Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние технологического процесса подготовки производства 8
1.1. Технологическая подготовка производства как система, ее структура и свойства 9
1.2. Методы проектирования технологических систем 14
1.3. Методы проектирования технологических процессов, их классификация 21
1.4. Имитационное моделирование в проектировании технологического процесса подготовки 30
Глава 2. Разработка метода определения сортности трикотажного полотна 34
2.1. Исследование существующей методики определения сортности 34
2.2. Разработка усовершенствованной классификации дефектов на основе их кодирования 36
2.3. Разработка структуры и состава информации баз данных 45
2.4. Разработка алгоритма определения сортности трикотажных полотен 48
2.5. Разработка методики определения сортности трикотажных полотен 54
Глава 3. Разработка метода прогнозирования эффективности подготовки трикотажа к раскрою 57
3.1. Анализ дефектности деталей кроя 57
3.2. Анализ факторов, влияющих на образование деталей с дефектами 62
3.3. Предпосылки создания метода прогнозирования раскроя с учетом сортности 66
3.4. Разработка структуры и состава информации базы данных 70
3.5. Разработка алгоритма процесса прогнозирования 73
3.6. Разработка методики прогнозирования результатов раскроя трикотажных полотен с учетом сортности 75
Глава 4. Разработка функциональной информационной технологии процесса подготовки трикотажа к раскрою 78
4.1. Предпосылки применения имитационного моделирования для проектирования технологических процессов 78
4.2. Исследование технологического процесса подготовки трикотажа к раскрою с применением имитационного моделирования 81
4.3. Разработка метода проектирования технологического процесса подготовки 86
4.4. Состав и структура информации, сопровождающей технологический процесс подготовки 89
4.5. Разработка обобщенной модели проектирования технологического процесса подготовки 103
4.6. Разработка методики проектирования 108
Глава 5. Производственная проверка применения метода проектирования 113
5.1. Анализ результатов проектирования процесса подготовки трикотажа к раскрою 113
5.2. Расчет экономической эффективности 118
Выводы и рекомендации 125
Список литературы 128
Приложения 138
- Методы проектирования технологических систем
- Разработка алгоритма определения сортности трикотажных полотен
- Состав и структура информации, сопровождающей технологический процесс подготовки
- Анализ результатов проектирования процесса подготовки трикотажа к раскрою
Методы проектирования технологических систем
Установлено, что самое трудное в любом проектировании - это преодоление сложностей поиска в обширном пространстве с миллионами возможных комбинаций отдельных узлов и деталей. При использовании традиционных способов для преодоления этого необъятного многообразия задачу решают по частям. При этом большинство комбинаций узлов и деталей исключается из рассмотрения и исследование ограничивается единственным, выбранным «на ощупь» набором компонентов, взаимоотношения которых можно выявить и изучить с помощью чертежа. Такой метод имеет ряд трудностей. Пространство, в котором приходится вести поиск новых систем, реализуемых на основе оригинальных изделий и узлов, слишком велико для упорядоченного обследования и слишком неизведанно для того, чтобы в нем могли разобраться люди, знания и опыт которых ограничивается рамками одной из существующих специальностей в области проектирования и планирования. Несомненно, что нужны проектировщики и организаторы широкого профиля, творческое мышление которых базировалась бы на глубоких теоретических и практических знаниях об изменениях на всех уровнях. Точно так же требуются новые методы, которые обеспечивали бы достойный объем информации для принятия решений на каждом из этих уровней. /32/
Одно из простейших и наиболее распространенных наблюдений относительно проектирования, на котором сходятся многие авторы, состоит в том, что проектирование включает в себя три основные стадии: анализ, синтез, оценку. Простыми словами эти три стадии можно определить соответственно как «расчленение задачи на части», «соединение частей по-новому», и «изучение последствий от практического внедрения нового устройства».
Эти три ступени можно назвать дивергенцией, трансформацией и конвергенцией. Термин дивергенция обозначает расширение границ проектной ситуации с целью обеспечения достаточно обширного и достаточно плодотворного пространства для поиска решений.
Цель дивергентного поиска заключается в том, чтобы перестроить или разрушить первоначальный вариант технического задания, выявив при этом те аспекты ситуации проектирования, которые позволяют получить ценные и осуществимые изменения. Проводить дивергентный поиск - это значит также с минимальными затратами и в кратчайшие сроки приобретать новый опыт, достаточный для того, чтобы противодействовать всем первоначально ошибочным установкам. Трансформация - это стадия, когда суждения о ценностях и технических возможностях объединяются в решения, которые должны отражать реальные политические, экономические и эксплуатационные аспекты ситуации проектирования. Из всего этого возникает общая концептуальная схема проектируемого объекта, которая кажется удачной, хотя это и нельзя доказать. Как указывал Мангейм, оптимального решения достичь невозможно - можно лишь провести оптимальный поиск. Невозможно обрести полную уверенность в том, что, то, что делается, в конечном итоге окажется «наилучшим». Создание концептуальной схемы в данном случае представляет собой творческий акт преобразования сложной задачи в простую путем изменения ее формы и принятия решения о том, что необходимо подчеркнуть, а чем можно пренебречь.
На этой же ступени задача расчленяется на подзадачи. Причем считается, что все подзадачи можно решать параллельно или последовательно и в значительной мере независимо друг от друга.
Конвергенция - стадия, которая наступает тогда, когда задача определена, переменные найдены, а цели установлены. Теперь необходимо шаг за шагом разрешать второстепенные противоречия до тех пор, пока из многих возможных альтернативных конструкций не останется одна -окончательное решение, которое и получит «путевку в жизнь». Цель конвергенции - сократить поле возможных вариантов до единственного избранного проекта с минимальными затратами времени и средств без необходимости совершать непредвиденные отступления. Это единственный аспект проектирования, который, видимо, до конца не поддается логическому анализу и который - по крайней мере в некоторых случаях -может быть целиком выполнен вычислительной машиной. /26/
В зависимости от степени абстракции приемы и средства делят на принципы, методы, способы и инструменты. Под методом понимается совокупность предписаний по решению класса задач. Вообще говоря, метод универсален, но может иметь различную степень конкретности в отношении решаемой задачи. Если метод полностью детерминирован и не позволяет дальнейшей дифференциации при решении конкретной задачи, его относят к классу способов. Принцип - это основополагающее правило действий или рассуждений при решении некоторой задачи. Он имеет наивысший уровень абстракции в отношении теоретических предписаний, которые им постулируются.
Проектирование представляет собой процесс составления описания, необходимого для создания несуществующего объекта на основе первичного описания этого объекта путем неоднократного преобразования первичного описания, устранения некорректностей и оптимизации с последовательным представлением описаний на различных языках.
Основными понятиями в технологии автоматизированного проектирования является проект, алгоритм и язык проектирования. Проектом называют структурированную совокупность документов, представляющих результат проектирования. Проектный документ - это регламентированная форма представления проектного решения, а проектное решение - это промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования. Алгоритмом проектирования называют совокупность правил, определяющих состав и последовательность выполнения проектных процедур и операций. В общем случае проектная процедура - это формализованная совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением. Процедуры делятся на операции - отдельные действия, необходимые для получения конкретного решения. /22/ Процесс проектирования, особенно крупных систем, в условиях большого количества порой противоречивых ограничений очень сложен. И все-таки высокая стоимость, низкое качество проектов, большие сроки разработки связаны прежде всего с некоторыми недостатками сложившейся практики создания АСУ ТП. К ним относятся, например, ориентация на неавтоматизированные методы работы: изоляция программирования от остальных работ по созданию АСУ ТП; недостаточная систематизация процесса проектирования систем в целом и прикладных программ, в частности; недостаток методик по выполнению отдельных видов работ и т.п.
Между тем, уже имеются отдельные подходы, которые позволяют в значительной мере улучшить существующую технологию промышленного производства изделий и обеспечивают существенное повышение производительности труда за счет улучшения качества проектов, сокращения стоимости и сроков создания АСУ ТП, в особенности программного обеспечения.
В промышленном производстве контроль качества составляет неотъемлемую часть технологического процесса. Здесь имеются как нормативные документы, регламентирующие качество изделий, так и методы и инструменты, позволяющие осуществлять контроль. Процессы изготовления и контроля промышленных изделий разделены по времени, месту и исполнителям. /22/ і
Разработка алгоритма определения сортности трикотажных полотен
Для обработки информации о полотне с помощью ЭВМ с целью определения сортности трикотажных полотен разработан алгоритм.
Под алгоритмом понимают точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведущий от варьируемых начальных данных к искомому результату. Алгоритм содержит конечную последовательность шагов или операций, однозначно определяющих процесс переработки исходных и промежуточных данных в искомые результаты. К изобразительным средствам описания алгоритма относятся следующие основные способы их представления: словесный (записи на естественном языке) и графический (изображение схем из графических символов). Для создания алгоритма исследован технологический процесс определения сортности трикотажных полотен. В результате чего разработана схема последовательности операций процесса (рис. 2.2 ) .
Алгоритм определения сортности трикотажных полотен представлен словесным описанием в виде функциональной схемы на рис.2.3. и графическом в виде блок-схемы (Приложение 3).
При разработке алгоритма автоматизированного технологического процесса определения сортности на основе результатов разбраковки трикотажного полотна использованы созданные базы данных.
На первом этапе реализации алгоритма в диалоговом режиме осуществляется ввод исходной информации о полотне: тип полотна, сырьевой состав, окраска, волокнистый состав. На основе этих данных формируется начальная часть кода дефекта (первые четыре позиции), анализ которой позволят вывести на экран дисплея перечень возможных дефектов, характерных для данного вида полотна.
Далее осуществляется ввод информации, полученной в процессе разбраковки: вид дефекта, обнаруженного на полотне, его размер и месторасположение.
На основе этих данных формируется одномерный массив, представленный совокупностью координат дефектов по длине куска полотна. Эта информация необходима для расчета расстояний между дефектами при определении сортности полотна.
Далее определяется принадлежность дефекта к какому-либо из сортов. Для этого фактические данные о размере дефекта сравнивают с допустимыми характеристиками дефектов, указанными в предварительно созданной базе данных.
На основе полученных результатов формируется одномерный массив принадлежности дефектов к полотну какого-либо сорта (Сп). Эта информация используется в процессе определения сортности условного участка трикотажного полотна.
На втором этапе, используя данные о ширине полотна, определяется длина условного участка полотна площадью в один квадратный метр.
Далее рассчитывается количество условных участков во всем куске и оценивается наличие или отсутствие в каждом из них каких-либо дефектов. Для этого выполняется сравнительный анализ значения координаты дефекта по длине и расстояние его от предыдущего дефекта с длиной условного участка. При этом из общего количества условных участков определяется количество бездефектных участков.
На следующем этапе оценивается сортность каждого условного участка. В зависимости от количества дефектов и их принадлежности к полотну II или III сорта программа обращается к базе данных, где в каждой ячейке памяти хранится информация о количестве полотна II и III сорта. Исходной информацией при обращении к базе данных является принадлежность дефектов к полотну какого-либо сорта и расстояние между ними. В случае обнаружения на условном участке только одного дефекта какого-либо сорта, из первых двух, то полотну присваивается тот же сорт. При наличии дефекта третьего сорта, полотно площадью 0,25 кв. м. относится к третьему сорту. .
Если на условном участке обнаружено два или три дефекта, то идет обращение к базе данных и определяется соответствующий сорт полотна. При наличии дефектов больше трех, запрашиваются данные о наличии дефектов II или III сорта, при этом происходит суммирование дефектов второго сорта. Если на площади 1 кв. м. нет дефектов II или III сорта, а лишь первого, то полотну на этом участке присваивается второй сорт. В случае обнаружения на этом участке дефектов I или II сорта полотну присваивается второй сорт, если дефектов второго сорта меньше трех, в противном случае полотну присваивается третий сорт.
Если количество дефектов на площади 1 кв. м. больше трех и среди них есть дефект третьего сорта, то определяется качество каждого участка полотна площадью 0,25 кв. м. Для этого суммируются расстояния между последующими и предыдущими дефектами (D) и сравниваются с длиной участка полотна площадью 0,25 кв. м. Если расстояние меньше длины, то происходит суммирование дефектов на этом участке полотна (W). В противном случае машина выходит из цикла и сравнивает количество дефектов. Если оно больше четырех, то участку полотна присваивается третий сорт, в ином случае - машина обращается к базе данных.
После того, как определен сорт каждого условного участка куска полотна, полученные данные суммируются. В результате определяется площадь куска полотна I, II или III сорта. После определения сортности всех условных участков куска полотна, вводится показатель поверхностной плотности трикотажа. На основе этих данных и полученных результатов работы программы рассчитывается масса куска I, II или III сорта.
Таким образом создан алгоритм выполнения операций процесса определения сортности трикотажных полотен, который входит в математическое обеспечение исследуемого процесса как инструмент для последующей разработки программного обеспечения данного процесса.
Состав и структура информации, сопровождающей технологический процесс подготовки
Для оптимизации ТГШ трикотажа к раскрою была исследована информация, сопровождающая процесс; рассмотрен ее состав и структура на отдельных этапах технологических процессов.
Исходная информация для любого рода исследований вводится с унифицированных документов или запрашивается из специально организованных комплексов накопления, хранения и выдачи данных -банков данных.
Результаты исследований выдаются в виде документов, содержащих производственные программы, планы загрузки, данные о готовой продукции и т.д. Все эти сведения необходимы для управления работой системы и непосредственного принятия решений руководящими структурами предприятия.
В работе в качестве объекта управления рассматривается технологический процесс подготовки трикотажа к раскрою. Системный анализ показал, что характеристиками этого процесса могут выступать его состав и структура. Вся структура технологического процесса представлена в виде составляющих:
временной;
функциональной;
пространственной.
Временная составляющая была определена как состав и последовательность элементов технологических процессов на каждом этапе подготовки к раскрою.
Следующая составляющая структуры ТПП - функциональная. Она представляет собой порядок преобразования процесса из одного состояния в другое.
Пространственную составляющую структуры характеризуют размерные и точностные связи между процессами. /
Так, на основе исследования с применения микроэлементного анализа технологический процесс разбраковки трикотажного полотна представлен в виде десяти последовательных операций. Технологические приемы, составляющие каждую операцию представляют собой совокупность микроэлементов. Например, операция 2 «Заправить полотно в машину» состоит из семи приемов:
2.1. Заправить полотно между роликами.
2.2. Подойти к пульту машины.
2.3. Включить машину.
2.4. Подача полотна к экрану.
2.5. Выключить машину.
2.6. Заправить полотно на экран.
2.7. Протянуть полотно между направляющими роликами.
Прием 2.1. «Заправить полотно между роликами» включает в себя пять микроэлементов:
2.1.1. Отмотать от рулона некоторое количество ткани.
2.1.2. Выпрямиться.
2.1.3. Вытянуть руки с тканью вверх.
2.1.4. Заправить ткань между роликами.
2.1.5. Опустить руки.
Прием 2.2 «Подойти к пульту машины» включает в себя один микроэлемент:
2.2.1. Подойти к пульту машины. Прием 2.3. «Включить машину» состоит из трех микроэлементов:
2.3.1. Протянуть руку к кнопке.
2.3.2. Нажать на кнопку.
2.3.3. Убрать руку с кнопки.
Прием 2.4. «Подача полотна к экрану» включает в себя один микроэлемент:
2.4.1. Работа машины.
Прием 2.5. «Включить машину» состоит из трех микроэлементов:
2.5.1. Протянуть руку к кнопке.
2.5.2. Нажать на кнопку включения машины.
2.5.3. Убрать руку с кнопки.
Прием 2.6. «Заправить полотно на экран» включает в себя четыре микроэлемента:
2.6.1. Протянуть руку к полотну.
2.6.2. Взять полотно.
2.6.3. Надеть на экран.
2.6.4. Протянуть полотно на экрану к направляющим валикам.
Прием 2.7. «Протянуть полотно между направляющими валиками» состоит из двух микроэлементов:
2.7.1. Заправить полотно между направляющими валиками.
2.7.2. Выпрямиться.
Подробный состав каждой технологической операции представлен в приложении 14. В ней также указаны затраты времени, необходимые оператору для выполнения технологических приемов.
На основании вышеизложенной информации построены структурные схемы каждой конкретной операции, которые дают наиболее наглядное представление о построении как самого технологического процесса разбраковки, так и его составных частей - операций. Структурные схемы показывают состав каждой операции во временном выражении (Приложение 15).
Первый уровень каждой схемы содержит наименование технологической операции.
На втором уровне представлены в виде функции Yy = f (Xi, Х2, Х3, ....Хп) трудоемкость выполнения конкретного приема. где і - номер операции; j - номер приема. Хь Х2, Хз, ..., Хп - факторы, влияющие на трудоемкость выполнения приема, входящего в состав технологической операции.
На следующем уровне представлена трудоемкость выполнения приема в числовом выражении, которую в общем виде можно представить как Тц-.
На заключительном уровне указана трудоемкость выполнения всей технологической операции ТІ, где і изменяется от 1 до 10.
Рассмотрим на примере прочтение второй структурной схемы.
Анализ результатов проектирования процесса подготовки трикотажа к раскрою
Разработанная методика проектирования технологического процесса подготовки трикотажа к раскрою апробирована в производственных условиях трикотажно-швейного предприятия ОАО «Косино».
Производственная проверка проводилась при выпуске моделей №3246 женского ассортимента. Согласно решению, принятому на художественном совете предприятия, модели № 3246 женского ассортимента рекомендуются выполнять из трикотажных полотен (артикул 277).
Экспериментальные исследования проводились поэтапно. На первом этапе осуществлялась разбраковка 78 кусков трикотажного полотна.
В ходе выполнения разбраковки каждого куска определено месторасположение дефектов. Координаты дефекта по длине определялись относительно начала координат, где за начало координат принималось начало куска трикотажного полотна. При имитационном моделировании каждого куска в качестве оси X выбраны петельные столбики, а в качестве оси У - петельные ряды.
В процессе разбраковки одинарного поперечновязального полотна из шерстяной ткани обнаружены следующие дефекты:
утолщения от неровности пряжи по толщине - 4 дефекта;
провязывание загрязненной нити - 2 дефекта;
прорыв - 3 дефекта.
Вся информация об обнаруженных дефектах представлялась в виде исходной информации в табличной форме (табл. 5.1.).
Далее в диалоговом режиме осуществлялся ввод данных. На экране появлялись вопросы о виде полотна, его сырьевом и волокнистом составе, а также о цвете полотна. Эта информация необходима для определения начального вида кода дефекта XYZ.
При этом вопросы на экране дисплея появлялись с возможными ответами в закодированном виде с расшифровкой каждой позиции:
Затем определялась принадлежность дефектов к полотну какого-либо сорта на основе результатов сравнения фактических размеров дефектов (табл. 5.2.) с допустимыми (Приложение 1). В результате на исследуемом куске полотна обнаружены 4 дефекта по названием «Утонения и утолщения от неравноты пряжи по толщине». Размер первого дефекта - 1 см, что больше допустимого показателя для первого сорта, но меньше показателя второго сорта, поэтому дефекта был отнесен к полотну второго сорта.
Размер второго дефекта - 0,4 см, что при сравнении с допустимыми значениями позволяет отнести его к полотну первого сорта.
Размер третьего дефекта - 1,5 см., что больше допустимого показателя для первого сорта, но меньше показателя второго сорта, поэтому дефекта был отнесен к полотну второго сорта.
Размер четвертого дефекта - 1 см, что больше допустимого показателя для первого сорта, но меньше показателя второго сорта, поэтому дефекта был отнесен к полотну второго сорта.
Аналогично определяли принадлежность всех обнаруженных дефектов исследуемого полотна к полотну какого-либо сорта. В результате был получен одномерный массив сортности дефектов данного куска (табл. 5.3.).
Далее согласно разработанного алгоритма определения сортности в автоматическом режиме определили длину условного участка полотна площадью один кв. метр и оценили сортность каждого условного участка. Затем рассчитывались суммарные величины площади куска полотна каждого сорта. Используя величину поверхностной плотности определили количество полотна каждого сорта в единицах массы.
Разбраковывалось 10 кг полотна:
8,878 кг -1 сорта;
1,056 кг - II сорта;
0,066 кг - III сорта.
На следующем этапе проектирования применялась методика прогнозирования результатов раскроя с учетом сортности с использованием раскладки моделей рекомендуемого к производству ассортимента и информацию о куске трикотажного полотна, осуществлялось моделирование длин кусков на заданные длины настилов.
Данный этап работы завершается формированием таблицы прогноза результатов раскроя трикотажного полотна (Приложение 9). Фактические результаты раскроя трикотажных полотен представлены в приложении 19.
Предыдущих три этапа являются локальными решениями задач, а четвертый этап - это обобщенное решение всей задачи проектирования ТПП. В случае дополнения существующей модели всего процесса новыми моделями отдельных этапов технологических процессов при помощи имитационного моделирования рассматривают варианты модели всего процесса и оценивают их достоинства и недостатки. После этого выполняют структурно-логическое моделирование ТПП трикотажа к раскрою на интеллектуальном уровне и определяют оптимальную модель, которая позволяет решить следующие задачи: сформировать последовательность выполняемых операций процесса;
определить трудоемкость технологического процесса подготовки трикотажа к раскрою и его отдельных технологических операций;
определить влияние информации с одного отдельного этапа технологического процесса на другие.
Заключительным этапом методики проектирования является разработка проекта технологического процесса подготовки трикотажа к раскрою с учетом сортности. На этом этапе решаются задачи по созданию нормативно-технической документации, представляющей собой задание на раскрой.
Применение разработанной методики позволит не только проектировать технологический процесс подготовки трикотажа к раскрою с учетом сортности, но и управлять этим процессом. С этой целью была разработана методика реагирования инженера-технолога на изменения действующего процесса. Сущность методики заключается в своевременном обнаружении нарушений хода процесса и определении путей их устранения.
Апробация предлагаемой методики проектирования процесса подготовки трикотажа к раскрою с учетом сортности с использованием прикладной программы, написанной на языке программирования СИ++ (Приложение 20), позволила рекомендовать методику к промышленному использованию.