автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация методов исследования структуры поперечных сечений двухкомпонентной пряжи

Введение.

Глава 1. Распределения волокон в поперечном сечении продуктов прядения и методы их оценки.

1.1 Влияние распределения волокон на свойства пряжи, ленты.

1.2 Виды распределений волокон.

1.3 Основные физико-механические свойства волокон, влияющие на миграцию.

1.4 Методы, критерии оценки распределения разнородных волокон в пряже.

1.5 Компьютерное моделирование, его особенности и возможности.

1.6 Методы классификации объектов.

1.7 Автоматизированные методы обработки сечений и расчета характеристик.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Критерий группируемости компонентов в сечении пряжи. Разработка методов моделирования поперечных сечений пряжи.

2.1 Критерий группируемости компонентов в сечении пряжи.:.

2.2 Описание алгоритмической модели сечения пряжи.

2.3 Синтез модели тангенциального распределения волокон в поперечном сечении двухкомпонентной пряжи.

2.4 Синтез модели радиального распределения волокон в поперечном сечении двухкомпонентной пряжи.

2.5 Методика компьютерных экспериментов для исследования показателей распределения компонентов в поперечном сечении пряжи.

2.6 Верификация модели тангенциального распределения волокон в поперечном сечении двухкомпонентной пряжи.

2.7 Проверка эффективности разработанной модели тангенциального распределения волокон для малых выборок.

2.8 Верификация и эффективность модели радиального распределения волокон в поперечном сечении двухкомпонентной пряжи.

2.9 Исследование зависимости продолжительности моделирования от числа волокон в поперечном сечении пряжи.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Экспериментальные компьютерные исследования моделей поперечных сечений пряжи.

3.1 Исследование чувствительности критериев оценки неравномерности распределения волокон к величине коэффициента неравномерности.

3.1.1 Критерии оценки неравномерности распределения волокон в тангенциальном направлении сечения пряжи.

3.1.2 Критерии оценки распределения волокон компонентов пряжи в радиальном направлении сечения.

3.2 Исследование чувствительности критериев неравномерности распределения волокон к соотношению долей волокон компонентов.

3.2.1 Критерии неравномерности распределения волокон в тангенциальном направлении сечения пряжи.

3.2.2 Критерии неравномерности распределения волокон в радиальном направлении сечения пряжи.

3.3 Исследование чувствительности критериев неравномерности распределения волокон к соотношению радиусов волокна и пряжи.

3.3.1 Влияние отношения радиуса волокна к радиусу пряжи на оценки критериев распределения волокон в тангенциальном направлении сечения пряжи.

3.3.2 Влияние отношения радиуса волокна к радиусу пряжи на оценки критериев неравномерности распределения волокон в радиальном направлении сечения пряжи.

3.4 Исследование чувствительности критериев неравномерности распределения волокон к числу волокон в поперечном сечении исследуемой пряжи.

3.5 Исследование чувствительности критериев оценки распределения волокон к соотношению радиусов волокон компонентов.

3.6 Исследование чувствительности критериев оценки распределения волокон к вариациям радиусов волокон компонентов.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Разработка автоматизированного комплекса моделирования поперечных сечений пряжи.

4.1 Постановка задачи разработки автоматизированного исследовательского комплекса.

4.2 Структура подсистемы обработки информации и представления результатов.

4.3 Примеры экранных форм.

4.4 Реализация компьютерных процедур анализа сечений пряжи с помощью автоматизированного исследовательского комплекса.

Выводы по главе 4.

Одной из важнейших задач современной текстильной промышленности является наиболее полное применение полезных свойств волокна для выработки высококачественной пряжи и изделий из нее. Получение прочной и ровной пряжи -одно из условий конкурентоспособности современного прядильного производства.

Качество смешивания в значительной степени определяет качество выпускаемой продукции и технико-экономические показатели производства.

Весьма значимой для текстильных предприятий является проблема экономии сырья. Это одна из причин выработки смешанной пряжи, например, из смеси хлопковых и химических волокон. Если структура такой пряжи удачно спроектирована, то свойства этой пряжи сочетают в себе положительные качества волокон каждого из ее компонентов. Недостатки одних видов волокон могут возмещаться немалыми достоинствами других. Кроме того, при производстве смешанной пряжи достигается разнообразие внешнего вида, физико-механических, эксплуатационных и других характеристик пряжи и изготовленных из нее изделий.

Сущность смешивания заключается в равномерном распределении каждого компонента смеси во всей ее массе [1]. Для выявления дополнительных факторов и резервов повышения смешивающей способности прядильного производства прежде всего необходимо иметь возможность ее количественной оценки [2].

Экспериментальная оценка различных технологий смешивания состоит в определении количественных значений показателя, характеризующего неравномерность распределения волокон компонентов в пряже или в других продуктах прядения. При этом выбор показателя (критерия оценки) имеет чрезвычайно большое значение для определения оптимальной технологии смешивания.

Изучение взаимосвязи между структурой пряжи, расположением волокон в ней и ее свойствами является классической задачей текстильного материаловедения, важность которой определяется ее практической значимостью. Разработке показателей неравномерности смешивания и методике их применения посвящено большое число работ отечественных и зарубежных исследователей - технологов и материаловедов. Здесь следует отметить исследования проф. А.Г. Севостьянова, проф. М.В. Эммануэля, проф. В.Е. Зотикова, проф. Ю.М. Винтера, W. Klein, М. Copian, J. Hamilton, Е. Kirschner и др. В результате многочисленных исследований были разработаны критерии оценки неравномерности распределения компонентов вдоль продуктов прядения, в тангенциальном направлении поперечного сечения пряжи, критерии оценки группируемости и миграции волокон компонентов в сечении пряжи, неравномерности распределения компонентов в объемной смеси.

Большинство свойств и особенностей смешанной пряжи зависит от распределения волокон компонентов в ее поперечном сечении. Поэтому так важна проблема выбора наиболее адекватного из существующих критериев, а также задача разработки новых, более совершенных критериев.

В работах [2, 3, 4] были исследованы преимущества и недостатки критериев оценки распределения волокон в поперечном сечении пряжи, предложенных различными авторами. Исследования проводились на основе теоретических выкладок и экспериментальных данных, полученных в результате обработки фотографий поперечных сечений пряжи. Можно отметить, что выбор лучшего критерия (то есть того, который, например, при заданном числе исследованных сечений обеспечивает максимальное различие в оценках смешанной пряжи, приготовленной по двум разным технологиям) чисто экспериментальными методами крайне сложен.

Существенно усложняет исследования то, что все критерии являются статистическими, то есть их оценки принимают случайные значения. Поэтому для получения надежных выводов необходимо обработать большое число сечений пряжи. Это весьма трудоемкая и кропотливая работа. Кроме того, при исследовании реальной пряжи нет гарантии, что на результаты эксперимента не влияют особенности конкретной исследуемой пряжи, которые отсутствуют у других пряж. Что касается теоретических подходов, то они также ограничены по своим возможностям, применяемым методам и математическому аппарату.

Высокая трудоемкость экспериментальных исследований срезов пряжи привела к разработке ряда специальных приборов [5, 6] для исследования поперечных сечений пряжи и миграции волокон, а также к разработке теоретических моделей расположения волокон в сечении пряжи. В работе [2] вопрос сравнительной оценки ряда критериев теоретически решен только для случая, когда компоненты распределены по сечению пряжи случайным образом.

Современные информационные технологии позволяют решать широчайший круг задач, в том числе технологических. В частности, метод статистического моделирования [7, 8, 9] в сочетании с возможностями компьютерной техники может быть использован для решения проблемы выбора критерия. Преимущество такого подхода в том, что, с одной стороны, статистическое моделирование позволяет построить модель, максимально приближенную к натурным сечениям пряжи. С другой стороны, компьютерное моделирование позволяет значительно ускорить процесс исследования, сделать его максимально гибким и управляемым [10, 11].

Кроме того, компьютер, подключенный к измерительной аппаратуре, имеющий такие внешние устройства, как сканер и цифровая фотокамера, позволяет создать автоматизированную систему научных исследований, существенно ускоряя процесс обработки срезов пряжи и изображений расположения волокон в пряже [12].

Создание программных процедур критериев оценки неравномерности смешивания не представляет принципиальных трудностей.

Целью диссертационной работы является разработка методологических и алгоритмических основ автоматизации исследования структуры поперечных сечений и оценки качества двухкомпонентной пряжи по существующим критериям. Кроме того, необходима разработка новых помехоустойчивых критериев оценки распределения волокон. Из сказанного выше следует, что данные задачи являются актуальными.

Современный уровень развития компьютерной техники позволяет при условии разработки адекватных математических моделей имитировать поперечные сечения пряжи с заданными свойствами в любом необходимом количестве, исследовать существующие критерии оценки распределения компонентов на чувствительность к различным параметрам и разрабатывать новые критерии распределения компонентов в сечениях пряжи.