CC BY
11
УДК 677.016.673.2
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛОТКАЦКОГО СТАНКА ТИПА СТР-100-М
М.Е. Сучкова, А.А. Тувин
Марина Евгеньевна Сучкова, Александр Алексеевич Тувин
Кафедра мехатроники и радиоэлектроники, Ивановский государственный политехнический университет, 153000, Иваново, Шереметевский проспект, д. 21 E-mail: tuvin@ivgpu.com
Статья посвящена разработке методики оптимизации технологических параметров металлоткацкого станка СТР-100-М. Предложено изменить стратегию операции оптимизации путем применения уже полученных комплексных показателей технологической результативности и эффективности в качестве критериев оптимизации вместо обобщенного показателя оптимизации. Новый подход представлен в виде алгоритма, в котором рассмотрена возможность использования вариантов как одноступенчатого (с применением комплексного показателя технологической результативности), так и двухступенчатого (с применением комплексных показателей технологической результативности и эффективности) подхода. После формулировки задачи оптимизации на основании выбора объекта исследования и обоснования потребности в оптимизации его параметров в рамках разработанного алгоритма принимается решение о точной настройке технологического процесса на основе использования комплексного показателя качества. В качестве параметров оптимизации ткацкого станка выбраны: натяжение нитей основы, натяжение уточной нити, ширина прибойной полоски.
Ключевые слова: ткацкий станок, алгоритм, оптимизация, параметры оптимизации, технологическая результативность, технологическая эффективность, комплексный показатель качества.
DEVELOPMENT OF A METHODOLOGY FOR OPTIMIZING TECHNOLOGICAL PROCESSES PARAMETERS OF A METAL-WEAVING MACHINE OF THE
STR-100-M TYPE
M.E. Suchkova, A.A. Tuvin
Marina E. Suchkova, Alexander A. Tuvin
Department of mechatronics and Radioelectronics, Ivanovo state Polytechnic University, 153000, Ivanovo, Sheremetevsky Avenue, 21 E-mail: tuvin@ivgpu.com
This article is devoted to the development of a method for optimizing the technological parameters of the metal-weaving machine PAGE-100-M. it is Proposed to change the strategy of the optimization operation by applying the already obtained complex indicators of technological efficiency and efficiency as optimization criteria instead of the generalized optimization indicator. The new approach is presented in the form of an algorithm that considers the possibility of using both single-stage (using a complex indicator of technological performance) and two-stage (using complex indicators of technological performance and efficiency) approaches. After the optimization problem is formulated, based on the selection of the research object and the justification of the need to optimize its parameters, a decision is made within the framework of the developed algorithm to fine-tune the process based on the use of a complex quality indicator. As parameters optimization of the loom selected: the tension of the warp threads, the tension of the weft thread, the width of the surf strip.
Keywords: loom, algorithm, optimization, optimization parameters, technological efficiency, technological efficiency, complex quality indicator.
В работе [1] выявлено, что стабильная и качественная работа любого технологического процесса при производстве продукции, прежде всего, связана с определением оптимальных значений его параметров, а именно основных параметров технологического оборудования, с помощью которого осуществляется данный производственный процесс. При этом отмечается, что нахождение оптимальных параметров технологического процесса - систематическая задача, которая должна решаться на протяжении всего времени существования данного процесса. В рамках рассматриваемого в данной статье вопроса будем искать возможное решение следующих задач: оптимизация последовательности операций технологического процесса металло-ткачества; определение рационального числа параметров оптимизации; установление оптимальных значений параметров технического средства (ТС), т.е. единицы технологического оборудования, с помощью которого осуществляется рассматриваемая операция или процесс. Традиционный подход, описанный, например в [2], состоит из последовательного осуществления следующих операций, в виде алгоритма представленного на рис. 1.
Он состоит в построении обобщенного показателя оптимизации, связанного с созданием единого признака, количественно определяющего функционирование ис-
следуемого объекта со многими выходными параметрами, каждый из которых имеет свой физический смысл и свою размерность. При этом возникают некоторые трудности, связанные с необходимостью разработки индивидуальной методики построения обобщенного показателя оптимизации в каждом конкретном случае (для каждой технологической операции или процесса). Для этого в работах [3, 4] сформирован алгоритм оценки качества продукции металлоткацкого производства. В связи с этим предложено изменить стратегию операции оптимизации путем применения уже полученных комплексных показателей технологической результативности (КПР) и эффективности (КПЭ) в качестве критериев оптимизации вместо обобщенного показателя оптимизации [5]. Предлагаемый подход, с учетом требований [6], представлен в виде алгоритма на рис. 2, где рассмотрена возможность использования вариантов как одноступенчатого (применение комплексного показателя технологической результативности), так и двухступенчатого (применение комплексных показателей технологической результативности и эффективности) подхода.
На рис. 2 видно, что в первом случае используется только функция
КПР ^ (КПР)тах. И тогда:
КПР = X [( хвЬ1Х). /||( X вых )г.||р'^ь А =р(Уь.
г=1
Во втором случае дополнительно вводится функция КПЭ ^ (КПЭ)тах .
,У],...,Ут) ^ (КПР)тах при У] = (Уопт) ] ■ (1)
тах 'Ч"* у^опт;]
В этом случае условие получения оптимальных значений формулируется в виде
КПР = £[(Xвых)г /||(Хвых)г|У8ПЬ А =ИГЬ...Х-Ут) ^ (КПР)тах при У] = (Уопт)];
г =1
п
КПЭ =Х (АХ. АХ.| |У"'8П\.=ИУ1,..,У],..., Ут ) ^ (КПЭ)
г=1
тах
] опт ] при у] = (Уопт ) ],
(2)
Рис. 1. Алгоритм традиционной методики оптимизации
где (Xых )I, ||(Xвьх )г-|| - соответственно фактическое и нормативное значения г-го
параметра выходного сырьевого потока как единичного показателя результативности; 1 ут^ ч ч II л -\-г ^ и л ^ II для позитивного
+1, если (Х ). < (X ). или АХ. < АX.
? V вых 'г ||V вых 'г|| г || г || параметра;
для негативного параметра;
ь
-1, если (Х^ ) >||(X^ )г|| или АХ, >^1
Щ = (Xвьх )г - (Xвх X, ||АX^| = ||(Xвьх Х'Ц - 11(Xвх Х'Ц - соответственно фактическое и
базовое значения изменения г-го выходного параметра сырьевого потока относительно его входного параметра как единичного показателя эффективности;
а г, А - коэффициенты весомости г-го единичного показателя эффективности и результативности соответственно; У. - фактическое значение ]-го параметра технического средства.
Отметим, что оценка по комплексному показателю технологической результативности процесса служит для приближенной его настройки, так как учитывает значения параметров выходного продукта, а дополнительная оценка по комплексному показателю технологической эффективности используется для точной настройки металлоткацкого станка, т.к. одновременно с параметрами выходного продукта учитываются и аналогичные параметры входного продукта. Применение разработанной новой методики оптимизации рассмотрим на примере изготовления тканых металлических сеток в процессе ткачества.
Объектом исследования выбран металлоткацкий станок СТР-100-М, предназначенный для выработки тканых сеток с квадратными ячейками и фильтровых шириной от 80 до 100 см из металлической проволоки диаметром 0,09.. .0,25 мм.
Выбор данного объекта исследования связан с тем, что контролировать конечный продукт (сетку) значительно легче, т.к. есть возможность анализа уже полученных отклонений от нормы готового продукта. На методы оценки показателей основных свойств сетки существуют специаль-
ные нормативные документы, однако на большинство показателей свойств полуфабрикатов металлоткацкого производства соответствующие стандарты отсутствуют.
Вместе с тем, именно контроль и оптимизация параметров оборудования для производства промежуточных полуфабрикатов необходимы с целью объективного отображения стабильности протекания технологического процесса и качества его функционирования.
После формулировки задачи оптимизации на основании выбора объекта исследования и обоснования потребности в оптимизации его параметров в рамках алгоритма, показанного на рис. 2, принимается решение о точной настройке технологического процесса металлоткачества на основании выражения (2).
В качестве параметров оптимизации металлоткацкого станка выбраны: натяжение нитей основы У;, Н; натяжение уточной нити У2, Н; ширина прибойной полоски Уз, мм.
Для каждого из параметров оптимизации были определены соответствующие уровни варьирования, представленные в табл. 1.
Формулировка задачи оптимизации как функции оперативного технического контроля
Приближенная настройка параметров ткацкого станка
Точная настройка параметров ткацкого станка
Рис. 2. Алгоритм предлагаемой методики оптимизации параметров металлоткацкого станка СТР-100-М
Таблица 1
Параметры оптимизации и уровни их варьирования*_
Параметры оптимизации Уровни варьирования
и единицы измерения -1 0 +1
Натяжение нитей основы У/, Н 2150 2175 2200
Натяжение уточной нити У2, Н 0,30 0,35 0,40
Ширина прибойной полоски, Уз, мм 0,45 0,50 0,55
Примечание: * - Технологические параметры взяты для станка СТР-100-М при изготовлении сетки № 004 нормальной точности с квадратными ячейками полотняного переплетения (ГОСТ 6613-86).
Расчет комплексного показателя технологической результативности процесса ткачества сетки производили в соответствии с формулой (1). Аналогично по соответствующей формуле (2) осуществили рас-
чет комплексного показателя эффективности процесса ткачества.
Таким образом, на основании полученных данных сформировали матрицу планирования, куда вошли результаты эксперимента, представленную в табл. 2.
Таблица 2
Матрица планирования и результаты эксперимента
Значения комплексных
№ п/п Факторы оптимизации показателей
У1 У2 Уз КПР КПЭ
1 +1 +1 +1 0,52 0,60
2 -1 +1 +1 0,68 0,52
3 +1 -1 +1 0,87 0,75
4 -1 -1 +1 0,63 0,81
5 +1 +1 -1 0,72 0,66
6 -1 +1 -1 0,65 0,70
7 +1 -1 -1 0,71 0,84
8 -1 -1 -1 0,62 0,52
9 -1 0 0 0,80 0,64
10 +1 0 0 0,56 0,82
11 0 -1 0 0,92 0,87
12 0 +1 0 0,76 0,73
13 0 0 -1 0,72 0,68
14 0 0 +1 0,59 0,62
15 0 0 0 0,81 0,68
Из анализа данных, приведенных в таблице 2, следует:
- максимальному значению комплексного показателя технологической результативности соответствует вариант № 11 со значениями заправочных характеристик У1 = 0, У2 = -1 и Уз
= 0. Значение КПР, полученное в этом варианте, составило 0,92, что соответствует почти максимальному результату
при изготовлении металлических сеток, т.к. (КПР)мах = 1;
- максимальному значению комплексного показателя технологической эффективности функционирования технологического процесса соответствует вариант под тем же номером с теми же значениями заправочных характеристик. Уровень функционирования процесса является высоким, т.к. КПЭ = 0,87 ((КПЭ)мах = 1.
На основании проведенного планирования эксперимента получены следующие оптимальные значения заправочных параметров металлоткацкого станка СТР-100-М: У1 = 2200 Н - натяжение нитей основы; У2 = 0,40 Н - натяжение уточной мононити; Уз = 0,45 мм - ширина прибойной
Анализ результатов четырех вариантов оптимизации в табл. 3 показывает на незначительную разницу (в пределах погрешности) между результатами, использующими различные целевые функции. Таким образом, можно сделать вывод о пригодности разработанной методики по определению оптимальных значений технологических параметров металлоткацкого станка СТР-100-М.
Выводы
1. Предложена методика по определению оптимальных значений параметров металлоткацкого оборудования на основе построения и использования или отдельных, или совместных комплексных показа-
полоски. Полученные оптимальные значения У1, У2 и Уз обеспечивают получение металлической сетки с заданными параметрами качества. В итоге получены соответствующие оптимальные значения параметров оптимизации и проведены их исследования на воспроизводимость (табл. 3).
телей результативности и эффективности технологического процесса.
2. Построены алгоритмы расчета комплексных показателей результативности и эффективности технологического процесса металлоткачества и созданы соответствующие методики по их определению, позволяющие осуществлять оперативный мониторинг данного технологического процесса.
3. Разработана методика определения оптимальных значений технологических параметров процесса металлоткачества с применением комплексных показателей его технологической результативности и эффективности для станка типа СТР-100-М.
Таблица 3
Результаты сравнения традиционной и новой методик оптимизации
Оптимальные значения
Варианты использования Значения КП
комплексных показателей при параметров ткацкш о станка
У1 У2
оптимизации процесса Уз
Комплексный показатель качества* 0,81 2150 0,35 0,45
Комплексный показатель результативности 0,92 2150 0,30 0,50
Комплексный показатель эффективности 0,87 2200 0,35 0,45
Комплексные показатели 0,92 2200 0,30 0,50
результативности и 0,87
эффективности
Примечание: * - значения для КПК взяты из [7] .
ЛИТЕРАТУРА
1. Чистякова, Н.Э. К вопросу оптимизации технологического процесса / Н.Э. Чистякова, С.В. Павлов, Б.Н. Гусев // Методы менеджмента качества.
- 2007. - № 12. - С. 8-11.
2. Механическая технология текстильных материалов/А.Г. Севостьянов [и др.]; под общ. ред. А.Г. Севостьянова. - М.: Легкая промышленность и бытовое обслуживание. - 1989. - 512 с.
3. Тувин, А.А. Описание технологических процессов металлоткацкого производства на основе методологии IDEFO/ А.А. Тувин, М.Е. Сучкова // Физика волокнистых материалов: струк-тура, свойства, наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX-2019): сборник материалов XXII международного научно-практического форума. - Иваново: ИВГПУ, ч. 1. - 2019. - С. 270-275.
4. Максимов А.А., Аллямов Р.Р., Тувин А.А. Организация технического контроля производства тканых металлических сеток // Современные наукоемкие технологии. - 2019. - № 1.- С. 82-86.
5. Курьян, А.Г. Потери качества и результативность менеджмента / А.Г. Курьян, П.С. Серенков, Н.А. Рекуц // Методы менеджмента качества. - 2004.
- № 3. - С. 30-33.
6. Амиров, Ю.Д. Квалиметрия и сертификация продукции: методическое пособие. - М.: ИПК Изд-во стандартов. - 1996. - 104 с.
7. Тувин А.А. Развитие научного и методического обеспечения процессов проектирования оборудования и технического контроля производства тканых металлических сеток: дис. ... докт. техн. наук / А.А. Тувин. - Иваново (ИГТА). - 2012. - с. 335.
REFERENCES
1. CHistyakova, N.E. K voprosu optimizacii tekhnologicheskogo processa / N.E. CHistyakova, S.V. Pavlov, B.N. Gusev // Metody menedzhmenta kachestva.
- 2007. - № 12. - S. 8-11.
2. Mekhanicheskaya tekhnologiya tekstil'nyh materialov/A.G. Sevost'ya-nov [i dr.]; pod obshch. red. A.G. Sevost'yanova. - M.: Legkaya promyshlennost' i bytovoe obsluzhivanie. - 1989. - 512 s.
3. Tuvin, A.A. Opisanie tekhnologicheskih processov metallotkackogo proizvodstva na osnove metodologii IDEFO/ A.A. Tuvin, M.E. Suchkova // Fizika voloknistyh materialov: struk-tura, svojstva, nau-koemkie tekhnologii i materialy (SMARTEX-2019): sbornik materialov XXII mezhdunarodnogo nauchno-prakticheskogo foruma. - Ivanovo: IVGPU, ch.1. - 2019.
- S. 270-275.
4. Maksimov A.A., Allyamov R.R., Tuvin A.A. Organizaciya tekhnicheskogo kontrolya proizvodstva tkanyh metallicheskih setok // Sovremennye nau-koemkie tekhnologii. - 2019. - № 1.- S. 82-86.
5. Kur'yan, A.G. Poteri kachestva i rezul'ta-tivnost' menedzhmenta / A.G. Kur'yan, P.S. Serenkov, N.A. Rekuc // Metody menedzhmenta kachestva. -2004. - № 3. - S. 30-33.
6. Amirov, YU.D. Kvalimetriya i sertifikaciya produkcii: metodiche-skoe posobie. - M.: IPK Izd-vo standartov. - 1996. - 104 s.
7. Tuvin A.A. Razvitie nauchnogo i metodicheskogo obespecheniya processov proektiro-vaniya oborudovaniya i tekhnicheskogo kontrolya proizvodstva tkanyh metallicheskih setok: dis. ... dokt. tekhn. nauk / A.A. Tuvin. - Ivanovo (IGTA). - 2012. -s. 335.
