книги из ГПНТБ / Зак И.С. Автоматизация процессов сборки швейных изделий (основы построения оптимального ряда полуавтоматов)

вающая получение чистого среза при отклонении направления пере­ мещения материала от фиксированной оси, связанной с рабочей го­ ловкой, до 0,7 рад.

Разработан нож-перфоратор, позволяющий вести снятие припуска при перемещении в произвольном направлении. Ряд работ посвящен созданию новых схем сборки швейных изделий, позволяющих эффек­ тивно использовать возможности оборудования с автоматическим уп­ равлением подачей. В частности, предложены новые схемы соединения деталей кармана, прикрепления подкладки к борту пальто, соедине­ ния борта с подбортом, сборки пояса брюк, позволяющие осущест­ вить после установки полуфабриката на позицию сборки параллель­ ное выполнение нескольких операций.

Вряде работ освещены унификация и стандартизация полуфабри­ катов и сборочных единиц, из которых осуществляется сборка швей­ ных изделий, и описано создание технологичных конструкций.

Таким образом, можно считать, что особенности осуществления процессов переплетения ниток и резания на машинах полуавтоматиче­ ского действия изучены достаточно подробно.

Вто же время отсутствуют работы, посвященные комплексному (системному) исследованию свойств совокупности полуфабрикатов и сборочных единиц, формализации описаний сборочных операций и выделению типовых операций, встречающихся с наибольшими ча­ стостями в процессах сборки швейных изделий.

Проведение подобных исследований в области металлообработки

[6]послужило основой для создания рядов металлорежущих станков, оптимальных по экономическому критерию.

Работы по унификации и стандартизации швейных изделий и их элементов, а также по созданию технологичных конструкций прово­ дились без учета возможностей полуавтоматов и мало способствовали повышению эффективности их применения.

За последние годы круг операций, для выполнения которых пред­ ложены полуавтоматы, несколько расширился.

Кроме традиционных операций, для выполнения которых полуав­ томаты применялись и ранее (выполнение закрепок, обметка петель, прикрепление пуговиц, крючков и другой фурнитуры, вышивание), швейные полуавтоматы нашли применение для следующих работ:

выполнения прямолинейных и криволинейных вытачекдлиной от 50 до 400 мм, раствором от 30 до 10 мм;

обтачивания мелких деталей швейных изделий (манжет, воротни­ ков, клапанов);

стежки лацканов пиджаков и пальто; выполнения прямолинейных и плавных криволинейных швов дли­

ной от 400 до 1250 мм (стрела прогиба криволинейных швов до 150 мм); соединения борта с подбортом пальто; притачивания накладных карманов; сборки прорезных карманов мужского костюма.

Однако, несмотря на некоторое расширение области применения полуавтоматов, трудоемкость операций, при выполнении которых они используются, даже в потоках, оснащенных оборудованием, отвечаю-

10

щим уровню лучших мировых образцов, не превышает 20% от об­

щих затрат времени на сборку изделия (табл. 1.1).

Т а б л и ц а 1.1

Удельный вес сборочных операций, выполняемых с применением полуавтоматов

П р и м е ч а н и е . Данные таблицы отражают уровень лучших мировых образцов на 1970 г.

Наиболее специфичным элементом конструкции любого полуавто­ мата является устройство для рабочих перемещений, т. е. механизм, посредством которого осуществляются относительные перемещения полуфабриката и рабочих инструментов. В работе [3] предложена классификация, в которой выделены одно-, двух- и трехпрограммные механизмы.

Схемы различных типов устройств для рабочих перемещений рас­ смотрены в работах [4] ,[71 и др.

Анализ точности работы устройств для рабочих перемещений обычно выполняется совместно с изучением точности систем управ­ ления полуавтоматами, причем основное внимание, уделяется вопро­ сам динамической точности. Названные вопросы рассмотрены в ра­ ботах [8, 9].

Ряд работ посвящен исследованию систем управления швейными полуавтоматами.

Вработе [10] предложены средства, обеспечивающие силовое за­ мыкание ролика с копиром на участках, где направление контура резко изменяется.

Вработе [11 ] изложен аналитический метод расчета кулачков для швейных полуавтоматов, позволяющий применить ЭВМ и тем самым снизить затраты на профилирование кулачков.

Вработах [12, 13] рассмотрены вопросы, связанные с применением числового программного управления в швейных полуавтоматах. Уста­ новлена возможность воспроизведения контура с применением таких систем управления при частоте вращения главного вала швейной ма­ шины 2500—3000 об/мин.

Предложены системы с автоматическим программированием, осу­ ществляемым в ходе выполнения сборки первой сборочной единицы из партии.

11

В работах [5], [14] рассмотрены вопросы динамики аналоговых систем с серводействием, предназначенных для воспроизведения кри­ волинейного контура по программе, заданной, например, краем сое­ диняемых полуфабрикатов. Показана возможность применения для этой цели электромеханических и пневмогидравлических устройств.

Большой опыт автоматизации перемещений накоплен исследова­ тельскими и проектно-конструкторскими организациями, занятыми разработкой металлорежущих станков [15], газорезательных и сва­ рочных установок, приборов для графического изображения информа­ ции, полученной в результате расчетов на ЭВМ.

В полуавтоматах находят применение те же рабочие головки и устройства для съема сборочных единиц, которые используются в швейных машинах неавтоматического действия.

Специфическим элементом конструкции швейных полуавтоматов являются подвижные швейные головки. Такие головки описаны в ра­ боте [16].

Методика расчета пневматических устройств, применяемых для фиксации полуфабриката на заданной позиции, предложена в работе

[17].

В результате выполнения названных выше исследовательских и проектно-конструкторских работ создано множество разнообразных средств, которые могут служить основой для создания швейных по­ луавтоматов.

Главными причинами, сдерживающими широкое внедрение полу­ автоматов на сборочных операциях швейного производства, являются длительность разработки и серийного освоения полуавтоматов, созда­ ваемых на оригинальных базах, высокая стоимость изготовления и эксплуатации оборудования, выпускаемого малыми сериями, и от­ носительно небольшой экономический эффект, который достигается при автоматизации рабочих перемещений на отдельно взятой техноло­ гической операции при сохранении конструкции швейного изделия, технологии сборки и организационных условий работы потока, сло­ жившихся при использовании оборудования с ручным управлением.

Современный уровень развития науки и техники позволяет пред­ ложить обширное множество вариантов автоматизации сборочных опе­ раций швейного производства, отличающихся как свойствами полу­ фабрикатов, сборочных единиц и способами ведения процесса, так и техническими средствами, применяемыми для выполнения операций.

Для решения проблемы автоматизации сборочных операций не­ обходимо рассмотреть во взаимосвязи многочисленные факторы, влияю­ щие на экономическую эффективность автоматизации, и разработать методику поиска оптимального варианта ее осуществления.

За последние годы в отдельных областях техники выполнены ра­ боты, направленные на построение оптимальных рядов машин, в том числе металлорежущих станков [6, 18], подъемно-транспортных и строительно-дорожных машин, самолетов и т. д. Решение задачи по­ иска оптимального ряда складывается из содержательного описания -технической системы, в составе которой должен функционировать искомый ряд, и построения на его основе математической модели, пред­

12

ставляющей собой реальную систему, посредством совокупности со­ отношений (функциональных зависимостей и логических условий), имеющих следующую структуру:

U (х , и, с) = О

<р (х, и, с) = О fi(x, и, с) = О

fn (x, и, с) = О

где U — значение критерия, характеризующего качество построенного ряда;

и = <;«!, «2> • • ■» wv> • • • . « v * > — набор переменных, кото­ рыми можно управлять;

х— <СЧ> х2, . . . , Xj, . . . , Х/»> •— набор неуправляемых пере­ менных;

В качестве критерия U обычно принимают приведенные затраты потребителей оборудования, представляющие собой сумму себестои­ мости выполнения операций и отчислений от капитальных вложений:

Зависимость <р (х , и) = 0 характеризует так называемую функцию спроса, т. е. потребность в выполнении определенной совокупности операций.

Зависимость <р (х, и) — 0 определяет распределение операций по значениям переменных.

Если переменные и и х изменяются дискретно, то функцию спроса характеризуют указанием частостей q (xj, uv). Частости q (Xj, uv) определяют долю операций, которые характеризуются /-м значением переменной х и v-м значением переменной и.

Спрос может быть охарактеризован путем задания плотности ве­ роятности или частостей, рассчитанных по количеству операций. За­ висимость ср (х, и) и частости q (xjt uv) рассчитывают также на основе определения затрат времени на выполнение операций, обладающих определенными свойствами.

После пересчета, выполняемого с учетом постоянных, характери­ зующих годовой фонд времени работы оборудования и потребность в резервном оборудовании, функцию спроса выражают через потреб­ ное число машин.

Зависимости f (х, и, с) = 0 определяют капиталовложения в обо­ рудование, стоимость его эксплуатации и другие составляющие затрат как функции от управляемых и неуправляемых переменных. Эти за­ висимости называют функциями затрат.

13

Ограничения на области применения отдельных видов оборудова­ ния обычно выражают в виде логических условий. Например, процес­ сор, характеризуемый большим значением управляемой переменной, может заменить любой процессор, характеризуемый меньшим значе­ нием управляемой переменной.

Модели, применяемые для поиска оптимальных типоразмерных рядов оборудования, отличаются:

отнесением тех или иных свойств, оказывающих влияние на крите­ рий качества, к категориям управляемых переменных, неуправляе­ мых переменных или постоянных (параметров);

формой представления связей между свойствами, учитываемых при оптимизации;

составляющими затрат, которые учитываются при построении ряда; математическим аппаратом, применяемым для поиска оптимума. Наиболее распространенной является постановка задачи поиска оптимального ряда оборудования [6], [18], которая рассматривается ниже на примере построения оптимального ряда универсальных то­

карных станков.

Управляемыми переменными, подлежащими определению в ходе построения ряда, являются значения высот центров станков, вклю­ чаемых в ряд. Возможные значения управляемой переменной задаются

Индексами к и v обозначены произвольные значения управляемой переменной (мя<щ ,).

В качестве неуправляемой переменной рассматривается диаметр обтачиваемой детали х.

Спрос на станки представлен зависимостью ср (х) = 0. Эта зависи­ мость определяет частости, с которыми операции, где диаметр точе­ ния равен х, встречаются во всей совокупности товарных операций,

Затраты на изготовление станков и их эксплуатацию представлены как функция от высоты центров станка и и размера годового выпуска N, который выражается через функцию спроса и постоянную Т0. По­ следняя определяет число лет, за которое удовлетворяется спрос на оборудование. Предполагается, что станки с высотой центров uv при­ меняются для выполнения операций, где диаметр точения х находится

14

В названных выше работах построение ряда осуществляется в та­ кой последовательности (рис. 1.1). Вначале совокупность операций, выполняемых на станках, изучается методами математической ста­ тистики, что позволяет определить вид функции ср (х) = 0, описав ее одним из законов распределения или представив в виде таблицы значений.

На основе обобщения опыта изготовления и эксплуатации станков составляются уравнения регрессии, определяющие конкретный вид зависимостей

О

съ

5?

5

*

са

§-

4

Рис. 1.1. Схема построения'оптимального ряда оборудования

Приведенные затраты на выполнение совокупности токарных ра­ бот представляются выражением:

Результатом построения ряда является выделение в множестве (1.2) подмножества

намического программирования.

Последний метод весьма эффективен, так как позволяет получить результат с помощью несложной вычислительной процедуры, которая может быть реализована как с помощью ЭВМ, так и на клавишных вычислительных машинах.

Остановимся на этом методе несколько подробнее.

Вначале из зависимости (1.8) определяют значения приведенных затрат Ufa, которые соответствуют обработке деталей с диаметром

15

точения их<Сх < uv на станках с высотой центров uv. Результаты рас­ чета удобно представлять в виде таблицы.

Ход дальнейших рассуждений можно иллюстрировать с помощью следующей модели.

Рис. 1.2. Поиск оптимального варианта:

а — перебор всех возможных вариантов; б — последовательный много­ шаговый процесс

Пусть требуется переместиться с уровня 0 на уровень v*, затратив минимальное количество средств U. Перемещаться можно или непо­ средственно с уровня 0 на уровень v*, или с заходами на любые про­ межуточные уровни А,.' Каждому из возможных путей 0—v* соответст­ вует сумма затрат, составляющие которой определяют цену перемеще­

16

предложена модель для построения оптимального ряда токарных станков, где так же, как и в ранее рассмотренной модели, управляе­ мыми переменными являются значения высоты центров (иъ « 2, . . . , uv, . . . , wv„) станков, включаемых в ряд, а неуправляемая перемен­

ная определяет диаметр точения х.

Дополнительно учтена связь между высотой центров и и жест­ костью станка, а также между жесткостью станка и его производи­ тельностью (жесткость представлена как функция высоты центров станков, а производительность — как функция жесткости станков).

При построении ряда функция спроса вначале была задана посред­ ством указания распределения частостей ср (х), определенных через так называемую приведенную машиноемкость, т. е. через затраты времени на выполнение операций с применением наименее производи­ тельного станка, который может быть использован для точения по диа­ метру х [21 ].

При использовании ряда, куда входят станки с высотой центров uv и2, . . . , «v,, функция спроса и годовой выпуск N корректирова­ лись с учетом повышения производительности станков. Усложнение модели привело к необходимости применения метода случайного по­ иска для определения оптимальных значений управляемых перемен­

ных.

В рассмотренных выше работах, посвященных построению опти­ мальных рядов оборудования, предложены методики для расчета оп­ тимальных рядов металлорежущих станков, самолетов, подъемно­ транспортных машин и некоторых других видов оборудования. В этих работах функция спроса выражена различными величинами и зависи­ мостями, которые позволяют описать спрос применительно к условиям решения отдельных частных задач.

Для обобщения различных вариантов представления функции спроса последнюю целесообразно задать в виде произведения двух

ного ряда уточняются затраты времени на выполнение операций и корректируется функция спроса вследствие изменения составляющей

t (х, и). Методика изменения составляющей ф (х) не изучена. Построение функции затрат основывается на составлении уравне­

ний регрессии, отражающих опыт изготовления и эксплуатации обо­ рудования, образующего так называемый исходный ряд [22]. Мето­ дика построения множества возможных вариантов оборудования, содержащего не только известные, но и потенциально возможные ва­ рианты, а также методика построения функции затрат для множества, содержащего такие варианты, не разработаны.

18

Для решения задачи оптимизации на основе заданных функций спроса и затрат предложено несколько методик поиска оптимальных значений управляемых переменных, в том числе весьма эффективный метод, основанный на применении идеи дискретного динамического программирования.

Методы поиска применительно к построению типоразмерных ря­ дов, где области применения отдельных видов оборудования опреде­ лены посредством логических условий, не разработаны.

Рассмотренные выше методики, применявшиеся для поиска опти­ мальных рядов оборудования, могут быть приняты за основу для по­ строения методики поиска оптимального варианта автоматизации сбо­ рочных операций швейного производства.

Вместе с тем в ходе поиска оптимального варианта автоматизации сборочных операций должны быть учтены следующие характерные особенности.

Как отмечалось выше, технология автоматизируемого производ­ ства должна быть перестроена применительно к условиям автомати­ ческого управления. В ходе поиска оптимального варианта автомати­ зации частости qj, с которыми встречаются операции, характеризуе­ мые определенными значениями свойств, должны рассматриваться как управляемые переменные. Управляющие воздействия должны изменять значения <7;- таким образом, чтобы повысить экономическую эффективность автоматизации. Для формирования таких воздействий на входы процессов моделирования и конструирования швейных из­ делий и разработки технологии сборки должна быть подана инфор­ мация о связях между свойствами, характеризующими функцию спроса, и значением критерия качества U.

В настоящее время полуавтоматы находят применение при выпол­ нении ограниченного количества сборочных операций. Опыт эксплуа­ тации исходного ряда, охватывающего большинство операций, отсутст­ вует. Методика должна предусматривать возможность построения множества вариантов полуавтоматов, содержащего как известные, так и потенциально возможные варианты и определения функции за­ трат при отсутствии опыта изготовления и эксплуатации исходного ряда в целом.

Оптимальный ряд полуавтоматов должен строиться как типораз­ мерный, где возможные области применения элементов ряда задаются логическими условиями.

Должны быть разработаны методы поиска оптимального ряда по­ луавтоматов применительно к условиям задания ограничений на об­ ласти применения отдельных элементов множества возможных вари­ антов в виде логических условий.

Таким образом, выбор оптимального варианта автоматизации сбо­ рочных операций швейного производства должен основываться на рассмотрении комплексной модели, где в качестве управляемых пе­ ременных выступают частости qjt характеризующие функцию спроса, и свойства, характеризующие элементы множества возможных вари­ антов полуавтоматов.

19