В настоящее время проблема повышения качества и конкурентоспособности выпускаемых товаров и предоставляемых услуг актуальна для всех предприятий и организаций. Российская промышленность долгие годы была ориентирована не на повышение качества, а на увеличение количества выпускаемой продукции, тогда как опыт развития передовых промышленных стран показывает, что эффективным может быть только производство, ориентированное на постоянно растущие запросы потребителя.
В современных условиях большинство российских текстильных предприятий вынуждены производртгь продукцию руководствуясь только принципом экономического выживания. Проблемы повышения качества выпускаемой продукции отходят на второй план. Такая практика не может привести предприятия и промышленность в целом к стабильному и эффективному развитию. Поэтому >же сегодня необходимо использовать имеющийся международный опыт создания систем обеспечения качества текстильных предприятий для внедрения новых и совершенствования имеющихся подходов в проектировании качества продуктов прядильного производства.
В данной диссертационной работе поставлена цель по разработке научно-обоснованных методов проектирования качества первичного полуфабриката прядильного производства — смеси волокон. Основными этапами в решении поставленной проблемы являются разработка метода количественного оценивания и проектирования качества смеси различных волокон, а также совершенствование процесса измерения количественных показателей одного из основных свойств волокон.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность темы
В условиях рыночной экономики текстильные предприятия любой формы собственности должны уделять особое внимание вопросам качества, так как оно является одновременно и самым эффективным средством удовлетворения потребностей, и средством снижения издержек производства. Основное условие повышения качества продукщш заключается в эффективном функционировании системы обеспечения качества на всех этапах жизненного цикла продукции. Наиболее важной проблемой при создании текстильного изделия наряду с его производством и реализацией является проектирование его качества, а одна из первых, а, следовательно, главных составгЕых частей выявленной проблемы состоит в проектировании качества первичного полуфабрикатасмеси волокон. Актуальность проектирования качества смеси волокон обусловлена тем, что ее свойства оказывают определяющее влияние на качество готового изделия, а также на выбор технологического оборудования и его параметров.
В настоящее время в качестве основного метода проектирования свойств смеси используется расчетный метод с возможностью прогнозирования одного из показателей качества пряжи. Применяемое для этого выражение позволяет оцетшть совместное влияние единичных показателей различных свойств текстильных волокон на предполагаемую величину удельной разрывной нагрузки пряжи. Недостатком используемого метода является проектирование только одного показателя качества пряжи. Кроме того наличие огромного числа переменных и случайных факторов технологического процесса не позволяет осуществить достаточно точное прогнозирование качества пряжи в рамках одной формулы.
В связи с этим необходимо развить новое направление решения этой проблемы, заключающееся в последовательном проектировании качества выходящего полуфабриката на каждой стадии технологического процесса с учетом максимального количества факторов. Первым шагом в этом направлении и является проектирование качества смеси волокон на основе научно-обоснованного оптимального варианта смешивания.
Работа посвящена разработке критериев оптимизации волокнистой смеси как по группе простых свойств, так и по отдельно взятому свойству с учетом полной и достоверной информации об исследуемом свойстве. Работа выполнена в рамках плана госбюджетных и хоздоговорных научных работ ИГТА.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационной работы является разработка методики (технологии) проектирования качества смеси хлопковых и химических волокон. Для ее достижения поставлены и решены следующие основные задачи:
— разработка методики проектирования качества смеси различных видов волокон с использованием комплексного показателя качества;
— проектирование новых функциональных и параметрических показателей протяженности волокон для более полного оценивания данного свойства;
— разработка методики определения оптимального соотношения показателей протяженности волокон в смеси;
— создание нового метода измерения показателей протяженности текстильных волокон с использованием современных информационных технологий;
— установление соотношения между показателями протяженности волокон, определяемых различными методами измерения;
— определение качества технологической смеси волокон с учетом операции проектирования, эффективности технологического процесса и себестоимости смеси.
Методы исследования. При выполнении работы применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального исчисления, анштитической геометрии, графического моделирования, численные методы прикладной математики, методы корреляционно-регрессионного анализа и кластер-анализа, методы теории вероятностей и математической статистики. Экспериментальные исследования проводились с использованием гравиметрического метода и метода оптоэлектронного сканирования. Полученные первичные данные подвергались обработке на ЭВМ как стандартными пакетами прикладных программ, так и оригинальными программными продуктами.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:
— сформированы принципы проектирования качества смеси различных волокон с использованием комплексных оценок;
— спроектированы новые показатели протяженности хлопковых волокон, позволяющие более полно охарактеризовать данное свойство, а также сопоставить показатели протяженности волокон различных законов распределения;
— создана методика оптимизации смеси волокон по показателям их протяженности;
— получено выражение для определения качества технологической смеси волокон;
— установлено аналитическое соотношение между показателями протяженности волокон, определяемыми прямыми и косвенными методами измеренияразработан компьютерный метод измерения показателей протяженности волокон, основанный на распознавании и выделении изображений волокон на общем фоне и имеюищй лучшие метрологические характеристики по сравнению с известными методами.
Практическая значимость работы состоит в создании методик проектирования качества смеси различных волокон и оценивания качества технологической смеси волокон, в разработке рекомендаций по переводу показателей протяженности волокон прямого и косвенного методов измерений, в разработке новых методов измерения показателей протяженности волокон.
Результаты работы могут быть использованы в прядиз|ьном производстве и в службах технического контроля качества продукции текстильных предприятий, а также в учебном процессе для студентов соответствующих специальностей в вузах текстильного профиля.
Методика проектирования качества смеси волокон принята к внедрению в ЗАО «Чайковский текстильный дом», а методика сопоставления различных показателей протяженности хлопковых волокон внедряется в ОАО «Фатекс».
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку: на международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективжхе материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-97. Прогресс-2001), ИГТА, Иваново, 1997.2001 гг.;
— й всероссийской научно-технической конференции. «Современное состояние и проблемы измерений», МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, 1999 г.
— на 51-й и 52-й межвузовских научно-технических конференциях молодых ученых и студентов, КГТУ, Кострома, 1999, 2000 гг.
— на межвузовских научно-технических конференциях аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2000, Поиск-2001), ИГТА, Иваново, 2000, 2001 гг.
— на всероссийской научно-технической конференции «Проблемы льноперерабатывающего комплекса России» (Лен-2000), КГТУ, Кострома, 2000 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ. Из них четыре статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», одна статья в сборнике научных трудов конференции «Прогресс-99», остальные — тезисы конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 7 глав, содержит 205 страниц машинописного текста, 50 рисунков, 37 таблиц, список литературы из 98 наименований и приложения.
Результаты исследования левой и правой частей волокнистых бородок.
Номер Macea Масса Абсолютное значеОтносительное значе пробы левой части правой части ние разности масс ние разности масс пробы, мг пробы, мг обеих частей пробы, мг обеих частей пробы, %.
1 24,50 25,00 0,50 2,02.
2 28,30 26,30 2,63 9,52.
3 26,13 28,48 2,35 8,60.
4 26,57 28,07 1,60 5,86.
5 28,98 27,44 1,54 5,46.
6 25,86 24,15 1,71 6,84.
7 28,52 26,76 1,76 6,36.
8 26,55 27,85 1,30 4,78.
9 31,72 31,52 0,20 0,64.
10 13,02 13,51 0,49 3,70 вреднее 26,07 25,91 1,51 5,78.
Поэтому использование обеих частей пробы, а также суммирование и усреднение результатов распределения толщины бородки с левой и правой стороны является целесообразным.
Схема реализации заявленного способа (заявка на пол) Ление патента РФ № 2 000 101 914/28(1 640) от 24.01.2000) изображена на рис. 6.14. Она содержит предметный столик 1, фотоэлементы 2 и 3, подготовленнью бородки волокон 4 и 5, зажим 6, усилительные элементы 7 и 8, суммирующее устройство 9, вычислительное устройство 10, дифференцирующий элемент 12, преобразователь 13, вычислительное устройство 14, экран монитора 11. Л.
2 > i 6 9.
11 3 8.
Рис. 6.14. Принципиальная схема реализации усовершенствованного спосо.
Измерение осуществляется следующим образом. Датчики 2 и 3 воспринимают рассеивание светового потока, проходящего через подготовленные бородки текстильных волокон 4 и 5. По мере движения датчиков в противоположных направлениях от линии зажима 6 проходящий через бородки световой поток будет меняться. Его изменение соответствует кривым, а и б (рис. 6.15.). Усилительные элементы 7 и 8 усиливают полученные сигналы. Далее сигналы поступают в суммирующее устройство 9, формирующее импульс, соответствующий суммарной кривой в (рис. 6.15). Суммарный сигнал поступает на вход одновременно на вход вычислительного устройства 10, вычисляющего показатели протяженности по фиброграмме, и на вход дифференцирующего устройства 12, которое позволяет перейти от вида суммарной кривой к виду функции плотности распределения кончиков волокон по длине бородки (рис. 6.15, г). После дифференцирующего устройства 12 сшнал поступает в преобразователь 13, который позволяет перейти от диаграммы распределения кончиков волокон в различных сечениях бородки к диаграмме распределения по протяженности (рис. 6.15, д), а затем на вход вьршслительного устройства 14, вычисляющего по полученным данным неба измерения показателей протяженности волокон обходимые показатели протяженности волокон. Экран монитора 11 дает наглядное представление обо всех измеренных показателях, а также графическую интерпретацию полученной информации. а б.
Длина волокон, /, мм.
Рис. 6.15. Графическое представление получаемой информации.
При совершенствовании косвенного способа определения показателей протяженности группы волокон мы огратшились только теоретическими разработками без создания действующего макета устройства. Данное обстоятельство объясняется тем, что для нас наибольший интерес представляла не сама реализация этого метода, а те шаги, которые приводят нас к тому, что исследуемая проба волокон имела такой же вид как при осуществлении прямого метода. В результате по полученным данным можно судить не только о распределении толшцны одной из бородок, но и о распределении толцщны всей пробы.
6.7. Установление основных научных результатов.
По результатам аналитических и экспериментальных исследовании проблемы установления соотношения между показателями протяженности волокон различных законов распределения впервые получены следуюпще научные результаты:
1. Выявлены и проанализированы различные способы приготовления пробы волокон необходимой для определения показателей протяженности косвенным методом;
2. Получены аналитические выражения для вычисления показателей протяженности волокон, определяемых косвенным методом;
3. Установлеиы аналитические соотношения между отдельными показателями протяженности волокон, а именно, верхней полусредней длиной Ьвп и штапельной длиной (Ьшт)п1.
4. Выдвинута и доказана с использованием критерия согласия х гипотеза о соответствии интегрального распределения толпщны волокнистой бородки логарифмически нормальному закону распределения случайной величины;
5. Получено выражение передаточной функции, позволяющей осуществить перевод функционального показателя косвенного метода измерения, а именно, диаграммы распределения кончиков волокон в бородке к виду диаграммы распределения по протяженности волокон, соответствующей прямому методу измерения;
6. Проведен сравнительный анализ основных показателей протяженности, полученных косвенным методом и показателей, полученных расчетным методом, выявивший их взаимное соответствие;
7. Предложен новый косвенный способ измерения показателей протяженности группы волокон (заявка на получение патента РФ №.2 000 101 914/28(1 640) от 24.01.2000).
7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СМЕСИ ВОЛОКОН.
7Л. Выявление количественных показателей качества технологической смеси волокон.
Одним из заключительных этапов решения многоуровневой проблемы повышения качества смеси волокон является выработка принципов оценивания и проектирования качества так называемой технологической смеси. Под технологической смесью в дальнейшем будем понимать продукт прядильного производства, получаемый на оборудовании разрыхлительно-трепального агрегата, состоящий из различных по происхождению волокон.
Предьщущие разделы исследования (разд. 2. 6) были посвящены оцениванию и проектированию качества смеси на основе информации о потенциальных характеристиках волокон как по совокупности свойств, так и по отдельно взятому свойству. Однако качество данного продукта определяется не только потенциальными свойствами компонентов, но и эффективностью организационно-экономической системы, составными частями которой в данном случае являются следующие технологические процессыпроектирование потенциального (априорного) качества смеси, разрыхление, смешивание и очистка на соответствующем оборудовании. Эффективность каждого упомянутого процесса может быть определена количественно соответствующими показателями. Вместе с тем адекватное оценивание эффективности данной системы процессов невозможно без учета ее экономичности, поэтому количественную оценку качества технологической смеси необходимо давать относительно совокупных затрат на осуществление указанных технологических процессов.
Для количественного оценивания качества технологической смеси с учетом влияния эффективности каждого технологического процесса на конечный результат наиболее целесообразно использовать комплексный подход, реализуемый методами квалиметрии [94 .96]. Общую схему такого подхода в данном случае можно представить в виде трех выражений.
7.1) к = д*1с, (7.2) а ' Л — Ъ л, (7.3) где / - индекс конкурентоспособности технологической смеси волокон;
К — удельный (интегральный) показатель качества рассматриваемой технологической смеси;
Кб — удельный показатель качества технологической смеси, выбранной в качестве базовой;
Q*- обобщенный комплексный показатель качества технологических процессов;
С — удельные совокупные затраты на проведение технологических процессов получения смеси волоконqi — количественный показатель эффективности /-го технологического процесса;
— коэффициент весомости /-го технологического процесса (51Л = О.
Выбор номенклатуры количественных показателей качества, входящих eQ* обусловлен анализом литературы, проведенным в разд. 1.2. Показателю А1, характерюующему гармоничность априорного проектирования смеси по основным свойствам, соответствует комплексный показатель качества Q, сформированный в разд. 2. В качестве показателей д2 и дз, характеризующих процессы смешивания и очистки волокон на разрыхлительно-трепальном агрегате, используем соответствующие показатели эффективности А. Показатель, характеризующий процесс разрыхления волокон, не был нами использован, так как эффективность этого процесса косвенно учитывается показателем эффективности смешивания.
При оценивании качества технологической смеси волокон необходимо учитывать не только позитивные явления процессов смешивания и очистки, но и сопутствующие негативные явления. Поэтому в выражение (7.3) включены показатели А4 и дл, характеризующие соответственно относительное укорочение волокон 51, и потерю ими удельной разрывной нагрузки 5Ру в процессе переработки.
7.2. Ранжирование количественных показателей качества технологической смеси волокон.
Выражение (7.3) строится на основе арифметического способа усреднения с учетом значимости технологических процессов. Определение коэффициентов весомости Л при соответствующих показателях А, осуществлялось согласно выражения (=1 где Кг — ранг, присвоенный соответствующему показателю.
Присвоение рангов показателям эффективности технологических процессов проводилось с учетом последовательности их выполнения. Так априорное проектирование качества смеси волокон выполняется на самом первом этапе производства, и по своей ответственности этот технологический процесс занимает первое место (i?I = 1). Другие технологические процессы (непосредственное смешивание и очистка волокон) осуществляются одновременно на следующем этапе, поэтому соответствующие показатели эффективности занимают по важности второе место {Кг = Кз= 2). Негативные показатели (укорочение и потеря прочности) занимают второе место по той же причине {К4 = К5 = 2). Таким образом, коэффициенты весомости согласно выражения (7.4) принимают следующие значения: к = 0,33- Яг = 0,166- /1з = 0,166- Я4 = 0,166- Лб = 0,166. Таким образом, итоговое уравнение обобщенного комплексного показателя качества технологических процессов примет вид е* = 0,33л + 0,166л + 0,166л+0,166сл4+ 0Д66с5РЛ. (7.5).
7.3. Выявление составных частей себестоимости технологической смеси волокон.
Следующим этапом исследования является постатейное определение совокупных затрат на осуществление выявленных технологических процессов.
Основную долю в себестоимости готовой продукции, а тем более полуфабрикатов прядильного производства составляют затраты на сырье [97]. Сырьем в данном случае являются хлопковые и химические волокна. Рыночные цены существенно отличаются в зависимости от качественной градации и от вида волокна. Поэтому уменьшение материальных затрат наиболее эффективно проводить на стадии проектирования за счет варьирования сырьевого состава. При этом необходимо согласовывать вид химического компонента с ассортиментом вырабатываемой продукции, а качество компонентов смеси должно удовлетворять критериям, выработанным в разд. 2 и П. 1. Кроме того, уменьшения затрат на проектирование смеси и на оценивание качества сырья, можно добиться за счет внедрершя новых информационных технологий на стадии приемки и оценивания сырья.
Другой весомой частью затрат на получение смеси волокон являются издержки на установленную электрическую мощность оборудования раз-рыхлительно-трепального агрегата. На действующем предприятии эта статья расходов является неизменной, однако при проектировании нового предприятия эту составляющую можно минимизировать с использованием выражений (7.1) и (7.2) за счет подбора оборудования с оптимальными технологическими параметрами. Аналогично можно оптимизировать затраты на амортизапщо основных фондов (в части разрыхлительно-трепального оборудования) и инвестищюнные затраты на закупку данного оборудования.
Таким образом, совокупные удельные затраты на проведение технологических процессов получения смеси волокон приблизительно можно представить в виде.
С — С сыр с оц + с а, (7−6) где Ссыр — удельные затраты на приобретение сырья (хлопковых и химических волокон);
С оцудельные затраты, связанные с идентификацией качества волокон и априорным проектированием качества смеси;
Сэ&bdquo- - удельные затраты, идущие на оплату установленной мощности и потребленной электрической энергии;
Са — удельные затраты, покрывающие амортизационные отчисления.
Что касается размерности удельных затрат, то значение этого стоимостного показателя имеет денежное выражение в любой валюте, приходящееся на единицу массы технологической смеси волокон [руб/кг].
7.4. Методика расчета и применение индекса конкурентоспособности технологической смеси волокон.
После определения обобщенного комплексного показателя качества технологических процессов 0* и постатейного выявления размера удельных совокупных затрат на проведение технологических процессов получения смеси волокон С необходимо определить удельный показатель качества К.
ДЛЯ рассматриваемой (проектируемой) смеси согласно выражения (7.2). В используемой формуле он является условным показателем, смысл которого можно воспринимать лишь в процессе сравнения с аналогичным показателем, соответствующем базовой технологической смеси. В качестве базовой целесообразно принять технологическую смесь, используемую на конкретном текстильном предприятии до внедрения предлагаемой методики оцени-вашю и проектирования качества смеси волокон, а в качестве рассматриваемой — технологическую смесь, составленную уже после внедрения методики проектирования качества (см. разд. П.1) с учетом предлагаемых критериев [98]. Таким образом, определив удельный (интегральный) показатель качества для базовой смеси Кб, и определив отношение 1 = К/Кл, мы определим индекс конкурентоспособности технологической смеси волокон.
Оценивание технологР1ческой смеси волокон по уровню конкурентоспособности (сложное свойство) происходит следующим образом: если значение / окажется больше заданного порогового значения, то технологическая смесь является конкурентоспособной в той или иной степени в зависимости от величины /, а если значение / окажется меньше заданного порогового значения, то смесь является неконкурентоспособной. В [95] пороговое значение индекса / установлено равным единице, и для оценки качества технологической смеси волокон такое разделение является оптимальным.
Как уже отмечалось в разд. 7.3, используя выражения (7.1) и (7.2), можно не только определять индекс конкурентоспособности технологической смеси, но и решать обратную задачу: мЕшимизировать удельные совокупные затраты на приготовление технологической смеси за счет различных факторов. В частности такими факторами являются: уменьшение сырьевой составляющей в себестоимости смеси за счет эффективного проектирования ее качества, уменьшение затрат времени и сил при оценивании качества волокон за счет внедрения новых технологий, экономия ресурсов за счет оптимального подбора технологического оборудования. Основным условием. определяющим правильность варьирования сырьевого состава смеси, помимо себестоимости, является соответствие ее качества (количественный показатель О) требуемому (базовому) уровню качества для выработки заданного вида пряжи.
7.5. Пример расчета индекса конкурентоспособности технологической смеси волокон.
Среди ассортимента смесей, перерабатываемых на АО «Меланж» (г. Иваново), наиболее распространенной является смесь 20/250 БД. Данная смесь предназначена для выработки смешанной пряжи пневмомеханического способа прядения 50 текс. Пряжа предназначена для выработки тканей для спещ1альной одежды. В состав смеси входят два компонента: хлопковые и полиэфирные волокна. Массовое содержание хлопкового и полиэфирного компонентов одинаково (по 50%). В свою очередь планируемый состав сортировки хлопкового компонента должен быть следующим: 5−1 (Ферг.-З)-10%- 5-П (с-4727)-60%- 5−1П (Окдар-5) — 30%. Фактически в состав сортировки входят: 5−1 (Ферг.-3)-80%- 5−11 (с-4727)-20%. Добавляемое полиэфирное волокно окрашено в черный цвет.
В данном примере ставятся две задачи. 1) оцеьшть качество технологической смеси, поступающей с разрыхлительно-трепального агрегата на чесальнью машины- 2) дать рекомендации по корректировке состава смеси с целью уменьшения сырьевых затрат при сохранении требуемого качества технологической смеси. Решая первую задачу, первоначально определим средневзвешеннью значения показателей качества хлопкового компонента.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований по проблеме проектирования качества смеси волокон получены следующие новые научные результаты.
1. Сформированы принципы проектирования качества смеси различных волокон с использованием комплексных оценок, дающие возможность оптимизировать сырьевой состав смесей химических и хлопковых волокон для выработки пряжи различного назначения.
2. Спроектированы новые показатели протяженности хлопковых волокон, позволяющие более полно охарактеризовать данное свойство, а также сопоставить показатели протяженности волокон различных законов распределения.
3. Создана методика оптимизации смеси волокон по показателям протяженности, необходимая для выработки рекомендаций для заводов, производящих искусственные и синтетические волокна, по длине их штапелирования методом непосредственного разрезания на ножевом барабане.
4. Сформировано выражение для определения качества технологической смеси волокон, учитывающее влияние технологических и экономР1ческих факторов ее производства.
5. Установлено аналитическое соотношение между показателями протяженности волокон, определяемыми прямыми и косвенными методами измерения.
6. Разработан компьютерный метод измерения показателей протяженности волокон, основанный на распознавании и выделении изображений волокон на общем фоне и имеющий лучшие метрологические характеристики по сравнению с известными методами.
7. Усовершенствован косвенный метод измерения показателей протяженности группы волокон, позволяющий определять и количественные показатели прямого метода измерений.
8. Выявлены составные части экономического фактора конкурентоспособности технологической смеси волокон и показаш>1 пути минимизации удельных совокупных затрат на ее приготовление.
