Введение к работе
Актуальность работы. Мировой экономический кризис и вступление России в ВТО кардинально изменили положение отечественных текстильных предприятий, развернулась серьезная конкурентная борьба за российские и зарубежные рынки сбыта. Стратегическое преимущество отечественными текстильными предприятиями в этом случае может быть получено за счет ускорения освоения новых видов продукции, расширения ассортимента, снижения себестоимости при неизменно высоком качестве продукции. Системы автоматизированного проектирования ткани, учитывающие требования заказчика и возможности предприятия, позволят оперативно решать задачи, связанные с созданием новых видов продукции и размещением заказов на предприятии. Автоматизация анализа ткани упростит и повысит оперативность проектирования ткани по образцу. На сегодняшний день недостаточно используются возможности современных информационных технологий для проведения неразрушающих исследований тканей и применения полученных знаний для процедур проектирования новых структур. Существенная доля бытовых льняных тканей вырабатывается с использованием цветных пряж и самыми разнообразными переплетениями, к которым не может быть применено большинство известных неразрушающих методов, направленных лишь на исследование монохромных тканей простых структур. Заметим также, что существующие компьютерные реализации современных САПР ткани не решают полностью задачу комплексного проектирования тканей и не позволяют учитывать при проектировании ткани возможности предприятия-производителя ткани. В связи с этим возникла необходимость в систематизации знаний, касающихся научно-практической области неразрушающего исследования тканей, для внешнего оформления которых используются цветные нити и различные переплетения. Также актуально развитие теории на стыке фундаментальных и прикладных наук, новой методологии синтеза льняных тканей, позволяющей реализовать проектирование ткани с учетом требований заказчика и возможностей производителя. Вышеизложенное обуславливает актуальность данной работы.
Цель работы и задачи исследования
Цель диссертационной работы – расширение ассортимента льняных тканей, повышение оперативности размещения заказов на предприятии и проектирование тканей с учетом требований заказчика и возможностей производителя за счет разработки и применения новой методологии неразрушающего анализа и синтеза льняных тканей.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
–проведен анализ современного состояния проблемы исследования, проектирования и оценки параметров структуры и свойств ткани;
–предложена классификация неразрушающих методов исследования, описывающая способы исследования различных материалов, в том числе и текстильных;
–предложена концепция комплексного проектирования ткани, учитывающая требования заказчика и технологический потенциал предприятия;
–разработана теория автоматизированного проектирования ткани по заданным параметрам, основанная на теоретико-множественных представлениях;
–разработано методическое обеспечение автоматизированного проектирования ткани, позволяющее разрабатывать ткани с учетом требований заказчика и возможностей производителя;
–разработана методология получения и исследования полноцветного изображения ткани, позволяющая в отличие от известных методов анализировать пестроткани, выработанные главными и мелкоузорчатыми переплетениями;
–созданы математические модели распределения яркости на полноцветном изображении ткани в среде различных цветовых пространств, позволяющие прогнозировать высоту волны изгиба нитей по значениям яркости в опорных точках нитей на изображении ткани;
–разработано методическое обеспечение автоматизированного исследования ткани, позволяющее определять параметры ткани по ее компьютерному изображению;
–созданы алгоритмы неразрушающего исследования ткани и проектирования ткани по заданным параметрам;
–разработано программное обеспечение для реализации, созданных методов и алгоритмов автоматизированного исследования и проектирования тканей в САЕ-системе.
Объектами исследования являются ткани льняного ассортимента бытового назначения, выработанные главными и мелкоузорчатыми переплетениями с использованием цветных нитей, и их цифровые изображения.
Предметом исследования являются методы анализа и проектирования тканей по заданным параметрам.
Методы исследований. При разработке методологий анализа и проектирования ткани использовались современные методы дискретной математики и структурного анализа, методы цифровой обработки сигналов и изображений, вычислительные методы. Для создания теории проектирования ткани по заданным параметрам применена теория множеств. Методической и теоретической основой компьютерного исследования тканей явились научные труды по теории распознавания образов и компьютерной геометрии. Для определения параметров пряжи и ткани применены, как стандартизированные методики исследования, так и средства для обработки графических изображений Photoshop и программное обеспечение, разработанное автором. Обработка экспериментальных данных проводилась автоматизированным методом математической статистики с использованием специализированного программного обеспечения Stadia. Программная реализация методов и методик неразрушающего анализа и проектирования ткани выполнена в среде Borland Delphi 7.0.
Научная новизна работы
–предложена классификация неразрушающих методов исследования, позволяющая описать способы исследования различных материалов, в том числе и текстильных, учитывающая способы получения, обработки и содержание выходной информации;
–впервые предложена концептуальная модель комплексного проектирования ткани с использованием информационных технологий, позволяющая разрабатывать новую тканую структуру с учетом технического и технологического потенциала предприятия и требований заказчика;
– разработана теория автоматизированного проектирования ткани, основанная на теоретико-множественном представлении ее параметров и позволяющая принять оптимальное решение с учетом требований заказчика и возможностей производителя;
–разработан новый метод формализованного представления процесса проектирования ткани, основанный на теоретико-множественных представлениях параметров тканей, позволяющий оперативно размещать заказ на предприятии;
–предложен новый метод автоматизированного проектирования ткани, отличающийся комплексным подходом к проектированию ткани, как по заданным параметрам, так и по прототипу ткани, учитывающий требования заказчика и возможности предприятия;
–разработана новая методология получения и исследования полноцветного изображения ткани, позволяющая в отличие от известных методов анализировать пестроткани, выработанные главными и мелкоузорчатыми переплетениями.
Практическая значимость и реализация результатов работы
–разработаны схемы решения задач анализа и синтеза в виде процессных моделей IDEF0 и IDEF3, наглядно представляющие процедуры автоматизированного исследования и проектирования ткани;
–созданы математические модели распределения яркости на полноцветном изображении ткани в среде цветовых пространств RGB, XYZ, Lab, позволяющие прогнозировать высоту волны изгиба нитей по значениям яркости в опорных точках нитей на изображении ткани.
–для автоматизированного анализа ткани предложены новые методики: идентификации параметров переплетения ткани; расчета числа нитей в ткани; определения параметров внешнего оформления ткани; определения параметров структуры ткани; выбора фурнитуры для ткани с учетом параметров ее структуры и внешнего оформления;
–для проектирования ткани новой структуры предложена методика оценки рациональности структуры на начальной стадии разработки ткани;
–созданы алгоритмы неразрушающего исследования ткани и проектирования ткани по заданным параметрам, по параметрам прототипа;
–создано новое программное обеспечение САЕ-система «Проектирование льняных тканей», которое позволяет: проводить неразрушающий анализ ткани; проектировать ткани с учетом требований заказчика и возможностей производителя; создавать новое внешнее оформление тканей; осуществлять выбор швейной фурнитуры;
–сформированы базы данных «Сырье», «Строение ткани», «Отделка», для САЕ-системы «Проектирование льняных тканей».
Разработанные методы и методики реализованы в виде прикладных программ, объединенных в САЕ-систему «Проектирование льняных тканей», ориентированную на использование доступной вычислительной и периферийной техники. Разработанное программное обеспечение может быть использовано для: расширения ассортимента льняных тканей – создания новых структур и различного внешнего оформления ткани с учетом возможностей текстильного предприятия; ускорения размещения заказа на предприятии – проектирование тканей с учетом требований заказчика; проведения неразрушающего контроля параметров выпускаемых тканей; выбора швейной фурнитуры в соответствии с параметрами внешнего оформления и структурой ткани. Созданное программное обеспечение предназначено для работы в операционной среде семейства WINDOWS и не требует высокой квалификации работников, успешно протестировано в ЗАО КНИИЛП, ООО «БКЛМ – Актив», ЗАО «Шуйские ситцы» и внедрено в ОАО «Аманн АС». Результаты исследований внедрены в учебный процесс КГТУ и используются в лекционных и лабораторных курсах дисциплин, связанных с информационными технологиями в текстильной промышленности.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедр и профессорских семинарах КГТУ. Доклады по материалам работы были заслушаны: на межвузовских научно-технических конференциях аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК– 2004, 2005), ИвГТА, Иваново, 2004, 2005; на международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс– 2003), ИвГТА, Иваново, 2003; на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен–2006), КГТУ, Кострома, 2006; на международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ–19, 20), ЯГТУ, Ярославль, 2006, 2007.
Публикации. Положения диссертации отражены в 51 публикации, в том числе 1 монография, 10 статей в изданиях рекомендуемых ВАК РФ, 5 статей в других журналах, 8 статей в сборниках трудов, 2 патента, 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ, 1- учебное пособие, 1- учебно-методическое пособие, остальные публикации в материалах научно-практических конференций и выставок.
На защиту выносятся:
На защиту выносятся теоретические положения и результаты практической реализации перспективного направления автоматизированного исследования и проектирования льняных тканей:
-
Концепция комплексного проектирования ткани, учитывающая требования заказчика и технологический потенциал предприятия.
-
Теория автоматизированного проектирования ткани по заданным параметрам, основанная на теоретико-множественных представлениях.
-
Метод формализованного представления процесса проектирования ткани, основанный на теоретико-множественных представлениях параметров тканей, позволяющий оперативно размещать заказ на предприятии.
-
Метод автоматизированного проектирования ткани, отличающийся комплексным подходом к проектированию ткани, как по заданным параметрам, так и по прототипу ткани, учитывающий требования заказчика и возможности предприятия.
-
Методическое обеспечение автоматизированного проектирования ткани, позволяющее разрабатывать ткани с учетом требований заказчика и возможностей производителя.
-
Методология получения и исследования полноцветного изображения ткани, позволяющая в отличие от известных методов анализировать пестроткани, выработанные главными и мелкоузорчатыми переплетениями.
-
Математические модели распределения яркости на полноцветном изображении ткани в среде различных цветовых пространств, позволяющие прогнозировать высоту волны изгиба нитей по значениям яркости в опорных точках нитей на изображении ткани.
-
Методическое обеспечение автоматизированного исследования ткани, позволяющее определять параметры ткани по ее компьютерному изображению.
-
Алгоритмы неразрушающего исследования ткани и проектирования ткани по заданным параметрам.
-
Разработанное программное обеспечение для реализации созданных методов и алгоритмов автоматизированного исследования и проектирования тканей в САЕ-системе.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов по работе, библиографического списка и приложений. Основное содержание изложено на 301 странице, содержит 53 рисунка, 42 таблицы. Библиографический список включает 133 источника.
