выполнение следующих видов работ: расчет базового предела заужения и коэффициента удлинения; корректировка предела заужения.

Базовый предел заужения, Ке, %, определяют расчетным путем (7) по растяжимости полотна, полученной при фиксированной ширине пробы, или в соответствии с рекомендациями табл.1 по группе растяжимости полотна. Предел относительного удлинения, L,%, рассчитывают с учетом степени поперечного сокращения материала (8):

, (7)

(8)

где Ке - базовый предел заужения, е - растяжимость полотна при фиксированной ширине пробы, L - предел относительного удлинения, %; е п.с.- степень поперечного сокращения полотна.

Далее производят корректировку базового предела заужения с учетом ряда факторов: динамических приростов, остаточной деформации полотна, колористического оформления и фактуры материала. Кроме того, на участке опорной поверхности переда и спинки корректируют общую величину предела заужения в сторону уменьшения на 5 и 10 % соответственно.

...