Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Новые технологии построения изображений трикотажных полотен 7
1.1. Классификация наиболее распространенных переплетений 7
1.2. Вязание несколькими нитями разного цвета 12
1.3. Новые способы получения изображений трикотажных полотен 13
1.4. Теоретические методы анализа исследования изображений трикотажных полотен 14
1.5. Особенности экспериментальных методов анализа исследования изображений 17
1.6. Методы компьютерного исследования рисунков трикотажных полотен 19
1.7. Основные системы автоматизации современных трикотажных предприятий 25
Выводы к главе 1 30
Глава 2. Моделирование изображений полотен из многоцветной пряжи 32
2.1. Алгоритмы моделирования изображений полотен, полученных из многоцветной пряжи 32
2.2. Построение математической модели описания окраски нити вдоль ее длины 35
2.3. Применение полученной математической модели для прогнозирования окраски в заданной точке полотна 44
2.4. Исследование изображений трикотажных полотен методами спектрального анализа 46
2.5. Методика исследования периодичности рисунка полотна с помощью одномерного спектрального анализа 50
Выводы к главе 2 56
Глава 3. Исследование изображений трикотажных полотен на компьютерных моделях 57
3.1. Влияние вариаций исходных параметров па исследуемый образец трикотажного полотна 57
3.1.1. Влияние вариации числа в заправке 57
3.1.2. Влияние вариации длины участка каждого цвета в отдельности 58
3.1.3. Влияние вариаций длин двух окрашенных участков одновременно 69
3.1.4. Влияние вариаций длин всех окрашенных участков в совокупности 71
3.1.5. Влияние вариаций числа игл в заправке и длин всех окрашенных участков в совокупности 72
3.1.6. Влияние изменения длин окрашенных участков при условии сохранения их суммарной длины 80
3.1.7. Влияние изменения количества окрашенных участков при условии сохранения их суммарной длины 83
3.2. Зависимость устойчивости рисунка полотна к случайным помехам в исходных параметрах 87
3.2.1. Зависимость устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длине нити в петеле 87
3.2.2. Зависимость устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длинах участков одного цвета 102
3.2.3. Зависимость устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длинах участков двух цветов 107
3.2.4. Зависимость устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длинах участков двух цветов и длине нити в петеле 112
Выводы к главе 3 117
Глава 4. Проектирование основ структуры автоматизированного прогнозирующего комплекса 119
4.1. Обобщенная функциональная схема
автоматизированного комплекса 119
4.2. Детализированная функциональная схема
автоматизированного комплекса 122
4.3. Схема программного проекта автоматизированного комплекса 129
4.4. Примеры экранных форм 134
Выводы к главе 4 144
Общие выводы к работе 145
Литература 148
Приложения 154
- Теоретические методы анализа исследования изображений трикотажных полотен
- Построение математической модели описания окраски нити вдоль ее длины
- Влияние вариаций числа игл в заправке и длин всех окрашенных участков в совокупности
- Схема программного проекта автоматизированного комплекса
Введение к работе
Использование компьютерной техники и информационных технологий является в настоящее время наиболее перспективным и мощным средством во всех направлениях научной деятельности. Особенно важным и эффективным является использование компьютерной техники для решения производственных и технологических задач.
В настоящее время все технологическое, в том числе трикотажное оборудование, выпускаемое в мире, оснащается компьютерной техникой, которая является ее неотъемлемой составной частью.
При этом, наиболее важными условиями, определяющими эффективность производства, являются: возможность разработки нового ассортимента выпускаемых изделий, автоматизация этапов проектирования и прогнозирования результатов выработки трикотажных полотен, а также изучение оптимальных исходных характеристик пряжи и оборудования для получения новых видов изделий.
Одним из путей применения компьютерной техники в этом направлении является использование ее для проектирования новых видов трикотажных полотен, в том числе, вырабатываемых из новых видов пряжи.
В последнее время в трикотажном производстве большое внимание уделяется выработке новых видов пряжи, в том числе и получаемой путем окраски ее различным цветом по ее длине. При этом, длина участков каждого из выбранных цветов может быть различной и задаваться заранее или генерироваться случайным образом с помощью генераторов случайных чисел. Разработка такой технологии окраски пряжи поставила новые задачи об эффективности ее использования.
Применение такого рода пряжи может привести к значительному расширению ассортимента за счет создания новых цветовых эффектов при очень низкой себестоимости вырабатываемой пряжи, так как при выработке новых полотен достаточно использовать самые простые виды переплетений.
Однако, весь комплекс проблем, связанных с проектированием изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи, не исследован и требует изучения.
Поэтому целью данной диссертационной работы является решение важной научно-технической задачи исследования возможностей автоматизации методов разработки и прогнозирования изображений трикотажных полотей, вырабатываемых из пряжи с переменной окраской по ее длине для последующего управления процессами разработки изображений этих полотен.
Процесс решения этой задачи включает в себя следующие этапы:
исследование существующих методов проектирования изображений трикотажных полотен;
разработка компьютерной модели для проектирования образцов трикотажных полотен из многоцветной пряжи;
разработка математической модели окраски нити с целью прогнозирования окраски изображения трикотажного полотна;
проведение компьютерных экспериментов по изучению влияния вариаций в начальных параметрах на проектируемый рисунок полотна;
выполнение компьютерных экспериментов по исследованию устойчивости рисунка полотна к влиянию случайных помех;
исследование методов объективной опенки различных изображений полотен;
Эффективное применение разрабатываемых методов получения изображений трикотажных полотен возможно лишь при построении автоматизированной системы для выполнения этих исследований. Поэтому в задачу диссертационной работы входит разработка структуры автоматизированного прогнозирующего комплекса для получения изображений полотен, выполнения с ними различных экспериментов и накопления базы данных. Использование этого комплекса позволит автоматизировать процесс разработки новых видов трикотажных полотен и тем самым повысить уровень управления проектированием изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи.
Теоретические методы анализа исследования изображений трикотажных полотен
С развитием системных исследований, с расширением экспериментальных методов изучения реальных явлений все большее значение приобретают теоретические методы. Важное значение при создании реальных систем имеют математические методы анализа и синтеза, целый ряд открытий базируется на чисто теоретических изысканиях.
При проектировании новых трикотажных технологий значительное место занимают теоретические исследования. Большое число работ посвящено изучению формы нити в петле. Петля является основным элементом трикотажного полотна и от ее геометрических, механических и прочих свойств зависят свойства всего полотна. Проблема построения теоретической модели формы нити в петле является достаточно сложной задачей. Этой задачей занимались большое число исследователей, которые получали различный уровень приближения поставленной задачи.
Проф. В.П. Щербаковым [б] предложено аналитическое решение задачи о форме плоской петли, исходя из общих уравнений механики упругой нити. Методы механики упругой нити имеют то преимущество перед распространенным в технологии трикотажа геометрическим подходом к анализу формы петли, что учитывают свойства нити и дают объяснение зависимости структурных элементов от механических характеристик. В работе дается математическая модель петли, полученная из общих уравнений механики упругой нити, и решение задачи о форме нити в петле только вычислительными методами без привлечения экспериментов.
Ю.И. Масленников [7] проводит анализ двухосного напряженного состояния трикотажного полотна на примере полотна кулирной глади. Изложенные в работе соображения могут служить для постановки экспериментов по изучению двухосного напряженного состояния трикотажного полотна, а также могут быть использованы для анализа технологических процессов и расчета реализующих их устройств, в которых трикотажное полотно находится в двухосном напряженном состоянии, в пределах подвижности петельной структуры. В частности, полученные формулы эффективны при анализе процесса оттяжки на круглых и плоских вязальных машинах и позволяют выполнить расчеты устройств, осуществляющих оттяжку полотна (ширителя, механизма оттяжки и др.). Масленников Ю.И. получил модель трикотажной петли, подверженной механическим нагрузкам, а также уточнил геометрическую модель проф. Далидовича А.С. за счет введения винтовой осевой линии нити в зоне контакта.
Г.В. Степановым [8] проведено исследование равновесного состояния нитей в элементе ткани. В случае сильного изгиба комплексных нитей, представляющих собой неоднородные тела, состоящие из отдельных, волокон или элементарных нитей, необходимо учитывать депланацию (искривление) плоскости смятия поперечного контура сечения нити при изгибе. Кроме того, в ткани могут использоваться нити, которые работают при изгибе как линейно и нелинейно-упругие, также как нелинейно-упругогшастические. С учетом этого в данной работе была получена обобщенная математическая модель равновесного состояния нитей в элементе ткани, позволяющая оценить параметры строения ткани с учетом нелинейно-упруго пластических и релаксационных деформаций сдвига и депланации поперечных сечений нити.
Как отмечает Л.Е. Галавская [9], характерным признаком многих работ, выполнявшихся до настоящего времени, является установление эмпирических зависимостей справедливых только для определенного ассортимента, вида оборудования, переплетения и сырья. Самим автором выполнено обобщение алгоритмов проектирования чулочно-носочных изделий на основе процедурно-ориентированного подхода.
М.С. Мильченко [10] был разработан метод графического анализа процессов петлеобразования. Способ заключается в построении графиков -траекторий перемещения каждого рабочего органа, определении их взаимного расположения, выявлении на траекториях характерных моментов процесса петлеобразования, определении положения нитеводителя с учетом условий надежности захвата и исключения возможности защемления прокладываемой нити, определении линии сечения нити. Графический анализ целесообразен при проектировании и наладке нового оборудования, а также при разработке нового ассортимента трикотажных полотен и изделий.
В работе [11] проведено аналитическое исследование процесса петлеобразования, в результате которого получены формулы для определения критических углов прокладывания нити и координат размещения нитиводителя на машине, а также выведена формула расчета оптимального числа пропущенных игл в зависимости от класса вязального оборудования.
Для анализа переплетений применялись статистические методы. Например, в работе [12] они использованы в исследовании жакардовых уточновязаных структур.
Колесниковой Е.Н., Спорыхиной В.И. и Смирновой А.В. [13] предложены математические операции технологического (логического) дифференцирования" и интегрирования, позволяющие преобразовать известные одноцикловые процессы петлеобразования в многоцикловые и наоборот, что позволяет выбрать оптимальный процесс получения структурного элемента трикотажа из двух и более нитей на конкретном оборудовании.
Одной из последних и наиболее значимых работ в этой области является докторская диссертация Колесниковой Е.Н. [14], в которой проведено большое теоретическое исследование технологии петлеобразования, в результате которого получена математическая модель описания элементов структуры трикотажных полотен и изделий через способы выработки составляющих их элементов. Данная модель — это закодированный способ записи различных переплетений, который позволяет на базе основных переплетений строить более сложные. Однако разработанная модель в основном ориентирована на описание геометрии формирования элементов переплетения, она никак не учитывает влияние окраски на внешний вид полотна. Кроме того, не учитывается взаимосвязь между характеристиками пряжи, используемой для вязания и получаемой петельной структурой.
Модели, которые разработаны Е.Н Колесниковой, дают основу для проектирования, но они в то же время недостаточны, поскольку не все реальные случаи проектирования они позволяют учитывать. Эти модели дают варианты переплетений, но в них не учитываются свойства нити, из которой будет вязаться полотно. Таким образом, для решения задачи получения изображения полотна исходя из особенностей окраски пряжи, модель Е.Н. Колесниковой не пригодна.
Построение математической модели описания окраски нити вдоль ее длины
Трикотажные предприятия все больше насыщаются современной техникой, оснащенной терминальными комплексами подготовки данных рисунка переплетения и программы вязания изделия, в которых используются подсистемы CAD, САЕ и САМ.
Системы подготовки рисунка работают на базе персональных компьютеров, имеют графические цветные .дисплеи для ввода и отображения информации о рисунке в виде элементов структуры трикотажа и контура деталей. Они могут иметь многоцветные печатающие принтеры и специальные системы для работы художников - дизайнеров, позволяющие воспроизвести внешний вид и конструкцию изготовляемого изделия, подобрать необходимую колористику цветов и цветовые сочетания для трикотажа, выполняемого на базе различных переплетений, которые могут использоваться при выработке данного изделия.
При разработке проекта художником-дизайнером могут использоваться сканеры различного типа, позволяющие перевести на экран дисплея разработанные эскизы рисунков и моделей изделий для дальнейшей работы с ними дессинатора - технолога. Дессинатор - технолог работает на том же терминальном комплексе, используя подпрограмму САЕ. Результатом работы дессинатора - технолога является составление управляющей программы вязания изделия, ее апробация и отработка данной модели изделия на вязальном оборудовании.
Подсистема САЕ включает базы данных для определения расходов сырья на изделие, данные о возможных заправках вязальной машины, коллекции моделей изделий, конструирование их деталей, данные по способам вязания изделий и т.д.
Исходным этапом автоматизированного технологического производства трикотажных полотен или изделий является художественное проектирование или конструирование с учетом структуры трикотажа и его внешних эффектов. Результатом художественного проектирования является составление патрона узора, выявление формы деталей и готового изделия с указанием размеров и структуры его участков. Предложенные узоры полотна или формы деталей изделия воспроизводятся на вязальной машине или автомате.
В результате на первом исходном этапе уточняется структура вырабатываемого трикотажа, вид или линейная плотность нитей на участках изделия, определяются тип и класс вязальной машины для воспроизведения полотна с заданным узором.
На втором этапе проектируются данные по воспроизводству узора трикотажа или программы управления для изготовления детали изделия заданной формы. При использовании вычислительных комплексов на базе ЭВМ одновременно с проектированием данных для воспроизведения узора (формы детали изделия) производятся расчеты основных технологических параметров вырабатываемой продукции: поверхностей плотности, плотности вязания, процентного содержания различных видов сырья в полотне и изделии, а также материалоемкости на единицу готового изделия и отходов, подготавливается технико-экономическая документация, регламентирующая нормы производительности труда и оборудования и т.д. Результаты проектирования вводятся в вязальную машину, которая вырабатывает образцы трикотажа. Параметры образцов трикотажа сравниваются со стандартными расчетными данными. По результатам сопоставления в установочные параметры вязальной машины вводятся уточнения, после чего вырабатывается стандартная продукция.
Свидетельством того, что применение компьютера при выработке трикотажа является актуальным и дает большой эффект при использовании на различных стадиях проектирования является большое количество работ по этому применению, вплоть до разработки машин с компьютерным управлением [38, 39, 40]. Ведущими фирмами в этой области являются итальянская фирма Protti и немецкая фирма Stolli.
Работы по автоматизации трикотажных машин ведутся уже давно. Проф. Давидовичем А. С. [41] рассмотрены вопросы автоматизации и механизации трикотажных машин - одной из основных .задач САПР трикотажа, направленной на выработку штучных изделий, купонов и деталей с целью сокращения операций раскрой но-швейного производства. Также рассмотрены вопросы программного управления работой трикотажных машин на соответствующем уровне развития вычислительной техники и информационных технологий.
Ряд работ проф. Радзиевского с соавторами [42-46] посвящен математическому описанию рабочего процесса основовязальной машины как объекта автоматического регулирования. Отдельные результаты этих исследований могут быть использованы при разработке методов основовязального рабочего процесса. В перестройке механизма управления промышленного предприятия важное место занимает внедрение в сферу управления вычислительной техники [47]. Современное промышленное предприятие текстильной промышленности представляет собой организационно-технологический комплекс, характеризующийся сложными технологическими операциями, наличием значительного количества прямых и обратных технологических связей, большой номенклатурой готовой продукции, разветвленной организационной структурой. Все это предъявляет определенные требования к структуре АСУ предприятия.
Сотрудники Латвийского НИИ легкой промышленности Заговора А.В., Курман В.М., Миллер А. С, Пешков И. А. [48] разработали систему автоматизированного проектирования программ вязания для кругловязальных машин с электронным управлением на основе методов формализованного описания графической информации (патрона рисунка) средствами специального информационного проблемно-ориентированного языка. Одним из направлений развития трикотажного машиностроения является создание кругловязальных машин с электронными системами программного отбора игл.
Влияние вариаций числа игл в заправке и длин всех окрашенных участков в совокупности
Каждый этап работы пользователя завершается на этом блоке. Возможности пользователя по завершении этапа будут рассмотрены в каждом блоке отдельно. 3. Блок получения изображения полотна Работа рассматриваемого блока осуществляется следующим образом: 1) Ввод исходных данных трикотажного оборудования: — число игл в заправке; — ширина петельного столбика. 2) Ввод исходных данных пряжи: — количество цветов окраски нити; — цвета окраски нити; — длины участков каждого цвета.3) Моделирование изображения полотна с заданными входными характеристиками. Алгоритм моделирования представлен в главе 2 (пункт 2.1); 4) Возвращение в блок диалога, где пользователю предоставляются следующие возможности: — сохранить полученное изображение в базе данных со всеми исходными данными; — провести обработку полученного изображения методами спектрального анализа; — провести эксперимент по исследованию полученного рисунка полотна к вариациям входных характеристик; — провести эксперимент по исследованию полученного рисунка полотна к влиянию случайных помех; 4. Блок спектрального анализа изображений полотен. Возможно два варианта проведения спектрального анализа: - двухмерный спектральный анализ рисунка полотна; — одномерный спектральный анализ рисунка полотна по вертикальным или горизонтальным сечениям с указанием ширины и длины участка разбиения и количества исследуемых сечений; Далее осуществляется обработка исследуемых рисунков полотна выбранным методом спектрального анализа с использованием функций Matlab. Результаты проведенного анализа могут быть представлены в графическом или в табличном виде. В первом случае результаты представлены в виде упорядоченнътх графиков сечений исследуемого участка рисунка полотна. Во втором случае результаты представлены в виде таблицы с указанием интенсивности линии спектра и частоты. После выполнения этой функции предусмотрен возврат в диалог с пользователем, где ему предоставляются следующие возможности: - сохранить полученные результаты в базе данных; - провести эксперимент по изучению устойчивости исследуемых рисунков полотна к влиянию случайных помех; 5. Блок экспериментов с изображениями полотен. Данный блок позволяет осуществить автоматизацию процесса проведения экспериментов. Задается план эксперимента, в котором указываются цели проведения эксперимента и последовательность действий. Далее необходимо выбрать из базы данных изображение полотна, с которым будет проводиться эксперимент. Причем, можно выбирать как само изображения полотна, так и результаты предыдущих исследований. Затем информация передается в блок управления экспериментом, который в зависимости от выбранного плана эксперимента направляет на одно из следующих действий: 1) Проведение серии экспериментов по получению изображеімй полотна: - с заданными вариациями исходных параметров пряжи и трикотажного оборудования; - с заданными вариациями величин случайных помех в исходных данных; 2) Проведение серии экспериментов по обработке изображения полотна методом спектрального анализа. При этом возможны две ситуации: — моделирование изображений полотен с заданными вариациями и последующей обработкой полученных рисунков полотен методами спектрального анализа; — обработка методом спектрального анализа ранее полученных изображений полотен, хранящихся в базе данных 3) Проведение серии экспериментов для анализа устойчивости изображения полотна к случайным помехам. При этом возможны три ситуации: — моделирование изображений полотна с заданными вариациями и последующей обработкой полученных рисунков полотен и анализом устойчивости изображения полотна к случайным помехам; — обработка ранее полученных изображений полотен, хранящихся в базе данных и анализ устойчивости этих изображений к случайным помехам; — анализ результатов обработки изображений полотен, хранящихся в базе данных. Рассмотрим работу каждого направления. В первом случае работа соответствующего блока осуществляется в двух режимах в зависимости от выбранного плана эксперимента: a) Исследование изображения полотна на устойчивость к вариациям исходных параметров. При этом осуществляется: - выбор исходных параметров, которые будут варьироваться и задание диапазонов их изменения; - обращение к блоку получения изображения полотна и моделирование рисунков полотен с заданными характеристиками; b) Исследование изображения полотна на устойчивость к влиянию случайных помех. При этом осуществляется: - выбор анализируемых параметров: длины нити в петле или длин окрашенных участков; — моделирование изображений полотен с учетом влияния случайных помех; Во втором случае в зависимости от выбранного плана эксперимента: осуществляется два вида работ: — обращение к блоку моделирования изображения полотна с заданными вариациями, который работает по выше указанной схеме, затем передача полученных рисунков в блок спектрального анализа изображения полотна; — обращение к блоку спектрального анализа изображения полотна, если исследуемые рисунки уже есть в базе данных; В третьем случае в зависимости от выбранного плана эксперимента: осуществляется три вида работ: — обращение к блоку моделирования изображения полотна с заданными вариациями, затем передача полученных рисунков в блок спектрального анализа изображения полотна, после чего исследуемые рисунки передаются в блок анализа устойчивости изображения полотна к случайным помехам; — обращение к блоку спектрального анализа изображения полотна, если исследуемые рисунки уже есть в базе данных, затем обращение к блоку анализа устойчивости изображения полотна к случайным помехам; — обращение к блоку анализа устойчивости изображения полотна к случайным помехам, если исследуемые рисунки уже есть в базе данных; По завершении работы данного блока происходит возврат в блок диалога, где пользователю предлагается сохранить план и результаты экспериментов в базе данных.
Схема программного проекта автоматизированного комплекса
Впервые решена важная научно-техническая задача автоматизации разработки изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи.
Впервые созданы компьютерная модель получения изображения трикотажных полотен из многоцветной пряжи и математическая модель описания окраски нити вдоль ее длины, которые позволяют прогнозировать вид рисунка полотна.
Проведено исследование влияния вариаций исходных значений параметров на вид рисунка полотна и установлено, что изменение исходных значений параметров приводит к получению рисунков новой геометрической структуры, что дает возможность получить качественно новые интересные рисунки.
Выявлена возможность получения рисунков с подобными геометрическими структурами за счет изменений исходных значений параметров или их взаимных комбинаций на определенную величину, зависящую от типа рисунка. 5. Показано, что геометрическая структура рисунка полотна повторяется при изменении длин окрашиваемых участков с сохранением их суммарной длины и при изменении количества окрашиваемых участков с сохранением их суммарной длины, при прочих неизменных исходных данных. 6. Исследована устойчивость рисунка полотна к случайным помехам в исходных значениях параметров и даны рекомендации к точности исходных значений параметров для обеспечения устойчивости проектируемого изображения полотна. 7. Установлено, что при оценке влияния случайных помех в длине нити в петле или в длине одного окрашенного участка, или в длинах участков двух цветов на рисунок полотна, изображение полотна устойчиво к случайным помехам, составляющим 1%. При 2 % наблюдается искажение спектрального состава рисунка, существенное влияние на исходное изображение оказывают случайные помехи, составляющие 3%. При 4% и выше происходит полная деформация исходного рисунка полотна. 8. Установлено, что при оценке влияния случайных помех в длине нити в петле и в длинах участков двух цветов одновременно на рисунок полотна изображение полотна устойчиво к случайным помехам, составляющим 0,05%. При 1% наблюдается искажение спектрального состава рисунка полотна, существенное влияние на исходное изображение оказывают случайные помехи, составляющие 2%. При 3% и выше происходит полная деформация исходного рисунка полотна. 9. Разработана и применена методика спектрального анализа для решения задач сравнения образцов трикотажных полотен и чувствительности рисунка полотна к влиянию случайных помех в исходных данных. 10. Установлено, что количественные характеристики спектрального анализа позволяют дать объективные комплексные оценки сравнения рисунков полотен. П.Впервые автоматизирован процесс проектирования и исследования изображений трикотажных полотен, вырабатываемых из многоцветной пряжи. 12, Разработанное программное обеспечение позволяет эффективно проектировать изображения трикотажных полотен из многоцветной пряжи, анализировать различные структуры трикотажных полотен, прогнозировать получаемые рисунки полотен, а также проводить исследования на устойчивость изучаемого изображения полотна к случайным помехам в исходных параметрах. 13. Применение разработанного автоматизированного комплекса позволяет расширить ассортимент трикотажных изделий за счет выработки образцов трикотажных полотен новой структуры, отвечающих современному спросу, увеличить число вариантов рисунков полотен, сократить затраты времени на их создание и упростить внедрение в производство. 14. Разработанные методы проектирования трикотажных полотен и разработанный автоматизированный прошозирующий комплекс нашли применение в учебном процессе и прошли эксплуатацию на трикотажном предприятии "Жаклин1 , что позволило принять оптимальные проектные решения при разработке нового ассортимента трикотажных полотен, сократив время проектирования и расширив количество сравниваемых вариантов полотен.
