Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ и систематизация информации предметной области прогнозирования технологии швейно-трикотажных изделий
1.1 Роль прогнозирования в процессе производства швейно-трикотажных изделий
1.2 Анализ методов прогнозирования целесообразности выпуска промышленных изделий
1.3 Разработка концептуальной модели процесса прогнозирования 28
технологичности изделия
ВЫВОДЫ к ГЛАВЕ 1 36
ГЛАВА 2. Разработка аналитического метода прогнозирования трудоемкости изготовления изделия 39
2.1 Исследование факторов, влияющих на технологичность швейно-трикотажных изделий
2.2 Формализация информации о конструкции новой модели 48
2 3 Исследование влияния вида трикотажного полотна на сложность 56
швейно-трикотажного изделия
2.4 Проектирование структуры технологии новой модели 64
2.5 Методика прогнозирования трудоемкости изготовления 73
изделия
ВЫВОДЫ к ГЛАВЕ 2 87
ГЛАВА 3. Разработка метода комплексной оценки целесообразности выпуска продукции
3.1 Разработка метода прогнозирования материалоемкости изделия на стадии технического эскиза 90
3.2 Разработка требований обеспечения технологичности швейно-трикотажных изделий
3.3 Разработка алгоритма метода комплексной оценки технологичности 107
швейно-трикотажных изделий
ВЫВОДЫ к ГЛАВЕ 3 112
ГЛАВА 4. Разработка информационной среды процесса прогнозирования технологичности швейно-трикотажных изделий
4.1 Разработка информационно-логической модели процесса прогнозирования
4.2 Разработка состава и структуры базы данных подсистемы автоматизированного прогнозирования
4.3 Методика автоматизированного прогнозирования технологичности швейно-трикотажных изделий
ВЫВОДЫ к ГЛАВЕ 4 132
ГЛАВА 5. Экономическая эффективность от использования методов прогнозирования технологичности изделий
Общие выводы по работе 137
Список использованных источников
- Анализ методов прогнозирования целесообразности выпуска промышленных изделий
- Формализация информации о конструкции новой модели
- Разработка требований обеспечения технологичности швейно-трикотажных изделий
- Разработка состава и структуры базы данных подсистемы автоматизированного прогнозирования
Введение к работе
Рынок одежды - это рынок, наиболее остро реагирующий на изменение моды и характеризующийся коротким жизненным циклом швейных изделий по сравнению с другими промышленными изделиями. В условиях жесткой конкуренции промышленные и торгово-промышленные предприятия вынуждены финансировать новые конструкторские и технологические разработки за счет своей собственной прибыли. Затраты на разработку коллекций увеличиваются при наращивании темпов сменяемости ассортимента и материалов, усложнении изделий, а также при росте требований со стороны потребителя к их качеству. В связи с этим актуальным становится совершенствования технологических процессов в течение всего жизненного цикла изделий, и, в первую очередь, на стадии эскизного проекта.
Образование новых форм деятельности предприятий и изменение географии производства одежды потребовало изменения характера разработки коллекций. Задачей торгово-промышленных компаний, работающих по принципу дизайн-студий, является разработка технического задания и дизайна новых коллекций, при этом конструкторско-технологическая подготовка производства может быть организована на базе этой компании или другого промышленного предприятия в нашей стране и за рубежом. Опыт работы таких предприятий показывает, что после выполнения конструкторско-технологической подготовки и изготовления образцов новых моделей из коллекции исключается до 30% моделей по причине их нетехнологичности и нерентабельности. С целью сокращения затрат на разработку нерентабельных моделей актуальной становится разработка механизмов прогнозирования технологичности новых моделей на стадии их эскизного проекта . Технологичность модели одежды характеризуется быстротой, удобством и качеством ее изготовления в промышленных условиях и оценивается трудоемкостью, материалоемкостью, и технологической себестоимостью готового изделия.
Прогноз - это важное связующее звено между теорией и практикой и, в то же время, это основа планирования производства. В настоящее время на швейно-
трикотажных предприятиях прогнозирование и планирование производства
осуществляют по показателям моделей-аналогов. Задача усложняется в случае отсутствия производственного аналога, когда приходится разрабатывать новый технологический процесс и рассчитывать технико-экономические показатели. Без четко отлаженного механизма оперативного прогнозирования затрат на производство новой продукции фирма практически не может претендовать на успех, поэтому важнейшей задачей для любого производителя становится выработка механизма прогнозирования затрат, связанных с выпуском новой продукции, пользующейся спросом у потребителей.
Отсутствие необходимых теоретических и методических разработок по проблеме прогнозирования технологичности швейно-трикотажных изделий в условиях ограниченности исходных данных, а также практическая значимость решения этой проблемы обуславливают необходимость проведения научно-исследовательской работы.
Целью работы является разработка метода автоматизированного прогнозирования технологичности швейно-трикотажных изделий, позволяющего оценить целесообразность и эффективность производства новых моделей на стадии технического эскиза модели. Для реализации этой цели в работе поставлены следующие задачи:
провести анализ существующих методов и методик прогнозирования трудоемкости и технологичности швейных изделий и рассмотреть возможности их использования в условиях САПР;
разработать модель и описание объекта прогнозирования и ее взаимосвязь с внешней средой прогноза;
провести анализ факторов, влияющих на технологичность швейно-трикотажных изделий;
разработать требования к технологичности швейно-трикотажных изделий для проведения ее качественной оценки;
разработать метод прогнозирования трудоемкости на основе сложности швейно-трикотажных изделий;
разработать метод определения материалоемкости новой модели;
разработать алгоритмы формирования базы данных подсистемы прогнозирования технологичности швейно-трикотажных изделий;
разработать автоматизированный метод прогнозирования технологичности изделий в системе САПР
Объектом исследования является технологический процесс проектирования и изготовления новых швейно-трикотажных моделей.
Предметом исследования является швейно-трикотажное изделие, представленное в виде технического эскиза.
Методы исследования.
В работе использованы общенаучные методы и приемы исследований: теория алгоритмизации и программирования, методы экспертных оценок, корреляционно-регрессионный анализ, методы видовых отношений и структурных аналогий, системно-структурный анализ, теория принятия решений, теория сложности объектов и теория построения прогнозирующих систем, а также практические и теоретические достижения в области проектирования одежды и материаловедения швейного производства.
В процессе исследования изучены научные труды в области прогнозирования трудоемкости и материалоемкости изделий в различных отраслях промышленности, основные положения теории сложности и ее прикладное значение, изучены методы проектирования швейно-трикотажных изделий.
Экспериментальные и теоретические исследования проведены в лабораториях кафедры технологии швейного производства МГУДТ, в экспериментальных и швейных цехах предприятий г. Москвы.
Научная новизна заключается в разработке автоматизированного метода прогнозирования технологичности швейно-трикотажного изделия, позволяющего оценить целесообразность и эффективность внедрения в производство новых моделей на этапе эскизного проектирования новой коллекции.
В работе решены следующие задачи, определяющие научную новизну исследования:
установлены зависимости показателя сложности швейно-трикотажного из
делия от конструкции, технологии и факторов материалов;
определены закономерности изменения показателя трудоемкости изделия от сложности по видам швейно-трикотажных изделий;
установлены зависимости влияния показателей конструкции изделия на его материалоемкость;
разработаны состав и структура информации для прогнозирования технологичности швейно-трикотажных изделий;
разработан аналитический метод комплексной оценки целесообразности выпуска новых моделей одежды;
разработана информационная среда процесса прогнозирования технологии швейно-трикотажных изделий;
разработан метод автоматизированного прогнозирования технологичности швейно-трикотажных изделий.
Практическая значимость работы заключается в:
разработке методики комплексной оценки целесообразности выпуска новых моделей швейно-трикотажных изделий;
разработке информационного обеспечения процесса прогнозирования и проектирования технологии швейно-трикотажных моделей;
разработке методики автоматизированного прогнозирования технологичности новой модели в условиях ограниченности исходных данных, позволяющей интенсифицировать процесс проектирования технологии изделий и прогнозировать значения показателей, определяющих объем выпуска продукции и ритмичность производства;
Апробация и реализация результатов работы. Результаты работы получили положительную оценку на международной научно-практической конференции (г. Орел, декабрь 2001), докладывалась на заседании кафедры ТШП МГУДТ. Реализация осуществлена в условиях экспериментального производства Совместного Российско-Германского предприятия «Панинтер» в 2003 г.
Публикации Основные результаты исследований, выполненных в настоящей диссертации, опубликованы в четырех печатных работах.
Анализ методов прогнозирования целесообразности выпуска промышленных изделий
Прогноз - это научно обоснованное суждение о возможных состояниях объекта в будущем, альтернативных путях и сроках их осуществления. В прогнозировании большое значение имеет выбранный прием и метод. Приемом прогнозирования называется одна или несколько математических или логических операций, направленных на получение конкретного результата. Методом прогнозирования является способ исследования объекта, направленный на разработку прогноза. Совокупность специальных правил, приемов и методов составляет методику прогнозирования. [7]
Авторами работы [17,18] сделана попытка классификации современных методов, в результате которой по признаку информационного основания выделены следующие классы: фактографические методы, базирующиеся на фактически имеющемся информационном материале об объекте прогнозирования и его прошлом развитии; экспертные, основанные на информации, которую поставляют специалисты-эксперты в процессе систематизированных процедур; комбинированные со смешанной информационной основой, в которых в качестве первичной используется фактографическая и экспертная информация.
Фактографические методы подразделяются на статистические, аналогий и опережающие. Статистические методы объединяют совокупность методов обработки количественной информации об объекте прогнозирования по принципу выявления содержащихся в ней математических закономерностей развития и математических взаимосвязей характеристик с целью получения прогнозных моделей. Методы аналогий направлены на то, чтобы выявить сходство в закономерностях развития различных процессов и на этом основании производить прогнозы. Опережающие методы строятся на определенных принципах специальной обработки научно-технической информации. Экспертные методы разделяются на прямые и с обратной связью. Прямые экспертные оценки строятся по принципу получения и обработки независимого обобщенного мнения коллектива экспертов при отсутствии воздействия на мнение каждого эксперта мнения другого эксперта. Экспертные оценки с обратной связью в том или ином виде воплощают принцип обратной связи путем воздействия на оценку экспертной группы мнением, полученным ранее от этой группы или одного из ее экспертов.
Главным недостатком существующих классификаций методов прогнозирования является то, что они носят скорее теоретический, чем практический характер, поскольку они почти не дают рекомендаций по поводу применения конкретного метода для прогнозирования конкретного объекта. При выборе того или иного метода прогнозирования необходимо принимать во внимание такие факторы, как цель прогноза, время его разработки, имеющиеся в очередь необходимо выполнить условие адекватности выбранного метода рассматриваемому объекту прогнозирования. Одним из существенных критериев, которым часто руководствуются при выборе того или иного метода прогнозирования, является полная стоимость прогноза, слагающаяся из затрат на его составление и цены ошибки прогноза [18].
К наиболее распространенным, применяемым на практике, методам прогнозирования относятся: экстраполяция, нормативные расчеты, интерполяция, экспертные оценки, методы аналогии, математическое моделирование. Выбор метода прогнозирования зависит от множества факторов: наличия данных; планируемого момента исполнения; желаемой точности прогноза; временных и стоимостных затрат на составление прогноза. В связи с этим авторы работы [14] предлагают следующую классификацию методов. В зависимости от периода времени выделяют: краткосрочные (до года), среднесрочные (год - три года), долгосрочные прогнозы (более 3-х лет). В зависимости от наличия исходных данных выделяют: качественные методы, основанные на мнении специалистов и, количественные, основанные на обработке числовых массивов данных. Качественные методы используют при отсутствии данных или когда количественная модель получается слишком дорогой. Эти методы базируются на экспертных оценках. Выделяют следующие качественные методы: Дельфийский метод (метод экспертных оценок), метод изучения рынка (модель ожидания потребителя), метод консенсуса («мозговой штурм»), метод мнения сбытовиков, метод исторической аналогии (используют данные модели-аналога).
Количественные методы в свою очередь подразделяются на каузальные (причинно-следственные) и методы анализа динамических рядов. Каузальные методы применяют тогда, когда искомое состояние зависит не только от времени, но и от нескольких переменных, то есть поиск математических зависимостей между этими переменными и составляет суть этих методов. Каузальные методы подразделяются на многомерные регрессионные модели, эконо-метрические модели, компьютерные имитации; методы математической аналогии и моделирования. Эти методы предполагают перенос знаний об одном предмете на другой. Такой перенос верен с определенной долей вероятности, так как сходство между явлениями редко бывает полным.
Совокупность наблюдений некоторого явления (показателя), упорядоченная в зависимости от последовательности значений другого явления (признака), называется динамическим рядом. [191 Динамические ряды, у которых в качестве признака упорядочения используется время, называют временными. Анализ временных рядов является способом выявления тенденций прошлого и продления их в будущее. Выделяют следующие виды этих методов: моментные временные ряды, интервальные временные ряды, метод подвижного (скользящего) среднего, метод экспоненциального сглаживания, метод проецирования тренда. [20]
Формализация информации о конструкции новой модели
Для разработки аналитического метода прогнозирования трудоемкости модели на основе определения ее сложности необходимо формализовать информацию о конструкции, технологии и материалах изделия. Предметом прогнозирования в данной работе является технический эскиз модели, который является основным носителем информации о конструктивно-композиционном решении будущей модели на этапе эскизного проекта новой коллекции. Для точности прогноза эскиз должен отвечать следующим требованиям: быть пропорциональным; с четко указанным количеством отделочных строчек, вида отделки и количества фурнитуры; с четко прорисованными членениями. Исследование предмета прогнозирования и формализация информации о нем являются основной задачей при разработке методики прогнозирования технологичности новой модели.
В результате исследования конструктивных факторов, влияющих на сложность изделия установлено, что наиболее значимыми являются коли чество деталей, габаритные размеры изделия, длина срезов отдельных деталей конструкции. Основываясь на положения теории системного анализа и теории построения прогнозируемых систем, швейно-трикотажное изделие в данной работе рассматривается как система, состоящая из элементов конструкции, к которым относятся все детали швейно-трикотажного изделия, участвующие в процессе обработки. Важной характеристикой конструкции будущей модели являются габаритные размеры основных деталей, то есть их максимальная ширина и длина. Таким образом, конструкция новой модели швейно-трикотажного изделия, представленная в виде технического эскиза может быть оценена двумя основными характеристиками: - количеством деталей и габаритными размерами изделия или его конструкции.
Для определения количества конструктивных элементов достаточно оценить технический эскиз модели, руководствуясь следующими структурными схемами конструкции плечевого и поясного изделия (Рисунки 10,11) и путем подсчета определить общее количество деталей, участвующих в обработке.
Согласно предложенным схемам изделие состоит из частей, которые в свою очередь формируются из деталей, количество которых влияет на сложность модели. Частью изделия называется завершенная в технологическом смысле часть конструкции изделия отвечающая ее базовому членению и составляющая элемент ее основной сборки (например, полочка, рукав, воротник и т.д.) [49]. Важно отметить, что для обеспечения быстроты прогноза мелкие детали, входящие в состав отдельных узлов можно не учитывать. Например, при определении количества деталей прорезного кармана, указанного на эскизе, достаточно учесть детали листочки (клапана) и определиться с типом кармана, не принимая в расчет количество таких мелких деталей, участвующих в обработке, как подзор, обтачки и т.д.
В мировой практике конструирования и моделирования одежды используются специальные шаблоны, которые обобщают теоретический материал и основаны на использовании закономерностей, установленных практикой конструирования одежды [50]. По аналогии с существующими, разработанный в данной работе шаблон предназначен для целей прогнозирования и представляет собой одновременно средство измерения и источник необходимой информации о пропорциях типовой фигуры, позволяющий определять габаритные размеры будущего изделия по его эскизу. Особенностью разработанного шаблона является наличие основных антропометрических уровней, рассчитанных согласно современной типологии женского населе ния и его согласованность со стандартом на типовую женскую фигуру II пол-нотной группы со следующими размерными признаками: рост- 164 см, обхват груди- 92 см, обхват бедер- 98 см [51]. Шаблон в наглядной форме представляет совокупность основных размерных признаков и их привязку к местам измерений фигуры человека (рисунок 12). Эта особенность особенно актуальна для прогнозирования параметров конструкции на этапе эскизного проекта.
Разработка требований обеспечения технологичности швейно-трикотажных изделий
Высокие темпы роста производства и реализации трикотажных и швейно-трикотажных изделий объясняются рядом преимуществ трикотажных изделий перед ткаными и технологией трикотажного производства перед технологией швейных изделий. Спецификой новых моделей трикотажной одежды, соответствующих последним тенденциям моды, в большинстве случаев является короткий жизненный цикл модели, который составляет 4-6 месяцев [6], при этом треть времени занимает процесс разработки новой модели. Другой особенностью швейно-трикотажных изделий и процесса их производства является сложная многовариантная структура как проектируемого изделия, так и процесса его изготовления, описываемая множеством конструктивно-технологических решений отдельных элементов изделия и их сочетаний. [56,57,58]
Информационным полем объекта прогнозирования технологичности швейно-трикотажных изделий является технология, то есть совокупность методов обработки деталей и узлов, информация о процессах проектирования и подготовительно-раскройного производства. В связи с этим для целей прогнозирования необходимо структурировать информацию о технологии и сформировать единую базу данных конструктивно-технологических решений деталей и узлов для всех ассортиментных групп изделий.
Разработанная ранее база данных методов обработки, основанная на принципах объектно-ориентированного подхода, предназначена для целей проектирования, при этом в качестве элементарной структурной единицы выбрана технологическая операция. [6,59,60,61]. Для целей прогнозирования, особенно когда важна скорость прогноза, такая детализация не приемлема. В результате анализа технологических последовательностей швейно-трикотажных моделей предложено в качестве технологических элементов рассматривать конструктивно-технологические решения деталей и узлов или конструктивно-технологические модули (КТМ) [49,61]. Например, при прогнозировании технологичности новой модели швейного изделия с воротником, КТМ «воротник», состоящий из двух деталей - верхнего и нижнего воротника, с технологической точки зрения должен быть рассмотрен как элемент, прошедший начальную обработку и соединение из деталей. Соответственно, при расчете укрупненных значений трудоемкости в процессе прогнозирования достаточно ограничиться значениями трудоемкостей узлов изделия.
С целью формирования структуры технологических решений деталей и узлов изделия и нормативной базы для целей прогнозирования в данной работе разработана укрупненная структурная схема проектирования технологии швейно-трикотажных изделий, в которой соблюдается ІфИНЦИП минимизации и достаточности информации для осуществления прогноза на этапе эскизного проекта нового изделия (Рисунок 20).
Согласно основным принципам системного и структурного анализа предложенная структура состоит из нескольких уровней, характеризующихся различной степенью детализации технологических решений, применяемых при проектировании технологии швейно-трикотажных изделий. Швейно-трикотажное изделие на нулевом уровне представляет собой готовое изделие, прошедшее все этапы технологической обработки. На первом уровне схемы проектирования технологии выделены пять основных этапов изготовления: конструкторско-технологическая подготовка производства (КТГШ), подготови
тельно-раскройное производство (ПРП), обработка, монтаж, окончательную отделка и упаковка. На втором уровне выделены конструктивно-технологические модули и их разновидности, из которых формируется изделие. В связи с тем, что структурная схема разработана для целей прогнозирования трудоемкости, то ее неотъемлемой частью являются значения тру-доемкостей КТМ. Следующий структурный уровень разработанной схемы состоит из совокупности значений трудоемкости, соответствующих выделенным на втором уровне КТМ [62,63]. Для целей прогнозирования значения трудоемкости КТМ рассчитаны для базового полотна и базовых размеров изделий, выделенных по частоте встречаемости в каждой ассортиментной группе изделий. Значения трудоемкости разработки коллекций и подготовительно-раскройных работ зависят от условий производства и вида ассортимента, поэтому при прогнозировании в условиях конкретного производства эти значения могут быть приняты условно-постоянными величинами.
Преимуществом предложенной структуры является возможность ее дополнения в случае появления принципиально новых конструктивно-технологических модулей и возможность перехода на другой более детализированный уровень технологии при проектировании модели. Таким образом, выходная информация процесса прогнозирования, описывающая технологию нового швейно-трикотажного изделия в виде набора конструктивно-технологических модулей может быть использована в качестве входной информации процесса проектирования. Такой подход обеспечивает единство информации при использовании систем автоматизированного проектирования и позволит разрабатывать подсистему прогнозирования в системе САПР.
Разработка состава и структуры базы данных подсистемы автоматизированного прогнозирования
Материалоемкость швейно-трикотажных изделий характеризуется расходом материальных ресурсов на изготовление единицы продукции и является основным критерием экономичности изделия. Как было установлено ранее ранее, прогнозировать величину межлекальных отходов в раскладках лекал деталей изделия и расход материала на единицу изделия, оценивая материалоемкость будущих изделий с помощью комплексной оценки экономичности, можно на этапе эскизного проекта [37]. Существующий подход к прогнозированию материалоемкости основан на определении относительно большого количества факторов, значения которых не всегда можно определить в условиях ограниченности исходных данных на начальных этапах проектирования. В данной работе предложен метод прогнозирования расхода материалов, позволяющий выявить неэкономичные модели и решить вопрос о целесообразности запуска таких моделей в производство на ранних этапах проектирования коллекций.
На материалоемкость изделий влияют десятки факторов такие как: длина изделия; отношение числа мелких деталей к общему числу деталей в изделии; комплектность раскладки; габариты деталей; длина раскладки лекал деталей изделия, см; наличие рукава реглан, полуреглан; настилание лицом вниз; количество швов в рукаве и т.д.[37,38,39] Учесть влияние всех этих факторов и тем более определить их значения на этапе эскизного проекта изделия практически невозможно, поэтому возникает необходимость в разработке экпресс-метода прогнозирования материалоемкости, учитывающего влияние относительно небольшого количества факторов. Особенностью разработанного метода является то, что при определении материалоемкости учитывается минимальное количество факторов, которые можно количественно оце нить в условиях ограниченности исходных данных. В результате проведенных исследований установлено, что наибольшее влияние на материалоемкость изделия оказывают такие факторы как комплектность раскладки, величина отходов, размеры и конфигурация деталей в раскладке и количество деталей в изделии (п. 2.2.).
С целью разработки метода определения материалоемкости трикотажного полотна, на первом этапе исследований проанализированы показатели раскладок, выполненных в промышленных условиях. На основании этого анализа установлено, что в условиях производства рациональными считаются двухкомплектные раскладки, при этом оптимальная величина отходов, включающая величину межлекальных выпадов, концевые остатки и прочие расходы в среднем составляет 25%.
На следующем этапе исследований по техническим эскизам моделей определены габаритные размеры основных деталей согласно предложенному в данной работе способу определения размеров изделия с использованием специального шаблона (п.2.2). Установлено, что для целей прогнозирования материалоемкости в зависимости от ассортиментной группы и силуэта изделия параметризация эскиза и измерение ширины и длины основных деталей должны проводиться согласно следующим правилам:
1) для изделий прилегающего и прямого силуэта - ширина деталей определяется путем их измерения в самом широком месте. Например, для коротких плечевых изделий с длиной по спинке - 40-55 см ширина переда или спинки должна быть измерена на уровне нижней части проймы, для изделий доходящих до линии бедер с длиной по спинке 60-120 см, ширину измеряют на уровне линии бедер;
2) для изделий трапециевидного силуэта ширина измеряется посередине трапеции (Рисунок 31). Ширина брюк измеряется по задней половинке брюк на уровне линии подъягодичной складки (Рисунок 32). Установлено, что к половине измерения общей ширины брюк по линии бедер, полученной путем измерения технического эскиза, условно надо прибавить 10 см. Длина брюк измеряется вдоль бокового шва;
3) для жакетов и плечевых изделий с рукавом необходимо дополнительно определить габаритные размеры рукава, то есть длину рукава от плечевой точки до линии низа рукава и его ширину в самом широком месте (на уровне нижней части оката рукава).
На следующем этапе разработки метода прогнозирования материалоемкости проведен укрупненный расчет площади основных лекал данного изделия. Сущность определения показателя площади лекал основных деталей изделия заключается в том, что основную деталь изделия вписывают в геометрическую фигуру - квадрат или прямоугольник с установленной длиной и шириной (Рисунок 31) и находят площадь этой фигуры, затем исходя из количества основных деталей и наличия рукавов, определяется их общая площадь. Например, ширина юбки прямого силуэта составила 52 см по линии бедер, при длине изделия 60 см (размеры соответствуют типовой фигуре женщины второй полнотной группы).
