автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Совершенствование метода прогнозирования обрывности основы с учетом стохастичности процесса

о

КОСТРОМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи УДК 677.024.852:519.24.001.5

ПЫХАНОВА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

СОЕЕРШЕНСТВОВАШЕЕ МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОБРЫВНОСТИ ОСНОВЫ С УЧЕТОМ СТОХАСТИЧНОСТН ПРОЦЕССА

специальность - 05.19.03 - Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кострома - 1996

КОСТРОМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи УДК 677.024.852:519.24.001.5

ПЫХАНОВА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОБРЫВНОСТИ ОСНОВЫ С УЧЕТОМ СТОХАСТИЧНОСТИ ПРОЦЕССА

специальность - 05.19.03 - Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кострома - 1996

Работа выполнена с Костромском Государственном технологическом

Университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Н.В.Лустгартен

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент О.Б.Садовская

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Э.А.Оников;

кандидат технических наук, доцент В.В.Смельский

Ведущее предприятие - АО Большая Костромская льняная мануфактура

•• 3 " ШСАХ- 1996 Г. в ^

Защита состоится _" у^МХ- 1996 г. в часов

на заседании специализированного совета Д.0.63.89.01 при Костромском технологическом университете по адресу: 156005, г.Кострома, ул.Дзержинского,17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук,

профессор )/ Н.В.Лустгартен

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Одной из важнейших задач текстильной промышленности в настоящее время является насыщение рынка высококачественной и конкурентоспособной продукцией. Задача расширения ассортимента выпускаемых тканей должна решаться за счет выбора рациональных режимов ткачества, которые обеспечивают минимальную обрывность и •максимальную производительность труда.

Рациональный режим ткачества может быть найден на основе опыта в процессе выработки ткани или при использовании активного натурного эксперимента, что связано с большими затратами времени и сырья. Такая оптимизация малоэффективна и не является оперативной.

Машинный эксперимент на базе быстродействующих ПЭВМ открывает широкие возможности для оптимизации режимов , при создании нового ассортимента тканей, а также совершенствования существующей технологии. В основе машинного эксперимента лежит математическая модель процесса. Имитационное моделирование наиболее близко к натурному эксперименту, так как повторяет элементарные явления, обуславливающие изучаемы^ процесс, сохраняя их логическую структуру, последовательность протекания во времени и. стохастичность. Прогнозирование обрывности, являющееся частью имитационного моделирования, позволяет на основе оценки напряженности процесса с учетом закона нагружения и прочностных характеристик основных нитей выбрать рациональный режим ткачества.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с МНТП "Русский лен" (приказ - N 426'Гос.комитета РФ по высшему образованию от 22.04.91) тема 80-ЕНИ-91 "Разработка программно-аппаратного комплекса оптимизации технологических режимов" и направлена на совершенствование процесса ткачества путем оперативного управления технологическими режимами на основе использования современных методов моделирования процесса и прогнозирования обрывности нитей.

Цель и задачи исследования.

Целью настоящей работы является совершенствование метода прогнозирования обрывности основных нитей в ткачестве с учетом стохастичности процесса, что позволит в последствии перейти к машинным экспериментам для оперативного выбора наилучшего режима ткачества.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- оценить стохастичность натяжения основных нитей по ширине, глубине заправки ткацкого станка, влияние ткацкого узла и других случайных факторов на изменение натяжения;

- обосновать метод формирования представительной выборки одиночных нитей , характеризующих натяжение основы по всей ширине ткацкого навоя;

- исследовать стохастичность технологической прочности нитей и обосновать методику моделирования этого параметра;

- разработать методику преобразования условных показателей обрывности в технологические принятые единицы измерения;

- провести проверку работоспособности метода прогнозирования в условиях производства.

Методы исследований.

Использованы экспериментальные методы исследований: электротензометрия при измерении натяжения нитей и оценке технологической прочности с автоматизацией съема и обработки результатов измерений на ПЗВМ типа 1ВМ РС-ХТ; метод непосредственного наблюдения при контроле обрывности.

Обработка экспериментальных данных проведена методами математической Статистики.

Программное обеспечение метода прогнозирования обрывности выполнено на языке TURBO-PASCAL для ПЭВМ типа IBM PC-XT.

Научная новизна:

- обоснована целесообразность и доказана возможность учета стохастичности технологической прочности и натяжения основных нитей при прогнозировании обрывности в ткачестве;

- предложен метод формирования представительной выборки одиночных нитей, хаоактеризущих натяхение основы по ширине ткацкого навоч;

- разработана методика преобразования условных показателей обрывности в технологические'единицы измерения;

- разработан для ЭВМ пакет программ реализации метода прогнозирования обрывности осноеных нитей в процессе ткачества.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

На базе достоверной информации о натяжении и технологической прочности нитей по разработанным программам проведены расчеты прогнозируемой обрывности с заданной точностью в технологически принятых единицах.

Подтверждена работоспособность метода прогнозирования обрывности основных нитей, поскольку моделирование с учетом стохастичности процесса позволило сопоставить прогнозируемую и реальную обрывность. ' Близость значений прогнозируемой и реальной обрывности дает возможность рекомендовать этот метод в дальнейшем для прогнозирования обрывности на основе расчетной информации о натяжении нитей в процессе ткачества. Это открывает следующий этап исследований технологического режима ткачества и его оптимизации. Дальнейшая реализация результатов работы предусмотрена в МНТП "Перспективные технологии, материалы и изделия легкой и текстильной промышленности" по теме 14-БНИ-96'"Разработка прог-

раммно-алпаратного обеспечения для АРМ инженера-технолога льно-ткацкого производства".

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы доложены

- на международной научно-технической конференции "Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства" в г.Иваново, 1993 г.;

- на международной научной конференции "Новое в технике и технологии текстильной промышленности" в г.Витебск,1994 г.;

- на заседании семинара "Технологии текстильных материалов" КГТУ,1996 г.;

- на заседаниях кафедры ткачества Костромского государственного технологического университета, 1990-1993 г.г.;

- на конференциях преподавателей и сотрудников КТТУ,1992-1996Г.Г.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссёртационной работы, сформулированы основная цель исследований, задачи, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе рассматриваются вопросы, связанные с причинами обрывности и возможностью ее прогнозирования. Обрывность основных нитей в ткачестве является одной из главных характеристик^,, отражающих стабильность производственного процесса и влияющих на производительность труда ткача. Поэтому исследования, направленные на предупреждение разрушения нити и их обрывности, ведутся, учеными-текстильщиками разных специальностей. Однозначная причина обрывов нити при тканеобразовании не найдена, так как ме-

ханические воздействия, которые испытывает нить в процессе переработки, изменяют все ее свойства и выделить одно из них, определяющее фактическую обрывность для всех видов т!саней, достаточно сложно. Обрывность является наглядным и убедительным критерием качества режима тканеобразования, поэтому одним из эффективных путей ее снижения является оптимизация процесса. Применение ЭВМ с разработанным программным обеспечением позволяет оперативно сравнивать многиварианТые решения при прогнозировании обрывности и существенно ускоряет их выполнение.

Дан анализ наиболее перспективного направления в разработке методов прогнозирования обрывности нитей в процессах их технологической переработки. Прогнозирование обрывности на основе теории случайных функций позволяет учитывать динамику изменения прочности нити и нагрузки в ней по длине или во времени, что повышает достоверность результатов прогнозирования. Идея использования теории случайных функций для прогнозирования обрывности, принадлежащая Л.Н.Гинзбургу, наша дальнейшее развитие в исследованиях С.М.Кирюхина, А.Н.Соловьева,В.В.Живетина и др. Прогнозированию обрывности в ткачестве посвящены работы О.Б.Садовской, М.Н.Лаучинскас. О.Б.Садовская научно обосновала подход к выбору формулы для расчета прогнозируемой обрывности на базе задачи "о выбросах" теорил случайных функций. Предложено прогнозировать обрывность основных нитей в ткачестве по условному показателю, полученному как среднее число "выбросов" нестационарного случайного процесса натяжения одиночных нитей основы за постоянный уровень (среднее значение разрывной нагрузки) за время двух уточных прокидск.

Исследования М.Н.Лаучинскас уточнили предложенный метод в части оценки прочности нити. Показав, что средняя разрывная нагрузка пряжи не дает объективной информации о ее технологических возможностях, она предлагает при прогнозировании обрывности оперировать технологической прочностью одиночных нитей. Но принятые авторами ограничения на исходные дачные к задаче прогнозирования не позволили им сопоставить значения реальной и прогнозируемой обрывности. На основании анализа работ этого направления определены основные задачи исследования.

Во второй главе дана оценка точности, сходимости и воспроизводимости результатов измерений натяжения одиночных нитей основы

автоматизированной системой измерения натяжения АСИН и программно-аппаратным комплексом ПАК, поскольку для прогнозирования обрывности основных нитей необходимо иметь достоверную информацию о фактическом натяжении нитей в процессе тканеобразования. Дано описание тензометрических систем АСИН и ПАК, особенностью которых является автоматизированный съем информации о натяжении, запись ее на промежуточный носитель, организация передачи этой информации в ПЭВМ для дальнейшей обработки. Точность результатов измерений системой ПАК подтверждена при статическом и динамическом нагружениях. Показано, что необходимое для 5% ошибки среднего число измерений не превышает единицы. При динамических испытаниях, проведенных в разные дни, доказана сходимость результатов измерений. Подтверждена воспроизводимость данных о натяжении, полученных системам АСИН и ПАК в одних и тех же условиях. Сформулированы требования к качеству информации: она должна быть достоверной и полной. Показано, что достоверность информации о натяжении обеспечивается измерительными системами.

Число дискретных значений которое необходимо для описания случайной функции натяжения , рассчитано по теореме о дискретном представлении процесса во временной области и соответствует частоте 300 Гц, а так как частота съема информации системой АСИН составляет 600 Гц, а системой ПАК 750 Гц, т.е. превышает минимальную частоту, рассчитанную исходя из физической частоты процесса, то обе измерительные системы обеспечивают качество первичной информации о натяжении одиночных нитей основы.

Третья глава содержит материал по исследованию случайной составляющей нестационарного процесса натяжения, которая обусловлена неравномерностью натяжения по ширине и глубине заправки ткацкого станка, качеством подготовки навоя, свойствами нитей. Выполнение требований по полноте информации о натяжении основано на следующем:

- если различие в натяжении нитей из фона, шпаруток, кромок существенно, то необходимо обеспечить представительную выборку основных нитей из различных зон ширины заправки ткацкого станка;

- если натяжение нитей значительно изменяется по глубине заправки ткацкого.станка и по зонам сматывания, смещение кото-

' рых происходиг при повороте ткацкого навоя , то необходима корректировка первичной информации.

Выявленное различие в распределении среднего статического натяжения по зонам ширины заправки ткацкого станка аналогично распределению средних значений, полученных при измерениях на работающем станке, т.е. в динамике. Существенность различия натяжения в динамике но выборкам из фона, шпаруток и зоны кромки, разделенной по переплетениям, оценивалась по доле различающихся сечений функций математического ожидания и дисперсии случайного процесса натяжения в их общем объеме и подтверждена Р и I-критериями.

Таким образом, при прогнозировании обрывности основных нитей в ткачестве на базе фактической информации об их натяжении необходимо формировать отдельные выборки случайных фушсций натяжения из фона, шпаруток, зон кромки.

Обработка экспериментальных данных о натяжении одиночной нити в один и тот же момент цикла тканеобразования, полученных при параллельной регистрации в I зоне (ремизы - опушке тканей во II зс&е (скало - ламели), показала, что увеличение натяжения в I зоне относительно П-ой незначительно, и это связано не с различием глубины и выноса, а с трением нити в ламелях и ремизах.

Доказано, что если ткацкий узел оказывает влияние на натяжение при поступательном движении нити по глубине станка, то натяжения в I и II зонах существенно не различаются. Следовательно, возможное изменение натяжения в полной мере проявляется в зоне скало - ламели и фиксируется измерительной аппаратурой.

На основе проведенных исследований предложена методика формирования представительной выборки натяжения основных нитей с учетом зон ширины ткацкого станка. В каждой зоне ширины должна быть сформирована собственно-случайная выборка. Минимаш>ная численность нитей в выборках определяется из выборочных характеристик их статического натяжения, которые зависят от фактической разно-натянутссти нитей на навое. В кромках, разделенным по переплетениям, где количество нитей не превышает 30, регистрируется информация о натяжении всех нитей.

В четвертой главе дан анализ стохастичности Рп - технологической прочности нитей. В известных работах показано, что значи-

тельная часть обрывов происходит по причине "слабое место" в пряже, хотя строгого понятия "слабое место" не дано, оно определяется задачами исследования.

В предположении, что выборки значений технологической прочности относятся к нормально распределенной генеральной совокупности за "слабое место" приняты значения технологической прочности из интервала (Рщ-ЗБ; Рт-23). Показано, что несущественность различия средних значений и дисперсий выборок не гарантирует наличия в указанных интервалах одинакового количества "слабых мест".

Стохастичность технологической прочности следует учесть при прогнозировании обрывности путем статистического моделирования. Показано, что распределение значений Рт на участке (Рт-33; Рт-23) подчинено равномерному закону. Таким образом, обосновано генерирование массива значений технологической прочности на (Рщ-ЗБ; Рт-2Б) по равномерному закону.

В пятой главе дана методика преобразования условных показателей обрывности в технологически принятые единицы измерения, приведен алгоритм расчета прогнозируемой обрывности на базе задачи "о выбросах" с учетом стохастичностк прочности и натяжения, анализируется практическое применение предложенного метода прогнозирования.

Прогнозируемый условный показатель обрывности соответствует среднему числу обрывов одиночной нити известной технологической прочности за цикл образования раппорта ткани. Рассматривалось несколько версий преобразования данных об условных показателях в информацию об обрывности в технологически принятых единицах измерения. Предложено значение условного показателя обрывности, превышающее единицу, заменить единицей, так как на нити за время образования раппорта ткани не может быть более одного обрыва. Тогда прогнозируемая обрывность основных нитей в зоне рассматривается так:

где К - значение прогнозируемой обрывности в единицах обр. на

о

п-ьГ

104 м одиночной нити;

условный показатель обрывности; К*- количество значений N¡>1; п - число нитей в зоне.

Алгоритм расчета прогнозируемой обрывности учитывает стохас-тичность технологической прочности путем повторного генерирования массивов ее значений в объеме числа нитей в зоне прогнозирования на базе экспериментальной выборки; а случайность процесса натяжения отражена в представительной выборке одиночных нитей ¡13 различных зон по ширине заправки ткацкого станка.

Результирующее значение прогнозируемой обрывности представляет собой средневзвешенное из средних значении обрывности, полученных в фоне, шпарутках, зонах кромок, разделенных по переплетениям.

Работоспособность метода прогнозирования проверена в производственных условиях АО БКЛМ при выработке льняной ткани обр 651 на станке СТБ2-180. Доказано, что предложенный метод является чувствительным к изменению'режима ткачества, так как при снижении заправочного натяжения прогнозируемая обрывность уменьшилась. Показано, что характер распределения наблюдаемой и прогнозируемой обрывности одинаков. Среднее значение наблюдаемой обрывности в зоне фона со статистической надежностью 95Х лежит между доверительными границами 0,4 ± 0,19 обр/м, а доверительные границы прогнозируемой обрывности в'зоне фена 0,32±0,03 обр/м. Доверительный интервал наблюдаемой обрывности покрывает доверительный интервал прогнозируемой обрывности, т.е. различие между средними значениями наблюдаемой и прогнозируемой обрывности незначимо. Это подтверждает возможности применения метода для исследований и оптимизации технологических режимов тканеобразова-ния. Длительность реализации метода прогнозирования занимает 4 часа, из них:

1,5 - сбор информации о натяжении;

1 - передача и первичная обработка информации в ПЭВМ;

0,75 - оценка технологической прочности нитей на стенде деформирования;

0,75 - расчет прогнозируемой обрывности на ПЭВМ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

По результатам работы сделаны следующие выводы:

1. На базе анализа случайной функции натяжения основных нитей при тканеобразовании сформулированы требования к качеству информации о натяжении. Оценка точности, сходимости и вос-роизводимости результатов измерения показала соответствие измерительной системы ПАК требованиям к точности информации

2. На основе экспериментальных исследований установлено, что

- натяжение основных нитей в зонах опушка - ремизы и осново-наблюдатель - скало различаются несущественно;

- изменение натяжения, вызванное прохождением ткацкого узла через глазок галева регистрируются в зоне измерения;

- колебания натяжения нитей, обусловленные нецилиндричностью намотки не влияют на качество информации о натяжении этих нитей;

- натяжение по зонам ширины заправки ткацкого . станка (фон, шпарутки, кромки, разделенные по переплетениям) различаются существенно.

3. Предложена методика формирования представительной выборки одиночных нитей, характеризующих натяжение основы по всей ширине ткацкого навоя, что обеспечивает полноту информации о натяжении.

4. В результате анализа информации о технологической прочности основных нитей с различных навоев двух партий доказана необходимость учета стохастичности прочности, это реализуется статистическим моделированием, которое позволяет набрать статистический материал для достоверного прогнозирования обрывности.

5. Разработана методика преобразования условных показателей обрывности в технологически принятые единицы измерения. Прогнозируемая обрывность основных нитей учитывает количество нитей на навое, стохастичность их прочности и натяжения.

6. На основе производственной проверки показано:

- при снижении заправочного натяжения основы значение прогнозируемой обрывности уменьшается, что свидетельствует о чувствительности метода к изменению технологического режима;

- характер распределения прогнозируемой обрывности по зонам ширины заправки ткацкого станка совпадает с распределением наблюдаемой обрывности;

- доверительный интервал наблюдаемой обрывности покрывает доверительный интервал прогнозируемой обрывности, что свидетельствует о незначимости различия прогнозируемой и наблюдаемой обрывности.

7. Доказана работоспособность метода прогнозирования обрывности нитей, учитывающего стохастичность натяжения и прочности, что позволяет рекомендовать его для исследований технологического режима и оптимизации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В РАБОТАХ:

1. Т.В.Пыханова. Экспериментальное исследование натяжения нитей основы по ширине заправки для решения задач прогнозирования. - В'сб."Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства": Тезисы докладов международной научно-технической конференции: 18-20 ноября 1993 г.- Иваново: ИвТИ, 1993 г.- с.56-57.

2. Н.В.Лустгартен, О.Б.Садовская, Т.В.Пыханова. Изменение натяжения основы по глубине заправки ткацкого станка. -Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.N4,1993,с.35.

3. Т.В.Пыханова. О неравномерности натяжения нитей по ширине заправки ткацкого станка.- Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.N2,1994,с.38.

4. Т.В.Пыханова. Прогнозирование обрывности основных нитей по ширине заправки ткацкого станка: Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции "Пути совершенствования технологии и оборудования в льняной отрасли текстильной промышленности (Лен-94)"- Кострома:КТИ,1994,с.47.

5. Т.М.Глотова, М.Н.Лаучинскас, Т.В.Пыханова, О.Б.Садовская. Автоматизированный комплекс управления процессом ткачества. : Тезисы докладов международной научной конференции "Новое в технике и технологии текстильной промышленности"-Витебск,1994,с.35.

Автореферат Пыхаиова Т.Е.

Подписано а гштать lS.05.96r. Уч лггдлЛ ДкЗакаг! 16Лираж10и. КГТУ гДаерншкекого17.