Введение к работе
Актуальность проблеми. Развитие текстильной и легкой промышленности играет большую роль в обеспечении рынка высококачественными торарами народного потребления, а это всегда являлось исключительно вакной и актуальной задачей. Однако на еэ предприятиях все еще имеются неиспользованные резервы повышения уровня решения задачи, в частности, за счет приближения к полному использованию возможностей оборудования.
Среди факторов, призванных исправить положение, немалое значение имеют, в первую очередь, меры, связанные с широким применением средств автоматизации.
В условиях научно-технического прогресса существенно возросла роль, расширилось содержание задач автоматизации во. всех отраслях народного хозяйства. Не является исключением текстильная и легкая промышленность, где внедрение средств автоматизации призвано наряду с другими экономическими и организационно-техническими мерами обеспечить дальнейшее повышение качества продукции, эффективности производства, коренное улучшение условий труда.
Важно подчеркнуть, что внедрение средств автоматизации не может быть осуществлено без проведения большой экспериментально-теоретической работы, без глубокого изучения технологических процессов отрасли, принципов организации и управления производством на предприятиях текстильной и легкой промышленности. С другой стороны, применение созданных на основе проведенных исследований автоматизированных систем открывает новые возможности для углубленного исследования производственных процессов и создания еще более совершенных систем автоматизации.
Ориентация на развитие произволе за направлена также на улучшение потребительского рынка в"части комплексного повышения объема товарной продукции, при обеспечении не только стоимостных и качественных ее характеристик, отражающих степень удовлетворения потребностей общества, но тпкже ассортиментных характеристик, при одновременном сокращении издержек и рационально" использовании трудовых и финансовых ресурсов, обеспечения экологических требований.
Большое значение в производстве товаров народного потребления имеет и трикотажная отра~пь, как одно из направлений текстильной и легкой промыт ленности, она такко непосредственно
связана-с выходом на товарный рынок и с удовлетворением самых насущных потребностей населения.
Одним ;їз основных частей процесса производства трикотажных изделий является красильно-отделочное производство (КОП), коро-рое отличается сложным характером технологии.
В соответствии с содержанием первых двух групп показателей качества крашения (колористические характеристики, показатели устойчивости к различном физико-химическим воздействиям и показатели распределения по структурным уровням субстрата) в проблеме обеспечения ассортимьнтных и качественных характеристик в ХТТМ существуют два аспекта, две стороны - выбор как рецептур, так и режимов крашения. Как первый, так и второй указанные аспекты имеют определяющую, каг бы сепаратную связь каждый со "своими" показателями первой и второй групп по схеме: первый аспект - показатели первой группы, второй аспект - показатели второй группы, хотя в общем случае рецептуры (состав смеси красителей, их концентрации, состав и концентрация вспомогательных веществ и др.) и режимы крашения, (в первую очередь законы изменения темпер гур), через значения их параметров оказывают влияние на весь спектр показателей качества.
В решаемой здесь задаче выбора рецептур и режимов крашения в современных условиях должна быть сделала ориентация на экспериментально-теоретическое моделирование, в экспериментальной части 'азирущееся на применение лабораторного, полупроизводст-венного и производственного оборудования с соответствующей аппаратурой, а в теоретической части - на применение современных вычислительных схем и оптимизационных алгоритмов, реализуемых с использованием ЭВМ.
Зкспериментально-теоретиче^кий подход является осоновопола-гакгчей базой решения и других задач автоматизации, в том числе задач формирования рецептур крашения на основе аналитических представлений спектральных характеристик красителей и окрашенных субстратов и задач оперативного совместного оігеделения как рецептур, так и режимов крашения.
В первую очередь последним задачам и посвящена данная работа.
Цель и, задачи работы. Общая цель работы состоит в экспериментально-теоретическом моделировании рецептур и режиов крашения хлопчатобумажного трикотажа на основе спектральных характеристик красителей и окрашенных субстратов.
Для достижения общей цели в работе поставлены следующие задачи:
1. Показать, что в проблеме обеспечения ассортиментных и
качественных характеристик продукции в ХТТМ существуют два ас
пекта, две стороны - выбор как рецептур, так и режимов крашения;
при этом: а) составить литературный обзор по двум указанным направлениям и провести анализ полученной информации в смысле констатации высокой степени подготовленности решения звдач каждого из направлений как в техническом (аппаратурное обеспечение), так и в расчетном (математическое, алгоритмическое и программное обеспечение) смыслах, б) показать необходимость в интересах дальнейшего совершзнствоваяия выбора рецептур-режимов крашения формирования оперативных и перспективных схем взаимосвязанного обеспечения всего набора выходных характеристик продукции.
-
Изложить (в виде, адаптированном к содержанию изучаемой технологии крашения хлопчатобумажного трикотажного полотна прямыми красителями) разработанную Босбаевым К. расширенную экспериментально-теоретическую схему (схему автоматизации) оперативного формирования колористических свойств продукции, характеристик устойчивости к различным воздействиям и показателей распределения красителя по структурным уровням субстрата (ниже схема обозначается РСФХ - расширенная схема формирования характеристик).
-
Показать, что РСФХ как "большая" автоматизированная система состоит из набора самостоятельных систем автоматизации, которые именуются ниже, как обеспечивающие, которые функционируют на основе своих различного рода обеспечений - составных частей обеспечивающих систем (СЧОС), например, технического обеспечения; при решении вопроса сформулировав основной перечень обеспечивающих систем, входящих в РСФХ и предназначенных для получения рабочих схем решения следующих задач:
аналитическое ортогонально» (используя полиномы и функции ортогональных базисов) представь ;ние спектральных характеристик красителей и субстратов как их первого (ооногжого) тона (АПСХ-1), отличающегося малым числом слагаемых, что делиет реальным по объему расчетов задачу зыбсра;
выбор рецептур крашения с учетом АПСХ-1 но основе использования алгоритмов метода пос. .эдоьательного и совместного формирования точности и условий решения задачи (поиска решения) (мв-
тол, ФТУР);
учет взаимодействия красителей при выбора рецептур крашения на сзнове использования алгоритмов метода ФТУР и при учете аналитических представлений спектральных характеристик АПСХ-2. описывающих функции взаимодействия ФВ, в которые для повышения точности расчетов включаются и ошибки описания спектральных характеристик функций АПСХ-1;'.
представление в зжатом виде, на основе использования так называемых линейных баз данных, поля связей по колористическим-спектральным характеристикам концентрационных наборов красителей и функций взаимодействия ФВ (теоретико-расчетный вариант), позволяющее расширить возможности в выборе рецептур для каждого данного состава красителей - на основе расчетных схем указанных баз данных и использования для линейных направлення в качестве аналитической формы зависимостей для коэффициентов АПСХ-1 опять прикладной теории ортогональных представлений?
показать, что в интересах сокращения потребного объема экспериментов целесообразна ориентация на формирование разреженных баз данных спектральных характеристик при условии пополнения недостающей информации за счет использования принципа задаваемых форм применительно к аналитическим зависимостям для линейных направлений, составляемых для коэффициентов АПСХ-1 и АПСХ-2; '';:
применение эксплуатационной оптимизации как аффективного средства устранения невязок hj внутренних и завершающем этапах РОФХ при использовании в реализации оптимизации метода последовательной минимизации невязок (МПМН). .
-
Составить и разработать элементы составных частей обеспечивавших систем (СЧОС), решающих перечисленные выше задачи: в объем составных частей входят математичоское, алгоритмическое и программное обеспечение систем автоматизации, образующих, по отношению к указанным,системам и в совокупности с условными схемами и рядом приемов, их методологическое обеспечение.
-
Исходить при разработке СЧОС и их методологического обеспечения из ориентации на следующие производственно-прогностические задачи :
:.' - подработка рецептур-режимов крашения в случае сдвига по какой-либо причине свойств составляющих частей технологии, например, свойств субстрата;
подработка рецептур-режимов для условий "под заданный образец" в случае новой ресурсной ситуации, например, при изменении располагаемого набора красителей;
формирования поля данных и представления их в сжатом виде при выполнении различных этапов РСФХ, например, этапа полной оценки колористических характеристик данного набора красителей.
-
Показать, что применительно к задаче выбора рецептур-режимов крашения "под заданный образец" роль РСФХ состоит в сокращении времени выбора с. тем, чтобы получить возможно более значительное приближение к идеальному решению зэ^ачи, когда после установления лишь в первом приближении рецептуры и определения характеристик субстрата, поддающихся измерению, по объемной базе данных могут устанавливаться и корректироваться рецептуры. Однако такое решение требует нереализуемого объема памяти ЭВМ.
-
Продемонстрировать, что РСФХ должка строиться по принципу поэтапной оптимизации, когда значения параметров технологии, принятые на предыдущих этапах, корректируются на последующих (например, концентрации красителей) в соответствии с тем, что в общем случав каздай технологический параметр влияет на все показатели качества.
8. Реализация расширенной экспериментально-теоретической
схемы формирования характеристик (РСФХ) трикотажного полотна
(при крашении прямыми красителями).
Научная новизна работы заключается в следующем:
Вскрыты основные резервы дальнейшего совершенствования подбора рецептур-режимов крашения.. которые состоят в совместном рассмотрении двух аспектов задачи - подбора как рецептур, так. и режимов крашения, при условии взаимосвязи экспериментальных и теоретических исследований.
На примере крашения хлопчзтобумаж. jro трикотажа показано, что второе направление основных резервов совершенствования подбора рецептур-режимов крашения состоит в расширении возможностей методов математического моделирования применительно к ХТТМ, которое освано на болье широком прчменении аналитических представлений (задаваемых форм) входных, промежуточных и выходных характеристик технологии и ее алементов.
Выявлено, что особенно существенное влияние на развитие математического моделирования подбора рецептур-режимов крашения оказывают аналитические ноове нутые представления, входных для задачи, спектральных харак.еристик красителей для полного диапа-
зона частот (АПСХ-1), позволяющие повысить точность и сократить время первоначального подбора рецептур, и осуществить в последующем учот взаимодействия красителей с формированием функций взаимодействия ФВ (промежуточные характеристики), для которых также составляются аналитические несвернутые представления.
Продемонстрирована значимость для сокращения объема экспериментов применения принципа задаваемых форм в использовании разреженных линейных б.'з данных, в частности, .применительно к коэффициентам характеристик АПСХ-1 и АЦСХ-2.
Практическая значимость данной работы состоит в том, что:
Показана возможность реализации всех этапов работы РСФХ на существующем, лабораторном, полупроизводственном и производственном красильном оборудовании при известной измерительной и приборной аппаратуре.
Показано, что РСФХ должна строиться как оптимизационная система, в которой реализуется принцип поэтапной оптимизации, когда рецептуры и значения параметров режимов, установленные на предыдущих этапах, корректируются на последующих (концентраций красителей, температур режимов и т.д.) в соответствии с тем, что в общем случае каждый параметр технологии влияет на все . показатели качества и прямо или косвенно на расход материально-энергетических ресурсов./ ..'.''
Показано, что теоретическая часть моделирования играет существенную роль как в обеспечении соответствия получаемых показателей качества продукции требуемым, так и в сокращении времени выполнения подбора рецептур-режимов крашения, при у слов, .и желательного сохранения всех этапов РСФХ.
Разработаны и сформулированы в порядке создания составных частей обеспечивающих систем автоматизации (СЧОС) их математическое, алгоритмическое и программное еспечение, чем была подтверждена значимость подходов и методов, которые в них заложены и которые составляют методологическое обеспечение систем автоматизации.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и. получили положительную оценку: на научно-технической конференции студентов и молодых ученых Благовещенского Технологического института (г.Благовещенск, март 19^2г.), на научно-технической конференции "С^верешенствованиэ оборудования для производства химических нитей и волокон" (НПО
"Химтекстильмат", г.Чернигов, октябрь 1992 г.), на республиканской научно-технической конференции "Пути совершенствования технологий и оборудования для переработки льняных, хлопковых и химических волокон в льняной отрасли промышленности - ЛЕИ-Э2 (КТИ, г.Кострома, октябрь 1993 г.), на заседаниях кафедры автоматизации производственных процессов и химической технологии текстильных материалов СПГУТиД (г.Санкт-Петербург, январь 1994 г.).
Публикации. Основные материалы диссертационной работы изложены в десяти опубликованных работах.
Структура и объем работы, диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка литературы, насчитывающего наименований и приложений. Работа содержит страниц основного текста, имеет таблиц и рисунков.
