автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированные методы проектирования трикотажных полотен из многоцветной пряжи

На правах рукописи

Игонина Мария Александровна

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН ИЗ МНОГОЦВЕТНОЙ ПРЯЖИ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина на кафедре информационных технологий и вычислительной техники.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Севостьянов П. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Макаров А. А.

кандидат технических наук Смирнова А.В.

Ведущая организация: Всероссийский заочный институт текстильной и легкой промышленности (ВЗИТЛП).

Защита состоится "_"_2004 г. в_час. на заседании диссертационного совета Д 212.139.03 в Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина по адресу: 119991, Москва, Малая Калужская улица, дом 1.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГТУ им. А.Н. Косыгина.

Автореферат разослан "_"_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие прядильного оборудования позволило вырабатывать новые виды разноцветной пряжи, в том числе и получаемой путем окраски ее различным цветом по длине. Длина участков каждого из выбранных цветов может быть различной и задаваться заранее или генерироваться случайным образом с помощью генераторов случайных чисел. Использование такой пряжи при выработке трикотажных полотен даже простых переплетений позволяет получать полотна с оригинальными внешними эффектами. Кроме того, вырабатываемые из такой пряжи полотна имеют современную облегченную структуру трикотажа при многообразии рисунков полотна. При этом получение рисунка на полотне за счет использования одной многоцветно окрашенной нити приводит к большой экономии сырья. Такой способ получения рисунка на полотне в настоящее время мало изучен.

При вязании из разноцветно окрашенной нити спрогнозировать рисунок на полотне без применения компьютера не представляется возможным. Кроме того, для получения графического изображения рисунка полотна необходимо разрабатывать специализированные программные средства. При проектировании изображения полотна важной является задача исследования влияния вариаций исходных параметров на вид рисунка полотна. Кроме того, при исследовании получаемых рисунков полотна с заданными исходными параметрами, необходимо учитывать воздействие случайных помех в начальных параметрах на проектируемое изображение полотна.

Таким образом, возникает задача разработки специализированного программного комплекса для прогнозирования рисунка полотна, получаемого из многоцветной пряжи, а также для исследования влияния вариаций исходных параметров и случайных помех на изучаемый рисунок полотна.

Целью данной диссертационной работы является решение важной научно-технической задачи исследования возможностей автоматизации методов разработки и прогнозирования изображений трикотажных полотен, вырабатываемых из пряжи с переменной окраской по ее длине для последующего управления процессами разработки изображений этих полотен. Процесс решения этой задачи включает в себя следующие этапы:

- исследование существующих методов проектирования изображений трикотажных полотен;

- разработка компьютерной модели для проектирования трикотажных полотен из многоцветной пряжи;

- разработка математической модели описания окраски нити вдоль ее длины с целью предсказания получаемой окраски в заданной точке трико -тажного полотна;

- проведение компьютерных экспериментов по изучению влияния вариаций в начальных параметрах на проектируемый рисунок полотна;

- выполнение компьютерных экспериментов по исследованию устойчивости рисунка полотна к влиянию случайных помех;

- исследование методов объективной оценки различных изображений полотен;

- разработка структуры автоматизированного комплекса для проектирования и исследования изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи.

Предмет исследования. Объектом исследования является процесс управления проектированием рисунка полотна, получаемого из пряжи, окрашенной в разные цвета по ее длине.

Методы исследования. В работе использованы методы математического и имитационного компьютерного моделирования, спектрального анализа, методы математической статистики, современные методы компьютерной обработки информации, методы разработки автоматизированных комплексов, компьютерной графики.

Научная новизна работы. В результате выполнения диссертационной работы впервые решена важная научно-техническая задача построения математических и компьютерных моделей для автоматизации и управления процессами прогнозирования рисунка полотна, получаемого за счет использования пряжи, окрашенной в разные цвета по ее длине. В работе впервые:

1. Разработаны алгоритмы для компьютерного моделирования рисунков полотна из пряжи, окрашенной в разные цвета по ее длине;

2. Построена математическая модель описания окраски нити вдоль ее длины;

3. Разработана методика исследования влияния вариаций начальных параметров на исходный рисунок полотна и устойчивости изображения полотна к влиянию случайных помех.

4. Исследована и применена методика спектрального анализа для решения задач сравнения образцов трикотажных полотен и чувствительности рисунка полотна к влиянию случайных помех.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Решение поставленной задачи с применением методов математического и компьютерного моделирования изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи позволило сократить сроки проектирования этих полотен, снизить материальные затраты и трудоемкость изготовления таких полотен, значительно расширило ассортимент производимых полотен и ускорить сроки внедрения их в производство.

Исследование устойчивости рисунка полотна к случайным помехам с помощью спектрального анализа позволяет дать рекомендации к точности исходных параметров для обеспечения устойчивости проектируемого изображения полотна.

Разработан автоматизированный комплекс проектирования изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи.

Разработки, выполненные в диссертации, использованы в АО "Жаклин" и в учебном процессе МТТУ имени АН. Косыгина при изучении курсов "Моделирование систем", "Математические методы обработки данных", при выполнении курсового и дипломного проектирования.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на межвузовской научно-технической конференции "Молодые ученые - Развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск 2002)" (г. Иваново, ИГТА, 2002); на международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях" (г. Кострома, КГТУ, 2002); на международной научно-технической конференции "Перспективы использования компьютерных технологий (компьютеров) в текстильной и легкой промышленности (ПИКТЕЛ - 2003)" (г. Иваново, ИГТА, 2003); на международной научно-технической конференции "Компьютерное моделирование 2003" (г. Санкт-Петербург, "Нестор", 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Объем работы Диссертация состоит из ведения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 55 наименований и 2 приложений. Основное содержание диссертации изложено на 153 страницах, содержит 146 рисунков и 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования. Дана характеристика научной новизны и практической значимости работы.

Первая глава посвящена системному анализу существующих методов исследования изображений трикотажных полотен.

Рассмотрены основные способы получения рисунка на полотне (использование различных переплетений и вязание разноцветными нитями), а также новый способ получения рисунка полотна за счет использования нити, окрашенной в разные цвета по ее длине. Показано, что использование такой многоцветной пряжи для построения изображения полотна дает возможность получать разнообразные рисунки за счет цветового эффекта, а не за счет сложных переплетений.

Проведен анализ теоретических, экспериментальных и компьютерных методов исследования изображений полотен и определено, что перспективным является использование компьютерных методов прогнозирования. Они позволяют ускорить процесс прогнозирования внешнего вида трикотажного полотна, снизить его стоимость, а также создать каталог выработанных образцов трикотажных полотен, сохраняя и условия получения этих рисунков. Одновременно такого рода компьютерные модели дают возможность изучить

влияние различных параметров на вид рисунка полотна, т.е. разработать научный подход к проектированию таких полотен.

Во второй главе описаны алгоритмы моделирования трикотажных полотен из многоцветной пряжи. Предложенные алгоритмы были программно реализованы, и на их основе проводились все дальнейшие исследования.

Построена математическая модель описания окраски нити.

Распределение окраски нити по ее длине описывается периодической функцией, которую можно изобразить на графике при условии, что каждой цветовой окраске присвоено некоторое натуральное число. При этом, по оси х будем откладывается координата текущей точки по длине нити, по оси у -номера кодировки цветовой окраски каждого участка нити (1,2,3 ...р) в порядке их следования, где р - количество окрашенных участков.

На рис. 1 приведен пример графического представления изображения окраски нити по ее длине в соответствии с выбранной кодировкой.

Рис. L

Таким образом, функция распределения окраски нити является кусочно-непрерывной периодической функцией с периодом Т = = 21, которую

i-i

можно описать следующим образом:

У = /(х) = к, прискл<х<ск, к = 1,...,/> и с0 = О (1)

Рассматриваемая функция Дх) может быть представлена в виде тригонометрического ряда Фурье:

у/ ч ап пя . • пп

Д*) = -г+2- Kcos—x+¿„sin—x ,

с коэффициентами, вычисляемыми по формулам:

(2)

Построенная математическая модель дает возможность прогнозировать окраску в выбранной точке полотна в зависимости от исходной окраски пряжи, из которой было получено исследуемое полотно.

Гармоническое представление окраски позволяет спрогнозировать и рассчитать окрашенность трикотажного полотна, в котором нить уложена в соответствии с правилами поперечно вязаного трикотажа. В этом случае любую точку полотна на плоскости можно представить двумя координатами г и у. Здесь по оси у откладывается номер очередного ряда вязания, по оси г -номер петли в соответствующем ряду.

Пусть число петель в одном ряду трикотажного полотна равно N и длина нити в петле - - координаты точки изображения трикотажного полотна, а х — соответствующая координата точки исходной многоцветной нити, из которой было получено это полотна Тогда, учитывая порядок вязания, которое происходит сначала слева направо (1-ый ряд), затем, наоборот, справа, налево (2-й ряд), и далее подобным образом, можно рассчитать координату . точки исходной многоцветной нити х, как функцию координат точки изображения трикотажного полотна г,у, т.е. х = х(Ьу):

Подставляя полученную таким образом координатух в формулу (2), получим значение Дх) в выбранной точке. Далее, в соответствии с выбранной кодировкой, находим значение указателя цвета в заданной точке исследуемого полотна.

При экспериментальном исследовании устойчивости изображения рисунка полотна к вариациям исходных параметров и к случайным помехам необходимо иметь критерий оценки получаемых при этом рисунков. Один из способов объективной оценки полученных результатов - построение интегральных характеристик, которые бы охватывали весь рисунок в целом. В качестве такой интегральной оценки можно использовать частотный спектр, отображающий распределение частот в целом по всему рисунку.

Преимущество спектрального подхода заключается в том, что спектр является интегральной оценкой, он вычисляется сразу по всей поверхности

(4)

рисунка или по всему сечению, и поэтому дает суммарную характеристику частотного состава по этой линии. Таким образом, сравнение этих интегральных характеристик для разных вариантов рисунка позволяют в большей мере судить об устойчивости рисунка, чем визуальное рассмотрение самих рисунков.

В работе предложена методика исследования периодичности рисунка полотна с помощью одномерного спектрального анализа.

В качестве исследуемой области выделяется горизонтальный или вертикальный участок полотна, который содержит повторяющийся рисунок полотна. Длина исследуемого участка соответствует длине раппорта, а ширина равна ширине полотна. Далее выбранный участок полотна обрабатывается методом одномерного спектрального анализа, и получаются одномерные спектры для заданного числа сечений.

Анализ рассматриваемой методики на контрольном образце рисунка полотна показал, что спектральный анализ позволяет количественно оценивать структурупериодических составляющих рисунка полотна.

В третьей главе описано исследование изображений трикотажных полотен на компьютерных моделях.

При проектировании изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи весьма важной является задача исследования возможных типов рисунков при изменении начальных параметров пряжи и условий вязания. Кроме того, необходимо учитывать воздействие случайных помех в начальных параметрах, связанных с погрешностью трикотажного и окрашивающего оборудования, на проектируемое изображение полотна.

В связи с этим, с помощью разработанного программного обеспечения проводились исследования по двум направлениям. Во-первых, изучалось влияние вариаций исходных параметров на вид рисунка полотна. Во-вторых, исследовались вопросы устойчивости исходного рисунка полотна к влиянию случайных помех в начальных данных.

Для решения первой задачи были проведены следующие эксперименты на шести контрольных образцах:

1) Исследование влияния вариации числа игл в заправке на исходный рисунок полотна. Показано, что изменение числа игл в заправке приводит к получению рисунков новой геометрической структуры. При этом, если число игл в заправке изменяется на величину, кратную периоду, то рисунок полностью повторяется.

2) Исследование влияния вариации длины участка каждого цвета в отдельности.

Для примера рассмотрим контрольный образец, представленный на рис. 3, начальные данные которого представлены в таблице 1.

Таблица 1

Число игл Ширина петельного столбика (мм) Длина участка красного цвета (мм) Длина уча- Длина участка желтого цвета (мм)

в заправке (штук) стка серого цвета (мм)

100 5 50 130 30

Рис. 3. Контрольный образец В эксперименте были проведены вариации длины участка одного цвета на + 10 и на —10 мм при прочих неизменных исходных данных План эксперимента приведен в таблице 2. Всего исследовано 9 вариантов и построено 9 моделей рисунка полотна.

Таблица 2

№ вар-та 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Длина участка красного цвета (мм) 10 20 30 40 60 70 80 90 100

В результате проведения эксперимента были получены рисунки новой геометрической структуры. В качестве примера на рис. 4 приведено изображение полотна, соответствующее варианту 5.

Анализ полученных изображений полотен показывает, что рисунок полотна, соответствующего варианту 3, имеет структуру, геометрически подобную исходному рисунку полотна. Этот вопрос был исследован с помощью спектрального анализа.

Установлено, что изменение длины одного окрашенного участка приводит к получению рисунков новой геометрической структуры. Выявлено, что при изменении длины участка одного из цветов на определенную величину можно получить рисунок, геометрическая структура которого подобна исходному рисунку, а величина изменения зависит от типа рисунка.

3) Исследование влияния вариаций длин двух окрашенных участков одновременно. Показано, что совместное изменение длин двух окрашенных участков приводит к получению рисунков новой геометрической структуры. Выявлено, что при совместном изменении длин участков двух цветов на определенную величину можно получить рисунок, геометрическая структура которого подобна исходному рисунку, а величина изменения зависит от типа рисунка.

4) Исследование влияния вариаций длин всех окрашенных участков в совокупности. Установлено, что изменение длин всех окрашенных участков приводит к получению рисунков новой геометрической структуры, что дает возможность получить качественно новые интересные рисунки.

5) Исследование влияния вариаций числа игл в заправке и длин всех окрашенных участков в совокупности. Показано, что совместное изменение длин всех окрашенных участков и числа игл в зправке приводит к получению рисунков новой геометрической структуры. Выявлено, что при совместном изменении длин участков каждого цвета и числа игл в заправке на определенную величину можно получить рисунок, геометрическая структура которого подобна исходному рисунку, а величина изменения зависит от типа рисунка.

6) Исследование влияния изменения длин окрашенных участков при условии сохранения их суммарной длины. Установлено, что изменения длин окрашенных участков при условии сохранения их суммарной длины приводит к геометрически подобным рисункам.

7) Исследование влияния изменения количества окрашенных участков при условии сохранения их суммарной длины. Показано, что изменения количества окрашенных участков при условии сохранения их суммарной длины приводит к геометрически подобным рисункам. Наличие нескольких разных цветов окраски нити дают эффект объемности рисунка. Увеличение количества окрашиваемых участков нити приводят к большей объемности изображения.

Для решения второй задачи были проведены следующие эксперименты на четырех контрольных образцах:

1) Исследование зависимости устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длине нити в петле.

Для примера рассмотрим контрольный образец, представленным на рис. 5, начальные данные которого представлены в таблице 3.

Таблица 3

Число игл в заправке (штук) Ширина петельного столбика (мм) Длина участка голубого цвета (мм) Длина участка синего цвета (мм)

100 5 130 80

В эксперименте были проведены вариации случайных помех в длине нити в петле от 1% до 6% при прочих неизменных исходных данных. План

эксперимента приведен в таблице 4.

Таблица 4

_ План эксперимента ___

№ вар-та 1 2 3 4 5 6

Случайные помехи в длине нити в петле (%) 1% 2% 3% 4% 5% 6%

Изображения полотен при случайных помехах в длине нити в петле 1% и 2% (рис. 6, рис.7) визуально не отличаются от исходного изображения полотна. При случайных помехах 3% (рис. 8) уже визуально наблюдается искажение исходного изображения рисунка полотна, от 4% и выше исходный рисунок полотна полностью искажается.

Проведено исследование этого вопроса с помощью спектрального анализа. На каждом исследуемом образце трикотажного полотна выделен горизонтальный участок ЛБСБ, который разделен, равномерно на десять сечений и для них получены одномерные спектры.

Для примера на рис. 9/12 приведены одномерные спектры шестого сечения для исходного рисунка и рисунков, соответствующих вариантам 1,2,3.

Показано, что изображение рисунка полотна устойчиво к случайным помехам в длине нити в петле, составляющим 1%, при 2 % наблюдается искажение спектрального состава рисунка, существенное влияние на исходное изображение оказывают случайные помехи, составляющие 3%, при 4% и выше происходит полная деформация исходного изображения полотна.

2) Исследование зависимости устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длинах участков одного цвета. Установлено, что изображение рисунка полотна устойчиво к случайным помехам в длине участка одного цвета, составляющим 1%, при 2 % наблюдается искажение спектрального состава рисунка, существенное влияние на исходное изображение оказывают случайные помехи, составляющие 3% - 4%, при 5% и выше происходит полная деформация исходного изображения.

3) Исследование зависимости устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длинах участков двух цветов одновременно. Показано, что изображение рисунка полотна устойчиво к случайным помехам в длинах участков дбух цветов, составляющим 1%, при 2 % наблюдается искажение спек-

трального состава рисунка, существенное влияние на исходное изображение оказывают случайные помехи, составляющие 3%, при 4% и выше происходит полная деформация исходного изображения.

4) Исследование зависимости устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длинах участков двух цветов и длине нити в петле одновременно. Установлено, что изображение рисунка полотна устойчиво к случайным помехам в длинах участков двух цветов и длине нити в петле, составляющим 0,05%, при 1 % наблюдается искажение спектрального состава рисунка полотна, существенное влияние на исходное изображение оказывают случайные помехи от 2%, при 3% и выше происходит полная деформация исходного изображения.

Все перечисленные исследования проверялись методом спектрального анализа, который подтвердил сделанные выводы.

Таким образом, проведение исследование устойчивости рисунка полотна к случайным помехам с помощью спектрального анализа позволяет дать рекомендации к точности исходных параметров для обеспечения устойчивости проектируемого изображения полотна.

В четвертой главе описывается разработка структуры автоматизированного прогнозирующего программного комплекса.

Результаты научных исследований, приведенные в главах 2 и 3, могут найти практическое применение при условии использования их в автоматизированном режиме с удобным пользовательским интерфейсом. Поэтому была разработана структура автоматизированного прогнозирующего комплекса и программно разработаны основные его функциональные узлы.

Разработанное программное обеспечение позволяет эффективно анализировать различные структуры трикотажных полотен, изготавливаемые из разноцветных нитей и прогнозировать получаемые цветовые рисунки.

Рассматриваемый комплекс позволяет проводить исследования на устойчивость изучаемого изображения полотна к случайным помехам в исходных параметрах.

В процессе проведенных исследований накоплена база данных различных рисунков трикотажных полотен, получаемых из многоцветной пряжи, что облегчает процесс проектирования новых образцов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Впервые решена важная научно-техническая задача автоматизации разработки изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи.

2. Впервые созданы компьютерная модель получения изображения трикотажных полотен из многоцветной пряжи и математическая модель описания окраски нити вдоль ее длины, которые позволяют прогнозировать вид рисунка полотна.

3. Проведено исследование влияния вариаций исходных значений параметров на вид рисунка полотна и установлено, что изменение исходных значений параметров приводит к получению рисунков новой

геометрической структуры, что дает возможность получить качественно новые интересные рисунки.

4. Выявлена возможность получения рисунков с подобными геометрическими структурами за счет изменений исходных значений параметров или их взаимных комбинаций на определенную величину, зависящую от типа рисунка.

5. Показано, что геометрическая структура рисунка полотна повторяется при изменении длин окрашиваемых участков с сохранением их суммарной длины и при изменении количества окрашиваемых участков с сохранением их суммарной длины, при прочих неизменных исходных данных.

6. Исследована устойчивость рисунка полотна к случайным помехам в исходных значениях параметров и даны рекомендации к точности исходных значений параметров для обеспечения устойчивости проектируемого изображения полотна.

7. Установлено, что при оценке влияния случайных помех в длине нити в петле или в длине одного окрашенного участка, или в длинах участков двух цветов на рисунок полотна, изображение полотна устойчиво к случайным помехам, составляющим 1%. При 2 % наблюдается искажение спектрального состава рисунка, существенное влияние на исходное изображение оказывают случайные помехи, составляющие. 3%. При 4% и выше происходит полная деформация исходного рисунка полотна.

8. Установлено, что при оценке влияния случайных помех в длине нити в петле и в длинах участков двух цветов одновременно на рисунок полотна изображение полотна устойчиво к случайным помехам, составляющим 0,05%. При 1% наблюдается искажение спектрального состава рисунка полотна, существенное влияние на исходное изображение оказывают случайные помехи, составляющие 2%. При 3% и выше происходит полная деформация исходного рисунка полотна.

9. Разработана и применена методика спектрального анализа для решения задач сравнения образцов трикотажных полотен и чувствительности рисунка полотна к влиянию случайных помех в исходных данных.

10.Установлено, что количественные характеристики спектрального анализа позволяют дать объективные комплексные оценки сравнения рисунков полотен.

11.Впервые автоматизирован процесс проектирования и исследования изображений трикотажных полотен, вырабатываемых из многоцветной пряжи.

12.Разработанное программное обеспечение позволяет эффективно проектировать изображения трикотажных полотен из многоцветной пряжи, анализировать различные структуры трикотажных полотен, про-

гнозировать получаемые рисунки полотен, а также проводить исследования на устойчивость изучаемого изображения полотна к случайным помехам в исходных параметрах.

13.Применение разработанного автоматизированного комплекса позволяет расширить ассортимент трикотажных изделий за счет выработки образцов трикотажных полотен новой структуры, отвечающих современному спросу, увеличить число вариантов рисунков полотен, сократить затраты времени на их создание и упростить внедрение в производство.

14.Разработанные методы проектирования трикотажных полотен и разработанный автоматизированный прогнозирующий комплекс нашли применение в учебном процессе и прошли эксплуатацию на трикотажном предприятии "Жаклин", что позволило этому предприятию принять оптимальные проектные решения при разработке нового ассортимента трикотажных полотен, сократив время проектирования и расширив количество сравниваемых вариантов полотен.

Основное содержание работы отражено в публикациях:

1. Игонина М.А., Севостьянов П.А. Компьютерное проектирование трикотажных полотен из многоцветной пряжи. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 2002, №4-5, с. 158-159.

2. Игонина М.А., Севостьянов П.А. Разработка фрагментов системы для геометрического моделирования трикотажных полотен с изменением цвета пряжи по ее длине. Сборник научных трудов аспирантов, вып. 5. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2002, с. 75-78.

3. Игонина М.А., Севостьянов П.А. Компьютерная геометрическая модель гладкого кулирного трикотажного полотна из многоцветной пряжи. Тезисы доклада на межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов: "Молодые ученые - Развитию текстильной и легкой промышленности" (Поиск - 2002). - Иваново, ИГ-ТА, 2002, с. 419-420.

4. Игонина М.А., Севостьянов П.А. Компьютерная программа для моделирования гладкого кулирного трикотажа из многоцветной пряжи. Тезисы доклада на международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях" (Лен -2002). -Кострома, КГТУ, 2002., с. 189-190.

5. Игонина М.А., Севостьянов П.А. Использование автоматизированных методов анализа изображений для исследования структуры трикотажных полотен. Сборник научных трудов аспирантов, вып. 7. - М: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2003, с. 54-57.

6. Игонина М.А., Севостьянов ПА, Цветков А.Д. Автоматизированные методы исследования узоров полотна из многоцветной нити. Сборник научных трудов, выполненных по итогам конкурса грантов молодых исследователей,. - М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2003, с. 11-16.

7. Игонина М.А., Севостьянов П.А. Компьютерные методы исследования влияния вариаций исходных параметров на внешний вид трикотажного полотна из многоцветной пряжи. Тезисы доклада на международной научно-технической конференции "Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и легкой промышленности" (ПИКТЕЛ - 2003). - Иваново, ИТТА, 2003, с. 27-28.

8. Игонина М.А., Севостьянов П.А Прогнозирование вида трикотажных полотен, выработанных из пряжи с переменной окраской. // Вестник ДИТУД,2003,№3(17),с. 13-18.

9. Игонина М.А., Севостьянов П.А Разработка автоматизированной системы моделирования трикотажных полотен из новых видов пряжи. Тезисы доклада на международной научно-технической конференции "Компьютерное моделирование 2003". - Санкт-Петербург, "Нестор", 2003, с. 285.

ИД №01809 от 17.05.2000

Подписано в печать 05.05.04 Сдано в производство 05.05.04 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Уч.-изд.л. 0,75 _Заказ 230 Тираж 80

Электронный набор МГТУ, 119991, ул. Малая Калужская, I

Введение.

Глава 1. Новые технологии построения изображений трикотажных полотен.

1.1. Классификация наиболее распространенных переплетений.

1.2. Вязание несколькими нитями разного цвета.

1.3. Новые способы получения изображений трикотажных полотен.

1.4. Теоретические методы анализа исследования изображений трикотажных полотен.

1.5. Особенности экспериментальных методов анализа исследования изображений.

1.6. Методы компьютерного исследования рисунков трикотажных полотен.

1.7. Основные системы автоматизации современных трикотажных предприятий.

Выводы к главе 1.

Глава 2. Моделирование изображений полотен из многоцветной пряжи.

2.1. Алгоритмы моделирования изображений полотен, полученных из многоцветной пряжи.

2.2. Построение математической модели описания окраски нити вдоль ее длины.

2.3. Применение полученной математической модели для прогнозирования окраски в заданной точке полотна.

2.4. Исследование изображений трикотажных полотен методами спектрального анализа.

2.5. Методика исследования периодичности рисунка полотна с помощью одномерного спектрального анализа.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Исследование изображений трикотажных полотен на компьютерных моделях.

3.1. Влияние вариаций исходных параметров на исследуемый образец трикотажного полотна.

3.1.1. Влияние вариации числа в заправке.

3.1.2. Влияние вариации длины участка каждого цвета в отдельности.

3.1.3. Влияние вариаций длин двух окрашенных участков одновременно.

3.1.4. Влияние вариаций длин всех окрашенных участков в совокупности.

3.1.5. Влияние вариаций числа игл в заправке и длин всех окрашенных участков в совокупности.

3.1.6. Влияние изменения длин окрашенных участков при условии сохранения их суммарной длины.

3.1.7. Влияние изменения количества окрашенных участков при условии сохранения их суммарной длины.

3.2. Зависимость устойчивости рисунка полотна к случайным помехам в исходных параметрах.

3.2.1. Зависимость устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длине нити в петеле.

3.2.2. Зависимость устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длинах участков одного цвета.

3.2.3. Зависимость устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длинах участков двух цветов.

3.2.4. Зависимость устойчивости рисунка полотна от случайных помех в длинах участков двух цветов и длине нити в петеле.

Выводы к главе

Глава 4. Проектирование основ структуры автоматизированного прогнозирующего комплекса.

4.1. Обобщенная функциональная схема автоматизированного комплекса.

4.2. Детализированная функциональная схема автоматизированного комплекса.

4.3.Схема программного проекта автоматизированного комплекса.

4.4. Примеры экранных форм.

Выводы к главе 4.

Использование компьютерной техники и информационных технологий является в настоящее время наиболее перспективным и мощным средством во всех направлениях научной деятельности. Особенно важным и эффективным является использование компьютерной техники для решения производственных и технологических задач.

В настоящее время все технологическое, в том числе трикотажное оборудование, выпускаемое в мире, оснащается компьютерной техникой, которая является ее неотъемлемой составной частью.

При этом, наиболее важными условиями, определяющими эффективность производства, являются: возможность разработки нового ассортимента выпускаемых изделий, автоматизация этапов проектирования и прогнозирования результатов выработки трикотажных полотен, а также изучение оптимальных исходных характеристик пряжи и оборудования для получения новых видов изделий.

Одним из путей применения компьютерной техники в этом направлении является использование ее для проектирования новых видов трикотажных полотен, в том числе, вырабатываемых из новых видов пряжи.

В последнее время в трикотажном производстве большое внимание уделяется выработке новых видов пряжи, в том числе и получаемой путем окраски ее различным цветом по ее длине. При этом, длина участков каждого из выбранных цветов может быть различной и задаваться заранее или генерироваться случайным образом с помощью генераторов случайных чисел. Разработка такой технологии окраски пряжи поставила новые задачи об эффективности ее использования.

Применение такого рода пряжи может привести к значительному расширению ассортимента за счет создания новых цветовых эффектов при очень низкой себестоимости вырабатываемой пряжи, так как при выработке новых полотен достаточно использовать самые простые виды переплетений.

Однако, весь комплекс проблем, связанных с проектированием изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи, не исследован и требует изучения.

Поэтому целью данной диссертационной работы является решение важной научно-технической задачи исследования возможностей автоматизации методов разработки и прогнозирования изображений трикотажных полотен, вырабатываемых из пряжи с переменной окраской по ее длине для последующего управления процессами разработки изображений этих полотен.

Процесс решения этой задачи включает в себя следующие этапы:

- исследование существующих методов проектирования изображений трикотажных полотен;

- разработка компьютерной модели для проектирования образцов трикотажных полотен из многоцветной пряжи;

- разработка математической модели окраски нити с целью прогнозирования окраски изображения трикотажного полотна;

- проведение компьютерных экспериментов по изучению влияния вариаций в начальных параметрах на проектируемый рисунок полотна;

- выполнение компьютерных экспериментов по исследованию устойчивости рисунка полотна к влиянию случайных помех;

- исследование методов объективной оценки различных изображений полотен;

Эффективное применение разрабатываемых методов получения изображений трикотажных полотен возможно лишь при построении автоматизированной системы для выполнения этих исследований. Поэтому в задачу диссертационной работы входит разработка структуры автоматизированного прогнозирующего комплекса для получения изображений полотен, выполнения с ними различных экспериментов и накопления базы данных. Использование этого комплекса позволит автоматизировать процесс разработки новых видов трикотажных полотен и тем самым повысить уровень управления проектированием изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Впервые решена важная научно-техническая задача автоматизации разработки изображений трикотажных полотен из многоцветной пряжи.

2. Впервые созданы компьютерная модель получения изображения трикотажных полотен из многоцветной пряжи и математическая модель описания окраски нити вдоль ее длины, которые позволяют прогнозировать вид рисунка полотна.

3. Проведено исследование влияния вариаций исходных значений параметров на вид рисунка полотна и установлено, что изменение исходных значений параметров приводит к получению рисунков новой геометрической структуры, что дает возможность получить качественно новые интересные рисунки.

4. Выявлена возможность получения рисунков с подобными геометрическими структурами за счет изменений исходных значений параметров или их взаимных комбинаций на определенную величину, зависящую от типа рисунка.

5. Показано, что геометрическая структура рисунка полотна повторяется при изменении длин окрашиваемых участков с сохранением их суммарной длины и при изменении количества окрашиваемых участков с сохранением их суммарной длины, при прочих неизменных исходных данных.

6. Исследована устойчивость рисунка полотна к случайным помехам в исходных значениях параметров и даны рекомендации к точности исходных значений параметров для обеспечения устойчивости проектируемого изображения полотна.

7. Установлено, что при оценке влияния случайных помех в длине нити в петле или в длине одного окрашенного участка, или в длинах участков двух цветов на рисунок полотна, изображение полотна устойчиво к случайным помехам, составляющим 1%. При 2 % наблюдается искажение спектрального состава рисунка, существенное влияние на исходное изображение оказывают случайные помехи, составляющие 3%. При 4% и выше происходит полная деформация исходного рисунка полотна.

8. Установлено, что при оценке влияния случайных помех в длине нити в петле и в длинах участков двух цветов одновременно на рисунок полотна изображение полотна устойчиво к случайным помехам, составляющим 0,05%. При 1% наблюдается искажение спектрального состава рисунка полотна, существенное влияние на исходное изображение оказывают случайные помехи, составляющие 2%. При 3% и выше происходит полная деформация исходного рисунка полотна.

9. Разработана и применена методика спектрального анализа для решения задач сравнения образцов трикотажных полотен и чувствительности рисунка полотна к влиянию случайных помех в исходных данных.

10. Установлено, что количественные характеристики спектрального анализа позволяют дать объективные комплексные оценки сравнения рисунков полотен.

11. Впервые автоматизирован процесс проектирования и исследования изображений трикотажных полотен, вырабатываемых из многоцветной пряжи.

12. Разработанное программное обеспечение позволяет эффективно проектировать изображения трикотажных полотен из многоцветной пряжи, анализировать различные структуры трикотажных полотен, прогнозировать получаемые рисунки полотен, а также проводить исследования на устойчивость изучаемого изображения полотна к случайным помехам в исходных параметрах.

13. Применение разработанного автоматизированного комплекса позволяет расширить ассортимент трикотажных изделий за счет выработки образцов трикотажных полотен новой структуры, отвечающих современному спросу, увеличить число вариантов рисунков полотен, сократить затраты времени на их создание и упростить внедрение в производство.

14. Разработанные методы проектирования трикотажных полотен и разработанный автоматизированный прогнозирующий комплекс нашли применение в учебном процессе и прошли эксплуатацию на трикотажном предприятии "Жаклин", что позволило принять оптимальные проектные решения при разработке нового ассортимента трикотажных полотен, сократив время проектирования и расширив количество сравниваемых вариантов полотен.

1. Кудрявин J1.A., Шалов И.И. Основы технологии трикотажного производства. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - 494 с.

2. Офферманн П., Тауш-Мартон X. Основы технологии трикотажного производства: пер. с нем. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.-216 с.

3. Caurageous start-up in Great Britain. Innes Ralph. Knitt. Technol. 2003, №1-2, p. 17.

4. Stoll auf der Pitti Immagine Filati in Florenz. Mashen Ind. 2002. 52, №8, p. 10-13.

5. Щербаков В.П. Выбор построения решения задачи о длине нити в петле // Известия вузов. Технология текстильной промышленности,1999, №1,с.81-85.

6. Масленников Ю.И. Анализ двухосного напряжения состояния трикотажного полотна // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1991, №1, с.90-98.

7. Степанов Г.В. Обобщенная математическая модель ткани // Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1992, №1, с.46-48.

8. Галавская А.В. Разработка элементов системы автоматизированного технологического проектирования изделий, изготавливаемых на круглочулочных автоматах: Дисс. . канд. техн. наук. / ГАЛПУ К., 1999.-266 с.

9. Ю.Мильченко И.С. Основы проектирования трикотажных машин. М.,

10. Farmy A., Newton A. Statistical techniques in the analysis of jacquard weft-knitted struchtures. // Textile Researche Journal. 1979, v.49, №11, p. 661-673.

11. Колесникова E.H., Спорыхина В.И., Смирнова A.B. Технологические операции дифференцирования и интегрирования для преобразования процессов петлеобразования // Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1999, №6, с.86-88.

12. Колесникова E.H. Основы проектирования технологии петлеобразования. Дисс. . докт. техн. наук. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина. - 2001, 477 с.

13. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 1998.-319с.

14. Павлюк В.Н., Пипа Б.Ф. Экспериментальные исследования технологических нагрузок, действующих на иглу однофонтурной кругловязальной машины типа MC // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1979, №6, с. 121-118.

15. Павлюк В.Н., Пипа Б.Ф. Влияние силы оттяжки петли на технологические нагрузки // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1980, №6, с. 115-118.

16. Павлюк В.Н., Пипа Б.Ф. Анализ взаимодействия рабочих органов с петлей в процессе вязания на кругловязальных машинах типа MC // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1980, №3, с.93-96.

17. Павлюк В.Н., Пипа Б.Ф. Влияние конструкции платины на изменение прочности нити в процессе вязания // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1979, №5, с. 104-106.

18. Моисеенко Ф.А., Тройникова O.K., Чабан В.В., Параска Г.Б. Экспериментальная функция необходимой подачи нитей основы намашине «Кокетт-2» // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1991, №2, с.72-75.

19. Дзгоба В.И. Исследование влияния жаккардовых петель на процесс петлеобразования // Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах, спец. Выпуск, 1999, №6, с. 605-608.

20. Борзунов Г.И. Применение ЭВМ при подготовке к производству тканей мелкоузорчатых переплетений на станках СТБ: Дисс. . канд. техн. наук. М., 1982. - 242 с.

21. Фирсов A.B. Разработка методики проектирования рисунков мелкоузорчатых переплетений и ее реализация на ПЭВМ. Дисс. канд. техн. наук. М., 1995. - 117 с.:ил.

22. Мотанов В.Г., Кудрявин Л.А. Автоматизация построения графика кулирного трикотажа, заданного в универсальной матричной системе кодирования // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1987, №5, с. 109.

23. Скоков П.И., Казарновская Г.В. Применение ЭВМ для проектирования цветных рисунков // Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1989, №6, с. 97-98.

24. Инихитов Д.Б., Колесов Ю.Б., Цитович И.Г. Имитационная модель процесса вязания // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1991, №4, с.84-88.

25. Дзюба В.И. Научные основы автоматизированного проектирования рабочих процессов трикотажных машин (объектно-ориентированный подход): Моногр. Киев, КГУТД, 2000. - 186 с.

26. Дзюба В.И. Объектно-ориентированный подход к моделированию структуры трикотажа // Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах, спец. выпуск, 1999, №6, с. 601-604.

27. Попова Г.М., Смирнова Е.А. Применение компьютерных технологий для контроля геометрических параметров трикотажного полотна из фасонных нитей // Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1995, №5, с.77-80.

28. Смирнова Е.А., Попова Г.М. Применение компьютерных технологий для контроля геометрических параметров трикотажного полотна из фасонных нитей // Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1999, №6, с.129-131.

29. Николаева А. Д. Разработка методов автоматизированного проектирования трикотажа, выработанного на многосистемных кругловязальных машинах: Дисс. . канд. техн. наук. М.: МТИ, 1980. - 266 с.

30. Кураксина E.H. Разработка системы автоматизированного технологического проектирования чулочно-носочных изделий: Дисс. . канд. техн. наук. М.: МТИ, 1988.

31. Кудрявин JI.A., Колесникова E.H., Ульянов М.В. Проектирование чулочно-носочных изделий с элементами САПР // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1988, №6, с. 130.

32. Фурса A.A., Гришин А.Н., Кудрявин Л.А. Проектирование с использованием ЭВМ основных параметров трикотажа, вырабатываемого на многосистемных кругловязальных машинах // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1990, №1, с.94-98.

33. Касперский С.Г., Беляев Г.В., Бондарь В.М. Определение параметров имитационной модели вязания на котонной машине // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1981, №1,с.82-84.

34. Харламова О.Н., Баранов А.Ю. Создание трехмерного образа петельной структуры кулирного трикотажа. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 2000, №3, с.77-79.

35. Колесникова E.H. Основы автоматизированных методов петлеобразования. М.:МГТУ, 2000. - 240 с.

36. Konopasek M., Cook W. Computer aided Engineerity Disign of Basic Double - Jersey Structures (a QAS exersise). // Textile Institut and Industry, 1976, v.14, №3, p.97-102.

37. Ricotti. R. Two new computer controlled flat knitting machines by Prroti. // Knitting Technique, 1991, v.13, №3, p. 190-200.

38. Universal MC-710 flat knitting machine computer controlled double head machine (2x1) system. // Knitting Technique, 1991, v.13, №3, p.211.

39. Рабочие процессы трикотажных машин. Учебник для студентов вузов / Далидович A.C., Костылева А.Н., Антонова А.И., Кислюк И.В., Гусева A.A., Поспелов Е.П.; под ред. проф. Далидовича A.C. М.: Легкая индустрия, 1976. -368 с.

40. Корнеев A.B., Радзиевский В.А. Математическое описание многогребенного основовязального процесса как объекта автоматического регулирования. Сообщение 1 // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1979, №3, с.98-103.

41. Корнеев A.B., Радзиевский В.А. Математическое описание многогребенного основовязального процесса как объекта автоматического регулирования. Сообщение 2 // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1979, №4, с. 112-118.

42. Радзиевский В.А., Бондарь В.М. Автоматическое регулирование и контроль нитеподачи на быстроходных основовязальных машинах. -М.: Легкая индустрия, 1971.

43. Грибожовский В.В., Радзиевский В.А. Исследование динамики основовязального процесса как объекта автоматического регулирования. Сообщение 1 // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1972, №1, с.129-134.

44. Радзиевский В.А., Грибожовский В.В. Исследование динамики основовязального процесса как объекта автоматического регулирования. Сообщение 2 // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1972, №2, с. 137-140.

45. Скворцов B.C., Моховиков С.А. Основные направления автоматизации управления предприятиями текстильной промышленности.// Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1989, №4, с. 12-14.

46. Заговора A.B., Курман В.М., Миллер A.C., Пешков И. А. Автоматизированная система подготовки программы вязания для кругловязальных машин с электронным управлением // Известия вузов. Технология легкой промышленности, 1986, №4, с. 102-106.

47. Кудрявин J1.A. Автоматизированное проектирование основных параметров трикотажа (с использованием ЭВМ): Учебное пособие для вузов. -М.: Легпромбытиздат, 1992. 190 е.: ил.

48. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М.: Наука, 1966. - 656 е.: ил.

49. Марпл С.Л. мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. - 584 е., ил.

50. Гольденберг Б.Д. и др. Цифровая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1990.

51. Рудаков П.И., Сафонов И.В. Обработка сигналов и изображений. MATLAB 5.x / Под общ. ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. М.:ДИАЛОГ-МИФИ, 2000, - 416 с. - (Пакеты прикладных программ; Кн.2).

52. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: В 2 т. М.: Мир, 1982.

53. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. М.: Радио и связь, 1986.