автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка автоматизированных методов построения вафельных переплетений

ШАТАЛОВА ЕКАТЕРИНА АЛЕКСАНДРОВ!

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ВАФЕЛЬНЫХ ПЕРЕПЛЕТЕНИЙ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2013 г.

"21 НОЯ 2013

005538747

ШАТАЛОВА ЕКАТЕРИНА АЛЕКСАНДРОВ!

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ВАФЕЛЬНЫХ ПЕРЕПЛЕТЕНИЙ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2013 г.

Работа выполнена на кафедре технологии и проектирования Димитров-градского инженерно-технологического института (филиала) Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Малецкая Светлана Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Фирсов Андрей Валентинович зав. кафедрой информационных технологий и компьютерного дизайна Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

кандидат технических наук Левакова Наталья Марковна директор ЗАО «Текс-Цент»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Ивановский государствен-

ный политехнический университет

Защита состоится » 2013 г. в /¿.¿Йасов на заседании

диссертационного совета Д 212.144.06 в Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д.ЗЗ, стр 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета дизайна и технологии.

Автореферат разослан « ¿СОЛСЇРА 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор / ¡Ъ' Ю.С.Шустов

з

АННОТАЦИЯ

Настоящая диссертация представляет законченную научно-исследовательскую работу, где изложены научно обоснованные технические и технологические решения, связанные с разработкой автоматизированных методов построения вафельных переплетений, что позволяет использовать информационные технологий для расширения ассортимента тканей вафельных переплетений и приводит к снижению временных, трудовых и материальных затрат при проектировании и выработке тканей данной ассортиментной группы.

В работе изложены научные основы автоматизированного построения вафельных переплетений с использованием различных способов достижения рельефности ткани. Предложены методы математического описания параметров строения для тканей вафельных переплетений с различной формой рельефных фигур. Разработан комплекс автоматизированных методов построения рисунков вафельных переплетений со всеми возможными способами достижения рельефности ткани. Разработаны алгоритмы и программы, позволяющие автоматизировать основные этапы построения вафельных переплетений различного строения. Разработана классификация вафельных переплетений по способу построения, по форме рельефного элемента и по количеству рельефных элементов в раппорте. Разработана методика автоматизированного формирования схемы вафельного переплетения, элементами которой являются числа, соответствующие порядковым номерам трансформаций полотняного переплетения.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ

• Принципы формализации и систему математического описания параметров строения для тканей вафельных переплетений с различной формой рельефных фигур.

• Комплекс автоматизированных методов построения рисунков вафельных переплетений при использовании различных базовых переплетений.

• Алгоритмы и программы, позволяющие автоматизировать основные этапы построения вафельных переплетений различного строения.

• Методику представления вафельного переплетения на базе ромбовидной саржи в виде схемы, элементами которой являются трансформации раппорта полотняного переплетения.

• Методику, позволяющую выполнять построение вафельного переплетения на базе ромбовидной саржи с рельефными фигурами в форме параллелограмма.

• Автоматизированный метод построения вафельных переплетений на прямоугольной базе, основанный на формировании вафельного переплетения по его схеме, определяющей местоположение базовых переплетений в общем раппорте вафельного переплетения.

• Автоматизированный метод построения комбинированных вафельных переплетений.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Ткани вафельных переплетений, имеющие ярко выраженный рельеф, широко распространены в большинстве отраслей текстильной промышленности: хлопчатобумажной, шерстяной и льняной.

Расширение ассортимента тканей вафельных переплетений осуществляется за счет использования различных способов достижения рельефности ткани, изменения формы, направления и конфигурации рельефных фигур, построения комбинированных вафельных переплетений путем сочетания в одном раппорте базовых переплетений, обеспечивающих получение различных рельефных фигур. Применение ЭВМ значительно сокращает время построения рисунка переплетения и позволяет, оперативно изменяя отдельные параметры построения, получить наилучший результат строения ткани в кратчайшие сроки.

В группе тканей вафельных переплетений до настоящего времени совсем отсутствуют работы, посвященные автоматизированному построению тканей вафельных переплетений, так же отсутствует системный подход к строению данных тканей. В недостаточной степени изучены строение вафельных переплетений и способы достижения рельефности ткани, вырабатываемой данными переплетениями. Не рассмотрены пути расширения ассортимента тканей вафельных переплетений. Поэтому разработка комплекса автоматизированных методов для построения рисунков тканей вафельных переплетений со всеми возможными способами достижения рельефности ткани является своевременной и актуальной.

Цель и задачи исследования: целью настоящей работы является разработка научно обоснованных технических и технологических решений, связанных с использованием информационных технологий для расширения ассортимента тканей вафельных переплетений.

Основными задачами для достижения поставленной цели являются:

- выполнение анализа строения тканей вафельных переплетений при различных способах достижения их рельефности;

- разработка системы математического описания параметров построения для тканей вафельных переплетений;

- разработка метода автоматизированного построения рисунков вафельных переплетений, получаемых на базе ромбовидной саржи при использовании всевозможных трансформаций раппорта полотняного переплетения;

- разработка метода автоматизированного построения рисунков вафельных переплетений, получаемых на базе ромбовидной саржи, позволяющего изменять форму рельефной фигуры;

- разработка метода автоматизированного построения рисунков вафельных переплетений на прямоугольной базе;

- разработка метода автоматизированного построения рисунков комбинированных вафельных переплетений при использовании различной базы;

- создание алгоритмов и программ, реализующих разработанные методы.

Методы исследования. Поставленные задачи решались с использованием теоретических и экспериментальных методов.

Методологической и теоретической базой являлись работы отечественных и зарубежных ученых в области строения и проектирования тканей и автоматизации её проектирования.

Методологической основой при разработке методов автоматизированного построения переплетений вафельных тканей явился системный подход на базе представления раппорта переплетения в виде схемы расположения отдельных элементов, её формирующих.

При разработке теоретических основ автоматизированного построения вафельных переплетений использованы теория строения и проектирования тканей, методы алгебры-логики, матричное исчисление.

Научная новизна работы заключается:

- в разработке научных положений автоматизированного построения вафельных переплетений различными способами достижения рельефности ткани;

- в разработке методов математического описания, позволяющих формализовать параметры строения вафельных переплетений, вырабатываемых на современном технологическом оборудовании.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

Разработанные методы автоматизированного построения переплетений вафельных тканей доведены до практической реализации в виде программ для ЭВМ, официально зарегистрированных в государственном Реестре Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам [Свидетельства №№ 2011613162, 2011615962].

Производственная апробация разработанных программных продуктов на ЗАО «МАТЭКО» показала, что внедрение в ткацкое производство комплекса автоматизированных методов для построения переплетений вафельных тканей значительно расширяет ассортимент вырабатываемых тканей, сокращает время и материальные затраты на его разработку.

Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры ткацкого производства Димитровградского института технологии, управления и дизайна (филиала) Ульяновского государственного технического университета:

1. При изучении дисциплин для студентов специальностей 260703 и

260704: «САПР тканей», «Строение и проектирование тканей».

2. При проведении дипломного проектирования: начиная с 2010 года, выполнено 3 дипломные исследовательские работы по данной тематике.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение:

1. на всероссийской научно-технической конференции ТЕХТЕКСТИЛЬ -2010 (г. Димитровград, ДИТУД (филиал) УлГТУ);

2. на международной научно-технической конференции Российского заочного института текстильной и легкой промышленности (Москва 2010г.);

3. на внутривузовской научно-технической конференции Димитровградского института технологии, управления и дизайна (филиала) УлГТУ (2011);

4. на всероссийской научно-технической конференции ТЕКСТИЛЬ XXI века ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина» (2011);

5. на внутривузовской научно-технической конференции Димитровград-ского инженерно-технологического института - филиала НИЯУ «МИФИ» (2012);

6. на всероссийской научно-технической конференции Димитровградско-го инженерно-технологического института — филиала НИЯУ «МИФИ» (21 февраля 2012);

7. на заседании кафедры технологии и проектирования Димитровградско-го инженерно-технологического института — филиала НИЯУ «МИФИ»;

8. на заседании кафедры ткачества МГУДТ.

Личное участие автора в получение изложенных в диссертации результатов. Все основные положения диссертационной работы разработаны автором лично. Внедрение результатов исследований выполнено как автором лично, так и при его непосредственном участии.

Публикации. Основные результаты выполненной работы опубликованы в 13 печатных работах: 7 статей, в том числе Зстатьи в журналах, рекомендованных ВАК; 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ; 4 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертационной работы.

Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованных источников из 103 наименований и 2 приложений.

Общий объём диссертации 210 стр., в том числе 175 стр. основного текста, 110 рис., 4 табл.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, ее научная новизна и практическая ценность. Сформулированы цели и задачи исследования и представлены основные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе проведен обзор литературы по теме диссертации. Все работы, связанные с темой настоящего исследования, рассматривались по направлению разработки методов автоматизированного построения и проектирования различных тканей.

Анализ литературных источников по теме диссертационной работы позволил обосновать цель работы, подтвердил её актуальность, практическую и научную значимость.

Разнообразие рассмотренных работ подтвердило, что использование информационных технологий позволяет в значительной степени сократить время на построение переплетения и на разработку нового ассортимента тканей.

Во второй главе выполнен подробный анализ строения тканей вафельных переплетений с различными способами достижения рельефности ткани, на базе которого разработана классификация вафельных переплетений по способу построения, форме рельефного элемента и количеству рельефных элементов в раппорте (рис.1).

Для переплетений, получаемых на разной базе, разработана более полная классификация, учитывающая все параметры построения.

Рис. 1 Классификация вафельных переплетений

Предложена методика построения рисунков вафельных переплетений, получаемых на базе ромбовидной саржи, позволяющая придать рельефным элементам форму параллелограммов различной конфигурации размеров и расположения, что расширяет ассортимент тканей данного строения.

Установлено, что построение вафельных переплетений на прямоугольной базе возможно двух видов: в виде клеток или по типу крепа, получаемого негативным способом. Предложены пути расширения ассортимента вафельных переплетений, получаемых на прямоугольной базе, за счёт изменения площади рельефных участков и их формы.

Третья глава посвящена разработке автоматизированного метода построения вафельных переплетений на базе ромбовидной саржи.

Для математического описания параметров построения вафельных переплетений применяем ряд переменных:

- форма рельефных фигур, принимает следующие значения:

1 —ромб; 2 — параллелограмм.

иР - направление усиления перекрытий, принимает следующие значения:

1 - по утку; 2 - по основе.

БР - способ получения переплетения с фигурами в виде ромба (КР=1), принимает следующие значения:

1 - построение стандартного вафельного переплетения;

2 — построение вафельного переплетения с несколькими диагоналями;

3 — построение вафельного переплетения с увеличением длины основных перекрытий.

При построении переплетения с фигурами в виде параллелограмма (КР=2) задаем два параметра:

РЇЇ - направление поворота фигуры, обозначенное: 1 - направо; 2 - налево.

CN - число нитей с максимальной длиной настила, соответственно:

1 - два длинных настила; 2 — три длинных настила.

Раппорт вафельного переплетения, задаваемый переменной ЯР, должен быть всегда четным и составлять не менее шести нитей.

Анализ строения вафельных переплетений показал, что любое вафельное переплетение можно представить в виде набора базовых элементов - раппортов полотняного переплетения, трансформированных путем добавления одного или нескольких основных (уточных) перекрытий.

Всего возможно получить шестнадцать базовых элементов (рис. 2), обозначенных цифрами 0 ... 15, которые соответствуют порядковому номеру матрицы каждой трансформации в трехмерном массиве В$(16,2,2), уменьшенному

на единицу.

Предлагаем способ автоматизированного построения вафельного переплетения, в котором осуществляется автоматическая генерация его схемы, показывающей расположение базовых элементов на поле раппорта, поскольку структура схемы определяется видом вафельного переплетения (рис.3) и сохраняется постоянной, при изменении величины раппорта,

.для каждого вида переплетения.

Анализ схем, представляющих вафельное переплетение одного вида с различной величиной раппорта, показал, что каждая диагональ схемы состоит из

--------------ох величины

ИїИїИїИїШїИїШїИ 12 12 ™ 12 1 2 12 12 1_2

1

12 12 12 6

1 2 7

™ 1 2 77 1 2 1 2 12 12 1 2

1 2 10

1 2 И

12 13 14 15

Рис. 2. Возможные трансформации полотняного пеоеплетения

одинаковых цифр, но количество их изменяется в зависимости

раппорта.

Формирование схемы вафельного переплетения осуществляется автоматически путем последовательного заполнения её матрицы базовыми элементами по диагоналям. Вид элементов и количество этапов построения определяются видом вафельного переплетения и принятым направлением усиления перекрытий.

Анализ схем вафельных переплетений разного вида выявил определенные закономерности:

1. Для построения схем используется разное число этапов.

2. Диагональные элементы схемы принимают различные значения и за

1 этап

2 этап 3 этап

К

1 5 0 1 5 0 0

5 2 5 0 2 ь 0 1)

Л 3 0 4 3 и 4

0 4 0 4 4 0 и 4

(1 5 0 Ь и и

1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 2 3 4 ь

4 этап 5 этап

123456783 10

ч (і 1 0 1 5 0 1 0

5 0 0 2 5 О I)

В 0 4 3 6 (1 4

6 0 0 4 4 6 0 21 0 4

и 0 5 0 2 1 0

1 2 3 4 5 1 2 3 4 Ь

6 этап 7 этап

0 3 1 0 1 5 0 і 1 и

5 1) 0 6 2 6 5 0 и ь

в п 4 3 6 6 I 4 ь

(1 ? Л 4 4 6 ( 0 4

2 3 0 5 0 3 0

Рис.3 Формирование стандартного вафельного переплетения

висят от принятого направления усиления перекрытий.

3. Для некоторых видов переплетений выделяются элементы, не попадающие под общее правило и описываемые особо.

4. Если, при размещении базовых элементов в матрице схемы, какая-либо позиция занята элементом ранее сформированной диагонали, то эта позиция пропускается.

5. Цифры, формирующие практически все диагонали матрицы каждой схемы, меняют свои значения по отношению к определенной строке, номер которой обозначен К.

Предложена методика построения схем вафельных переплетений, определяющая правила расположения базовых элементов каждого вида, в зависимости от их местоположения относительно строки матрицы с номером К, расчет значения которого выполняется по формулам с учётом направления наклона диагонали матрицы, идущих снизу вверх (1) и сверху вниз (2):

К = Я\2 , (1)

К = Я \2 + 1. (2)

В расчетных формулах используем деление нацело, позволяющее учесть четность значения раппорта схемы.

Автоматизированное формирование схемы у различных видов вафельных переплетений, несмотря на разное количество этапов построения, обеспечивается всего тремя алгоритмами:

• Алгоритм для формирования диагоналей матрицы, идущих сверху вниз.

• Алгоритм для формирования диагоналей матрицы, идущих снизу вверх.

• Алгоритм для формирования позиций матрицы, оставшихся после ее заполнения на предыдущих этапах.

Формирование раппорта вафельного переплетения сводится к замене каждого числа в схеме переплетения на соответствующий базовый элемент, как показано на рис. 4.

5 0 3 1 0

5 0 0 6

6 6 0 4 6

6 0 2 0 4

0 2 3 3 0

1 2 3 4 5

Л J ■ ■

Рис. 4. Формирование раппорта вафельного переплетения

Для осуществления данной процедуры представим схему переплетения в виде матрицы S(R,R), каждый член которой показывает номер базового элемента, матрица которого расположена в трехмерном массиве В$(16,2,2), являющегося исходным при построении вафельного переплетения.

Алгоритм формирования матрицы вафельного переплетения P$(RP,RP) имеет структуру вложенного цикла, внешняя часть которого открыта по строкам (по уточным нитям), а внутренняя часть - по столбцам (основным нитям). Считывание информации о виде перекрытия формируемого переплетения P$(I,J) производим с матрицы базового элемента B$(Z,P,Q), номер которой Z, определяется схемой переплетения Z=S(M,N).

В четвертой главе разработан автоматизированный метод построения вафельных переплетений на прямоугольной базе, который позволяет строить два

вида переплетений, обозначаемых вспомогательной переменной VP, принимающей значения: 1- по типу крепа; 2 - в виде клеток.

При построении переплетений по типу крепа достаточно сформировать базовый элемент (рис.5), а затем, используя известный алгоритм построения крепа негативным методом, получить раппорт вафельного переплетения.

Предложенный алгоритм обеспечивает построение базового элемента по основным нитям, объединенным в три группы, с учетом равенства размеров участка полотна NP и NP1, по основе и по утку соответственно, их четности, а так же четности раппорта базового элемента R.

Выпуклые фигуры раппорта, при построении вафельного переплетения на прямоугольной базе имеют как квадратную, так и прямоугольную форму.

Конфигурация строения раппорта постоянна, независимо от величины раппорта и формы выпуклой фигуры, это достигается различным началом построения базового элемента, которое определяется соотношением величин NP и NP1 : если NP= NP1, то построение первой основной нити начинаем с уточного перекрытия, иначе - с основного.

В случае неравенства величин NP и NP1 возможно получение выпуклой фигуры в виде прямоугольника, по-разному ориентированного на площади раппорта, что зависит от соотношения данных величин.

С помощью разработанной программы было проведено исследование рисунков вафельного переплетения с различной величиной раппорта.

Установлено, что с увеличением раппорта доля площади участков, образованных полотняным переплетением, практически постоянна, а доля площади участков, образованных длинными настилами, уменьшается, что объясняется ростом площади переходных участков, что подтверждено расчётами, на основании которых предлагаем вырабатывать ткань с величиной раппорта не выше 34 нитей, что позволяет получить наилучший внешний вид ткани.

Для выработки вафельных переплетений на прямоугольной базе, получаемых по типу крепа, количество ремизок в заправке ткацкого станка всегда равно четырем и не изменяется при увеличении раппорта переплетения.

На основе разработанной методики построения вафельных переплетений на прямоугольной базе по типу крепа, создано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать построение вафельных переплетений на прямоугольной базе с любой величиной раппорта, которую задаем, остальные параметры определяются автоматически: величина раппорта базового элемента -R, размеры участка полотняного переплетения по основе - NP и по утку - NP1.

Это позволило значительно сократить время построения и расширить ассортимент тканей, выработанных данным классом переплетений.

PP$(R, R)

01000010 10111101 01111110 01111110 01111110 01111110 10111101

При автоматизированном построении вафельных переплетений в виде клеток используем схему переплетения, показывающую расположение базовых переплетений, формирующих рельефные участки, в раппорте вафельного переплетения.

Поскольку выпуклые участки могут вырабатываться разными переплетениями, то тип переплетения, формирующего выпуклый участок, обозначаем с помощью вспомогательной переменной ТР, принимающей следующие значения: 1-саржа; 2-вафельное 1; 3-вафелъное 2; 4-креп.

Величину раппорта переплетения по основе и по утку задаем переменной 11Р, которая выражается числом, кратным четырем, при условии ЯР > 12.

Размеры рельефных участков раппорта обозначаем переменной Л, равной половине раппорта вафельного переплетения -К=11Р/2.

Вид схемы переплетения определяется способом образования выпуклых участков раппорта. Если эти участки формируются только длинными перекрытиями основных или уточных нитей по типу саржи, то требуется три базовых переплетения (СР=3) и схема имеет вид, показанный на рис.6, в противном случае достаточно двух базовых переплетений (СР=2).

Базовые переплетения

Рис. 6. Вафельные переплетения, построенные с помощью вспомогательных

переплетений

Формирование матрицы вафельного переплетения Р$(КР,11Р) осуществляем, размещая матрицы базовых переплетений из трехмерного массива РР$(СР, Я, Я) на поле раппорта переплетения, в соответствии с его схемой.

Предлагаемый алгоритм формирования вафельных переплетений по типу клеток имеет структуру вложенного цикла, внешняя часть которого организована по строкам (уточным нитям), а внутренняя - по её столбцам (основным нитям).

Информация о виде перекрытия Р$(1Д) формируемого переплетения счи-тывается с матрицы соответствующего базового переплетения РР$(2, У, X), определяемого схемой переплетения - Ъ= Б 8 (М,Ы).

Пятая глава посвящена разработке автоматизированного метода построения комбинированных вафельных переплетений, позволяющего получить на поверхности ткани рельефный узор, за счет объединения в одном раппорте

различных комбинаций вафельных переплетений. Данные элементы представляют собой видоизмененные путем добавления различного числа основных или уточных перекрытий стандартные вафельные переплетения.

Анализ строения исходного комбинированного вафельного переплетения Бавструка Н.Ф. показал, что на площади раппорта можно выделить различные базовые элементы с раппортом в восемь нитей, как по основе, так и по утку, построенные на базе ромбовидной саржи, у которой ромб, образованный диагоналями из одиночных основных перекрытий полностью располагается внутри раппорта.

Исследование показало, что возможно получение двадцати восьми базовых элементов, используемых для построения комбинированного вафельного переплетения на базе ромбовидной саржи.

В зависимости от способа построения рельефной фигуры, располагающейся внутри ромба, образованного основными перекрытиями базовой ромбовидной саржи, базовые элементы делим на четыре группы. Элементы одной группы отличаются друг от друга местоположением фигуры относительно сторон ромба.

Формирование всех элементов производится автоматически, для чего были разработаны соответствующие алгоритмы и рассчитаны параметры построения, в основу которых положено значение полураппорта R (табл. 1).

Комбинированное вафельное переплетение формируем, располагая на поле раппорта базовые элементы, обозначенные соответствующим номером, согласно заданной схеме переплетения, как показано на рис.7.

Алгоритм формирования матрицы комбинированного вафельного переплетения имеет структуру вложенного цикла, внешняя часть которого организована по строкам схемы переплетения 1=1... RUI и строкам базового элемента К=1... RP. Внутренняя часть цикла - по столбцам схемы

J=1...R01 и по Рис.7. Принцип формирования комбинированного вафельного

столбцам базо- переплетения на базе ромбовидной саржи

вого элемента X = 1 ... RP, соответственно.

Формирование элементов матрицы переплетения, соответствующих его перекрытиям, производится по матрице базового элемента, номер которого Z, определяется схемой переплетения.

В качестве базы для получения комбинированного вафельного переплетения можно использовать переплетения как на базе ромбовидной саржи, так и на прямоугольной базе, в последнем случае базовыми элементами выступают базовые переплетения, участвующие в построении соответствующего вафельных переплетения на прямоугольной базе.

11

Я

ЯШ я

шшш

Таблица 1.

Вид базового элемента Порядковый номер элемента (г) Параметры построения

Параметры, опреде ляющие местоположение зигуры Параметры, определяющие размеры фигуры

X А В А1 В1 А2 В2 У (3(3 сс и и1 NN XX

Ь! 13 Я\2+2* 2Я-Я\2+2* 2Я-Я\2+1* 2(Я\2+1) * я-Г Я\2+2* Я\2+Я-1* 2Я-Я\2+Г я Я+1 Я\2+Я+Г Я\2+Я+2* Я\2+Г 2Я

ь и Я/2+2 1,5Я Я+2 Я-2 Я/2+2 1,5Я-1 1,5Я ' 1,5Я+1 1,5Я+2 Я+2

К 15 Я\2+2* Я\2+1* Я\2* 1 Я-Г Я\2+2* Я\2+Я-Г Я\2* я Я+1 ЯУ2+Я+Г Я\2+Я+2* 1 2Я

1 1 11/2+2 Я/2 11/2-1 Я-2 Я/2+2 1.5Я-1 Я/2-1 1.5Я+1 1,5Я+2

17 1 Я Я 2 * Я Я+2* 2Я-2 Я Я/2+Г NN-1* Я+1 Я+2 Я\2+2* 2Я-Я\2*

Я-1 Я+З Я\2+1 NN 2Я 1,5Я

1 19 1 Я Я Я\2+Г Я\2+Я-Г Я+2* 2Я-2 Я Я/2+Г NN-1* Я+1 Я+2 Я\2+2* 2Я-Я\2*

Я/2+1 1,5Я-1 Я+З Я\2+1 NN 2Я 1,5Я

*' приведены расчётные формулы для нечетного значения полураппорта К.

Разработанный автоматизированный метод значительно расширяет ассортимент тканей за счет изменения следующих параметров построения:

- схемы комбинированного переплетения;

- масштаба элементарного участка;

- исходного вафельного переплетения.

Разработанные методы значительно расширяют ассортимент тканей, вырабатываемых вафельными переплетениями, и снижают время и трудозатраты при их выработке, что подтвердила их практическая реализация для изготовления опытных образцов в производственных условиях ЗАО «МАТЭКО».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Настоящая диссертационная работа представляет законченную научно-исследовательскую работу, где изложены научно обоснованные технические и технологические решения, связанные с разработкой комплекса автоматизированных методов для построения вафельных переплетений, позволяющих использовать информационные технологии для расширения ассортимента тканей, вырабатываемых данными переплетениями.

2. Разработана классификация вафельных переплетений по способу построения, по форме рельефного элемента и по количеству рельефных элементов в раппорте.

3. Разработана методика построения вафельных переплетений с рельефными элементами в виде параллелограммов различной конфигурации и ориентации на площади раппорта.

4. На базе структурного анализа строения вафельных переплетений с различными способами достижения рельефа ткани предложен удобный метод математического описания параметров вафельных переплетений для автоматизированного построения их рисунков.

5. Разработаны принципы формализации вафельных переплетений различного вида с целью автоматизации их построения.

6. Разработана методика автоматизированного формирования схемы вафельного переплетения, элементами которой являются числа, соответствующие порядковым номерам трансформаций полотняного переплетения.

7. Разработаны алгоритмы построения рисунков вафельных переплетений с различными способами достижения рельефа ткани.

8. Разработан автоматизированный метод построения рисунков вафельных переплетений на базе ромбовидной саржи с различными видами рельефных фигур.

9. Разработаны автоматизированные методы построения вафельных переплетений на прямоугольной базе, позволяющие строить вафельные переплетения:

• по типу крепа;

• клетчатые.

10. Исследования показали, что при использовании вафельных переплетений, простроенных по типу крепа, рельефность ткани сохраняется при величине раппорта не более 34 нитей.

11. Разработаны автоматизированные методы построения комбинированных вафельных переплетений:

• на базе ромбовидной саржи

• на прямоугольной базе.

12. Разработанные методы автоматизированного построения вафельных переплетений доведены до практической реализации в виде программ для ЭВМ, официально зарегистрированных в государственном Реестре Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам [Свидетельства №№ 2011613162,2011615962].

13. Предложены пути расширения ассортимента тканей, вырабатываемых комбинированными вафельными переплетениями, за счет изменения следующих параметров построения:

• схемы комбинированного переплетения;

• масштаба элементарного участка;

• исходного вафельного переплетения.

14. Производственная апробация разработанных программных продуктов в ткацком производстве ЗАО «МАТЭКО» показала, что их внедрение расширяет ассортимент вырабатываемых тканей и сокращает время проектирования и заправки тканей вафельных переплетений.

15. Материалы работы внедрены в учебный процесс Димитровград-ского института технологии, управления и дизайна (филиала) Ульяновского государственного технического университета.

Публикации, отражающие основное содержание диссертации.

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Малецкая C.B., Женгурова Е.А.Использование информационных технологий при выработке тканей вафельных переплетений. // «Текстильная промышленность», 2011 № 8. С.38-41.

2. Малецкая C.B., Женгурова Е.А. Алгоритм автоматизированного построения рисунка вафельного переплетения ткани. // Изв. вузов. «Технология текстильной промышленности». 2012. №1 (337). С,59-63.

3. Малецкая C.B., Женгурова Е.А. Автоматизированный метод построения комбинированного вафельного переплетения.// Изв. вузов. «Технология текстильной промышленности». 2012. №3 (339). С.53-65.

Остальные публикации:

4. Малецкая C.B., Женгурова Е.А. Автоматизированное построение вафельных переплетений. //Сборник материалов всероссийской научно - технической конференции с международным участием / «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (ТЕХТЕКСТИЛЬ - 2010)» - Димитровград.: ДИТУД УлГТУ, 2010. с.18-19.

5. Малецкая C.B., Женгурова Е.А., Шакунов Р.Н. Алгоритм формирования

схемы вафельного переплетения при его автоматизированном построении. // Сборник материалов научно - технической конференции / «Разработка современных технологий текстильной и легкой промышленности и исследование их экономической, экологической и социальной эффективности» - Димитровград.: ДИТУД УлГТУ, 2010. с.22-23.

6. Малецкая C.B., Женгурова Е.А., Шакунов Р.Н. Автоматизированный метод построения вафельных переплетений на базе ромбовидной саржи.// Сборник материалов Международной научно - технической конференции / «Иннова-ционность научных исследований в текстильной и легкой промышленности» Москва.: Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности, 2010. книга первая,с.75-78.

7. Малецкая C.B., Женгурова Е.А. Влияние длины перекрытий на форму рельефного элемента вафельного переплетения. // Сборник материалов научно -технической конференции / «Разработка современных технологий текстильной и легкой промышленности и исследование их экономической, экологической и социальной эффективности» — Димитровград.: ДИТУД УлГТУ, 2011. с.29.

8. Малецкая C.B., Женгурова Е.А. Автоматизированное построение комбинированных вафельных переплетений. // Тезисы докладов Десятой Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века»,- Москва: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011. с. 42-43.

9. Женгурова Е.А. Формирование базовых элементов для построения комбинированного вафельного переплетения. // Сборник научных статей. «Теоретические и практические аспекты развития современной науки и образования» -Димитровград, ДИТИ НИЯУ МИФИ, 2011. - с.47-51.

10.Малецкая C.B., Женгурова Е.А. Разработка алгоритма построения базового элемента для вафельного переплетения прямоугольной формы.// Сборник научных статей / «Развитие и перспективы вузовской науки и образования в современных условиях» - Димитровград.: ДИТИ НИЯУ МИФИ, 2012,- 1 часть,-с.146-149.

11. Женгурова Е.А. Автоматизированное построение вафельных переплетений на прямоугольной базе. // Сборник материалов всероссийской научно-технической конференции. «Современные тенденции развития информационных технологий в текстильной науке и практике» - Димитровград:, ДИТИ НИЯУ МИФИ, 2012. - с. 193-197.

12. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2011613162 Российская Федерация/ Программа автоматизированного построения рисунков вафельных переплетений на базе ромбовидной саржи/ Малецкая C.B., Женгурова Е.А. Российская Федерация. - Заявка № 2011611214. Заре-гистр. 21.04.2010.

13. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2011615962 Российская Федерация/ Программа автоматизированного построения рисунков комбинированных вафельных переплетений/ Малецкая C.B., Женгурова Е.А., Осинский Д.А.. Российская Федерация. - Заявка № 2011614188. Зарегистр. 29.07.2011.

Подписано в печать 31.10.13 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л.1,0 Заказ № 153-Т Тираж 80

Редакционно-издательский отдел МГУДТ 115093, Москва, ул. Садовническая, 33, стр.1

Отпечатано в РИО МГУДТ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДИМИТРОВГРАДСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ - ФИЛИАЛ Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

На правах рукописи

04201364806

ШАТАЛОВА ЕКАТЕРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ВАФЕЛЬНЫХ ПЕРЕПЛЕТЕНИЙ

Специальность 05.19.02 «Технология и первичная обработка текстильных

материалов и сырья»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - д.т.н., проф. Малецкая С.В.

Димитровград - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ...........................................................11

1.1. Анализ работ, посвященных строению и проектированию

тканей вафельных переплетения.......................................................11

1.2. Анализ работ, посвященных автоматизации построения и проектирования тканей различного строения.......................................14

1.3. Обоснование цели и постановка задач исследования........................37

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 ................................................................39

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СТРОЕНИЯ ВАФЕЛЬНЫХ ПЕРЕПЛЕТЕНИЙ .. . 40

2.1. Анализ строения вафельных переплетений, получаемых на базе' ромбовидной саржи.......................................................................40

2.2. Анализ строения вафельных переплетений на прямоугольной базе......52

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.................................................................62

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ ВАФЕЛЬНЫХ ПЕРЕПЛЕТЕНИЙ НА БАЗЕ РОМБОВИДНОЙ САРЖИ...................................................................63

3.1. Формализация параметров автоматизированного построения вафельного переплетения на базе ромбовидной саржи...........................................63

3.2. Разработка алгоритма построения рисунка вафельного переплетения... 68

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.................................................................86

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ ВАФЕЛЬНЫХ ПЕРЕПЛЕТЕНИЙ НА ПРЯМОУГОЛЬНОЙ БАЗЕ..................................................................87

4.1. Разработка алгоритма построения вафельных переплетений по типу крепа.........................................................................................87

4.2. Разработка алгоритма построения клетчатых вафельных переплетений..............................................................................100

4.2.1. Формирование матриц базовых переплетений.......................103

4.2.2. Составление схемы вафельного переплетения......................113

4.2.3. Формирование матрицы вафельного переплетения............... 114

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4...............................................................119

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ ВАФЕЛЬНЫХ ПЕРЕПЛЕТЕНИЙ..................................................................... 120

5.1. Автоматизированное построение комбинированных вафельных переплетений на базе ромбовидной саржи..........................................120

5.1.1. Разработка алгоритма построения базовых элементов............124

5.1.2. Ввод схемы комбинированного вафельного переплетения......145

5.1.3. Формирование матрицы рисунка переплетения................... 147

5.2. Автоматизированное построение комбинированных вафельных переплетений на прямоугольной базе...............................................149

5.2.1. Ввод схемы комбинированного переплетения на прямоугольной базе..................................................................................150

5.2.2. Расчет раппорта комбинированного переплетения.................153

5.2.3. Формирование вспомогательного массива........................... 155

5.2.4. Формирование комбинированного переплетения по заданной схеме.................................................................................158

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5............................................................... 161

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ..................................... 162

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................ 165

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ...................................................................... 177

ПРИЛОЖЕНИЕ 2......................................................................209

ВВЕДЕНИЕ

Текстильная промышленность занимает ведущее место в производстве товаров народного потребления и вынуждена конкурировать с импортом сырья и тканей из других стран. Текстильная промышленность должна быть способна к быстрой смене ассортимента, к переходу в короткие сроки на выпуск новых конкурентоспособных товаров.

Чтобы обеспечить конкурентоспособность предприятия, необходимо выбрать наиболее подходящий ассортимент продукции, который будет соответствовать потребностям потребителей и возможностям предприятия, что в свою очередь требует внедрять новую технику, опираться на достижения науки, следить за качеством продукции и использовать информационные технологии.

В рыночных условиях необходимо выпускать продукцию малыми партиями с различными рисунками переплетения, что требует постоянного обновления ассортимента тканей, большого количества разнообразных рисунков переплетений, позволяющих осуществлять выработку при минимальных перезаправках имеющегося оборудования. При использовании автоматизированного построения ткацких переплетений данные задачи могут решаться более оперативно. Внедрение компьютеров связано с разработкой программ, с помощью которых выполняется автоматизированное построение рисунков переплетений. Чем больше имеется программ в распоряжении технического персонала предприятия, тем больший объем ассортиментных групп переплетений может быть автоматизирован.

Таким образом, для компьютерного построения ткацких переплетений вафельных тканей различного строения необходимо разрабатывать автоматизированные методы, являющиеся основой при создании программных продуктов.

Автор защищает:

• Принципы формализации и систему математического описания параметров строения тканей вафельных переплетений с различной формой рельефных фигур.

• Комплекс автоматизированных методов построения рисунков вафельных переплетений при использовании различных базовых переплетений.

• Алгоритмы и программы, позволяющие автоматизировать основные этапы построения вафельных переплетений различного строения.

• Методику представления вафельного переплетения на базе ромбовидной саржи в виде схемы, элементами которой являются трансформации раппорта полотняного переплетения.

• Методику, позволяющую выполнять построение вафельного переплетения на базе ромбовидной саржи с рельефными фигурами в форме параллелограмма.

в Автоматизированный метод построения вафельных переплетений на прямоугольной базе, основанный на формировании матрицы вафельного переплетения по его схеме, определяющей местоположение матриц базовых переплетений в общей матрице вафельного переплетения.

• Автоматизированный метод построения комбинированных вафельных переплетений.

Актуальность работы:

Ткани вафельных переплетений, имеющие ярко выраженный рельеф, широко распространены в большинстве отраслей текстильной промышленности: хлопчатобумажной, шерстяной и льняной.

Расширение ассортимента тканей вафельных переплетений осуществляется за счет использования различных способов достижения рельефности ткани, изменения формы, направления и конфигурации рельефных фигур, построения комбинированных вафельных переплетений путем сочетания в одном раппорте базовых переплетений, обеспечивающих получение различных рельефных фигур. Применение ЭВМ значительно сокращает время по-

строения рисунка переплетения и позволяет, оперативно изменяя отдельные параметры построения, получить наилучший результат строения ткани в кратчайшие сроки.

Начиная с 70-х годов прошлого века, в нашей стране и за рубежом ведутся работы по разработке автоматизированных методов построения переплетений для отдельных групп тканей. Данная работа требует постоянного расширения ассортиментных групп тканей, рисунки переплетений которых можно строить автоматически.

В группе тканей вафельных переплетений до настоящего времени совсем отсутствуют работы, посвященные автоматизированному построению тканей вафельных переплетений, так же отсутствует системный подход к строению данных тканей. В недостаточной степени изучены строение вафельных переплетений, подходы строения, способы достижения рельефности ткани. Не рассмотрены пути расширения ассортимента тканей вафельных переплетений. Поэтому разработка комплекса автоматизированных методов для построения рисунков тканей вафельных переплетений со всеми возможными способами достижения рельефности ткани является своевременной и актуальной.

Цель и задачи исследования: целью настоящей работы является разработка научно обоснованных технических и технологических решений, связанных с использованием информационных технологий для расширения ассортимента тканей вафельных переплетений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выполнить анализ строения тканей вафельных переплетений при различных способах достижения их рельефности;

- разработать систему математического описания параметров построения для тканей вафельных переплетений;

- разработать метод автоматизированного построения рисунков вафельных переплетений, получаемых на базе ромбовидной саржи при использовании всевозможных трансформаций раппорта полотняного переплетения;

- разработать метод автоматизированного построения рисунков вафельных переплетений, получаемых на базе ромбовидной саржи, позволяющий изменять форму рельефной фигуры;

- разработать метод автоматизированного построения рисунков вафельных переплетений на прямоугольной базе;

- разработать метод автоматизированного построения рисунков комбинированных вафельных переплетений при использовании различной базы;

- создать алгоритмы и программы, реализующие разработанные методы.

Методика исследования. Поставленные задачи решались с использованием теоретических и экспериментальных методов.

Методологической и теоретической базой являлись работы отечественных и зарубежных ученых в области ткацкого производства и автоматизации его проектирования.

Методологической основой при разработке методов автоматизированного построения переплетений вафельных тканей явился системный подход на базе представления раппорта переплетения в виде схемы расположения отдельных элементов, её формирующих.

При разработке теоретических основ автоматизированного построения вафельных переплетений использованы теория строения и проектирования тканей, методы алгебры-логики, матричное исчисление.

Научная новизна работы заключается:

- в разработке научных положений автоматизированного построения вафельных переплетений различными способами достижения рельефности ткани;

- в разработке методов математического описания, позволяющих формализовать параметры строения вафельных переплетений, вырабатываемых на современном технологическом оборудовании;

Впервые получены следующие результаты:

• Составлена классификация вафельных переплетений, учитывающая следующие признаки:

о способ построения; о форма рельефного элемента; о количество рельефных элементов в раппорте.

• Разработан комплекс методов, составляющих систему автоматизированного построения вафельных переплетений при различных способах достижения рельефности ткани.

• Разработана система математического описания параметров построения рисунков вафельных переплетений;

• Разработан метод автоматизированного построения рисунков вафельных переплетений, получаемых на базе ромбовидной саржи при использовании всевозможных трансформаций раппорта полотняного переплетения;

• Разработан метод автоматизированного построения рисунков вафельных переплетений, получаемых на базе ромбовидной саржи, позволяющий изменять форму рельефной фигуры;

• Разработан метод автоматизированного построения рисунков вафельных переплетений на прямоугольной базе;

• Разработан метод автоматизированного построения рисунков комбинированных вафельных переплетений при использовании различной базы;

• Выявлены пути расширения ассортимента тканей вафельных переплетений с использованием информационных технологий.

• Разработаны алгоритмы и программы.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

Разработанные методы автоматизированного построения переплетений вафельных тканей доведены до практической реализации в виде программ для ЭВМ, официально зарегистрированных в государственном Реестре Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товар-

ным знакам [Свидетельства №№ 2011613162, 2011615962].

Производственная апробация разработанных программных продуктов на ЗАО «МАТЭКО» показала, что внедрение в ткацкое производство комплекса автоматизированных методов для построения переплетений вафельных тканей значительно расширяет ассортимент вырабатываемых тканей, сокращает время и материальные затраты на его разработку.

Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры ткацкого производства Димитровградского института технологии, управления и дизайна (филиала) Ульяновского государственного технического университета:

1. При изучении дисциплин для студентов специальностей 260703 и 260704: «САПР тканей», «Строение и проектирование тканей».

2. При проведении дипломного проектирования: начиная с 2010 года, выполнено 3 дипломные исследовательские работы по данной тематике. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение:

1. на всероссийской научно-технической конференции ТЕХТЕК-СТИЛЬ - 2010 (г. Димитровград, ДИТУД (филиал) УлГТУ);

2. на международной научно-технической конференции Российского заочного института текстильной и легкой промышленности (Москва 2010г.)

3. на внутривузовской научно-технической конференции Димитровградского института технологии, управления и дизайна (филиала) УлГТУ (2011);

4. на всероссийской научно-технической конференции ТЕКСТИЛЬ XXI века ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина» (2011)

5. на внутривузовской научно-технической конференции Димитровградского инженерно-технологического института - филиала НИЯУ «МИФИ» (2012);

6. на всероссийской научно-технической конференции Димитровградского инженерно-технологического института - филиала НИЯУ «МИФИ» (21 февраля 2012)

7. на заседании кафедры технологии и проектирования Димитров-градского инженерно-технологического института - филиала НИЯУ «МИФИ»;

8. на заседании кафедры ткачества МГТУ им. А.Н. Косыгина.

Публикации. Основные результаты выполненной работы опубликованы

в 13 печатных работах: 7 статей, в том числе Зстатьи в журнале, рекомендованном ВАК; 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ; 4 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Постановка цели и задач диссертационной работы, выбор методов и направлений исследований, обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы по работе выполнены лично автором. Разработка автоматизированных методов построения вафельных переплетений с различными способами достижения рельефности ткани выполнена автором при участии научного руководителя. Доля соискателя в опубликованных с соавторами работах по теме диссертации составляет от 40 до 90%.

Структура и объем диссертационной работы.

Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованных источников из 103 наименований и 2 приложений.

Общий объём диссертации 210 стр., в том числе 175 стр. основного тек-^ ста, 110 рис., 4 табл.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

Компьютерные технологии используются во всех отраслях народного хозяйства, а так же и в текстильной промышленности. Использование персональных компьютеров в ткацком производстве при проектировании и заправке тканей позволяет расширить ассортимент вырабатываемых тканей и повысить культуру производства.

Готовых компьютерных программ, охватывающих все группы ткацких переплетений, в настоящее время не существует как у нас, так и за рубежом.

Поэтому целесообразно разрабатывать методы автоматизированного построения, посвященные отдельным группам ткацких переплетений при их глубоком изучении.

Настоящая работа посвящена разработке автоматизированных методов построения вафельных переплетений. Эти методы являются основой при создании программных продуктов, позволяющих использовать персональные компьютеры при разработке ассортимента тканей, вырабатываемых вафельными переплетениями.

Прежде чем приступить к решению проблемы рассмотрим работы, посвященные объекту исследования - тканям вафельных переплетений и системам автоматизированного проектирования, используемым в ткацком производстве.

1.1. Анализ работ, посвященных строению и проектированию тканей вафельных переплетений

Строение и свойства тканей вафельных переплетений были рассмотрены в �