Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей icon

Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей




НазваниеТеоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей
страница1/3
Дата18.05.2012
Размер0.5 Mb.
ТипАвтореферат
источник
  1   2   3


На правах рукописи

УДК 677.11.024.1


СОКОВА Галина Георгиевна


ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЬНЯНЫХ ТКАНЕЙ


Специальность 05.19.02 – Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук


Кострома

2009



Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете (КГТУ)

Научный консультант



доктор технических наук, профессор Землякова Ирина Владимировна.

Официальные оппоненты:


Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор, Юхин Сергей Семенович Московский государственный текстильный университет им А.Н. Косыгина,

доктор технических наук, профессор Карева Татьяна Юрьевна Ивановская государственная текстильная академия,


доктор технических наук, профессор Проталинский Сергей Евгеньевич Костромской государственный технологический университет.


ОАО «Центральный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации легкой промышленности» (ЦНИИЛКА)


Защита диссертации состоится 27 июня 2009 г. в 10.00 часов в ауд. Б-106 на заседании диссертационного совета Д 212. 093. 01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу:

156005, г. Кострома, ул. Дзержинского, д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ.

Автореферат разослан 25 мая 2009г.


Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор П.Н. Рудовский


Общая характеристика работы


Актуальность работы. Мировой экономический кризис и вступление России в ВТО кардинально изменили положение отечественных текстильных предприятий, развернулась серьезная конкурентная борьба за российские и зарубежные рынки сбыта. Стратегическое преимущество отечественными текстильными предприятиями в этом случае может быть получено за счет ускорения освоения новых видов продукции, расширения ассортимента, снижения себестоимости при неизменно высоком качестве продукции. Системы автоматизированного проектирования ткани, учитывающие требования заказчика и возможности предприятия, позволят оперативно решать задачи, связанные с созданием новых видов продукции и размещением заказов на предприятии. Автоматизация анализа ткани упростит и повысит оперативность проектирования ткани по образцу. На сегодняшний день недостаточно используются возможности современных информационных технологий для проведения неразрушающих исследований тканей и применения полученных знаний для процедур проектирования новых структур. Существенная доля бытовых льняных тканей вырабатывается с использованием цветных пряж и самыми разнообразными переплетениями, к которым не может быть применено большинство известных неразрушающих методов, направленных лишь на исследование монохромных тканей простых структур. Заметим также, что существующие компьютерные реализации современных САПР ткани не решают полностью задачу комплексного проектирования тканей и не позволяют учитывать при проектировании ткани возможности предприятия-производителя ткани. В связи с этим возникла необходимость в систематизации знаний, касающихся научно-практической области неразрушающего исследования тканей, для внешнего оформления которых используются цветные нити и различные переплетения. Также актуально развитие теории на стыке фундаментальных и прикладных наук, новой методологии синтеза льняных тканей, позволяющей реализовать проектирование ткани с учетом требований заказчика и возможностей производителя. Вышеизложенное обуславливает актуальность данной работы.


Цель работы и задачи исследования


Цель диссертационной работы расширение ассортимента льняных тканей, повышение оперативности размещения заказов на предприятии и проектирование тканей с учетом требований заказчика и возможностей производителя за счет разработки и применения новой методологии неразрушающего анализа и синтеза льняных тканей.


Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

–проведен анализ современного состояния проблемы исследования, проектирования и оценки параметров структуры и свойств ткани;

–предложена классификация неразрушающих методов исследования, описывающая способы исследования различных материалов, в том числе и текстильных;

–предложена концепция комплексного проектирования ткани, учитывающая требования заказчика и технологический потенциал предприятия;

–разработана теория автоматизированного проектирования ткани по заданным параметрам, основанная на теоретико-множественных представлениях;

–разработано методическое обеспечение автоматизированного проектирования ткани, позволяющее разрабатывать ткани с учетом требований заказчика и возможностей производителя;

–разработана методология получения и исследования полноцветного изображения ткани, позволяющая в отличие от известных методов анализировать пестроткани, выработанные главными и мелкоузорчатыми переплетениями;

–созданы математические модели распределения яркости на полноцветном изображении ткани в среде различных цветовых пространств, позволяющие прогнозировать высоту волны изгиба нитей по значениям яркости в опорных точках нитей на изображении ткани;

–разработано методическое обеспечение автоматизированного исследования ткани, позволяющее определять параметры ткани по ее компьютерному изображению;

–созданы алгоритмы неразрушающего исследования ткани и проектирования ткани по заданным параметрам;

–разработано программное обеспечение для реализации, созданных методов и алгоритмов автоматизированного исследования и проектирования тканей в САЕ-системе.


Объектами исследования являются ткани льняного ассортимента бытового назначения, выработанные главными и мелкоузорчатыми переплетениями с использованием цветных нитей, и их цифровые изображения.

Предметом исследования являются методы анализа и проектирования тканей по заданным параметрам.

Методы исследований. При разработке методологий анализа и проектирования ткани использовались современные методы дискретной математики и структурного анализа, методы цифровой обработки сигналов и изображений, вычислительные методы. Для создания теории проектирования ткани по заданным параметрам применена теория множеств. Методической и теоретической основой компьютерного исследования тканей явились научные труды по теории распознавания образов и компьютерной геометрии. Для определения параметров пряжи и ткани применены, как стандартизированные методики исследования, так и средства для обработки графических изображений Photoshop и программное обеспечение, разработанное автором. Обработка экспериментальных данных проводилась автоматизированным методом математической статистики с использованием специализированного программного обеспечения Stadia. Программная реализация методов и методик неразрушающего анализа и проектирования ткани выполнена в среде Borland Delphi 7.0.


Научная новизна работы


–предложена классификация неразрушающих методов исследования, позволяющая описать способы исследования различных материалов, в том числе и текстильных, учитывающая способы получения, обработки и содержание выходной информации;


–впервые предложена концептуальная модель комплексного проектирования ткани с использованием информационных технологий, позволяющая разрабатывать новую тканую структуру с учетом технического и технологического потенциала предприятия и требований заказчика;


– разработана теория автоматизированного проектирования ткани, основанная на теоретико-множественном представлении ее параметров и позволяющая принять оптимальное решение с учетом требований заказчика и возможностей производителя;


–разработан новый метод формализованного представления процесса проектирования ткани, основанный на теоретико-множественных представлениях параметров тканей, позволяющий оперативно размещать заказ на предприятии;


–предложен новый метод автоматизированного проектирования ткани, отличающийся комплексным подходом к проектированию ткани, как по заданным параметрам, так и по прототипу ткани, учитывающий требования заказчика и возможности предприятия;

–разработана новая методология получения и исследования полноцветного изображения ткани, позволяющая в отличие от известных методов анализировать пестроткани, выработанные главными и мелкоузорчатыми переплетениями.

Практическая значимость и реализация результатов работы


–разработаны схемы решения задач анализа и синтеза в виде процессных моделей IDEF0 и IDEF3, наглядно представляющие процедуры автоматизированного исследования и проектирования ткани;

–созданы математические модели распределения яркости на полноцветном изображении ткани в среде цветовых пространств RGB, XYZ, Lab, позволяющие прогнозировать высоту волны изгиба нитей по значениям яркости в опорных точках нитей на изображении ткани.

–для автоматизированного анализа ткани предложены новые методики: идентификации параметров переплетения ткани; расчета числа нитей в ткани; определения параметров внешнего оформления ткани; определения параметров структуры ткани; выбора фурнитуры для ткани с учетом параметров ее структуры и внешнего оформления;

–для проектирования ткани новой структуры предложена методика оценки рациональности структуры на начальной стадии разработки ткани;

–созданы алгоритмы неразрушающего исследования ткани и проектирования ткани по заданным параметрам, по параметрам прототипа;

–создано новое программное обеспечение САЕ-система «Проектирование льняных тканей», которое позволяет: проводить неразрушающий анализ ткани; проектировать ткани с учетом требований заказчика и возможностей производителя; создавать новое внешнее оформление тканей; осуществлять выбор швейной фурнитуры;


–сформированы базы данных «Сырье», «Строение ткани», «Отделка», для САЕ-системы «Проектирование льняных тканей».

Разработанные методы и методики реализованы в виде прикладных программ, объединенных в САЕ-систему «Проектирование льняных тканей», ориентированную на использование доступной вычислительной и периферийной техники. Разработанное программное обеспечение может быть использовано для: расширения ассортимента льняных тканей – создания новых структур и различного внешнего оформления ткани с учетом возможностей текстильного предприятия; ускорения размещения заказа на предприятии – проектирование тканей с учетом требований заказчика; проведения неразрушающего контроля параметров выпускаемых тканей; выбора швейной фурнитуры в соответствии с параметрами внешнего оформления и структурой ткани. Созданное программное обеспечение предназначено для работы в операционной среде семейства WINDOWS и не требует высокой квалификации работников, успешно протестировано в ЗАО КНИИЛП, ООО «БКЛМ – Актив», ЗАО «Шуйские ситцы» и внедрено в ОАО «Аманн АС». Результаты исследований внедрены в учебный процесс КГТУ и используются в лекционных и лабораторных курсах дисциплин, связанных с информационными технологиями в текстильной промышленности.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедр и профессорских семинарах КГТУ. Доклады по материалам работы были заслушаны: на межвузовских научно-технических конференциях аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК– 2004, 2005), ИвГТА, Иваново, 2004, 2005; на международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс– 2003), ИвГТА, Иваново, 2003; на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лен–2006), КГТУ, Кострома, 2006; на международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ–19, 20), ЯГТУ, Ярославль, 2006, 2007.

Публикации. Положения диссертации отражены в 51 публикации, в том числе 1 монография, 10 статей в изданиях рекомендуемых ВАК РФ, 5 статей в других журналах, 8 статей в сборниках трудов, 2 патента, 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ, 1- учебное пособие, 1- учебно-методическое пособие, остальные публикации в материалах научно-практических конференций и выставок.

На защиту выносятся:


На защиту выносятся теоретические положения и результаты практической реализации перспективного направления автоматизированного исследования и проектирования льняных тканей:

  1. Концепция комплексного проектирования ткани, учитывающая требования заказчика и технологический потенциал предприятия.

  2. Теория автоматизированного проектирования ткани по заданным параметрам, основанная на теоретико-множественных представлениях.

  3. Метод формализованного представления процесса проектирования ткани, основанный на теоретико-множественных представлениях параметров тканей, позволяющий оперативно размещать заказ на предприятии.

  4. Метод автоматизированного проектирования ткани, отличающийся комплексным подходом к проектированию ткани, как по заданным параметрам, так и по прототипу ткани, учитывающий требования заказчика и возможности предприятия.

  5. Методическое обеспечение автоматизированного проектирования ткани, позволяющее разрабатывать ткани с учетом требований заказчика и возможностей производителя.

  6. Методология получения и исследования полноцветного изображения ткани, позволяющая в отличие от известных методов анализировать пестроткани, выработанные главными и мелкоузорчатыми переплетениями.

  7. Математические модели распределения яркости на полноцветном изображении ткани в среде различных цветовых пространств, позволяющие прогнозировать высоту волны изгиба нитей по значениям яркости в опорных точках нитей на изображении ткани.

  8. Методическое обеспечение автоматизированного исследования ткани, позволяющее определять параметры ткани по ее компьютерному изображению.

  9. Алгоритмы неразрушающего исследования ткани и проектирования ткани по заданным параметрам.

  10. Разработанное программное обеспечение для реализации созданных методов и алгоритмов автоматизированного исследования и проектирования тканей в САЕ-системе.



Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов по работе, библиографического списка и приложений. Основное содержание изложено на 301 странице, содержит 53 рисунка, 42 таблицы. Библиографический список включает 133 источника.

Основное содержание работы


Во введении изложены основные положения диссертации, обоснована актуальность темы, определена цель исследований и решаемые задачи, дана характеристика научной новизны и практической значимости работы.

В первой главе рассмотрено современное состояние и формулировка проблемы исследования, прогнозирования и проектирования параметров тканей льняного ассортимента. Проведенный анализ состояния вопроса проектирования тканей выявил основные тенденции его современного развития, направленные на создание автоматизированных систем, повышающих качество разрабатываемых тканей. Уделено внимание систематизации автоматизированных методов проектирования ткани. Отмечено, что инновационные методы и методики проектирования создаются на стыке фундаментальных и прикладных наук, большое значение отводится использованию современной техники и технологий на этапах проектирования, управления, производства, измерения и контроля качества тканей. Проведен анализ существующих методов прогнозирования и проектирования показателей и свойств текстильных материалов, рассмотрены общие принципы и технические средства их реализации. Значительное внимание уделено расчетным методам прогнозирования свойств готовых материалов, показано, что развитию расчетных методов проектирования в значительной степени способствовали труды ученых: F.T. Pierce, В.И. Смирнова, Н.Г. Новикова, J. W. S. Hearly, H. Hahn, G. A.V. Leaf, И.В. Ильина, Н.Е. Ереминой, Ц. З. Бачева, Ю.Ф. Ерохина, С.С. Юхина, Г.В. Степанова, В.Г. Степанова, О.С. Кутепова, А.В. Воробьева, К.И. Корицкого, А.В., Ш. Рашиди, С.А. Фавзи, А.А. Мартыновой, Н.Ф. Сурниной, Н.А. Федоренко, Н.В. Васильчиковой, А.К. Киселевой, С.Д. Николаева, В.Л. Маховера, А.В. Кондратьева, В.П. Склянникова, Г.И. Толубеевой, В.М. Милашюса, Н.В. Лустгартен, Н.А. Смирновой, А.В. Фирсова и др. Отмечено, что большая часть методов с достаточной точностью позволяет прогнозировать параметры лишь хлопчатобумажных или шерстяных тканей, и не может быть применена для проектирования тканей льняного ассортимента, за исключением методик Смирновой Н.А. и Ильина И.В. Существенная часть главы уделена вопросам исследования тканей и их параметров. Отмечено, что в современном понимании анализ ткани – это симбиоз инструментального и расчетного методов, который подразумевает инструментальное определение основных параметров строения ткани, а именно фактических геометрических размеров нитей, их извитость и расположение в ткани и др., и последующий расчет интересующих параметров показателей ткани. Современные способы неразрушающего исследования позволяют определять параметры материала, не нарушая его целостности при исследовании, при этом исходная информация для анализа и его результаты могут передаваться по цифровым каналам связи, в том числе через Интернет. Компьютерная обработка исходной информации существенно снижает трудоемкость неразрушающих методов исследования, а программно-математический аппарат позволяет повысить точность, достоверность анализа данных и обоснованность принятия решений. Очевидные преимущества неразрушающих методов и доступность информационных технологий способствовали развитию данного направления и использованию методов в различных отраслях народного хозяйства. В работе предложена классификация неразрушающих методов исследования различных физических объектов, в том числе и текстильных материалов, учитывающая способы получения, обработки и содержание выходной информации. Описаны и классифицированы признаки, по которым идентифицируется физический объект. Проведен анализ известных методов неразрушающего исследования ткани, предложенных российскими и зарубежными учеными: П.К. Власовым, В.Н. Федосеевым, С.Л. Костиным, П. Г. Шляхтенко, Г.П. Мещеряковой, А.Б. Казлаускене, В.М. Милашюсом, Т.Н. Верман, A.O. Mendes, P.T. Fiadeiro, R.A.L. Miguel, J.M. Lucas, А.Б. Комаровым, Н.А. Коробовым, А.С. Красновым и др. Отмечено, что рассмотренные методы в основном применялись для исследования монохромных тканей простых структур, для определения пороков внешнего вида, вычисления некоторых структурных параметров и ограниченного числа свойств ткани. Льняной ассортимент благодаря своим уникальным свойствам все больше привлекает к себе потребителя, однако удовлетворить его требования предприятиям, выпускающим льняной ассортимент, не просто. Причиной этого являются, как сложные для описания физико-механические, вязкоупругие и др. свойства льняного волокна, проявляющиеся в свойствах изделий, так и разнообразие требований самого потребителя. Анализ профилей требований, составленных специалистами фирмы «3М» к тканям бытового назначения, позволил заключить, что современные отечественные потребители выделяют художественное оформление, комфортность, легкий уход и свойства, характеризующие носкость ткани. Это позволило определить номенклатуру параметров ткани, которым должно быть уделено максимальное внимание при разработке нового ассортимента тканей: поверхностная плотность ткани, стойкость ткани к истиранию, разрывная нагрузка ткани, изменение линейных размеров ткани после мокрых обработок, поверхностное заполнение ткани, наполнение ткани волокнистым материалом, ширина готовой ткани. Предложена новая концепция проектирования ткани, в основе которой лежит автоматизированная система, позволяющая при создании прототипа ткани учитывать требования заказчика и возможности предприятия производителя. Концепция представлена в виде контекстной IDEF0 диаграммы 0-го уровня модели «как должно быть» при автоматизированном проектировании ткани (рис. 1).





Рис. 1. IDEF0 диаграмма модели 0-го уровня проектирования ткани «как должно быть»


В завершении главы сформулирована проблема автоматизированного проектирования тканей льняного ассортимента и поставлены задачи для ее решения.


Вторая глава посвящена разработке теоретических аспектов автоматизированного анализа и проектирования ткани. Информация, заключенная в плановых изображениях ткани, применена для определения параметров строения ткани. Для получения плановых изображений ткани выбран оптико-электронный метод, при котором тоновые изображения поверхности ткани получают сканированием образца ткани. На изображении изогнутые в ткани нити на различных участках поверхности ткани имеют различную яркость цветового тона. По значениям яркости предлагается распознавать размеры и местоположение элементов изображения ткани: нитей, просветов между ними и образованные нитями основы и утка перекрытий, настилов и мест пересечений систем нитей.

Определена последовательность процедур компьютерного распознавания изображения ткани, для чего применено опосредствованное исследование признаков распознавания на тоновых изображениях ткани. Предусматривается, что по прямым (видимым) признакам элементов ткани определяются косвенные (невидимые на плановом изображении ткани) признаки.

При исследовании сложных систем и процессов, к которым относится процесс проектирования ткани, необходимо представить их в виде, пригодном для принятия решений. Для этого нужна постепенная формализация представлений об исследуемом объекте. При создании теории проектирования ткани по заданным параметрам использованы дискретные методы формализованного представления, а именно, методы, основанные на теоретико-множественных представлениях. Из параметров, указанных, в том числе, в ГОСТ, для тканей льняного ассортимента бытового назначения выделены следующие параметры пряжи и ткани: вид и способ получения основной пряжи в ткани; вид и способ получения уточной пряжи в ткани; линейная плотность основной пряжи в ткани; линейная плотность уточной пряжи в ткани; число нитей основы на 10 см готовой ткани; число нитей утка на 10 см готовой ткани; вид переплетения; ширина готовой ткани; поверхностная плотность ткани; стойкость ткани к разрыву; разрывная прочность полоски ткани в направлении основы; разрывная прочность полоски ткани в направлении утка. Из всех возможных значений перечисленных параметров, примененных для проектирования льняных тканей, сформированы множества U1, U2, U3, …., U12. Исходя из технических и технологических возможностей предприятия, образованы множества Р1, Р2, Р3, …., Р12, каждое из которых состоит из допустимых для данного предприятия значений параметров. Прямое (декартово) произведение Р1хР2х Р3х ….х Р12 состоит из всех возможных векторов
  1   2   3



Похожие:

Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей iconТеоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей
Специальность 05. 19. 02 – Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья
Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей iconОбъявление о защите диссертации
Георгиевна представила диссертацию на соискание ученой степени доктора технических наук «Теоретические и практические аспекты автоматизированного...
Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей iconОбъявление о защите диссертации
Георгиевна представила диссертацию на соискание ученой степени доктора технических наук «Теоретические и практические аспекты автоматизированного...
Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей iconОписание структуры и возможностей компьютерной системы автоматизированного проектирования льняных тканей
...
Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей iconV международная заочная научно-практическая конференция «Теоретические и практические аспекты развития современной науки»
Приглашаем Вас принять участие в V международной заочной научно-практической конференции «Теоретические и практические аспекты развития...
Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей icon«Разработка и совершенствование технологического процесса изготовления высокорастяжимых льняных тканей «стрейч» специального назначения»
Целью работы является создание производства льняных и льносодержащих тканей «стрейч» по технологии, являющейся объектом интеллектуальной...
Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей iconПоложение о IV международной заочной научно-практической конференции «Теоретические и практические аспекты развития современного образования»
Настоящее Положение регламентирует порядок и условия проведения и участия в IV международной научно-практической конференции «Теоретические...
Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей iconУдк 677. 11. 074. 017. 4 Исследование кинетики деформационных свойств льняных тканей и пакетов одежды
В статье приведены результаты исследований кинетики изменения деформационных свойств льняных тканей и пакетов одежды в условиях динамического...
Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей iconУдк 677. 11. 074. 017. 4 Исследование кинетики деформационных свойств льняных тканей и пакетов одежды
В статье приведены результаты исследований кинетики изменения деформационных свойств льняных тканей и пакетов одежды в условиях динамического...
Теоретические и практические аспекты автоматизированного анализа и проектирования льняных тканей icon"Система автоматизированного проектирования Autocad"
Цель: дать специалистам конструкторам, проектировщикам практические навыки создания профессиональных технических чертежей
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©edu.znate.ru 2000-2013
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы