автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.01, диссертация на тему:Методы и средства повышения надежности автоматизированного контроля комплектования книжных блоков

їй

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ ДРУКАРСТВА

На правах рукопису

Казьмірович Олег Романович

УДК 686.1.051.5-791

МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ АВТОМАТИЗОВАНОГО КОНТРОЛЮ КОМПЛЕКТУВАННЯ КНИЖКОВИХ БЛОКІВ

05. 05.01 - машини і процеси поліграфічного виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук .

Львів - 2000

Дисертацією є рукопис. -

Робота виконана в Українській академії друкарства Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, доцент

Овсяк Володимир Казимирович, професор кафедри автоматизації та комп’ютерних технологій Української академії друкарства

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Чехман Ярослав Іванович,

професор кафедри поліграфічних машин

Української академії друкарства

кандидат технічних наук, ст.наук.співроб. Запоточний Василь Йосипович, заступник директора з наукової роботи Українського науково-дослідного інституту поліграфічної промисловості ім.Т.Г.Шевченка.

Провідна установа - Державний університет “Львівська політехніка”, кафедра автоматизації та комплексної механізації машинобудівної промисловості Міністерства освіти і науки України, м.Львів.

Захист відбудеться 2000 р. о/годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д.35.101.01 в Українській академії друкарства, за адресою: 79020, м.Львів, вул.Підголоско, 19.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Української академії друкарства. 79006, м.Львів, вул.Підвальна, 17.

Автореферат розісланий¿^-ФОРО р.

Вчений секретар ^

спеціалізованої вченої ради ' Дідич В.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми.

Одним з основних видів поліграфічної продукції є книжкова, яка являє собою еперіодичні друковані видання у вигляді скомплектованих у певному порядку броблених і вставлених у палітурку книжкових блоків.

При комплектуванні книжкових блоків па підбиральних машинах (ПМ), иткошвейних автоматах (НІНА) і вкладально-швейно-різальних агрегатах (ВШРА), також на всіх проміжних операціях може з'явитися помилка, яка полягає в рисутності в книжковому блоці зайвих зошитів, у відсутності їх чи переплутанні у ередині блока, у наявності зошитів, перевернутих “хвостиком” до “головки” блока, а попаданні в книжковий блок зошитів “чужих” замовлень. Такий брак є едопустимим, вимагає для своєчасного виявлення і ліквідації значного штату онтролерів або відволікання основних робітників, розкомплектування з наступним овторним комплектуванням та зшиванням зошитів. Це здорожує книжкову родукцію, уповільнює виробничий цикл та призводить до втрат робочого часу.

Контроль правильності комплектування книжкових блоків здійснюється ¡ереважно в друкарнях за розташуванням у певному порядку у вигляді драбинки з івномірним чергуванням сходішок множини корінцевих міток (KM) Fia фальцях ошитів. У зв'язку з виникненням похибок розташування KM у просторі корінця нижкового блока, за окремими координатами, які вносяться в процесі виконання ехнологічних операцій, утруднюється та знижується ефективність контролю, ниження продуктивності та брак у комплектуванні часто зумовлені й неточною об отою аркушовивідних пристроїв та нечітким спрацьовуванням блокувальних ристроїв (БП) вищезгаданого обладнання.

Тому актуальною науковою задачею є розробка методів і засобів підвищення адійності контролю правильності комплектування книжкових блоків.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження дисертаційної роботи пов'язані з напрямками наукової роботи гкраїнської академії друкарства в галузі підвищення якості виготовлення книжкової родукції та автоматизації поліграфічних процесів, з науковими та практичними авданнями книжкових друкарень і вітчизняних заводів поліграфічних машин.

Метою дисертаційної роботи є підвищення надійності автоматизованого омплектування книжкових блоків на базі створення систем автоматизованого онтролю (САК) правильності їх комплектування та розробки методів і засобів для абепечення більш високої точності розташування KM на фальцях зошитів.

Для досягнення вказаної мети необхідно було вирішити такі завдання:

1. Проаналізувати технічні засоби та принципи автоматизації контролю правильності комплектування книжкових блоків з точки зору ефективності ї> використання в книжкових друкарнях.

2. За ефективністю САК проаналізувати і визначити способи підвищення надійності та продуктивності комплектування книжкових блоків на ПМ, НІНА та В1ПРА.

3. Розробити методи та засоби для забезпечення високої точності розташування К№ на фальцях зошитів за товщиною і довжиною книжкового блока й оптимізуваті розміри КМ з метою підвищення надійності відповідно до їх ідентифікації тг розпізнавання за номером зошита та замовлення видання.

4. Підвищити надійність функціонування існуючих САК комплектувати книжкових блоків та розробити нові.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Створено методику аналізу ефективності САК правильності комплектуванні книжкових блоків на ПМ, НІНА і ВІІІРА та виконано моделювання їх надій носі методом побудови гіпотетичного дерева несправностей, розробленого X Уотсоном та застосуванням теорії марковських процесів, що доз вол« відповідно, провести кількісну оцінку якості контролю, документуват причинно-наслідкові зв'язки між відмовами на рівні різних підсистем і визначит найважливіші відмови та слабкі ланки системи та представити надійність робот машин у часі з врахуванням видів відмов.

2. Розроблено математичні моделі геометричної форми КМ та процесу формуванн похибок їх розташування на фальці зошита, за якими встановлені аналітичі залежності параметрів фронтальних проекцій КМ на площини фотоприймачі] що визначають якість їх ідентифікації.

3. Визначено та досліджено основні фактори впливу на координатну точнісі розташування КМ та розроблено методику розрахунку результуючих похибо розміщення КМ за товщиною і довжиною книжкового блока по технологічни процесах, які дозволяють оцінити та забезпечити рівень точності окреми технологічних процесів уже на стадії проектування та прийняти оптималы рішення щодо їх підвищення.

4. Оптимізовано розміри КМ для різних видів скріплень і геометричних параметр фальці в зошитів, що підвищує достовірність їх ідентифікації.

5. Розроблено математичну модель зображення об’єкта, побудованого множино КМ на корінці книжкового блока, що має впорядковану структуру розташувані в метричному просторі, за якою обгрунтовано алгоритм поблочного контрол правильності комплектування книжкових блоків.

6. Розроблено методи й алгоритми контролю комплектування книжкових блок технічними засобами за ходом технологічного циклу їх виготовлення •

з

підвищення надійності на основі застосування розроблених наукових досліджень і системних принципів автоматизації.

Практичне значення одержаних результатів

Розроблені наукові положення дають можливість: підвищити надійність івтоматизованого (та візуального) контролю комплектуваїшя книжкових блоків за іахунок організації та впровадження методів імовірнісної оцінки і програмованого :ерування надійністю комплектування книжкової продукції на ПМ, ВШРА та НША; іикористати методи оцінки та мінімізації визначених у роботі складових іезультуючої похибки розташування КМ на корінці книжкового блока; вибрати »питальні розміри позошитних міток і міток замовлень за відомими «ометричними параметрами фальців зошитів, способами скріплення книжкового ілока та точнісними характеристиками технологічних процесів окремих друкарень оке на стадії проектування; застосувати запропоновані спеціальний шаблон та іуансон, які спрощують і підвищують точність монтажу діапозитивів КМ на фотоформах; підвищити надійність існуючих САК, розробити та впровадити нові.

Розроблений та випробуваний завадостійкий і швидкодіючий лічильно-рупуючий пристрій (ЛІ 11) фальцювальних машин (ФМ) з механізмом іідштовхування зошитів, запропоновані методи й алгоритми мікропроцесорної :истеми контролю товщини зошита (МПС КТЗ), позошитного (МПС ПЗКК) та гоблочного (МПС ПБКК) коїпролю комплектування книжкових блоків на ПМ, прощена схемотехніка і підвищена надійність пристрою блокування помилки в іідбиранні зошитів на НША можуть служити базою для підвищення технічного іівня ФМ, ПМ та НІНА, розробкою і виготовленням яких займаються Київський та Сарківський ЗПМ.

Результати роботи використовуються в навчальному процесі в УАД при гурсовому і дипломному проектуванні та при постановці і проведенні лабораторних юбіт.

Особистий внесок здобувача

За результатами наукових досліджень по темі дисертаційної роботи (публіковано 9 одноосібних праць. У роботах, написаних у співавторстві 2,3,7,9,12,13,14], здобувачеві належить ідея застосування загальної теорії :оординатної точності поліграфічних процесів і оптимізації алгоритмів (які юзробляються співавторами й охоплюють ширші аспекти, ніж висвітлені в роботі) у грикладних задачах, а саме при аналізі похибок розташування КМ та розробці ілгоритмів МПС, у [12] участь співавторів була рівнотворчою.

Апробація результатів дисертації

Результати дисертаційної роботи оприлюднені на 4-й українській конференції з автоматичного управління за участю міжнародних спеціалістів “Автоматика-97” (Черкаси, 1997), конференціях “Комп'ютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи” (Львів, 1996,1998), 2-й міжнародній науково-технічній

конференції “Математичне моделювання в електротехніці та електроенергетиці” (Львів, 1997), на науковому семінарі “Застосування комп'ютерів у поліграфа” 3-і міжнародної виставки “Світ друку-98” (Львів, 1998) і звітних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, наукових працівників і аспірантів УАД (Львів, 1996-2000рр.).

Публікації

Основні положення і результати дисертаційної роботи відображено в 16 друкованих працях - 7 статтях у науково-технічних збірниках і тезах 9-й доповідей.

Структура та обсяг дисертації

Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів та основних висновків, що викладені на 146 сторінках машинописного тексту, списку літературних джерел, який налічує 135 найменувань, і додатків. Робота містить 8 таблиць та 42 рисунки.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обірунговано актуальність вибраного напрямку досліджень, сформульовано мету та задачі роботи, подано отримані нові наукові результати, як виносяться на захист, підкреслено їх практичне значення.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан забезпечення методів tí засобів контролю правильності комплектування книжкових блоків.

Проведена класифікація способів комплектування і скріплеігая книжковго блоків, підбирального устаткування виявила їх велику різноманітність. Аналіз якост та продуктивності комплектування книжкових блоків у друкарнях свідчить, Щ( відсоток браку книжкової продукції досить високий, а продуктивність відноснс низька. Це обумовлено перш за все недостатньою повнотою автоматизованого ї> контролю, який зводиться в основному до контролю неподачі зошита та одночасно подачі двох зошитів на ПМ, оцінки якості підбирання зошитів на НІНА лише з: наявністю незадрукованого форзаца та контролю неподачі зошита на BILLPA.

Повний контроль, в основному, здійснюється візуально за топологієк розташування КМ і не завжди забезпечує 100%-відсоткову відповідність якості Часті зупинки ПМ при спрацьовуванні БП, їх невисока надійність функціонування необхідність переміщення машиністів на відносно великі відстані та усуненю причин зупинки суттєво впливають на продуктивність комплектування.

Проведені огляд і класифікація САК, аналіз технологічних особливостей їх стосування на ПМ підтвердив наявність цілого ряду завдань різного ступеня лади ості для забезпечення надійного контролю комплектування книжкових юків.

У вирішенні завдань пов’язаних з проблемою забезпечення правильності іижково-журнальної продукції накопичено певний вітчизняний і зарубіжний »свід. У цьому напрямку в Україні проводять роботу Київський і Харківський ЗПМ, АД та інші організації. Результати робіт знайшли своє відображення в науково-хнічній літературі.

Визначено, що основними причинами, які ускладнюють розробку САК та іижують ефективність їх роботи, є низька координатна точність розташування КМ площині корінця кішжкового блока, зумовлена неточністю технологічних іерацій.

Тому дослідження, які спрямовані на розробку науково обгрунтованих комендацій щодо підвищення координатної точності розташування КМ на шьцях зошитів та створення надійних і конкурентоспроможних САК правильності імплектування, є важливими для поліграфічного виробництва.

Другий розділ присвячений аналізу та визначенню способів підвищення ідійності комплектування книжкових блоків на ПМ, НША, ВШРА.

Процес функціонування ПМ можна подати у вигляді графа Є = {5,ІУ,Ж}, що

лючає Хп станів ПМ 5 = {хл}"=0, множини N операцій, які переводять ПМ з [ного стану в інший, та множини IV видів блокувань ук самонакладами г = {ук }1, • Блокування будь-якого набору за кожним видом блокувань приводить > одного технологічного стану (Сб) - зупинки (блокування) ПМ, тобто до стану, ий відповідає підмножині А і для якого

Групуючи види блокувань в одну або дві (за несхопленням зошита та [ночасним схопленням двох зошитів) групи, процес функціонування ПМ можна іисати відповідно напрямленими графами технологічних станів.

щюрядковуються експоненціальному законові. Визначено та апробовано значення іиведеного до однієї станції напрацювання до відмов ПМ Тф пр.

Ухп є А та А =5\ {х0},

{дг0}- стан ПМ, який відповідає справному функціонуванню ПМ (С^).

0)

Обробка експериментальних даних з використанням критерію Пірсої іявила, що розподіл перебування ПМ в окремих станах

Розв'язуванням диференціальних рівнянь Колмогорова одержано функції імовірностей станів ПМ та визначено значення коефіцієнти функціонування (готовності) кф та блокування к6 при об'єднанні видів блокувань в одну групу.

Проведені дослідження надійності функціонування ПМ з врахуванням видіб блокувань, виявили, що при комплектуванні зошитів з більшою кількістю сторінок зменшується кількість відмов через охоплення двох зошитів. Коефіцієнт готовності ПМ в усталеному режимі визначається за формулою

К = }ітРо(0=1------ТГ~І--------’ (Т‘

Л)/^2 + + МоМ2

де Ло.Яг - інтенсивності відмов, які призводять до блокувань ПМ, відповідно, через несхоплення зошита та одночасне охоплення двох зошитів; ц0,р2 - інтенсивності усунення відповідних блокувань самонакладів. Функції імовірносте* РФ(1ІР 60 (<\р 62 (') визначені складаїшям і розв'язуванням відповідно до графі технологічних станів диференціального рівняння.

Досліджено, що важливим фактором, який зменшує продуктивність ПМ, ( значна тривалість настроювання самонакладів на тираж, сумірна з часоїи комплектування видань невеликих тиражів. Тому, окрім вибору оптимальню швидкостей роботи самонакладів і параметрів зошитів одним із основних способи підвищення надійності та продуктивності ПМ є удосконалення аркушовивідню пристроїв, зокрема, шляхом розробки та впровадження МПС КТЗ.

З використанням так званого методу дерева несправностей обчисленг ймовірність неправильного комплектування книжкового блока при відсутності Р{к] та наявності існуючих БП на ПМ.

Імовірність неправильного комплектування книжкового блока при наявносг блокувальних пристроїв та при умові правильно підібраних першого і останньоп зошитів з приклеєними форзацами визначається за формулою

Ріку = м[р{с)+р(п)+/>(/)], (З

де N - кількість звичайних зошитів у книжковому блоці (без врахування зошитів і: приклейками); р(с\ Р(п\ р(і)~ імовірності наявності в магазині підбирально станції, відповідно, зошита іншої сигнатури, перевернутого зошита, зошита іншоп замовлення.

Ефективність блокувальних пристроїв оцінюється зменшенням імовірност неправильного комплектування книжкового блока на величину Рік)-Р'{к) = м[р{дз ) + Р{Н3)~ Р{Д3 Н3)}+ 2[р{Дф)+ Р{Нф)-Р{ДфНф))+г(Мф) (4

де Р{Д3\ Р(Н3)~ відповідно імовірності, одночасної подачі самонакладом двох зошитів та неподачі зошита; РІДф} р{нф) - відповідно, імовірності одночасної

подачі самонакладом двох зошитів з приклейками та неподачі зошита з приклейкою.

Проведені обчислення визначили суттєву ефективність використання БП. Обгрунтовано також, що подальше підвищення надійності комплектування пов'язане із розробкою САК, які б контролювали правильність комплектування за подіями Р{с\ Р{П), Р(і), зокрема з розробкою систем МПС ПЗКК та МПС ПБКК.

Після комплектування на ПМ та візуального контролю при скріпленні нитками книжкові блоки зшиваються на НША. Несправності при послідовному підбиранні зошитів самонакладами-розкривачами спричиняють брак при комплектуванні. Тому на НША встановлюються лічильно-розподільні пристрої з фотоголовками контролю помилки в підбиранні зошитів, основним завданням яких є забезпечення якості попереднього комплектування книжкових блоків на ПМ. З використанням вищевказаного методу дерева несправностей проведено оцінку ефективності пристроїв контролю на НША та підкреслено важливість забезпечення іх високої надійності.

З використаннями того ж методу дерева несправностей проведено оцінку якості комплектування брошур і журналів укладанням на ВІІІРА та оцінку гфективності їх БП. .Імовірність неправильного комплектування вказаної малооб’ємної продукції самонакладами-розкривачами на ВШРА визначається за формулою '

pH = *ИФ р(п)+/>(/)]+ p{m0)-n\p{c)+ р{п)+ />(/)]• р(м0), (5)

те Р{Ма) - імовірність неправильного завантаження м'яких обкладинок у магазині

ІОШИТІВ.

Оскільки комплектування укладанням виключає поблочний контроль підвищення його надійності можливе лише за допомогою МПС ПЗКК.

Проведена порівняльна оцінка надійності комплектування книжкових блоків тля найбільш поширених способів скріплення виявила, що найскладнішим є процеси комплектування та контролю при скріпленні нитками. Надійність комплектування шижкового блока при скріпленні нитками є найнижча і визначається за формулою

те Р(Кт{)~імовірність неправильного комплектування книжкового блока на ПМ; Р{ВК)~ імовірність візуального відбраковування книжкового блока контролером; Р{кншл)~імовірність неправильного підбирання книжкового блока на НША.

У третьому розділі проведено аналіз та визначено методи підвищення точності розташування КМ на фальцях зошитів за товщиною книжкового блока.

КМ розташовуються на фалъцях зошитів, довжина дуги яких у прямокутних координатах на площині (рис.1) визначається за формулою

(7)

*4

► х

• і" " 21 Зі

Рис. 1 Каркасна геометрична модель фапьця зошита

При розташуванні КМ на фальці зошита їх фронтальні проекції на площині фотоприймачів за товщиною зошита будуть зменшені, що утруднює ідентифікацік КМ. При відомих розмірах КМ за товщиною зошита та координатах розташування ї> на фальці зошита розміри фронтальних проекцій визначаються за формулою

й' =

Ь-п . ( . 2х,-Ь-п 2h^\ Ь-п

-х =------sin arcsin—1--------------1-- +----

1 2 І, Ь-п Ь-п-) 2 1

(8;

де Ь - товщина аркуша; п - кількість аркушів у зошиті. .

Зворотна задача - визначення розмірів КМ за параметрами форми фальця ті координат розміщення на ній міток за віссю - абсцис проводиться за формулою

h =

Ь-п

~Т

■ ( 2*2 arcsin] —— ■ ^Ь-п

1 -arcsin

'2хх

yjb-n

(9.

Типова гістограма розподілу величин фронтальних проекцій КМ розташованих на фальцях зошитів, наведена на рис.2. Величини фронтальню проекцій вимірювалися відліковим мікроскопом МПБ-2 з ціною поділки 0,05 мм приведені до середнього значення товщини зошита заданої вибірки.

Проведені дослідження точності показують, що певна частина КМ ш розташована на видимих частинах фальців зошитів. Імовірність відбракуванні книжкових блоків САК при цьому визначається за формулою

рв-~М, (10

де N1, - кількість зошитів (відбракованих) у загальній вибірці, в яких КМ н< розміщені на видимій частині фальця; М кількість зошитів у книжковому блоці.

Проведений теоретико-експериментальний аналіз точнісних характерисгш окремих технологічних процесів показав, що на точність розташування КМ зі

овщиною книжкового блока найсуттєвіше впливають процеси підрізування на формат стосів паперу для друку та фальцювання аркушів.

Рис. 2 Типова гістограма розподілу величин: а—фронтальних проещій КМ, розташованих на фачьцях зошитів; б -КМ, розташованих на фапьцях розгорнутих зошитів.

Розроблено методику розрахунку та визначено результуючі ентропійні начення похибок (РЕЗП) розташування КМ на фальцах 32- і 16-сторінкових зошитів ипу А та В, одержаних розрізуванням аркушів з часткою 1/32. На зошитах типу А М надруковані на лицьовому, а типу В - на зворотному боці аркуша.

РЕЗП випадкових складових розташування КМ на фальцях 32-х сторінкових зшитів при друці в два та один (з переворотом) прогони, зошитів типу А та В при руці в два прогони і зошитів типу А при друці в один прогін

Кі=кп^І + СГІФ+СГ1. 00

е Ки - «пропійний коефіцієнт; сгор, ся ф, стф - відповідно, середні квадратичні

ідхилення похибки друку, похибки настроювання фальцювальної машини та охибки фальцювання.

РЕЗП випадкових складових розташування КМ на фальцях зошитів типу В, ри друці в однії прогін

Аг = Кг2^&Ір +а1ф +&ф +0^3 +&шРи + агкптдрп > 02)

г (ттз - середнє квадратичне відхилення похибки позиціювання стосу при

ідрізуванні на формат стосу паперу для друку; апМр, Мр - відповідно, середні

квадратичні відхилення похибки підрізування та похибки неперпендикулярності підрізування.

Достовірність ідентифікації КМ зростає із збільшенням їх розмірів Традиційно розміри КМ за товщиною книжкового блока у кожній друкарні ( сталими і, за статистичними даними окремих книжкових друкарень (Львова, Києва Москви, Варшави та інших), змінюються в межах від 1,5 до 4,5 мм. Основним* критеріями, що обмежують мінімальні розміри КМ, є недопустимість їх сумірності: шириною дуже затемнених щілин між зошитами та роздільна здатністі ідентифікації, максимальні - недопустимість виступу міток на видимі корінцеві полі сторінок.

Максимально допустимі розміри КМ за товщиною книжкового блока дл> найбільш поширених способів скріплень (позошитного шиття нитками, незшивногс скріплення блоків та поблочного скріплення втачку) визначаються відповідно зі формулами

де сі - товщина аркуша; N - кількість аркушів у зошиті; С- глибина проклейкі зошитів; І -величина зрізування корінцевих фальців; Б-відстань розташуванні скоб відносно корінцевих згинів; Б- діаметр дроту; ат - середнє квадратичні відхилення похибки розташування КМ.

У четвертому розділі проаналізовано та визначено методи підвищенні точності розташування КМ за довжиною книжкового блока.

Точна геометрична модель КМ, розташованої на фальці зошита, загалом < прямокутником з двома розмірами (/?,£)• Характерними точками прямокутника < кути 1,2,3,4, що умовно назвемо вузлами, та точка перетину діагоналей Р0 (цент] симетрії), яку одночасно вважаємо початком координат точно розташованої мітки н; фальці зошита. Внаслідок впливу неточності окремих технологічних процесії можливі зміщення вузлів. Зміщення у вузлі 1 має дві компоненти (за двом; координатами), які в матричному записі мають вигляд

реальної не збігається з ідеальною і є чотирикутником зі сторонами, зміщенимі відносно ідеальної. На різних стадіях технологічного процесу вона описується з

К

тпах

та всі вісім компонентів зміщень позначені як { о } е. Форма розташованої КГ\

юпомогою відповідних поліномів. Імовірність неточного розташування КМ на фальці зошита визначається складанням двох сумісних подій:

= Р{Ц + т) = Р(д)+ Р(т)- Р(ДТ\ (17)

іе р(д\р(т) - імовірність неточного розташувати КМ, відповідно, за довжиною та •общиною книжкового блока.

Проведений теоретико-експериментальний аналіз точнісних характеристик ікремих технологічігих процесів виявив, що на точність розташування КМ за ювжиною, окрім раніше наведених складових, суттєво впливають похибки монтажу (іапозитивів КМ на фотоформах та похибки різання стосу задрукованих аркушів з іасткою 1/32 на аркуші з часткою 1/16. Для підвищення точності розмітки (іапозитивів КМ виготовлено спеціальний шаблон та пуансон.

В цілому точність розташування КМ за довжиною, яка впливає на якість юзпізнавання номера зошита та замовлень видань, нижча ніж за шириною. Іайбільші РЕЗП випадкових складових розташування КМ одержуємо на фальцях ошитівтипу В :

да = +а1р + +аф+ + а1еп різ ■> (18)

іе (тм - середнє квадратичне відхилення похибки монтажу КМ на фотоформах; 7пи > апо, у ’ анеп рп - відповідно, середні квадратичні відхилення похибки штовхуваїшя аркушів у стосі, похибки позиціювання подавача, різання та іеперпендикулярності різання стосу на дві частиіга.

При формуванні книжкового блока на похибку розташування КМ на корінці зшжкового блока враховується також похибка зштовхування зошитів у книжковому

'лоні о-,*,-

Для збільшення достовірності розпізнавання номерів зошитів збільшують [овжини позошитних КМ. За статистичними даними вищезазначених книжкових (рукарень, вони змінюються від 5 до 10 мм. Основним критерієм, що обмежує іінімапьні розміри КМ за довжиною, є умова забезпечення достовірності контролю,

. максимальні - можливість їх розташування в одній “драбинці”, що суттєво прощує процес розпізнавання.

Доведено, що мінімальні довжини позошитних КМ і міток замовлень та іізниць інтервалів між ними, для одноіменних зошитів різних видань, залежать від очнісішх характеристик технологічних процесів та устаткування друкарень і изначаються із умови

Ьтт> 2(ЗаІ>б), (19)

;е ад6- середнє квадратичне відхилення результуючої похибки розташування КМ у лижковому блоці за його довжиною.

У п'ятому розділі запропоновано структуру технічних засобів підвищення надійності комплексного автоматизованого контролю комплектування книжкових блоків за ходом технологічного циклу виготовлення книжкової продукції. Розроблено еволюційний ряд САК комплектування, які конфігуровані за об’ємом та якістю використаної в процесі вимірювання біжучої інформації, за формою їх подання, рівнем інтелектуалізації та функціональними можливостями.

Виготовлено та випробувано завадостійкий і швидкодіючий ЛГП попереднього формування у пачки книжкових зошитів на ФМ, який, окрім загального обліку напівфабрикатів, сприяє підвищенню стабільності зусиль пресування зошитів на обтискних пресах, що сприяє надійності їх виведення із магазинів ПМ. Впровадження форсованих режимів вмикання електромагнітів і розробленого механізму відштовхування зошитів забезпечує ефективну роботу пристрою на великих швидкостях фальцювання аркушів.

Запропоновано метод і алгоритм роботи самонастроювальної підналагоджувальної МПС КТЗ на ПМ, яка усуває трудомісткий процес ручного регулювання гвинтів на численних самонакладах, що в цілому підвищує надійність, продуктивність і комфортність обслуговувати ПМ, зменшує простої при переналагоджувати на тираж.

Розроблено метод і алгоритм самонастроювальної МПС ПЗКК книжкових

блоків на ПМ і ВШРА. Визначено, що довжина корінцевого поля зошитів, яка

повинна зчитуватись лінійкою фотоелементів МПС ПЗКК, дорівнює

і = Ь+2(Зад+Зазшз) (20)

де Ь - довжина КМ; <?о>азш і ~ відповідно, середнє квадратичне відхилення

результуючої похибки розташування КМ за довжиною корінця зошита та похибки зіштовхування (фіксації) зошитів у магазинах самонакладів ПМ.

Показано, що ефективне використання численних МПС ПЗКК (на кожній окремій станції) на ПМ можливе лише за умови забезпечення високої точності розташування КМ на фальцях зошита та суворого їх дотримання, оскільки будь-які неточності призводять до нерегламентованих ТУ (частих зупинок) машини. У цьому аспекті більш перспективна МПС ПБКК за топологією розташування КМ на корінці книжкового блока (рис.З).

Точна геометрична модель аналізуючого зображення - це упорядкована множина КМ або кортеж, тобто сукупність елементів, де кожний елемент займає визначене місце і елементи знаходяться у взаємозв'язку. Це простий вид простору И2 э (х,>’), так званий метричний простір, для визначення якого вводиться поняття відстані між елементами множини КМ або його метрика <і{тк,т,), яка при врахуванні, що зміщення КМ здійснюється незалежно за окремими координатами, визначається так

¿{тк,т) = \ск-х\ + \ук-у,\, (21)

іе хк,ук-координати центра симетрії Рк - мітки тк{к = \.,п).

У

Рис.З. Геометрична модель зображення об'єкта, побудованого розташуванням КМу книжковому блоці

Зображення об'єкту в найбільш загальній дискретній формі визначається

Елемент ии є О = {о,і} набуває бінарних значень яскравості КМ. Виділивши з

неправильних перестановок зменшуємо множину рівнянь, яка повинна прийматись /ГГТС розпізнавання, і тим самим спрощуємо її програмно-алгоритмічне абезпечення.

Обгрунтовано метод зчитування графічної інформації, розроблено алгоритми їункціонуваїшя і математичну модель алгоритму МПС ПБКК та технічна реалізація кремих її вузлів і блоків.

Спрощено та удосконалено схемотехніка пристрою контролю правильності іідбирання зошитів у блоки для вітчизняної ниткошвейної машини моделі БНШ 6А, ка відзначається високою стабільністю характеристик, простотою налагодження та ксплуатації. Пристрій надійно функціонує в парі з фотоголовкою виробника іашини.

іатрицею[о,*] розмірністю тих я елементів де п- кількість зошитів у книжковому ілоці; т - максимальна кількість КМ, розташованих за довжиною зошита.

(22)

гножини можливих варіантів зображень об'єкта £2 = {<»,,...,<Уг} підмножину зображень неправильно підібраних блоків за класами

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

1. Аналіз причин низької якості та продуктивності контролю правильное: комплектування книжкових блоків у друкарнях показує, що вони в основном зумовлені недостатніми точністю розташування КМ на фальцях зошитів і рівнеї автоматизації процесів їх контролю.

2. Виявлено, що процес функціонування ПМ описується дискретни марковським процесом з неперервним часом і зображається графом з двом технологічними станами - функціонування та блокування. Встановлено, їй випадкові потоки відмов є простими. Визначено, що подальше підвищені: продуктивності ПМ пов’язане з удосконаленням аркушовивіднош пристрої самонакладу та автоматизацією процесу його настроювання на тираж..

3. Запропонована методика ймовірнісної оцінки надійності комплектуванні! книжкових блоків на ПМ ВІПРА та НІНА дозволила визначити ефективнісі застосування САК і те, що подальше підвищення надійності комплектуваші пов’язане з розробкою МПС контролю за координатами розташування КМ.

4. Порівняльна оцінка надійності технологічних процесів комплектуваш: книжкових блоків за різними способами їх скріплення виявила, що наймені надійними є багатоопераційне комплектування та контроль при зшиванні нитками.

5. Побудовані математичні моделі, які пояснюють особливості виникнеш похибок розташування КМ на фальцях зошитів за ходом технологічного циклу, і проведений аналіз точнісних характеристик окремих її процесів визначили, н основними факторами, котрі найбільше впливають на результуючу похиб* розміщення є процеси підрізування та розрізування стосу паперу і фальшовані аркушів.

6. Розроблено методику розрахунку результуючих ентропійних і довірчі значень похибок розташування КМ за їх координатами сгт та ай, яка доз вол; оцінювати рівень точності технологічного процесу за точнісішми характеристикам складових операцій уже на стадії проектування та приймати оптимальні рішеш щодо її підвищення.

7. Встановлено, що розкид похибок розташування КМ за довжино книжкового блока та їх систематичні складові перевищують в цілому відповіді розкид та систематичні складові похибок розміщення за його товщиною.

8. Основним способом підвищення точності розташування КМ є мінімізац похибок на технологічних операціях, зокрема за допомогою розробленої спеціального шаблона та пуансона для підвищення точності монтажу діапозитив на фотоформах, а також оцінкою та регулюванням точності фальцювання на ФМ : додатково надрукованими на відбитках спеціальних тонких контрольних міток.

9. Виведено аналітичні та графічні залежності для визначення оптимальні розмірів КМ за товщиною книжкового блока за критеріями якості ідентифікації ■

іедопустимістю їх виступу на видимі корінцеві поля сторінок книжки для найбільш тоншрених способів скріплення.

10. Доведено, що для підвищення надійності автоматизованого контролю сомплектування мінімальні довжини KM та міток замовлень повинні визначатись із /мови Ьтіп > 2(3сгаб). Одержані в пп.9 і 10 результати можна рекомендувати для розробки відповідних ТУ.

11. Розроблено та випробувано завадостійкий швидкодіючий ЛГП ФМ, іідвищено САК підбирання зошитів НІНА, запропоновано методи та алгоритми VfflC КТЗ, МПСПЗКК та МПС ПБКК на ПМ і МПС ПЗКК на ВШРА з шкорисганням мікроконтролерів MCS-51 корпорації INTEL.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

І. Казьмірович O.P. Математична модель алгоритму мікропроцесорної системи контролю правильності підбирання книжкових блоків // Поліграфія і видавнича справа: Наук.-техн. зб. - Львів: УАД, 1998.-№34.-С.226-229. і. Казьмірович Р.В., Казьмірович O.P. Аналіз похибок підрізки на формат стосів паперу для друку // Поліграфія і видавнича справа: Наук.-техн. зб. - Львів: УАД, 1998.-Ж54.-С. 187-193.

5. Казьмірович O.P., Казьмірович Р.В. Математична модель розташування корінцевих міток у книжкових блоках // Вісн. ДУ “Львівська політехніка”, 1997.-№340.-С.51-56.

1. Казьмірович O.P. Оцінка ефективності пристроїв контролю правильності

підбирання книжкових блоків на підбірних машинах // Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні: Укр. міжвід. наук.-техн. зб. - Львів: ДУ “ЛП”, 1999.-№34. - С.79-83.

>. Казьмірович O.P. До питання оптимізації розмірів позошитних корінцевих

міток книжкового блока // Поліграфія і видавнича справа: Наук-техн. зб. -Львів: УАД, 1999.-№35.-С.232-238.

5. Казьмірович О. Аналіз достовірності та продуктивності комплектування

книжкових блоків на вкладально-швейно-різальному агрегаті // Комп'ютерні технології друкарства: Зб. наук. пр. - Львів: УАД, 1999. - №3. - С.338-347.

L Казьмірович О.Р, Казьмірович Р.В. Про оцінку точності розташування

корінцевих міток на фальцах книжкових блоків //Наукові записки УАД: Наук,-техн.зб. - Львів:УАД, 1999.- Вип. 1. - С.60-62.

5. Казьмірович О. Пристрій контролю помилки у підбиранні зошитів у блоці на

ниткошвейних машинах // Комп'ютерні технології друкарства: Зб. наук. пр. -Львів: УАД, 1998.- С. 166- 167.

9. Казьмірович О., Казьмірович Р. Аналіз та підвищення точності монтажу діапозитивів корінцевих міток на фотоформах // Комп'ютерні технології друкарства: 36. наук. пр. - Львів: УАД, 1998. - С.172.

10. Казьмірович O.P. Алгоритм контролю мікропроцесорною системою координат розташування сигнатурних міток на корінцях зошитів книжкових блоків h Комп'ютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи: Наук. пр. конф. ЩРУКОТЕХН-96).-Львів: УАД, 1996.-С.70-71.

11. Казьмірович O.P. Побудова мікропроцесорної системи контролю вірності підборки зошитів у книжкових блоках // Комп'ютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи: Наук.пр.конф. (ДРУКОТЕХН-96).-Львів: УАД

1996.-С.174-175.

12. Казьмірович Р.В., Тітов Г.Н., Казьмірович O.P. Побудова мікропроцесорногс пристрою для контролю координат розміщення сигнатурних міток на корінця? зошитів книжкових блоків // Тези доп. звітн. наук.-техн. конф. за 1996 рік. Вип.3.-Львів: УАД, 1997.-С.38.

13. Казьмірович O.P., Овсяк В.К. Оптимізація математичної моделі алгоритм} автоматизованого контролю вірності підборки книжкових блоків // 4-: українська конференція з автоматичного управління за участю міжнародній спеціалістів (АВТОМАТИКА-97) 23-28 червня 1997 р.-Том З.-Черкаси: ЧІТ1

1997.-С.30.

14. Казьмірович O.P., Казьмірович Р.В. Про оптимізацію розмірів корінцевих мітої за товщиною книжкового блоку // 4-а українська конференція з автоматичнол управління за участю міжнародних спеціалістів (АВТОМАТИКА-97) 23-2! червня 1997 р.-Том 4.-Черкаси: ЧІТІ, 1997.-С.25.

15. Казьмірович O.P. Схемотехніка оптоелектронних пристроїв автоматизованії систем контролю правильності підбирання книжкових блоків // Тези доп. звіта наук.-техн.конф. за 1998 рік.-Вип.4.-Львів: УАД 1999.-С.114.

16. Казьмірович O.P. Розрахунок похибок розташування корінцевих міток н: фальцах зошитів за товщиною книжкового блока // Тези доп. звітн. наук, техн.конф. за 1999 рік.-Вип.4.-Львів: УАД, 1999.-С.115.

Анотація

Казьмірович O.P. Методи та засоби підвищення надійності автоматизованог котролю комплектування книжкових блоків. Рукопис. - Дисертація на здобутт наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.01 - машини процеси поліграфічного виробництва. - Українська академія друкарствг Львів, 2000.

Дисертація присвячена методам підвищення надійності автоматизованого юнтролю правильності комплектування книжкових блоків шляхом розробки: іетодики оцінки та визначення способів підвищення надійності комплектування нижкових блоків на підбиральних машинах, ниткошвейних автоматах та кладально-швейно-різальних агрегатах; науково-технічного забезпечення

:оординатної точності розташування корінцевих міток (КМ) на фальцях зошитів за общиною та довжиною книжкового блока та оптимізації їх розмірів; нових ехнічних засобів і алгоритмів контролю товщини зошита та ідентифікації оординат розташування КМ на фальцях зошитів із дослідженням можливості їх даптації до зміни геометричних параметрів зошитів та підвищення надійності інуючих систем автоматизованого контролю (САК).

Отримані в роботі результати мають важливе значення для теорії і практики роектування САК. Впровадження результатів досліджень та рекомендацій у нижкових друкарнях підвищить точність розташування КМ на фальцях зошитів з іетою забезпечення їх якісної візуальної та автоматизованої ідентифікації.

Ключові слова: автоматизований контроль, комплектування, зошити, нижковий блок, корінцеві мітки, підбиральні машини, надійність.

Abstract

Kazmirovych O.R. Methods and tools providing the reliability improvement of utomated control of inner book assembling. Manuscript. - Thesis for the Degree of !andidate of Technical Sciences in specialty 05.05.01 - machines and processes of rinting production. - Ukrainian Academy of Printing, Lviv, 2000.

The thesis is devoted to the reliability improvement methods of automated control f inner books assembling correctness. Following development methods are presented: stimation methodics and determination of ways for reliability improvement of automated ontrol to be realized by gathering machines, sewing machines and saddle stitcher trimmer ggregates; scientific technical provision of co-ordinate accuracy of the mark back (MB) rrangement on the book folds by the width and length of an inner book and optimization f the mark back dimensions; novel technical instruments and algorithms for the signature 'idth control and co-ordinate detection of the MB location on the book folds being tested ti their adaptability to possible changes of signature dimensions and reliability nprovement of the existing automated control systems (ACS).

The results obtained are essential for theory and practice in ACS designing, nplementation of recommendations and investigation results to the printing plants would nprove accuracy of BM location on the book folds in order to provide their high-quality isual and automated identification.

Keywords: automated control, assembling, signature, inner book, mark back, ithering machine, reliability

Аннотация

Казьмирович О.Р. Методы и средства повышения надежност автоматизированного контроля комплектования книжных блоков. Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук п специальности 05.05.01 — машины и процессы полиграфического производства. Украинская академия печати, Львов, 2000.

Диссертация посвящена вопросам автоматизации контроля правильное! комплектования книжных и брошюрных блоков, включает введение, пять гла] выводы и список литературы из 135 наименований.

В первой главе проанализированы качество комплектования книжно продукции в типографиях и современное состояния и средств контрог правильности комплектования книжных блоков. Проведенные обзор классификация систем автоматизированного контроля (САК), анаш технологических особенностей их применения показали, что существует целый р* задач разной степени сложности по обеспечению надежного контр аг комплектования. Определено, что основными причинами, усложняющим разработку и эффективное использование САК, является низкая координата! точность расположения корешковых меток (КМ) на фальцах тетрадей. Поэто\ исследования, направленные на разработку научно обоснованных рекомендаций I повышению точности расположения КМ и создание надежных конкурентоспособных САК, являются важными для полиграфически производства.

Второй раздел посвящен анализу и определению способов повышею надежности комплектования на подборочных машинах (ПМ), ниткошвейнь автоматах (НША) и вкладочно-швейно-резальные агрегатах (ВШРА). Решение дифференциальных уравнений Колмогорова получены функции вероятность состояний ПМ, которые выявили низкий коэффициент готовности ПМ из-за часть срабатываний блокировок. Доведено, что важной причиной снижет производительности ПМ является также значительная продолжительное настройки самонакладов на тираж, соизмеримая со временем комплектован] изданий небольшого тиража. Внедрение микропроцессорной системы контрой толщины тетрадей (МПС КТТ) существенно повышает эффективность ПМ. использованием метода дерева неисправностей проведена оценка вероятное-неправильной комплектовки книжных блоков и эффективности применения САК ] ПМ, НША и ВШРА, показана перспективность разработки микропроцессор»« систем потетрадного и поблочного контроля (МПС 11’1'КК, МПС ПБКК) д повышения надежности комплектования.

В третьей главе определены методы повышения точности расположения К на фальцах тетрадей по толщине книжного блока. Разработана математическ модель фальца тетради с размещенной на ней КМ, определяющая зависимое

азмеров фронтальных проекций КМ на плоскости фотоприемников от ее точности. Экспериментальные исследования показывают, что относительно большая часть КМ з-за низкой точности отдельных технологических операций не размещена на идимых частях фальцов, что затрудняет их идентификацию. Проведенный еоретико-экспериментальный анализ точностных характеристик технологических роцессов показал, что на точность расположения КМ по толщине наиболее сильно лияют процессы подрезки на формат стоп бумаги для печати и фальцовки листов, 'азработана методика расчета и определены результирующие энтропийные значения [огрешносгей (РЭЗП) размещения КМ на фальцах тетрадей при печати в один (с ереворотом) и два прогона, которые позволяют оценивать уровень точности ехнологического процесса по известным точностным характеристикам оставляющих операций уже на стадии проектирования и принимать оптимальные ешештя по их повышению. Выведены аналитические и графические зависимости ля определения оптимальных размеров КМ по толщине по критериям качества иентификации и недопустимости их выступа на видимые корешковые поля страниц нити, касающиеся наиболее распространенных способов скрепления.

В четвертой главе и определены методы повышения точности расположения СМ на фальцах тетрадей по длине книжного блока. Разработана математическая юдель КМ с учетом неточности ее расположения. Выявлены и проанализированы юполнительные источники погрешностей, среди которых наиболее существенными вляются процессы монтажа диапозитивов на фотоформах, разрезки отпечатанных в /32 доли листа на две части в 1/16 доли листа и сталкивания тетрадей в книжном шоке. Предложена методика расчета РЭЗП размещения КМ по длине. Определены ритерии выбора оптимальных по длине книжного блока размеров потетрадных и юзаказных КМ.

В пятой главе, для повышения надежности комплектования книжных блоков [редлагается структура САК по ходу технологического цикла изготовления :нижных изданий, конфигурируемых по уровню их интеллектуальности и функциональным возможностям. Изготовлено и испытано помехоустойчивое и ¡ыстродействущее счетно-группирующее устройство предварительного формирования в пачки книжных тетрадей на фальцевальных машинах. Разработаны «етоды и алгоритмы самонастраивающей подналадочной МПС КТТ на ПМ, а также методы, алгоритмы и метрологическое обеспечение самонастраиваемой МПС ПТКК ашжных блоков на ПМ и ВШРА. На основе разработанной математической модели вображения, построенного расположением КМ в книжном блоке, предложены ¿етоды, алгоритмическое обеспечение и схемотехника отдельных узлов уШС ПБКК. Усовершенствовано устройство контроля правильности подборки «традей в блоки на НША.

Ключевые слова: автоматизированный контроль, комплектование, петради, книжный блок, корешковые метки, подборочные машины, надежность.