Цитович И.Г. Теоретические основы стабилизации процесса вязания

Подождите немного. Документ загружается.

Полагая жесткость трикотажного полотна при деформации х равной

c(x), коэффициент вязкости (внутреннего трения) 17, зависимость

между силой F и деформацией, исходя из принятой для описания упруго-

запаздывающих деформаций петель модели Фойгта, запишем в виде

c(x)x + rix=Fit). (2.19)

В общем виде жесткость трикотажного полотна есть функция от на-

грузки или величины деформации полотна, т.е. с{х) = dQ/dx. Приняв,

что деформации х, обусловленные протеканием рабочего процесса, малы

по сравнению с полной (начальной) величиной деформации полотна

(величина этой деформации х = а), жесткость петель полотна Cq можно

dQ I

считать постоянной, равной с о ^

При этом уравнение (2.19) запишем в виде

CqX

+ г]х =F(t).

Изменение натяжения петель при сбрасывании петли с головки иглы-

и сходе ее с чаши язычка близко к ступенчатому воздействию. При этом

изменение натяжения петель может быть принято пропорциональным

амплитуде деформации А полотна. Поэтому решение уравнения (2.19)

имеет вид

дг(/)=Л,(]-е-'/^), (2.20)

где Г=т?/со; Ai -AIcq.

Уравнение (2.20) выражает закон перемещения петель при их пас-

сивной упругозапаздывающей деформации на интервалах времени

Д?!

ДГг.

Дифференцируя уравнения (2.20), найдем скорость перемещения

^ петельх \

В теории автоматического регулирования определяют время переход-

ного процесса, по истечение которого процесс закончится с заданной

точностью Д, из условия [x(r) -= Д. Принимая Д = 0,05, можно

получить Го = 3,29 Т = 3,29 tj/Cq- Таким образом, время, по истечении

которого петля переместится на заданную величину, зависит от жест-

кости полотна

Со

и коэффициента внутреннего трения т?.

Полученные результаты позволяют раскрыть новые аспекты механизма

влияния усилия оттяжки на процесс петлеобразования: изменение уси-

лия оттяжки полотна опосредованно влияет на про1Цсс через показатели

жесткости и внутреннего трения полотна, а также скорость деформа-

ционного перемещения петель.

Для полотен из различных нитей и структур с увеличением отношения

т?/со эффективность оттяжки будет уменьшаться. Нарушение рассмат-

риваемых операций процесса петлеобразования часто является результа-

том низкого уровня натяжения полотна. Рабочий процесс должен прохо-

дить таким образом, чтобы рассматриваемые операции осуществлялись

с меньшей скоростью, чем скорость деформации петель. Это требует

выбора определенных законов перемещения и|л и наличия в некоторьпс

случаях для качественного вязания определенных "площадок" их выстоя

в периоды Лг, и At2 процесса петлеобразования, чтобы обеспечить пере-

мещение петель в результате деформащ1и структуры трикотажа. В неко-

горых случаях это требует уменьшения скорости вязания и числа систем.

Нагрузки в процессе вязания должны быть такими, чтобы деформации

нити были упругими. Вязание пряжи с меньшей упругостью и более высо-

ким внутренним трением по сравнению с синтетическими нитями при

увеличении скорости вязания и числа систем может приводить к ухуд-

шению качества вырабатываемого полотна, что часто подтверждается

экспериментально. Поэтому оценка эффективности переработки нитей

требует определения не только их стандартных характеристик, но и соот-

ношения составляющих деформаций как в самих нитях, гак и в структуре

трикотажного полотна.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ СТАБИЛИЗАЦИИ

ПРОЦЕССА ВЯЗАНИЯ

3.1. Процесс вязания как технологическая система

и объект управления

Важнейшим условием решения задач по повышению эффективности

процесса вязания является системный подход к анализу его структуры,

определению функций отдельных элементов и их роли в формировании

качества вырабатываемой продукции.

Под системой обычно понимают объект, представляющий собой сово-

купность элементов, взаимодействующих в процессе выполнения опре-

деленного круга задач, взаимосвязанных функционально, под эле-

ментом - простейшую часть системы, дальнейшее разделение которой не

представляет самостоятельного интереса в рамках конкретного рассмот-

рения.

Основой системного подхода является системный анализ, опирающийся

на научную методологию диалектического материализма. Функция управ-

ления системами рассматривается как интеграция всех видов деятель-

ности, обеспечивающих достижение конечной цели.

Будем рассматривать основные цели технологического процесса вяза-

ния в обеспечении определенных показателей его точности и надежности

в соответствии с исходными технологическими данными. . . выбор

показателя эффективности делает описание целей и задач системы вполне

законченным" [3. с. 27].

Системы в целом определяются связями с окружающей средой, струк-

турой, функцией и набором свойств. Для того чтобы рассматривать про-

цесс вязания как систему, необходимо показать, что он обладает указан-

ными выше системными характеристиками [66].

Окружающую среду процесса вязания составляют: со стороны

входов - системы материально-технического обеспечения и подготовки

сырья к вязанию, технологической подготовки, оперативного планиро-

вания, а также система обеспечения нормальных климатических

условий*; со стороны выхода - последующие технологические процессы

(влажно-тепловая обработка, крашение, швейное производство), а также

система оперативного учета качества продукции и труда.

Функциональное о^спечение процесса вязания и согласование входных

и выходаых параметров процесса вязания должны обеспечиваться инфор-

мационно-измерительной системой (ИИС). В настоящее время эту функ-

цию выполняют работница и помощник мастера, обслуживающие машины,

технологи и инженеры по управлению качеством.

Качество процесса вязания определяется его структурой. Под структу-

рой системы понимают организацию ее из отдельных элементов с их

взаимосвязями, которые устанавливаются распределением функций и

целей, выполняемых системой [68]. Чтобы определить структуру процес-

са вязания, необходимо расчленить его на составляющие элементы, или

части. Поскольку вязание процесс механический, его свойства будут

определяться характеристиками элементов, которые реализуют процесс:

параметрами положения и скоростью перемещения рабочих органов,

свойствами нити как гибкого его звена и полотна (схема 3.1).

3.1. Структура процесса вязания

В II Xixf)

Показатели фюико-

механических свойств

нити

XiP'j) II

Параметры положения

и скорость перемещения

петлеобразующих органов

Показатели структуры

и физико-механических

свойств полотна

Сматывание

Himi

паковки

Взаимодействие нити

с элементами нитяфо-

водящей системы

Подача нити в зону

вязания

Взаимодействие нити

петель

с петпеобра-

зующими органами

машины

Натяжение и отвод пе-

тель из зоны вязания

лп"^®**"® климатические параметры в вязальном производстве: темпера-

InZ } ' °™°®<телы1ая влажность 60-65% и кратность обмена воздуха в цехе

^и

67J, Увеличение влажности воздуха более 70% требует и увеличения кратности

обмена воздуха н обычно связано с большими эксплуатационными издержками.

Совокупность показателей Xj свойств сырья и полотна, параметров

положения и скорость петлеобразующих органов образуют набор входных

(по отношению к процессу вязания) свойств X{xj).

Функция F процесса вязания в математической постановке характе-

ризуется преобразованием набора свойств X(Xj) в выходную величину

Y[X(Xj)] Y, в качестве которой могут быть использованы различные

показатели и критерии, важнейшими из которых являются точность и

надежность процесса вязания. Условно преобразование этих свойств

показано на схеме 3.1 стрелками

Необходимо отметить, что формирование набора входных свойств

и исходных технологических данных должно быть результатом проекти-

рования, во-первых, показателей структуры и механических свойств

полотна, во-вторьк, свойств нити (пряжи) и процесса петлеобразова-

ния. Поскольку элементы, определяющие процесс вязания, неоднородны,

между ними существует рациональное соотношение. Направление связей

между ними условно показано стрелками Б. Для примера можно отме-

тить, что важнейшими уравнениями, определяющими исходные техно-

логические данные процесса вязания, являются оптимальные соотношения

между линейной плотностью ниш Т^ и классом вязальной машины Е,

а также рациональные соотношения между линейной плотностью нити

Ti( и длиной нити в петле /.

Знание длины нити в петле / и линейной плотности Т^ нити позволяет

рассчитать при проектировании показатели плотности П^, П^ и наиболее

важные для производства показатели: размеры L полотна или изделия,

их поверхностную плотность М [69]. Условно схема реализации оптималь-

ного расчета исходных технологических данных может быть представлена

в виде

Е ^ Tk ^ I.

Функциональную структуру процесса вязания как совокупность дейст-

вий по преобразованию нити в трикотажное полотно или изделие можно

представить в виде элементарных операций, реализуемых на схеме 3.1 в

направлении стрелок В. Здесь функция преобразования связей относится

только к движущейся нити и характеризуется набором ее свойств х,-.

Это важное обстоятельство позволило построить (см. раздел 3.6) функ-

циональную модель процесса вязания. Таким образом, производственный

процесс вязания характеризует признаки, которые позволяют рассматри-

вать его как систему: наличие связей с окружающей средой, структуры,

функции и набора определяющих его свойств.

При техническом обслуживании вязальных машин возникает необ-

ходимость решения двух задач: оценка состояния (контроль) процесса

вязания и целенаправленное его регулирование.

Основная задача любой системы управления связана с достижением

цели, т.е. ". . . обеспечения определенным образом детерминированного

поведения системы при наличии заранее непредвиденных, т.е. случай-

ных, действующих на нее возмущений" [70, с. 44]. Основные принципы

регулирования таковы: принцип обратной связи, когда информация о

выходе величины контролируемого показателя из заданной области

используется для целенаправленного воздействия на процесс, что при-

ближает значение показателя к требуемому; принцип компенсации помех,

действующих на процесс или объект, который заключается в том, что

помеха измеряется и ее действие нейтрализуется управляющим воздейст-

вйем.

\у Наиболее существенной частью процесса распознавания объектов

и управления ими является выбор определяющих признаков (парамет-

ров), описывающих состояние системы. Параметры, определяющие про-

цесс вязания как объект управления, можно разделить на 3 группы:

1. Физико-механические свойства применяемого сырья: линейная

плотность нити Т]^, показатель фрикционных свойств нити ц, модуль

упругости нити Е (или коэффициент жесткости р). Разрывные характе-

ристики не влияют на длину нити в петле и могут быть включены в эту

группу при анализе обрывности пряжи.

2. Параметры положения и скорости перемещения петлеобразующих

органов: глубина купирования h, расстояние т между игольницами

(величина зева), синхронность купирования Д (расстояние, на которое

смещены одноименные операции петлеобразования, осуществляемые

на иглах обеих игольниц); игольный шаг (или класс машины),

скорость перемещения петлеобразующих органов (является функцией

скорости машины г^ц). При проектировании новых машин в эту группу

необходимо добавить параметры конструкции петлеобразующих орга-

нов (игл, платин) и их привода.

3. Факторы, определяющие режим вязания: входное натяжение нити

То, усилие оттяжки полотна qo и скорость нити г. Все параметры в общем

виде необходимо оценивать статистически, з^тывая вероятностный

характер их распределения.

Таким образом, условия, определяющие состояние процесса вязания,

формируются под воздействием параметров А положения и скорости

петлеобразующих органов ф. А, т, Е, Гц), факторов 5 режима вязания

(То, V, Qo), физико-механических свойств С нити (Tk,ti,p и др.).

В диагностическом пространстве процесс вязания может быть пред-

ставлен вектором (рис. 3.1) с компонентами а, Ъ, с, которые характе-

ризуют указанные выше параметры, факторы и свойства. В рассматрива-

емом трехмерном пространстве А, В, С состояние системы (процесса

вязания) определяется точкой, которая с определенной вероятностью

находится в области е.

Начальному состоянию процесса вязания, определенному вектором

(flo,

Ъо, Со), должно соответствовать заданное значение выходной

величины Y* =F{X^).

Наличие неизбежных ошибок в наладке механизма вязания (особенно

при отсутствии средств контроля начальных условий) приводит к тому,

что уже на стадии наладки машины начальные условия, заданные векто-

ром в общем виде являются случайной величиной.

3.1. Диагностическое пространство опре-

деляющих процесс вязания признаков

3.2. Процесс вязания как объект

управления

Погрешности процесса вязания еще более возрастают при работе маши-

ны, когда на процесс влияют возмущающие воздействия, обусловленные

динамикой процесса петлеобразования, его зависимостью от скорости,

периодичностью выполнения процесса, изменениями свойств сырья.

Поэтому

из-за

оишбки в наладке процесса вязания и действия неконт-

ролируемых факторов заданное состояния процесса вязания может быть

представлено вектором Х(а, Ь, с) (рис. 3.2), которому будет соответ-

ствовать выходная величина Y = F(X) = + Z, где Z — ошибка

(или погрешность) процесса вязания.

Таким образом, выходной параметр, например отклонение длины нити

в петле, будет зависеть от совокупности начальных условий Jf®, ошибок

Zi, возникающих при наладке машин, помех Z2 из-за динамики процесса

и Z3

из-за

изменения физико-механических свойств сырья.

Компенсация возникающих сверхнормативных отклонений величины

Y от заданного значения Y* осуществляется по линии обратной связи

путем их измерения информационной измерительной системой (ИИС)

и регулирования процесса с помощью регуляторов (Р), установленных

на машине (см. рис. 3.2).

Повышение при управлении процессом вязания его точности достига-

ется комплексным решением, направленным на уменьшение погреш-

ностей (ошибок) наладки машины, стабилизацией динамических воз-

действий на процесс и обеспечением определенных норм показателей

свойств применяемого сырья.

3.2.0 модели формирования погрешностей процесса вязания

Для статистического анализа точности при нормальном законе рас-

пределения параметров достаточно определить величину рассеяния пара-

метров и центр их группирования. Однако такой анализ не позволяет

полностью определить причины возникновения отклонений и наметить

пути повышения точности и стабилизации технологических процессов

[71]. Для этого необходимо рассмотреть составляющие суммарной

погрешности, а также временные характеристики процесса вязания.

в соответствии с ГОСТ 15895-77 отклонение действительного значения

параметра от его номинального значения называют погрешностью про-

изводства продукции. При этом различают случайную погрешность —

составляющую погрешность, которая случайным образом принимает

различный модуль и (или) знак, и систематическую погрешность, которая

сохраняется или принимает закономерно изменяющийся модуль и (или)

знак.

Если распределение входных параметров, определяющих процесс

вязания, подчинено нормальному закону, то при функциональном преоб-

разовании воздействий возникающие отклонения выходных параметров

показателей также подчинены нормальному закону [70].

Последовательность значений параметров изделий при вязании изде-

лий на одной вязальной машине представляет собой реализацию слу-

чайного процесса У

(г).

При вязании на группе (зоне) машин различные

реализации этого процесса У(0 будут функциями Уг (/) у2 (О ,Уп (О

(рис. 3.3).

Предположим, что произведено и независимых опытов по измерению

значений параметра процесса вязания или продукции, в результате чего

получено и реализаций случайного процесса y(t). Для анализа такого

процесса применяют следующие характеристики: математическое ожи-

дание ту (г), дисперсию Dy

(Г)

и корреляционную функцию R (т). Корре-

ляционная функция применяется в качестве характеристики зависимости

случайной величины у в момент времени

+ r от предшествующего значе-

ния у в момент времени t [72]. Это есть мера связи между средними по

времени значениями функции j (t + т)

ид»

(О

, +Г

Л (г) =У(Оу (f +

т)

/у (Ф

+ T)dT,

где т - интервал времени.

Для реализации на интервале времени Т

для

i значений

Т-т

Для последовательных значений N, например, длин L трикотажных

изделий функция корреляции может быть записана в виде

R(«)^^

Jjs

-L){Lk^n-L),

N-\k=l

где L - среднее значение случайной величины.

Видно, что величина R(fi) является функцией от числа и, которое

характеризует сдвиг (или интервал) последовательности величин Lj^.

^ Если функцию корреляции отнести к величине выборочной дисперсии

SL , то моишо получить нормированную корреляционную функцию

P(T)=R(T)/SI.

3.3. Реализация случайного процесса изме- 3.4. Методы усреднения погрешнос-

нений контролируемого параметра на груп- тей

пе (зоне) машин

Скорость изменешя корреляционной функции является мерой стабиль-

ности процесса: при постоянном или монотонном изменении процесса

У (О функция корреляции также постоянна или незначительно изменяется,

что позволяет целенаправленно регулировать уровень изменения этой

величины. Оценка корреляционной функции является вахсным этапом

при оценке возможности эффективного регулирования процесса вязания.

Для того чтобы пользоваться при математическом описании изменений

в процессе вязания геометрических размеров трикотажа методами теории

случайных функций, будем считать, что процесс изменения этих парамет-

ров является стационарным.

Для подтверждения стационарности процессов обычно проверяют

гипотезу однородности дисперсий для ряда сечений пучка реаг1изащ1й

(рис. 3.3 показано одно сечение со значениями параметра .Уг, • . . •

Уп)- Если для корреляционных функций процесса У

(г),

рассчитанных

для его различных реализаций, можно найти их аналогию с дельта-функ-

цией, то это свидетельствует об отсутствии внутренних связей между

различными сечениями процесса. При удовлетворении этого требования

исследуемый процесс возможно отнести к категории стационарных

случайных процессов, наложенных на неслучайную функцию времени.

Тогда значение размерного параметра (например, длины нити в петле)

будет состоять из его математического ожидания и случайного отююнения

размера от этой величины, входящего в мгновенное рассеяние размеров.

Будем считать, что рассеяние длины нити в петлях на каждой машине

при вязании на машинах одного технического уровня подчиняется нор-

мальному закону распределения с параметрами Оо и Д и характеризуется

постоянной (мгновенной) дисперсией о^гн (рис. 3.4). Процесс изменения

размерных параметров во времени при налитаи систематических воздейст-

вий можно представить в виде [5, с. 90]:

(3.1)

щеу(Г) - неслучайная коррелированная функция времени; е(г) - нормальный ста-

ционарный процесс, корреляционная функция которого

Л(т) =

Омги

прит=0;

при

ФО.

Из соотношешш (3.1) следует, что при рассмотрении точности в преде-

лах одной группы (например, при вязании полотна на одной машине)

погрешности размерных параметров могут быть разделены на случайные

и функциональные. Так, при анализе точности получения размеров слу-

чайные их изменения могут возникать из-за нестабтаьности натяжения

нити, изменения фрикционных свойств, а функциональные, например,

из-за

изменения усилия оттяжки при увеличении диаметра рулона полотна,

температурного режима работы машины и пр.

Выделение из погрешностей процесса вязания функциональной состав-

ляющей / (f) (см. рис. 3.4) является важным моментом как для реше-

ния задач управления процессом, так и для выявления их причин и раз-

работки средств по их уменьшению.

Если функциональные погрешности не являются контролируемыми,

то рассеяние размеров будет характеризоваться не мгновенной дисперси-

ей

мгн,

суммарной al, где смещение Д центра группирования размеров

относительно номинального значения характеризует усредненную систе-

матическую погрешность. В частном случае, если функциональные погреш-

ности равны нулю, al = Омгн-

Усредненные систематические погрешности Д,- не только определяют

точность процесса, но и дают информацию о направлении регулирования

процесса ("реже", "плотнее"). Усредненные погрешности Д,- при отсут-

ствии средств контроля процесса сами являются случайшлми величи-

нами. Если их рассеяние характеризовать дисперсией а\, то для процес-

са вязания на группе (зоне) машин суммарное рассеяние контролируемо-

го параметра будет (рис. 3.5)

+ (3.2)

Структура этого уравнения показывает, что погрешности выработки

трикотажа содержат случайную составляющую (дисперсия aj, которой

определяет уровень точности на применяемом оборудовании) и система-

тическую (с дисперсией ад, характеризующей уровень точности приме-

няемых методов контроля процесса вязания)

Характерным свойством

систематических погреишостей (функциональных или усредненных

постоянных) является их повторяемость при экспериментальных испы-

таниях, что позволяет считать их закономерными. Для систематических по-

грешностей всегда можно оценить не только знак, но и тенденцию. Имен-

но эти свойства позволяют обнаружить их при накоплении статистичес-

кой информации с помощью временных контрольных карт и компен-

сировать при

наладк е

вязального оборудования.

3.5. Суммирование

случайных погрешнос-

тей между группами

ч£1 •

Кз соотношения (3.2) следует, что повышение точности процесса вяза-

ния определяется стабилизацией режима вязания

нити

(уменьшение от-

клонений Од, присущих данному уровню технологии) и уменьшением

погрешностей наладки различных машин (уменьшение отклонений ад).

При рассмотрении процесса вязания на одной машине ошибки ад мо-

гут быть отнесены к различной наладке петлеобразующих систем, а а^ -

к погрешностям, обусловленным нестабильностью процесса вязания.

Технологическая погрешность двух групп (две петлеобразующие

системы, две машины и т. п.) складывается из случайной составляющей,

характеризующей точность реализуемого процесса, и постоянной систе-

матической погрешности, вызванной ошибками в наладке рассматривае-

мой системы, т. е.

5п = 4ао +Д.

(а = 0,95) (3.3)

Структура погрешностей (отклонений) параметров качества процес-

са вязания представлена на схеме 3.2.

3.2. Структура погрешностей процесса вязания

Выборочные измерения линейных размеров изделий, изготовленных

в течение смены, могут дать ценную информацию о причинах их неста-

бильности. Для этого необходимо провести измерения на одной машине

и на группе (зоне) машин и полученные результаты статистически обрабо-

тать. В качестве примера на рис. 3.6 приведены результаты такого экспе-

{жмента, пол)гченные в соответствии с данными измерений длины хлоп-

чатобумажных чулок после их вязания и суточной релаксации, а также

в готовом виде. Погрешности вязания характеризуются следующими

отклонениями: при вязании на одной машине $1 =0,48; при вязании

на группе (зоне) машин s' = 1,49; из соотношения (3.2) «д = 1,49 -

0,48=1,01.