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

3. П о д б о р д л я в а р и а н т о в с т р у к т у р , х а р а к т е р и з у е м ы х о т о б р а н н ы м и с о ч е т а н и я м и э л е ­ м е н т о в и з м н о ж е с т в А и В, п р о т о т и п о в и л и п р о в е д е н и е р а з р а б о т о к в о б л а с т и , з а д а н н о й о п р е д е л е н н ы м и с о ч е т а н и я м и э л е м е н т о в м н о ­ ж е с т в А и В.

Оптимизация конструктивных параметров устройств для рабочих перемещений (жесткости, инерционности, статического момента со­ противления и т. д.) в настоящей работе не рассматривается. Построе­ ние множества РП условимся осуществлять путем отбора образцов из числа используемых в известных полуавтоматах, а также путем разработок в области, заданной указанием типа структуры и габари­ тов воспроизводимых контуров.

Рис. 11.12. Схема системы автоматического управления

Определение свойств элементов множества РП дает возможность построить соответствие

Трп = < GPn, в х б х р , Р П > ,

которое определяет области применения элементов множества РП. Системы управления принято рассматривать на основе схемы, пред­ ставленной на рис. II. 12 [44]. Система управления швейного полуав­ томата воздействует на ряд объектов управления, к числу которых относятся устройства для рабочих и транспортных перемещений, для установки и съема, приспособление для закрепления полуфабриката и рабочая головка. Возможные состояния этих объектов управления

охарактеризованы в табл. II.4.

Число возможных состояний, в которых может находиться устрой­ ство рабочих перемещений, условимся определять следующим обра­

зом.

Пусть для воспроизведения контура задаются значения некоторых координат (например, прямоугольных), каждая из которых изме­ няется в интервале от 0 до d. Задание координат осуществляется с точ­ ностью 6. Тогда в произвольный момент времени устройство рабочих

/ d \2

перемещении может занимать одно из I— ) ■различных положении.

62

Т а б л и ц а II. 4

Возможные состояния объектов управления

При габарите d = 0,1 м, б = 0,5-10-3 м количество возможных со­ стояний равно 4-104.

Вобщем случае количество возможных состояний, в которых может находиться устройство для рабочих перемещений, зависит от конфи­ гурации воспроизводимых контуров и требований к точности сбороч­ ных единиц и может достигать 20-104 и более.

Как правило, количество возможных состояний, в которых может находиться устройство для рабочих перемещений, во много раз превы­ шает количество возможных состояний, в которых могут находиться остальные объекты управления.

Вдинамическом отношении объекты, на которые воздействует си­ стема управления швейным полуавтоматом, более однородны.

Технологические нагрузки, приложенные ко всем объектам, на­ столько малы по сравнению с инерционными силами и в отдельных случаях силами сопротивления пружин, что ими можно пренебречь. Перемещаемые массы, как правило, не превышают 30 кг.

Исходя из охарактеризованной выше специфики объектов управ­

ления, выделим:

устройства управления рабочими перемещениями; устройства управления объектами с малым числом возможных со­

стояний.

Объектом управления, на который воздействует устройство управ­ ления рабочими перемещениями швейного полуавтомата, является кинематическая цепь, связывающая рабочую головку и приспособле­ ние.

63

Источником информации о задачах управления является сообще­ ние, сложившееся на выходе процессов конструирования швейных изделий и разработки технологии сборки.

В главе III показано, что основными формами представления ин­ формации на первичном носителе являются края соединяемых полу­ фабрикатов или графическое изображение, нанесенное непосредст­ венно на полуфабрикат, в сочетании с заданием величины подачи вдоль контура.

Считывание графической информации требует применения дорого­ стоящих устройств и в ряде случаев может ограничить скоростной режим полуавтомата.

Опыт разработки и эксплуатации швейных полуавтоматов показы­ вает, что в большинстве случаев форма представления информации должна быть изменена перед осуществлением процесса воспроизведе­ ния заданного ею контура. Информация о конфигурации воспроизво­ димого контура, вводимая в полуавтомат, может быть зафиксирована на кулачках, шаблонах, перфолентах, магнитных лентах и других носителях, не связанных с полуфабрикатами или лекалами швейных изделий.

Считывание информации с таких носителей может быть осущест­ влено более простыми и экономичными средствами, чем с графических источников.

Функции исполнительных устройств швейных полуавтоматов сво­ дятся к преобразованию управляющего сигнала в перемещение объекта управления.

Исполнительные устройства, где информационный и энергетиче­ ский каналы совпадают, принято определять как устройства прямого действия.

Устройства, где энергия, необходимая для функционирования си­ стемы управления, поступает от дополнительного источника и усили­ вает сигнал, полученный от источника информации, определяют как устройства управления, действующие с усилением сигнала (или уст­ ройства с серводействием).

В общем случае на схеме процесса управления выделим элемент, осуществляющий усиление сигнала, выходом которого является уси­ ленный сигнал, поступающий на вход исполнительного механизма, воздействующего на объект управления.

Ниже (глава IV) при построении множества возможных вариантов устройств для рабочих перемещений показано, что в общем случае для задания положения рабочей головки относительно приспособле­ ния необходимо определить значения трех величин (трех координат).

Системы управления с несколькими выходами или входами при­ нято представлять в виде отдельных каналов, связанных между собой через объект управления, а иногда дополнительными связями.

В соответствии с числом координат в общем случае в устройстве управления рабочими перемещениями можно выделить три канала. Информация о результатах управления при выполнении операций с применением швейных полуавтоматов вводится в систему с помощью рабочего (оператора), который сопоставляет результат выполнения

64

операции с заданием и при наличии отклонений осуществляет регу­ лировку полуавтомата или коррекцию программы.

Автоматическая обратная связь в швейных полуавтоматах, как правило, отсутствует или носит локальный характер. В связи с этим ниже основное внимание уделяется разомкнутым системам управле­ ния.

Рассмотренные выше особенности отражает схема трехканального устройства управления рабочими перемещениями, представленная на рис. 11.13.

Схема, показанная на рис. 11.13, дает представление об устройстве управления с независимыми каналами, где связь между каналами осу­ ществляется только через объект управления. В ряде устройств уп-

Рис. 11.13. Схема трехканального устройства управления рабочими перемещениями

равления рабочими перемещениями отдельные каналы связаны до­ полнительными связями, по которым выход одного из каналов посту­ пает на вход другого.

Варианты структуры устройств управления рабочими перемеще­ ниями будем выделять в зависимости от принципа действия (прямого действия и с серводействием) и способа связи между каналами.

Множество вариантов структуры устройств управления рабочими перемещениями условимся обозначать так:

=г2, ..., rVr, ..., Гх*рJ

Модификации элементов множества Г будем выделять в зависимо­ сти от способа распределения функций между каналами. Возможные варианты распределения функций между каналами устройства управ­ ления рабочими перемещениями представим в виде множества Д. Эле­ менты этого множества охарактеризованы в главе IV.

Устройства управления рабочими перемещениями будем рассмат­ ривать как реализации вариантов структуры и способов расчленения вектора подачи на составляющие, отличающиеся друг от друга типом носителя информации и типом исполнительного механизма.

Управление объектами с малым числом возможных состояний, выделенными в табл. 11.4, сводится к осуществлению перемещений

Информация о свойствах эле­ ментов множе­

ства РП

Значения свойств г,д,л,р, выделен­ ные при построе­ нии функции

спроса

Информация ов устройствах уп ­

равления рабочи­ ми перемещения­ ми, применяемыми В известных по­

луавтоматах

Рис. 11.14. Построение множества систем управления швейными полуавтоматами

определенной величины с заданным числом срабатываний в единицу времени. Варианты исполнения устройств управления такими объек­ тами представим в виде множества Е:

Е — \ЕЪ Е 2, E Ve, Ev*e j.

Построение множества Е осуществим путем выбора элементов со­ ответствующего назначения из числа применяемых в швейных полу­ автоматах. В множество Е условимся включать элементы, отличаю­ щиеся принципом действия, числом возможных состояний, а также типом исполнительного устройства (муфта свободного хода, электро­ магнит, гидроцилиндр, пневмоцилиндр и т. д.). Требования, которым должны удовлетворять элементы множества Е, определяются глав­ ным образом значениями свойств д и р.

Построение множества вариантов систем управления швейными полуавтоматами будем осуществлять в такой последовательности

(рис. II.14).

1. П о с т р о е н и е м н о ж е с т в а в а р и а н т о в с т р у к ­ т у р ы и с п о с о б о в р а с п р е д е л е н и я ф у н к ц и й м е ­ ж д у к а н а л а м и у с т р о й с т в а у п р а в л е н и я р а б о ­ ч и м и п е р е м е щ е н и я м и .

Входами в этот подпроцесс являются сочетания значений свойств г, д и л, выделенные при построении функции спроса, а также инфор­ мация о свойствах множества РП\ выходом — множество Г х Д, элементами которого являются как известные, так и потенциально возможные варианты структуры и способов распределения функций между каналами устройства управления.

2. О т б о р в а р и а н т о в с т р у к т у р ы и с п о с о б о в р а с п р е д е л е н и я ф у н к ц и й м е ж д у к а н а л а м и , к о т о р ы е ц е л е с о о б р а з н о р е а л и з о в а т ь п р и п о ­ с т р о е н и и м н о ж е с т в а у с т р о й с т в у п р а в л е н и я р а б о ч и м и п е р е м е щ е н и я м и .

Отбор будем проводить путем сопоставления точностных и эконо­ мических показателей, присущих определенным элементам множества Г х Д. Результаты отбора представим в виде таблицы, где названы такие сочетания элементов Г и Д, на основе которых целесообразно разрабатывать устройства управления рабочими перемещениями.

3. П о с т р о е н и е м н о ж е с т в а у с т р о й с т в у п р а в ­ л е н и я о б ъ е к т а м и с м а л ы м ч и с л о м в о з м о ж н ы х с о с т о я н и й . Элементы множества должны быть охарактеризо­ ваны путем указания прототипов.

4. П о д б о р д л я в а р и а н т о в с т р у к т у р , х а р а к ­ т е р и з у е м ы х о т о б р а н н ы м и с о ч е т а н и я м и э л е ­ м е н т о в м н о ж е с т в Г и Д, п р о т о т и п о в , и л и п р о ­ в е д е н и е р а з р а б о т о к в о б л а с т и , з а д а н н о й о п ­ р е д е л е н н ы м и с о ч е т а н и я м и э л е м е н т о в м н о ­ ж е с т в Г и Д.

Сочетание реализаций отобранных вариантов структур устройств управления рабочими перемещениями с элементами множества Е дает

возможность построить множество систем управления швейными по­ луавтоматами (множество СУ).

Определение свойств элементов множества СУ служит основанием для построения соответствий

r Cy = < G Cy, в х б х г х д х р , С У >

Л2 = < 0 Да, РП, С У > ,

которые характеризуют области применения элементов множества СУ. Построение множеств ТП, РГ, У, С и Я будем осуществлять пу­ тем отбора таких вариантов исполнения этих элементов из числа при­ меняемых в известных полуавтоматах или описанных в патентах, ка­ талогах и других литературных источниках, которые удовлетворяют требованиям к множествам вариантов исполнения элементов полуав­

томатов, сформулированным выше.

Если в названных источниках отсутствует элемент с необходимыми свойствами, либо свойства элемента могут быть существенно улуч­ шены, то пополнение соответствующих множеств осуществляется пу­ тем проведения разработок в области, определенной заданием значе­ ний свойств, характеризующих функцию спроса.

Устройство для транспортных перемещений, как отмечалось выше, возвращает приспособление для закрепления полуфабриката с пози­ ции съема на позицию установки или возвращает рабочую головку от конечной точки контура к начальной.

Построение множества ТП дает возможность установить соответст­

вия

ГTn = <C.Grn, в х р , Т П >

Ai = < G Al, РП, Г Я > ,

а также получить исходные данные для определения затрат времени

на выполнение операций.

Функция рабочей головки сводится к осуществлению рабочего про­ цесса. При описании сборочных операций типы рабочих процессов заданы множеством возможных значений свойства о. Условия осущест­ вления рабочих процессов зависят от толщины пакета полуфабрика­ тов (свойство п) и расположения контуров относительно края полу­ фабриката (свойство р). Значение свойства р определяет требования к вылету рабочей головки. Области применения элементов множества РГ охарактеризуем посредством соответствия

Гpr — ^Gpr, o x t i x p > РГ^> ■

Устройство для установки предназначено для выполнения следую щих функций:

ориентации полуфабрикатов на позиции установки; фиксации полуфабрикатов в заданном положении;

подачи полуфабрикатов в приспособление, предназначенное для их закрепления.

Требования к устройствам для установки определяются указанием свойств р, в, с.

68

Построение множества устройств для установки дает возможность установить соответствие

Гy = < G y , р х в х с , У > ,

а также получить исходные данные для определения затрат времени на установку.

Устройство для съема предназначено для выполнения следующих элементов операций:

обрезки ниток (исключением являются такие операции, при вы­ полнении которых допускается съем сборочных единиц, соединенных цепочкой из ниток, а также операции, где соединение осуществляется без применения ниток);

укладки сборочных единиц.

Условияобрезки ниток определяются расположением контура относительно края полуфабриката (свойство р), условия укладки в пачку — сочетаниями значений свойств н и а.

Построение множества С дает возможность определить затраты времени на съем, а также построить соответствие

Гс = < Gc, р х н х а , С > ,

которое определяет области применения элементов множества С. Приспособление для закрепления полуфабриката предназначено

для фиксации полуфабрикатов в заданном положении во время выпол­ нения рабочего процесса.

Условия фиксации полуфабриката определяются заданием значе­ ния свойства с.

Выбор варианта исполнения приспособления зависит от располо­ жения контура относительно края полуфабриката (свойство р), а также от конфигурации контура (свойство в). Построение множества П дает возможность установить соответствие

Гn = < G n , с х р х в , Л > ,

которое определяет области применения элементов этого множества. Задание множества возможных вариантов полуавтоматов позво­

ством полуавтомата типа pv представим в виде суммы следующих сла­

ний; Ск_ шт — капиталовложения в машины и здание (в той его части,

которая занята данным оборудованием), отнесенные к времени выполнения одной операции.

69

Как известно, при использовании приведенных затрат для сопоста­ вительного экономического анализа нет необходимости в определении всех видов затрат для каждого из сравниваемых вариантов. Допу­ скается определять только ту часть затрат, которая изменяется при переходе от одного варианта к другому.

В большинстве случаев затраты на материал при выполнении од­ ной и той же операции на различных полуавтоматах остаются без из­ менений. Расходы на материал следует учитывать лишь в тех случаях, когда причиной их изменений является автоматизация подачи.

Заработная плата производственного рабочего (оператора), заня­ того на машине, отнесенная к одной операции, равна произведению нормы времени ton на заработок оператора С3 (основную и дополни­ тельную заработную плату с начислениями):

3 = C3ton.

Расходы, связанные с эксплуатацией оборудования, принято оп­ ределять себестоимостью 1с работы машины:

где Рс — сумма характерных для каждого вида оборудования экс­ плуатационных расходов, связанных с его работой и отне­ сенных к секунде работы оборудования;

tjv — продолжительность работы полуавтомата типа pv при вы­ полнении операции типа у}.

Значения tjv и /оп могут отличаться друг от друга вследствие об­ служивания одним оператором нескольких полуавтоматов, установки

где А — расходы по амортизации машин; Рт — расходы по текущему ремонту;

Э— расходы по оплате энергии;

И— расходы по эксплуатации инструмента; Св — расходы по вспомогательным материалам;

ния по отношению к его амортизации.

С учетом особенностей эксплуатации швейного оборудования за­ висимость (11.15) преобразуем следующим образом.

Расходы по амортизации машин определяются произведением ка­ питаловложений Ск на установленный для машин данного типа нор­ мативный процент амортизационных отчислений Яа, отнесенный к 1с работы:

^ _СкРа

tг

где tr — полезный фонд времени работы машины в году.

70

Расходы на текущий ремонт швейного оборудования, на смазочные и обтирочные материалы и электроэнергию в швейной промышлен­ ности принято оценивать в условных единицах сложности оборудова­ ния:

С0к 0= Рт г Э + Св,

где С„ — стоимость содержания одной условной единицы; К 0 — количество условных единиц сложности обслуживания,

приходящихся на машину данного типа.

Опыт обслуживания швейного оборудования показывает, что рас­ ходы по эксплуатации инструмента существенной роли не играют.

При эксплуатации швейных полуавтоматов существенной статьей расхода являются затраты на изготовление приспособлений для за­ крепления деталей и программоносителей.

Введем следующие обозначения:

Р п — расходы на изготовление приспособлений для закрепле­ ния полуфабрикатов в расчете на контур длиной 1 м,

руб./м; Син — расходы на изготовление программоносителей в расчете

на контур длиной 1 м, руб./м; Нй зД— амортизационные отчисления для производственного зда­

ния, %; К зд — расходы по эксплуатации здания, % от стоимости здания;

Сзд— стоимость 1 м2 производственной площади, руб.;

S — площадь, занимаемая рабочим местом, оснащенным дан­ ным полуавтоматом, м2.

С учетом охарактеризованных выше особенностей расходы по экс­ плуатации швейных полуавтоматов, отнесенные к 1с работы, можно определить из выражения:

= - - [Ск# а+ С0К 0+ L (Рп+ Син) + SC3R (На. зд + К зр)]-

*Г

Основываясь на рассмотренных выше соотношениях, зависимость (II. 14) можно привести к следующему виду:

^iv — C3t0п + [Ск (Ея + # а) + C0K 0 + L (Рп + Син) + 5СЗД(£„ +

Значения Ен, Яа, С0, С3, tT, Сзд и К зя остаются неизменными в те­ чение длительного времени. Исходя из значений этих величин, приве­ денных в табл. II.5, зависимость (11.16) можно преобразовать:

Uiv = 1,32 • 10-“ ton+ [0,55 Ск+ 46,4 K 0 + L (Рп + Син) +

Построение функции затрат сводится к установлению зависимо­ стей, позволяющих определить tJv, ton, Ск, К 0, Р„, Сии, L, S, т. е. величины, которые определяют значение приведенных затрат (7/v.

71