Разработка и исследование технических средств для подготовительных операций при производстве одежды

Проблема конкурентоспособности товаров народного потребления, производимых отечественными предприятиями, представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных организационных,, информационно-технологических и технических задач, решение которых является основополагающей предпосылкой для снижения себестоимости продукции, повышения ее качества и общей эффективности функционирования технологических производств.

Постановка этих задач была и в настоящее время остается приоритетной, а их решение может быть достигнуто только на основе разработай и внедрения в производство современных информационных й ресурсосберегающих технологий, новых организационных форм и систем их технического обеспечения. В равной степени важность решения этой проблемы существует для всех производственных подсистем швейных предприятий, но, прежде всего, для их подготовительно-раскройного комплекса.

Анализ практикуемых технологий и рабочих мест подготовительно-раскройного производства (ПРП) показывает, что наименее производительной и наиболее {fie совершенной В технологическом, организационном и информационно-техническом отношениях остается его базовая стадия-подготовка материалов к раскрою (ПМкР).

В настоящее время и по мере прогнозируемой фазы дальнейшего роста производства изделий легкой промышленности, повышения требований к их качеству вопросы совершенствования подготовительных процессов, освоения новых информационных технологий и обеспечения их техническими средствами приобретают особую актуальность и приоритетность. Решение этих задач должно сопровождаться обоснованным выбором технологических режимов и параметров функционирования подсистем, построением физических моделей объектов, разработкой научных основ проектирования и расчета процессов, исполнительных механизмов и их рабочих органов.

Комплексный анализ характеристик объектов и процессов ПРП, в частности подготовительных операций, а также практика работы швейных предприятий показывают, что ключевые проблемы, возникающие при необходимости создания гибкой и эффективной системы функционирования системы ПМкР, определяются отсутствием: методологии проектирования технологических процессов обработки длинномерных легкодеформируемых материалов при подготовке к раскрою и систем их технического обеспечениятеоретической базы и экспериментальных данных для обоснования направлений совершенствования технического обеспечения подсистем ПМкР, а также комплексной оценки влияния отдельных ее процессов и функциональных механизмов на технико-экономические показатели производствадостаточного обоснования требуемых режимов обработки длинномерных легкодеформируемых материалов, способов и технических средств измерения технологических параметров.

По своему содержанию и значимости каждая из перечисленных и нерешённых задач является отдельной и сложной научно-технической проблемой, требующей проведения комплексного исследования ПМкР как объекта системного анализа и проектирования, а также поиска принципиально новых организационно-технологических и технических решений.

В подготовительно-раскройном производстве из всего множества выполняемых информационных и организационно-технологических переходов можно выделить ряд типовых операций, значительно влияющих на качество готовых изделий. К этим операциям с полным основанием можно отнести разбраковку, промер линейных параметров материалов и формирование настилов для их раскроя, что включает в себя процессы размотки, разворота сдвоенных материалов, намотки их в рулон с последующим транспортированием к технологическому оборудованию для настилания полотен.

Оценка качественных показателей деталей кроя и готовых швейных изделий, основанная на результатах измерения их размерных характеристик / ]/, позволяет выделить две основные составляющие возникновения большинства дефектов у готовых изделий /2/. Одна из них связана с качеством швейных операций и оценивается величиной посадки и степенью стягивания тканей после их выполнения.

Другая и значительная составляющая влияния на качество изделий определяется величиной отклонения размеров деталей кроя от проектных, что связано с изменением их геометрических характеристик после снятия технологических и других нагрузок, определяющих напряжённо-деформированное состояние материалов.

В работе /3/ приведены данные о влиянии напряжённо-деформированного состояния (НДС) материалов на погрешность измерения их длины при сматывании в рулон, которая достигает 0.3 — 1.5%. В работе /4/ приведен среднестатистический показатель релаксации деформаций деталей верхней женской одежды по истечении 48 часов после получения кроя. Экспериментально установлено, что релаксация деформаций по длине детали составляет 0.2% и по оценкам специалистов не превышает и 40% от её полного значения.

Характерным отличительным признаком составляющих НДС материалов, влияющих на качество готовых изделий, является потенциальная возможность управления ими на соответствующих стадиях обработки. При этом если величина посадки деталей может быть уменьшена до допустимых значений регулировкой или заменой швейного оборудования, то вторая составляющая влияния на качество изделий, определяемая деформацией текстильных материалов при разбраковке, промере и настилании, должна быть устранена ещё на стадии подготовки материалов к раскрою. Однако до настоящего времени эта проблема не нашла своего решения.

Основной причиной, осложняющей необходимое воздействие на реально протекающие процессы обработки длинномерных легкодеформируемых материалов на подготовительных операциях и их регулирование, является отсутствие эффективных технических средств их реализации и методов проектирования, а также необходимой теоретической базы, описывающей эти процессы.

Главные технологические зоны обработки рулонных текстильных материалов, в которых возникает наиболее значительная доля общей деформации материала, на сегодняшний день предположительно выявлены. Но достоверность этих предположений не подтверждена данными, полученными в номинальном режиме работы оборудования, так как отсутствует эффективный способ, методика и экспериментальна база проведения подобных исследований. Однако при этом с определенной долей достоверности можно утверждать, что самым значительным деформациям ткань подвергается при размотке, расправке, развороте в полную ширину (если такая операция выполняется), намотке ее в рулон и настилании, т. е. на стадии подготовки материалов к раскрою.

К выполнению подготовительных операций предъявляются требования по ограничению деформаций материалов еще и с тех позиций, что уровень напряженно-деформированного состояния влияет не только на точность измерения их геометрических характеристик, но и на величины припусков, назначаемых при проектировании деталей одежды, трудозатраты, рациональность раскладок лекал и расход сырья.

Анализ технологических последовательностей обработки выпускаемых моделей швейных изделий в АО «Северянка» показал, что до 1.85% операций от их общего количества направлены на коррекцию и доведение размеров деталей кроя до проектных значений. При этом на каждый погонный метр от общего переработанного объёма основных материалов в среднем теряется до 1.2%.

На основании данных о количестве выпущенных изделий в 2000 г., объёме переработанных материалов и стоимости технологических операций, можно утверждать, что объективно необоснованные потери производства от недопустимых и не учитываемых деформаций материалов без учёта налоговой составляющей по самым заниженным оценкам превышают 1 млн руб.

В научно-технической литературе /5. 19/ рассматривается целый комплекс подобных постановочных вопросов и приводятся результаты исследований механики контактного взаимодействия полотен с рабочими органами исполнительных механизмов, сформулированы некоторые идеи и подходы к решению задач проектирования и управления техническими системами обработки длинномерных материалов, но применительно к технологическим условиям текстильного производства. Хотя опубликованные результаты исследований и могут служить некоторой основой для расчета параметров функциональных механизмов оборудования ПРП, однако говорить о достаточном и тем более полном теоретическом истолковании процессов и методов проектирования некоторых механизмов с учётом действующих технологических особенностей швейного и других производств, производящих и перерабатывающих легкодеформируемые длинномерные материалы, преждевременно.

Например, деформация материалов при их подготовке к раскрою, в частности при размотке, развороте в полную ширину, намотке в рулон и формировании настилов, по вышесказанным причинам не должна выходить из области ее условно упругих значений. В текстильном же производстве требования к ограничению деформаций материалов не являются жестко лимитированными и их значения достаточно часто выходят за допустимые пределы /20/.

До настоящего времени не были разработаны математические модели, описывающие механику процессов обработки легкодеформируемых материалов перед раскроем, а также инженерные методы проектирования и расчёта параметров исполнительных механизмов и их рабочих органов. Опубликованные в научной литературе результаты исследований зависимости напряженно-деформированного состояния материалов от конструктивных параметров и режимов работы функциональных механизмов носят локальный характер и могут иметь применение в весьма ограниченных случаях.

Используемые в действующем технологическом оборудовании и предлагаемые в разных информационных источниках технические решения для реализации процессов размотки, разворота сдвоенных материалов и их намотки в рулон или не технологичны, или конструктивно сложны и не удовлетворяют эксплуатационным требованиям при выполнении подготовительно-раскройных операций. 9.

Отсутствуют научно обоснованная концепция совершенствования функциональных механизмов для подготовки материалов к раскрою, а также методические разработки по вопросам системного анализа уровня их технического обеспечения и программно-целевого исследования /21,22/.

Неадаптированность имеющихся немногочисленных технических разработок к конкретным условиям производства, неоднозначность требований к их конструктивно-технологическим параметрам замыкается на целый перечень нерешенных проблем научно-технического характера. В настоящей диссертационной работе рассматриваются результаты научного поиска и экспериментальных исследований, направленных на совершенствование процессов и технических средств для подготовки материалов к раскрою, а также методов их проектирования и расчёта.

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ МАТЕРИАЛОВ К РАСКРОЮ.

Процессы подготовки материалов к раскрою на швейных предприятиях представляют начальную производственную стадию, которая характеризуется совокупностью взаимосвязей между её подсистемами: технологическим процессом, предметами труда, формируемой информационной базой, техническим обеспечением и т. д.

Организационно-технологические переходы начальной стадии производства швейных изделий, связанные с реализацией процессов обработки длинномерных материалов при их подготовке к раскрою, функционально предназначены для получения объективной информации о фактических количественных и качественных характеристиках поступивших для переработки материалов, взаиморасчётов по договорным условиям с поставщиками сырья и гибкого планирования производственной программы.

Если рассматривать начальную стадию производства в виде двух взаимосвязанных между собой подсистем — подготовку материалов к раскрою и получение деталей кроя -, то для подготовительных операций характерна наиболее выраженная информационная составляющая, формируемая различными техническими средствами, и напряженно-деформированное состояние обрабатываемых материалов.

Технологический процесс обработки длинномерных материалов при их подготовке к раскрою представляет собой многопараметрическую систему, обладающую целостным характером функционирования, и в соответствии с его главной функцией может быть отнесен к классу информационно-технологических объектов, включающих в себя некоторое подмножество операций физико-механического, логико-математического и информационного характера.

Динамичность обработки входной информации и формирования базы данных поступивших для переработки материалов, подготовка их к раскройным операциям, возможность обоснованного принятия оперативных управленческих решений в соответствии с производственными ситуациями и складывающимся рынком товаров, являются главными требованиями эффективного планирования и организации подготовительно-раскройного цикла и, в первую очередь, его базовой структуры — системы подготовки материалов к раскрою.

В реальных условиях производства типовая схема обработки материалов может претерпевать некоторые изменения в элементах своей организации и технологии, возможны некоторые перераспределения функций между исполнителями подготовительного производства и реструктуризация системы ПМкР. Однако основные её операции носят типовой инвариантный характер, и в настоящее время сохраняется общепринятый концептуальный подход к построению подготовительных процессов, как органической части технологического комплекса по производству швейных изделий.

Выводы.

1. Выбор оптимального варианта комплектования технологического оборудования для подготовки материалов к раскрою и его проектирование носит многокритериальный характер и экономическая целесообразность достижима при обеспечении порогового уровня эффективности с учётом действующих ограничений.

2. Проведенные работы по внедрению разработанных технических средств для обеспечения подготовительных операций при производстве одежды подтверждают возможность снижения напряжённо-деформированного состояния материалов до значений, определяемых областью условно упругих деформаций.

3. Использование предлагаемых технических решений должно носить дифференцированный характер и наибольший эффект достижим при решении задач обеспечения требуемой точности деталей кроя и снижении технологических операций, функционально не обусловленных, в частности, декатировоч-ных и осноровочных.

4. Разработанные технические средства наиболее предпочтительно использовать при производстве ассортимента изделий из дорогостоящих тканей и материалов трикотажного переплетения, так как достигается максимальный экономический эффект посредством снижения нерационального расхода материалов при компоновке действующего технологического оборудования модульными системами с приводными рабочими органами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Основным научным результатом работы и практической реализации научно-технического проекта является развитие теоретической базы проектирования и расчёта технических средств для обеспечения подготовительных операций при производстве швейных изделий, а также создание комплекса функциональных подсистем для совершенствования технологического оборудования и процессов подготовки материалов к раскрою.

Системный анализ технологических операций и напряжённо-деформированного состояния легкодеформируемых материалов при их контактном взаимодействии с рабочими органами технологического оборудования, а также теоретические исследования процессов позволили сформулировать принципиальные подходы к их проектированию и совершенствованию, разработать и создать на этой базе комплекс технических средств для их обеспечения.

Выполненные исследования и разработки позволяют посредством повышения качества подготовительных операций сократить нерациональные потери материалов, значительно уменьшить удельные трудозатраты на производство швейных изделий, а в конечном счёте повысить эффективность функционирования технологических комплексов по производству швейных изделий и получить социальный эффект за счёт улучшения условий труда на предприятиях.

При решении этих задач в диссертационной работе получены следующие научные и практические результаты:

1. Главными научными результатами работы являются: разработка методологии анализа, проектирования и совершенствования технических средств обеспечения подготовительных операций при производстве одежды, создание на этой основе теоретического фундамента и практической базы, позволяющей эффективно решать вопросы ресурсосбережения и повышения качества швейных изделий.

2. С позиций программно-целевого подхода проведенные исследования позволили установить, что система подготовки материалов к раскрою представляет собой сложный многопараметрический объект, инвариантный к производству швейных изделий. Декомпозиция системы, исследование функций и содержания подготовительных операций позволили обосновать область приоритетного научного поиска и выявить факторы, наиболее значимо влияющие на деформационные характеристики материалов при их взаимодействии с рабочими органами исполнительных механизмов.

3. Методом построения графа операционных переходов, последовательного анализа влияния факторов на деформационные характеристики материалов определены основные направления исследований в области создания технических средств для физико-механической обработки легкодеформируемых материалов. Определено, что наиболее актуальными и экономически приоритетными являются задачи по разработке и исследованию процессов и механизмов размотки, ориентации, намотки и разворота материалов в полную ширину при их промере, разбраковке и настилании для раскроя.

4. Выполнены теоретические исследования и построены математические модели процесса размотки рулонных материалов, определены параметры управления и область их варьирования с учётом требований к выполнению подготовительных операций. Определены перспективные направления по совершенствованию систем размотки и разработаны современные технические решения.

5. Разработан и исследован принципиально новый способ измерения напряжённо-деформированного состояния движущихся материалов при взаимодействии с рабочими органами функциональных механизмов, основанный на использовании стробоскопического эффекта и позволяющий обеспечить простую, доступную для реализации и высокоточную систему измерения деформационных характеристик материала. Исследования зависимости «натяжение — частота синхронизации» методом стробоскопии показали, что при взаимодействии с рабочими органами размоточных и других механизмов измеренные натяжения материала сопоставимы .с расчётными значениями и их расхождение не превышает 9%. Результаты проведенных исследований позволяют утверждать о перспективности использования этого способа для получения теоретических и практических разработок.

6. Установлено, что существующие схемы разворота материалов в полную ширину функционально обеспечивают технологические условия со значительной неравномерностью и завышенным более чем в два раза общим допустимым уровнем напряжённо-деформированного состояния материалов, что соответствующим образом сказывается на погрешностях измерения их линейных параметров и точности деталей кроя. Выполнены теоретические исследования и построены математические модели механики процесса раз-дублирования сдвоенных материалов, создана теоретическая база их расчёта и проектирования. Разработанные технологическая схема и варианты асимметричных систем раздублирования, обеспечивают снижение высокоэластической составляющей деформации материалов до допустимого уровня с практически равномерным распределением по ширине.

7. Экспериментальные исследования опытного образца раздубликатора асимметричного типа с приводным рабочим органом подтвердили корректность допущений, принятых при разработке математической модели системы, и показали, что приращение напряжённо-деформированного состояния материала перед его измерением может быть снижено более, чем в 1.8 раза и не превышать 0.02 Н/см. Вследствие снижения деформации и повышения точности определения фактической длины материала, а в последующем повышения точности размерных характеристик деталей кроя, перевод швейных изделий из одной размерно-полнотной группы в другую может быть снижен более, чем на 50%.

8. На базе теоретических исследований механики контактного взаимодействия движущихся материалов с рабочими органами систем намотки материалов в рулон валкового типа разработаны математические модели процесса, определены оптимальные конструктивно-технологические параметры компоновки исполнительных механизмов оборудования. Доказано, что оптимальная заправочная длина материала между двумя точками её подвеса не зависит от его физико-механических свойств, но является функцией несимметричности линии провисания.

9. На основе развития теории контактного взаимодействия длинномерных материалов с рабочими органами функциональных механизмов разработаны технические решения, новизна которых подтверждена 4 положительными решениями на выдачу патентов РФ. Реализация ряда разработок в виде отдельных модулей оборудования подготовительно-раскройного производства, а также проведенные лабораторные и производственные их испытания подтвердили корректность основных теоретических положений, показали проектируемую эффективность их функционирования и качество выполнения подготовительных операций.

10. Выполненные опытно-конструкторские проекты технических средств обеспечения подготовительных операций, их апробация и внедрение на ряде швейных предприятиях региона позволили повысить качество процессов производства одежды, производительность труда на последующи тех нологических операциях и уменьшить нерациональный расход материалов, что подтверждено экономическим эффектом более чем в два млн. руб.