Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитическое описание процесса формования, современное состояние и тенденции развития 10
1.1. Классификации способов формования заготовок верха обуви 10
1.2. Формоустойчивость системы материалов 23
1.3. Обтяжно-затяжной способ формования заготовок верха обуви, управление деформационными процессами при формовании на колодке 26
1.4. Способ обтяжно-вытяжного формования и его особенности 36
1.5. Численные методы описания деформаций заготовки верха обуви при формовании 44
ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ 49
ГЛАВА 2. Описание поведения формуемых материалов на основе реологического моделирования 51
2.1. Эволюция обобщенных реологических моделей, описывающих поведение полимерных материалов с упруго-вязко— пластическими свойствами 52
2.1.1. Базовые элементы реологии 52
2.1.2. Объединенная четырехпараметрическая механическая модель 54
2.1.3. Обобщенная трехкомпонентная модель Кельвина-Фойгта ..55
2.1.4. Уравнение Кольрауша 57
2.1.5. Обобщенное линейное тело 58
2.1.6. Реологическая модель кожи Зыбина-Шестаковой 59
2.1.7. Подход к созданию обобщенной модели кожеподобного материала 61
2.2. Экспериментальные исследования свойств материалов на
основе метода релаксационной спектрометрии 64
2.2.1. Структура графоаналитической системы моделирования свойств объекта на базе метода релаксационной спектрометрии 64
2.2.2. Исследование свойств кожи при растяжении 74
2.2.3. Исследование свойств типовых пакетов обувных материалов при растяжении 78
2.2.4. Графо-спектрометрический метод определения формовочных свойств кожеподобных материалов и их пакетов 81
Выводы по второй главе 92
Глава 3. Моделирование элементов технологической среды и прогнозирование функционирования технологического процесса формования 94
3.1. Основы моделирования элементов технологической среды 94
3.2. Моделирование методом Монте-Карло 99
3.3. Моделирование процесса формования с использованием расплывчатых категорий. Система 4М 103
3.4. Компьютерный аппарат оценки стабильности технологических операций 111
3.4.1. Метод оценки стабильности технологической операции формования 111
3.4.2. Математический аппарат генератора коэффициента стабильности MCG-Stability 113
3.4.3. Компьютерный генератор значений коэффициента стабильности MCG-Stability 114
3.5. Исследование стабильности выполнения операции обтяжно-
вытяжного формования носочной части заготовок в системе 4М 118
3.5.1. При переменном человеческом факторе 119
3.5.2. При переменном факторе объекта обработки 124
3.5.3. При переменном инструментальном факторе 131
3.5.4. При переменном факторе среды взаимодействия 134
3.6. Прогнозирование технологического процесса формования.
Интеллектуальная компьютерная среда TPF-System 137
3.7. Порядок и примеры работы компьютерной среды TPF-System 143
Выводы по третьей главе 153
ГЛАВА 4. Исследование и моделирование обтяжно- вытяжного способа формования 155
4.1. Взаимосвязь конструкторской, технологической и экономической составляющих при разработке моделей, формуемых обтяжно-вытяжным способом 155
4.1.1. Сущность системного подхода к исследованию процесса формования заготовок верха обуви 156
4.1.2. Особенности проектирования деталей верха обуви строчечно-литьевого метода крепления (беззатяжного способа формования) 158
4.1.3. Выбор оптимальной стратегии проектирования верха обуви с возможностью формования обтяжно-вытяжным способом 161
4.2. Разработка оснастки машин для формования обтяжно-вытяжным способом 166
4.2.1. Общая характеристика силового взаимодействия при формовании носочной части заготовок верха обуви обтяжно-вытяжным способом 166
4.2.2. Геометрическое моделирование элементов оснастки. Технологические требования к конструкции пуансона 171
4.2.3. Выбор оптимальной конструкции и принципа работы исполнительных рабочих органов машины обтяжно-вытяжного формования заготовок верха обуви 176
4.2.4. Разработка методик проектирования оснастки машин для основного и предварительного формования носочной и пяточной частей заготовок верха обуви 181
4.2.4.1. Методика проектирования шаблонов оснастки машин для
затяжки носочно-пучковой части типа 63/630...фирмы SchonlSl
4.2.4.2. Методика проектирования оснастки машин обтяжно-вытяжного формования 183
4.2.4.3. Методика проектирования пяточных пуансонов машин типа 1002 фирмы Schon и FFS 6 К фирмы Leibrock 186
4.2.5. Компьютерная методика проектирования шаблонов оснастки обтяжно-вытяжного оборудования 188
4.2.6. Интерфейс и порядок работы в компьютерной программе проектирования шаблонов оснастки MOULD 192
4.3. Компьютеризированный комплекс исследования и моделирования кинематики процесса формования обтяжно-вытяжным способом Researcher 195
4.3.1. Конфигурация компьютерной системы Researcher 195
4.3.2. Интерфейс и порядок работы в программе Researcher 200
4.4. Получение экспериментальных зависимостей перемещения ИРО во времени при формовании заготовок верха обуви обтяжно-вытяжным способом 202
4.4.1. Параметры объекта обработки 202
4.4.2. Получение и первичная обработка данных в программе Researcher 204
4.4.3. Графоаналитическая обработка экспериментальных данных посредством ЛР/-аппроксиматор 209
4.4.4. Графоаналитическая обработка экспериментальных данных посредством ЛЯРІ-статистика 213
Выводы по четвертой главе 218
Выводы по работе 220
Список литературы
- Обтяжно-затяжной способ формования заготовок верха обуви, управление деформационными процессами при формовании на колодке
- Обобщенная трехкомпонентная модель Кельвина-Фойгта
- Моделирование процесса формования с использованием расплывчатых категорий. Система 4М
- Выбор оптимальной стратегии проектирования верха обуви с возможностью формования обтяжно-вытяжным способом
Введение к работе
Актуальность исследования. Свойства материалов, подвергаемых механическому воздействию при выполнении различных технологических операций в производстве обуви и кожгалантерейных изделий, до последнего времени изучались с ориентацией на традиционно установившуюся практику исследований. Основные ее принципы, представления и закономерности заимствованы из таких научных дисциплин, как общее материаловедение и сопротивление материалов. Из этих же дисциплин, кроме методологии, была перенесена и номенклатура исследуемых свойств, в составе которой чаще всего находятся: сопротивление условно упругих материалов разрыву, сжатию, изгибу. Поэтому данные, характеризующие эти свойства материалов изделий из кожи, далеко не всегда находят применение для описания реального технологического процесса, управления и его прогнозирования. Ввиду сложности определения и верной интерпретации показателей свойств упруго-вязких материалов, а также специфичности реальных производственных процессов, затруднено эффективное использование полученных данных для установления закономерностей этих процессов и аналитического их представления.
Следовательно, важнейшей задачей для такой науки как технология изделий из кожи является направление, которое сводится к исследованию свойств материалов применительно к технологии изготовления изделий из них с целью оптимизации управления процессами взаимодействия исполнительных рабочих органов оборудования с объектами обработки.
Управление процессом формования, определяющим потребительские характеристики готовой обуви, представляется возможным лишь при выявлении качественной и количественной связи между всеми элементами производственной среды. В результате появляются новые возможности по сокращению материальных, энергетических и трудовых затрат. Кроме того, ввиду быстрого развития электронно-вычислительной техники, программного обеспечения, численных методов, а также совершенствования методов экспериментальных исследований значительно расширились возможности получения графоаналити-
ческого описания и моделей технологических операций процесса производства обуви, позволяющие еще на этапе проектирования изделия и внедрения (апробации технологии) спрогнозировать осуществление реального процесса при массовом запуске, избежав при этом дополнительных затрат.
Объектом исследования является процесс механического деформирования материалов с упруго-вязкими свойствами, применяемых для изготовления обуви и кожгалантерейных изделий. Предметом исследования являются технологические операции формования деталей и полуфабрикатов изделий из кожи обтяжно-вытяжным способом.
Работа выполнялась в рамках научно-технических исследований кафедры технологии изделий из кожи Московского государственного университета дизайна и технологии по проблеме «Развитие научных основ конструирования и технологии производства швейных изделий и изделий из кожи с применением информационных систем и новых материалов».
Целью диссертационной работы является повышение качества выполнения операций формования обтяжно-вытяжным способом на основе прогнозирования процесса и совершенствования оснастки.
Для реализации цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
изучен и обобщен имеющийся отечественный и зарубежный опыт по исследованию процесса формования деталей и полуфабрикатов изделий из кожи;
дана трактовка основных факторов, оказывающих определяющее влияние на процесс формования механическим деформированием и обусловливающих его физическую сущность, виды, ход и технологию исполнения, итоги проведения;
разработан графо-спектрометрический метод определения формовочных свойств волокнисто-сетчатых материалов и их пакетов;
разработаны методики, выбраны и созданы рациональные средства проведения экспериментальных исследований процесса формования;
разработаны компьютерные программы обработки эмпирических дан-
ных (комплекс ASPT);
раскрыта сущность моделирования системы 4М (material, machine, medium, man - материал, оборудование, среда, оператор) обувного производства с использованием расплывчатых категорий;
разработано и апробировано программное обеспечение статистического моделирования технологических операций формования в системе 4М (MCG-Stability);
создана программная среда прогнозирования осуществления технологических операций формования в системе 4М (TPF-System);
разработана и апробирована программа проектирования шаблонов оснастки для формования обтяжно-вытяжным способом (MOULD)',
разработано и апробировано программное обеспечение исследования кинематики процесса формования обтяжно-вытяжным способом (компьютерная установка и программа Researcher);
проведены эмпирические исследования по отдельным аспектам процесса формования (получение, графоаналитическая и статистическая обработка' и анализ результатов экспериментов);
обобщены результаты исследований и сформулированы научно-практические основы исследования и моделирования процессов взаимодействия обувных материалов с рабочими органами оборудования, разработаны рекомендации по оптимизации технологических операций, связанных с формованием материалов с упруго-вязкими свойствами.
Методы исследования. Исследования построены на комплексном подходе к анализу технологических операций формования механическим деформированием. В ходе выполнения работы использованы методы системного анализа, имитационного моделирования, нечеткой логики, объектно-ориентированного программирования, теоретические и практические основы реологии, материаловедения, конструирования и технологии изделий из кожи.
Технические средства решения задач. Использованы следующие технические средства решения задач:
ПК и периферийное оборудование (оптический датчик);
установка «Relax»;
технологические машины ЗАО МОФ «Парижская коммуна»: САЫ SV-DW-F2 (фирмы Schon), ALFA 82-2Н (фирмы Meccanicd).
Научная новизна работы заключается в:
выявлении особенностей обтяжно-вытяжного способа формования;
разработке методики проектирования шаблонов оснастки машины для затяжки носочно-пучковой части;
разработке методики проектирования оснастки машин обтяжно-вытяжного формования;
разработке методики проектирования пяточных пуансонов;
разработке методики применения стандартных периферийных компьютерных устройств для исследования кинематики процесса формования;
разработке системы 4М для управления процессом формования;
разработке экспертной системы прогнозирования технологического процесса формования (СПТП-Ф), использующей элементы ' і .--имитационного моделирования в системе 4М;
получении аналитической зависимости падения скорости перемещения пуансона при обтяжно-вытяжном способе формования заготовки верха обуви.
Практическая значимость работы заключается в разработке методик проектирования оснастки: на машины САЫ SV-DW-F2 фирмы Schon, ALFA 82-2Н фирмы Meccanica (обтяжно-вытяжной способ формования носочной части заготовок), машины типа 63/630... фирмы Schon (обтяжно-затяжной способ формования носочной части заготовок), машины типа 1002 фирмы Schon и FFS 6 К фирмы Leibrock (предварительное формование пяточной части заготовок), обеспечивающие качественное выполнение операций основного и предварительного формования, исключая дополнительную подгонку оснастки; графо-спектрометрического способа качественной и количественной оценки деформационных свойств пакетов материалов по участкам заготовки, который, в ча-
стности, позволяет выбрать материал низкой ценовой группы, со свойствами, приближенными к свойствам эталонного; интеллектуальной среды TPF-System, сравнение которой с реально функционирующим производственным процессом показало идентичность значений выходных параметров при одинаковых входных, следовательно данная экспертная система может быть использована для прогнозирования реального производственного процесса.
Результаты работы и их реализация. В работе получены новые научно-практические сведения о процессе и технологических операциях механического формования обтяжно-вытяжным способом. Разработаны:
- следующее программное обеспечение:
- компьютеризированная система исследования кинематики процесса формования обтяжно-вытяжным способом на машине CALISV-DW—F2 в производственных условиях (совместно с Е.В. Литвиным).
Полученные результаты исследования системы «формующие ИРО + заготовка верха обуви» в виде графоаналитических зависимостей, математических моделей и-экспериментальных данных прошли статистическую обработку.
Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры технологии изделий из
кожи, на 56 научной конференции «Молодые ученые - XXI веку» в Московском государственном университете дизайна и технологии (Москва, 2004).
Полученные результаты внедрены в учебный процесс на кафедре ТИК МГУДТ: опубликован под грифом УМОЛегпром для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров 553900 - «Технология, конструирование изделий и материалы легкой промышленности», учебник «Технологические процессы производства изделий легкой промышленности. Часть I» (под общей редакцией проф., д.т.н. Фукина В.А.). Авторы: Абрамов В.Ф., Костылева В.В., Литвин Е.В., Соколов В.Н., Соколов И.В., Татарчук И.Р., Фукин В.А., 2003. Опубликована монография «Технология и моделирование процессов резания в швейном и обувном производстве». Авторы: Абрамов В.Ф., Соколов В.Н., Татарчук И.Р., Литвин Е.В., 2003.
На ЗАО МОФ «Парижская коммуна» апробированы и утверждены методики проектирования оснастки машин для предварительного и основного формования носочной и пяточной частей заготовок верха обуви.
Публикации. Теоретические предпосылки исследований и их результаты, отражены в восемнадцати печатных работах. Основные положения проведенных исследований опубликованы в девяти печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе и работе, списка использованной литературы, приложений. Объем диссертации составляет 231 страницу машинописного текста, включая 120 рисунков, 40 таблиц, списка литературы из 104 библиографических наименований и приложения.
Обтяжно-затяжной способ формования заготовок верха обуви, управление деформационными процессами при формовании на колодке
Придание обувной заготовке необходимой пространственной формы осуществляется за два этапа - обтяжка и затяжка. При наличии высокоэластической и пластической слагающих общей деформация высокополимера его на-пряжения (при тех же деформациях) возрастает с увеличением скорости деформирования. При затяжке заготовки это явление сопровождается еще влиянием трения, ограничивающего зону распространения деформаций и напряжений и затрудняющего их равномерное распределение. Эти обстоятельства лимитируют скорость перемещения клещей при машинной затяжке, особенно на этапе окончательной посадки заготовки на колодку, когда она не должна превышать 1 мм/сек [12].
При ручном способе обтяжки и затяжки заготовки на колодке качество формования целиком и полностью определяется квалификацией и опытом рабочего. Этот опыт позволяет ему прикладывать к рукоятке клещей вполне определенное усилие Р (рис. 1.5), исключавшее возникновение разрушающих де 27 формаций на участках, прилегающих к стелечному ребру колодки, где величина растяжения материала заготовки максимальна.
Изменяя местоположение точки опоры клещей и угол наклона звена ВО, т.е. варьируя величинами / и а, рабочий имеет возможность управлять процессом вытяжки за счет уменьшения угла контакта заготовки с поверхностью колодки. При этом он добивается более равномерного распределения поперечных деформаций по ее площади.
Последовательное деформирование участков союзки позволяет в полной мере использовать способность материалов верха к усадке в направлении, перпендикулярном направлению действия растягивающего усилия. При высоком качестве формования низкая производительность ручного способа производства обуви явилась стимулом для перехода к машинному способу ее обработки.
При последовательной обработке заготовки на машинах типа ОМ и ЗВ, аналогично ручному методу производства выполнялось ее растяжение [13].
При этом в машине ОМ (рис. 1.6) за счет изменения предварительного натяжения пружины N\ или изменения соотношений плеч рычагов АВ и ВС, а в машине типа ЗВ (рис. 1.7) за счет изменения предварительного натяжения пружины N2, элемент заготовки деформируется под действием рассчитанной зара-, нее силы на величину, исключающую ее разрушение.
Взаимодействие клещей с материалом верха при затяжке на машине типа ЗВ Таким образом, в основу работы рассмотренного типа машин, как и при ручном способе производства, заложен принцип создания усилий формования, не допускающих разрушения заготовки в ходе осуществления ее обработки.
Результаты испытаний материалов верха или их систем на одноосное растяжение составляют основу расчета этих усилий. Невысокая производительность, обусловленная последовательным методом обработки, и хорошее качество обтяжки и затяжки обувной заготовки характеризует рассмотренный тип оборудования.
При параллельной обтяжке и клеевой затяжке передней части обувной заготовки на машинах типа ЗНК используется иной принцип формования - принцип постоянства перемещения рабочих органов. Обладая высокой производительностью, указанные машины часто не обеспечивают хорошего качества формования, что в основном объясняется несовершенством принципа работы, заложенного в их конструкцию [14].
При формовании материалы верха подвергаются сложному комплексу воздействий - растяжению, изгибу, сжатию, сдвигу (рис. 1.8). При этом растяжение является доминирующим видом деформации, испытываемой заготовками в процессе их обработки на обтяжно-затяжном оборудовании [15, 16, 17].
В особо неблагоприятных условиях при формовании находятся участки заготовки, прилегающие к стелечному ребру. Они последовательно испытывают все три вида названных деформаций и их комбинации. Как показывает опыт обувного производства и результаты научно-исследовательских работ [15], именно в этом месте наиболее часто нарушается «сплошность» заготовки, т.е. происходит ее разрыв или растрескивание лицевого слоя материала [15]. Поэтому рассматриваемая зона должна являться местом наиболее пристального внимания при оценке формовочных свойств материалов верха и проектировании обтяжно-затяжного оборудования.
Обобщенная трехкомпонентная модель Кельвина-Фойгта
Реология, как физика деформации, устанавливает взаимосвязь между силами, действующими на материальное тело, и вызванными ими деформациями [36]. Реология решает задачи, предполагая для каждого рода материала реологическое уравнение состояния или реологическое уравнение связи между тензором напряжений, тензором деформации и их производными по времени. Форма реологического уравнения устанавливается экспериментально; являясь точной зависимостью между математическими величинами, оно описывает свойства идеального материала, который, таким образом, служит основой для сравнения при анализе поведения реального вещества. Идеальным материалам присвоены имена ученых, которые впервые предложили уравнения [36]. Реологическое уравнение обычно записывается в форме где sim - тензор напряженного состояния; Dn0 - тензор деформационного состояния.
К фундаментальным реологическим свойствам материала относится упругость, вязкость, пластичность и прочность [36]. Большую помощь при отыскании по экспериментальным данным реологического уравнения сложного тела оказывает построение механической модели, свойства которой, пусть даже приближенно, отражают поведение реального материала и описываются в виде зависимости силы от удлинения. Заменив силу на напряжение, а удлинение на деформацию, мы, как это будет видно из дальнейшего изложения, легко получим реологическое уравнение [36]. Совокупность существенных реологических свойств может быть изображена как иерархическая лестница или родословное древо, составленное из идеальных тел. Выделим три тела, рассматриваемых в классической механике сплошных сред, как простые: твердое тело Гука (обозначаемое символом Н), ньютонова жидкость (символ N), пластическое тело Сен-Венана (символ StV). Сложные тела могут быть получены путем соответ ствующих комбинаций простых. Простые тела, определяющие три фундаментальных свойства: упругость, пластичность и вязкость, удобно представить с помощью следующих механических моделей [37, 38].
Спиральная пружина, изображенная на рис. 2.1, представляет собой подходящую модель для /7-тела. Ее удлинение А/ определяется законом Гука: л/ р (Е) где Р - нагрузка; (Е) — упругая жесткость пружины. Жидкостный элемент, состоящий из цилиндра, наполненного вязким маслом, в который с некоторым зазором вставлен поршень, моделирует iV-тело, описываемое уравнением (ч) где (г)) - коэффициент сдвиговой вязкости; Качественная картина поведения JV-тела представлена на рис. 2.2.
Элемент сухого трения, который представляет собой груз, покоящийся, на столе, как показано на рис. 2.3, является удобной моделью для описания поведения St V-тела, уравнение которого Р = (S), где (О) - предел текучести.
Эти три элемента могут соединяться между собой параллельно () или последовательно (—). При параллельном соединении полная нагрузка на тело складывается из нагрузок, передаваемых отдельными элементами, а скорости удлинения элементов одинаковы. При последовательном соединении полная скорость удлинения равна сумме скоростей составляющих элементов, причем каждый из них передает полную нагрузку. Модель работает на простое растяжение, однако она может описывать не только удлинение, но и сдвиг (или формоизменение в общем случае) и всестороннее растяжение (сжатие). ШПШ расссеянная энергия Удлинение
Схема модели Рис. 2.2. Схема модели тела Рис. 2.3. Модель тела Сен твердого тела Гука (Н- Ньютона (TV-тела) Венана (StТ -тела) тела). Знак «+» относится к накопленной энергии, а знак «—» к возвращенной энергии
Объединенная четырехпараметрическая механическая модель
Объединенная четырехпараметрическая механическая модель (рис. 2.4, в), предложенная рядом ученых - Т.А. Алфреем, Л.И. Френкелем, К.Н. Образцовым, А.Л. Александровым, Ю.С. Лазуркиным и другими, состоит из последовательно соединенных элементов моделей Максвелла и Кельвина-Фойгта [39].
В объединенной модели первое звено - пружина Е\, которая с приложением нагрузки мгновенно растягивается, а со снятием - мгновенно сжимается, что соответствует упругой составляющей. Второе звено - параллельно соединенные пружина Е2 и поршень л, - соответствует механизму запаздывающей (эластической) деформации, а третье звено - поршень г2 - механизму пластической деформации. Таким образом, в данной модели между двумя элементами модели Максвелла доставлен элемент Кельвина-Фойгта [36-39].
Для описания деформирования тканей и им подобных материалов Г.Н. Кукин и А.Н. Соловьев [39] воспользовались обобщенной моделью Кельвина
Фойгта (рис. 2.4, г). В первом звене этой модели, отображающем упругую составляющую, величина модуля продольной упругости во много раз больше коэффициента вязкости Еі»т\\, т.е. фактически свойства звена выражает почти одна пружина. Второе звено отображает эластическую деформацию, а третье -пластическую. Для того, чтобы подчеркнуть необратимость третьей составляющей, у пружины на рисунке показан фиксатор, не дающий ей сокращаться после растяжения.
Г.Н. Кукин и А.Н. Соловьев [39] предложили рассчитывать величину деформации по величинам ее компонентов, определенным экспериментально. Для периода действия нагрузки є = єДі-е- )+єДі-е-г")+в„(і-е-с"). Для периода отдыха где є - общая деформация; t\ время нагрузки; t2 — время отдыха; єу, є3, єп - условные значения соответственно упругой, эластической и пластической деформаций, определенные экспериментально; А, В, В\, С — константы, характеризующие скорости возникновения и исчезновения составных частей деформации. Ф. Винклер [39] дал иной, графоаналитический, способ определения констант этого уравнения, который будет изложен ниже.
Чтобы более точно описать релаксацию деформации материалов, иногда увеличивают число элементов модели. Так, Г.Н. Кукиным и Н.И. Наймарком [39] было получено, вполне удовлетворительнее количественное описание процесса релаксации деформаций нитей с помощью четырех- и пятизвенной моделей. При этом исследование моделей проведено с помощью электрического моделирующего устройства.
Моделирование процесса формования с использованием расплывчатых категорий. Система 4М
Технологические операции обувного производства, связанные с приданием плоским деталям и их системам объемной формы, характеризуются большим числом управляемых, неуправляемых и неконтролируемых факторов, а также сложными корреляционными связями между ними, в частности - существенной зависимостью деформационного поведения материалов от темпера-турно-скоростного воздействия внешней среды и других особенностей. Возникает необходимость создания процедур, описывающих особенности взаимодействия оператора и машины в динамичной биотехнической системе. Существенной проблемой такой технологической среды как обувное производство является неопределенная вероятностная природа знаний о состоянии, а главное изменении системы на микроструктурном уровне [49].
Рассмотрим особенности функционирования системы на технологической операции придания объемной формы заготовке. Внутренняя структура процесса деформирования плоской заготовки, при затяжке ее носочно-пучковой части на машине типа 630 DG Schon, может быть выражена либо описанием ее продольно-поперечного растяжения на колодке, либо - ее одновременной вытяжки на колодке. Но даже, если при этом учитывается неоднородность пакета материалов в носочной части, деформация сжатия, силы трения заготовки о поверхность колодки, предварительное тепловое воздействие, то и в этом случае трудно, а порой и невозможно получить аналоговую модель происходящих деформационных изменений. Прямые попытки представить подобные системы в виде элементов, постепенно сращивая их, приводят к образованию бесполезных математических глыб. При этом конечная реакция на идентичные входные воздействия в реальной системе не всегда совпадает с конеч ной реакцией созданной подобным образом математической модели [49].
Вероятность обеспечения требуемого качества выполнения затяжных операций при малейшем изменении входящих параметров неизвестна. Управление процессом осуществляется с постоянной подналадкой вручную, т.е. зависит от субъективного восприятия хода процесса оператором, и при этом апо-стериорно, т.е. после выполнения затяжки носочно-пучковой части союзки 10-15 пар.
Недостаточность информации для оценки поведения системы обувного производства, расплывчатость описания взаимодействующих объектов приводит к тому, что единственным методом функционирования выступает малоэффективный метод «проб и ошибок», открытый Эдуардом Торндайком [56]. Важнейшей закономерностью, лежащей в основе метода, является «закон эффекта» - в случае, если какое-то действие приводит к желательным результатам, вероятность его повторения возрастает, а если к нежеланным последствиям - снижается. Когда выполнение затяжной или любой другой технологической операции приводит к нежелательным результатам, то исполнитель пробует иной прием, но при этом отличие «нового» приема зачастую абстрактно.
Процесс многофакторного влияния можно выразить в виде изоморфной конструкторско-технологической модели, для которой установлены пространственно-временные распределения реакций на соответствующие возбуждения, формирующие по зафиксированным опорным положениям системы при переходе из одного равновесного состояния в другое дискретную последовательность с необходимой размерностью пространства состояний, позволяющую определить значения выходных параметров [49]. Входные и выходные параметры технологического процесса должны быть представлены в эксплицитной форме. Эксплицитным является такое представление, которое фиксируется в явном виде и может быть использовано окружающими.
Первоочередная задача при принятии решений в технологической среде может быть сформулирована следующим образом: в формализованной системе на основании имеющейся информации о состоянии и изменении среды и системы, возможных альтернатив с использованием решающих правил при наличии характеристик, определить рациональную технологическую стратегию, т.е. осуществить выбор критериев и эффект от ее реализации.
Оценку хода и качества формования можно проводить по следующей зависимости [49]: где Fk - оценка процесса формования; К,- критерий, влияющий на ход и качество формования.
В том случае, если критерии К, рассматривать по принципам жесткой бинарной логики, то погрешность результата применения модели будет очень велика. Так, рассматривая процесс формования с использованием классических понятий «истина» (True) и «ложь» (False), можно сформулировать следующие условия управления данным процессом: 0 - значение усилия, недостаточное для посадки заготовки на колодку; 1 - критическое усилие, при котором заготовка разрушается.
Исходя из этого условия, значение усилия, меньшее установленного критического хотя бы на 1%, является допустимым. При этом увеличение данного усилия на этот 1% переводит его в зону недопустимого превышения. Разумеется, критическое значение не является фиксированной величиной, и данное скачкообразное представление не вполне адекватно.
Есть только одна возможность более точно описать процесс: используя не абсолютные понятия (не критическое/критическое усилие), а относительные критерии так называемой размытой логики ("fuzzy logic"), разработанной доктором Лотфи Заде [57-60]: безопасное недостаточное, среднее условное, оптимальное для посадки, оптимальное для посадки предкритическое, деструктивное критическое.
Выбор оптимальной стратегии проектирования верха обуви с возможностью формования обтяжно-вытяжным способом
Программа позволяет пользователю работать в двух режимах - «обучения» - пошаговый и «эксперта» - классический. Пошаговый режим представляет собой такое воплощение интерфейса, при котором происходит последовательная логическая смена элементов управления, с соответствующими визуальными эффектами. При этом все пошаговые формы содержат кнопки движка -переключателя форм («Назад», «Отмена», «Далее»), т.е. предоставляют пользователю возможность возврата.
Таким образом, в режиме «обучения» на экране пользователю предоставлены только те элементы управления, которые необходимы для выполнения одного из пяти действий — ввода —» розыгрыша — сохранения, либо возврата -I к предыдущему, либо переходу "Г к следующему действию.
Три шага работы в программе трансформированы в три квазиформы: - первая - ввод исходных данных. - вторая - розыгрыш случайной величины в диапазоне максимума и минимума введенных значений. - третья - сохранение полученных результатов.
Режим эксперта отличается от режима обучения тем, что на экране представлены сразу все элементы - панель инструментов, текстовые окна. Все операции выполняются на одной форме.
Математическое ядро программы состоит из следующих функций и процедур. Процедура Randomize инициализирует встроенный генератор случайных чисел случайным значением, которое получается от системного таймера и хранится в предопределенной переменной. Таким образом, задается начальное значение последовательности случайных чисел. Функция RND возвращает случайное число меньшее 1, но большее или равное 0.
На этапе ввода данных пользователь указывает несколько полученных значений коэффициента (оптимально - 5, 6) из которых программа выбирает максимум и минимум. Дальнейшая работа осуществляется уже с этими двумя числами. Разумеется сгенерированные значения не должны выходить из диапо-зона [0; 100], но и этого недостаточно для получения квазиэкспериментальных значений. Сгенерированные значения должны попасть в поле допуска, которое опредляются максимумом и минимумом реальных значений эксперимента -[Min; Мах]. MCG Stability
С помощью программы HelpScribble 7.2.0, компилятор 32-bit WinHelp, разработана справочная система. Кроме того, для организации стандартных действий по сохранению, печати и т.д задействованы формы «Common Dialog» (Общий диалог).
Методика проведения эксперимента предполагает определение значений коэффициента стабильности на основании результатов формования половины производственной партии (50 пар - 100 циклов формования полупар). 100 циклов формования позволяют получить эмпирические данные в наиболее явной (эксплицитной) форме.
После получения сгенерированной совокупности значений коэффициента стабильности, необходимо провести ее статистическую обработку для определения оценки математического ожидания, как прогнозируемой средней величины коэффициента стабильности и проверки гипотезы о нормальном распределении квазиэмпирической совокупности значений коэффициента.
Для статистической обработки эмпирических данных разработана программа СТАТИСТИКА комплекса «ASPI». Данная программа (рис. 3.8) позво ляет вычислить значения основных показателей выборки любого объема, в т.ч. с поправками Шепарда (оценки) [63-68]: математического ожидания; дисперсии; среднеквадратического отклонения; асимметрии; эксцесса.
Далее пользователю предоставляется возможность проверки гипотезы о нормальном распределении совокупности с помощью критерия % Пирсона, и в случае ее подтверждения - определить несмещенные оценки для нормального распределения и установить доверительный интервал [69]. Последовательное получение числовой информации может сопровождаться графической иллюстрацией статистической обработки, т.е. построением: гистограммы; полигона; нормальной кривой; доверительного интервала.
С целью более наглядного представления числовой информации коэффициент стабильности рассчитывался в %, а интервал вариационного ряда принимается равным единице, т.е. обеспечивается целочисленное представление информации как в отчете, так и в подписях к координатным осям, выводимых на
экран графиков. Так каждый прямоугольник гистограммы характеризует определенный целочисленный процент коэффициента стабильности.
В представленных ниже исследованиях значение коэффициента стабильности определялось 5 раз при постоянной конфигурации системы 4М, в различные временные периоды ее функционирования в течение недели. Затем изменялись параметры одной из 4-х групп факторов системы (материала, машины, среды, исполнителя) и начинался новый цикл исследований.
Типовая методика производства литьевой обуви с обтяжно-вытяжным формованием носочной части заготовок представлена в Приложении А. Перейдем к рассмотрению стабильности выполнения собственно операции формования носочной части при переменных факторах: человеческом; объекта обработки; инструментальном; внешней среды.
Конструктивные параметры моделей во всех четырех случаях считались постоянными, т.е. стабильность процесса оценивалась при формовании одно-номерных моделей. При этом представлены не только примеры использования математического аппарата MCG-Stability для прогнозирования стабильности выполнения операции формования носочной части обтяжно-вытяжным способом, но и более подробно описаны элементы системы 4М. Как было отмечено выше, в каждом варианте конфигурации системы 4М, коэффициент стабильности рассчитывался для 5-й выборок по 50 пар обуви, т.е. анализируется стабильность формования 250 пар. Коэффициент стабильности указан в %. Далее посредством статистического моделирования коэффициента стабильности генератором MCG-Stability определяются (прогнозируются) 200-и значений коэффициента, характеризующие стабильность выполнения операции обтяжно-вытяжного формования носочной части для 10 000 пар. Средний объем заказа на модель в сезон от торгующих организаций составляет 5-10 тыс. пар. После получения смоделированной выборки осуществляется ее статистическая обра ботка в программе Л&Р/-Статистика. Стабильность/нестабильность выполнения операции обтяжно-вытяжного формования носочной части оценивается по дефектам: «Складки в носочной части» (определяющими являются свойства материала (пакета материалов) верха обуви, а также настройка оснастки), «Сдир лица» (зависящий, прежде всего, от физико-механических свойств лицевого слоя кожи, а также от способа активации термопластического подноска, в случае использования новой оснастки — от правильности ее изготовления и доводки), «Перекос заготовки, разная высота носочной части в парах» (связан с квалификацией исполнителя).
