Разработка системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства в текстильной и легкой промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Специальности: 05.19.02 - Технология и первичная

обработка текстильных материалов и сырья

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Разработка системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства в текстильной и легкой промышленности

Жарова Надежда Григорьевна

Иваново - 2009



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Динамика социально-экономических показателей текстильной отрасли за 2000-2008 гг. характеризуется неравномерностью и нестабильностью. Основными ограничениями развития отрасли являются: зависимость от зарубежных поставщиков сырья; высокая доля фальсифицированной и контрабандной продукции; недостаточная конкурентоспособность продукции; низкая мотивация компаний к инвестированию; недостаток квалифицированных кадров; низкий уровень производительности труда.

Основная проблема на микроуровне (на уровне предприятий) заключается в использовании морально и физически устаревшего технологического оборудования. По оценке Росстата, на начало 2009 года доля оборудования, эксплуатируемого до 5 лет, составила 1,4 %, 6-10 лет -21,2%, 11 - 20 лет - 57,3 %, более 20 лет - 20,1 %. Следствием применения морально и физически устаревшего оборудования является низкий уровень производительности труда, а также выпуск продукции в самой низкой ценовой группе.

Ограниченность финансовых ресурсов зачастую не позволяет предприятиям отрасли проводить эффективную политику технического развития и перевооружения.

Решение данных проблем возможно путем реализации системного подхода к оценке уровня технологии и организации производства с целью снижения затрат предприятия и повышения конкурентоспособности продукции путем повышения результативности производства.

Диссертационная работа выполнена в рамках нескольких научных программ, финансируемых из федерального бюджета, в т.ч. в рамках научно-технической программы Министерства образования Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" на 2003 - 2004 гг. и научно-технической программы Министерства образования Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2005 г.

Актуальность диссертационного исследования определяется его направленностью на разработку системотехнической методологии, позволяющей диагностировать, сравнивать и прогнозировать результативность действующих и создаваемых техники и технологий, а также способствующей разработке организационных, технических и технологических решений, направленных на создание конкурентоспособной продукции и повышение производительности труда.

Цель работы - разработка системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства, основанной на их диалектической взаимосвязи, направленной на решение проблемы регулирования технического развития и перевооружения текстильных предприятий.

В соответствии с поставленной целью в диссертационном исследовании решены следующие задачи, отражающие его логику:

Изучена взаимосвязь между результативностью производства и уровнем развития технологии, организации производства и труда, разработана блок-схема взаимосвязей основных этапов системного анализа и синтеза проблемы повышения результативности текстильного производства. Особенностью представленной блок-схемы является то, что она предусматривает исходную постановку проблемы, формулирование целей и условий решения проблемы, структуризацию путей достижения целей, разработку проекта решения с учетом поставленных ограничений.

Разработана системотехническая методология проектирования технологии и организации текстильного производства, воплощенная в системе логико-алгебраических моделей, позволяющей диагностировать, сравнивать и прогнозировать результативность действующих и создаваемых (совершенствуемых) техники и технологий, а именно:

разработан блок диагностики результативности действующей технологии, отличительной особенностью которого является количественная оценка зависимости производительности оборудования и труда от конструкторских характеристик, технологических и организационных режимов;

разработан блок сравнительного анализа результативности использования машин различных типов, который применяется в случае технического развития и перевооружения предприятия;

разработан блок прогнозирования эффективности внедрения технико-организационных инноваций, направленных на повышение результативности использования оборудования;

разработан блок контроля соответствия нормы производительности оборудования технически обоснованным нормам;

предложен метод определения изменения себестоимости продукции за счет внедряемых инноваций, направленных на повышение результативности производства. себестоимость продукция текстильный контроль

Проведены теоретические исследования процесса формирования полуфабрикатов в прядении, предложены новые конструктивные решения технических средств, позволяющих снизить обрывность продукта на выпускных органах машин.

Разработаны научные основы для создания универсальных конструкций трикотажных игл, обладающих повышенной износостойкостью и снижающих обрывность нитей.

Проведено совершенствование конструкции основных элементов технологических поточных линий по регенерации отходов с целью повышения качества волокон и экономии сырья.

Объектом диссертационного исследования являются основные производства текстильной и легкой промышленности, рассматриваемые в условиях структурной перестройки, технического перевооружения и роста цен на ресурсы (факторы производства).

Методологической основой исследования послужили методы системного анализа и синтеза, теории организации и управления.

Исследования комплекса технических и организационных мероприятий проводились на всех этапах создания и освоения разрабатываемых технических устройств. Оптимизация организационно-технологических параметров процессов на модернизированном оборудовании осуществлялась непосредственно в производственных условиях.

Теоретические исследования выполнялись с применением статистических расчетных методов, теории интегральных и дифференциальных уравнений, теоретической механики, аналитической и начертательной геометрии, механики идеально гибкой нити и теории упругости. Теоретические выводы по вопросам формирования полуфабрикатов в прядении, нитеподачи в трикотажном производстве подвергались экспериментальной проверке на стендах в лаборатории и на машинах в производственных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры. Достоверность результатов экспериментальных исследований обеспечивалась использованием методов оценки погрешности измерений с выполнением расчетов на ПК в программах Excel.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в разработке системотехнической методологии проектирования технологии и организации текстильных производств.

Впервые получены основные научные результаты:

по специальности 05.02.22

1. Предложена системотехническая методология проектирования технологии и организации текстильного производства, основанная на системе логико-алгебраических моделей, представляющая собой организационно-техническое и технологическое регулирование производственного процесса, технического развития и перевооружения текстильного предприятия.

2. Предложена система логико-алгебраических моделей обеспечения организационно-технической результативности производства, включающая в себя четыре блока, отличительной особенностью которых является отражение функциональной зависимости между технологическими, организационными параметрами и производительностью оборудования и труда:

- блок диагностики результативности действующей технологии для комплексной системной оценки зависимости производительности оборудования и труда от конструкторских характеристик, технологических и организационных режимов;

- блок прогнозирования эффективности внедрения технико-организационных инноваций, направленных на повышение результативности использования оборудования;

- блок сравнительного анализа результативности использования машин различных типов при техническом развитии и перевооружении предприятия;

- блок контроля соответствия нормы производительности единицы оборудования технически обоснованным нормам.

3. Предложен метод определения изменения себестоимости продукции за счет внедряемых инноваций, направленных на повышение результативности производства.

по специальности 05.19.02

4. Разработаны математическая модель и метод расчета поверхности воронки-вьюрка в форме псевдосферы, необходимой для снижения обрывности ленты и повышения производительности ленточной машины.

5. Разработаны высокоэффективные способы и технические средства формирования ровницы, связанные с теоретическим обоснованием рабочих поверхностей распространителей крутки, позволяющие улучшить её качество и повысить производительность единицы оборудования.

6. Проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния профиля крючка трикотажной иглы на натяжение нити.

7. Разработана трикотажная игла с эллиптическим профилем крючка, позволяющая стабилизировать натяжение нити, повысить её износостойкость, что значительно сокращает время простоев оборудования, связанных с заменой игл игловодов.

8. Разработан новый способ регенерации плоских текстильных отходов с использованием секции предварительного разволокнения с тепловлажностной обработкой, позволяющей в большей степени сохранять целостность регенерированных волокон.

Практческая значимость и реализация результатов работы. Системотехническая методология проектирования технологии и организации производства, основанная на их диалектической взаимосвязи, может использоваться предприятиями для организационно-технической подготовки производства как при реконструкции, не требующей существенных капитальных вложений, так и при реализации масштабных инвестиционных программ.

Результаты работы позволили решить комплекс задач по повышению результативности производства за счет сокращения времени простоев оборудования, связанных с конструктивным несовершенством, недостаточной технологической и технической надежностью используемого оборудования, нерациональной организацией труда.

Разработанные способы и технические устройства уплотнения ленты в зоне выпуска ленточных машин прядильного производства и формирования ровницы в зоне выпуска ровничных машин позволили снизить обрывность полуфабрикатов и соответственно сократить количество простоев ленточных и ровничных машин, связанных с обрывностью полуфабрикатов в зоне выпуска. Повышение износостойкости игл вязальных машин позволило уменьшить интенсивность отказов оборудования в трикотажном производстве, а также сократить простои машины, связанные с заменой игл игловодов. Экономический эффект от внедрения разработанных устройств заключается в повышении производительности оборудования и труда, что снижает себестоимость единицы продукции, а также улучшает качество и повышает конкурентоспособность продукции.

Основные результаты работы получили подтверждение в производствах ОАО «Глуховский текстиль» (г. Ногинск Московской обл.), ООО «Ивановский трикотаж», ООО «Куровские ткани» (г. Куровское Московской обл.).

Апробация работы. Основные теоретические положения и результаты диссертационной работы доложены и получили положительную оценку:

- на международной научно-технической конференции «Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве» (г. Иваново, ИГТА, 1996, 1997 гг.);

- международной научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» (г. Кострома, КГТУ, 2003 г.);

- международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (г. Иваново, ИГТА, 1998 …2008 гг.);

- совместном расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов и научного семинара Ивановской государственной текстильной академии (г. Иваново, 2009 г.).

Отдельные результаты диссертации вошли в коллективную работу ученых ИГТА, получившую премию Правительства Российской Федерации в области науки и техники для молодых ученых 2005 года.

Технические и технологические разработки, предлагаемые в диссертации, экспонировались на всероссийских, региональных и областных выставках и получили самые высокие оценки. В 2007 году получены медаль и диплом победителя конкурса наиболее успешно внедренных разработок на выставке научных достижений Ивановской области «III Ивановский инновационный салон «Инновации - 2007»; в том же 2007 г. - золотая медаль VII Московского международного салона инноваций и инвестиций; в 2009 г. - золотая медаль 37-го Международного салона изобретений и новой техники (г. Женева, Швейцария).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 46 работ, в том числе 14 статей в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», 2 статьи в журнале «Вестник ИГТА», 6 статей в сборниках научных трудов, 9 депонированных рукописей, 6 тезисов докладов международных конференций, пять информационных листов, получены 1 патент РФ на изобретение и 3 патента РФ на полезную модель.

Из 14 статей в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», включенном в перечень ВАК, 10 статей опубликовано в разделах «Прядение», «Трикотажное производство», «Технология нетканых материалов» и 4 статьи - в разделе «Организация производства».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературных источников, приложений. Работа изложена на 246 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 16 таблиц, список литературы включает 215 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, показана степень проработанности проблемы в литературе, определены цель и задачи исследования, раскрыты элементы научной новизны, теоретическая и практическая значимость исследования.

В первой главе работы отражены современные тенденции в развитии организации производства в текстильной и легкой промышленности. Вопросом о сущности организации текстильного производства занимались К.Ф. Фриденберг, Т.Б. Поляк, Л.И. Замаховский, А.М. Либерман, К.М. Пирогов, Г.М. Нодель, понимая её как кооперацию труда людей, обеспечивающую движение производственного процесса, регулирующую количественные соотношения между машинами, выполняющими различные операции, и людьми, обслуживающими эти машины. До 60-х годов двадцатого века организация производства рассматривалась как относительно обособленная система, не связанная с внешней средой, не выполняющая особых (специфических) требований клиента, не совпадающих с параметрами, принятыми в массовом производстве. В 70-е годы формулируются основные принципы организации текстильного производства: равномерность, пропорциональность, ритмичность и др. В 80-е годы в работах по организации текстильного производства, в частности А.М. Либерманом, отмечается, что важнейшей задачей организации текстильного производства является обеспечение рационального функционирования элементов производственного процесса. Практические решения проблем совершенствования управления организацией текстильного производства, управления технической эксплуатацией текстильных машин представлены в работах З.В. Брагиной, Г.М. Травина, Е.В. Беляева и др.

В конце 20-начале 21 века в связи со сменой экономической стратегии развития промышленности России исследований по организации производства в текстильной и легкой промышленности проводилось очень мало. Можно отметить исследования М.М. Травина, направленные на разработку системы управления надежностью текстильных производств, В.В. Смельского - на разработку концепции организационно-технической подготовки текстильного производства, В.М. Каравайкова, посвященные разработке организационно-технической методологии управления энергоэффективностью текстильного производства.

Современные исследователи, такие, как З.В. Брагина, В.М. Каравайков, отмечают необходимость осмысления системотехнической специфики организации производства, представляющей собой взаимосвязь объектов, находящихся в замкнутом пространстве (оборудование, его расположение, технологические режимы, сырьевые и материальные ресурсы, люди, их квалификация и пр.), выделяя при этом необходимость реализации организационно-технического и социотехнического подходов. Системотехническая специфика организации производства отражена в диссертационной работе через организационно-технический подход, так как технику и технологии, которыми располагает конкретное производство, необходимо организовать, а на это способны только люди. В значительной мере источником результативности производственной деятельности является организационная деятельность специалиста, зависящая от его квалификации, мотивов поведения, системы ценностей. В связи с этим представляется своевременной разработка методологии, направленной на рациональную организацию производственной деятельности в текстильной и легкой промышленности и её координацию. Целевой функцией данной методологии является повышение результативности производства, которое возможно путем внедрения технических и технологических инноваций, возникающих как при изменении всей системы машин в технологическом процессе, так и в случае локальных усилий по модернизации отдельного оборудования или технологических процессов.

Разработка концепции системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства осуществлялась на основе системного анализа. Блок-схема взаимосвязей основных этапов системного анализа проблемы повышения результативности текстильного производства представлена на рис.1.

Основные этапы системного анализа включали в себя:

- исходную постановку проблемы;

- формулирование целей и условий решения проблемы;

- структуризацию проблемы и систематизацию путей достижения целей;

- разработку проекта решения проблемы;

- принятие решений и их реализацию.

В результате системного анализа выявлены основные ограничители развития отрасли - это применение физически и морально устаревшего оборудования, недостаточная инвестиционная и инновационная активность предприятий, которые могут быть преодолены путем регулирования на микроуровне. Указанные ограничители являются причиной низкого уровня производительности труда и выпуска неконкурентоспособной продукции в отрасли.

Рис. 1. Этапы системного анализа и синтеза проблемы повышения результативности текстильного производства

Целевой функцией методологии является зависимость показателя производительности труда от технологических, технических и организационных параметров в переходах текстильного производства. Целевая функция используется в качестве меры эффективности методов решения рассматриваемой проблемы. Этап разработки проекта решения проблемы включал в себя следующие задачи:

- изучение теории производительности машин и труда;

- разработку функциональных моделей, отражающих состояние системы «машина-оператор»;

- разработку концепции и структуры системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства.

Схема разработанной системотехнической методологии приведена на рис. 2 (она также иллюстрирует концепцию и структуру диссертационной работы).

Вторая глава диссертации посвящена разработке системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства в текстильной и легкой промышленности в соответствии с поставленными в первой главе задачами.

Производительность труда в текстильной и легкой промышленности во многом зависит от производительности используемого оборудования. От особенностей оборудования зависят также и условия организации производства и труда. Принимая во внимание эти положения, можно утверждать, что производительность труда в текстильной и легкой промышленности в общем виде зависит от теоретической производительности оборудования, нормы обслуживания машин одним рабочим и коэффициента полезного времени машины. Увеличение теоретической производительности машин входит в компетенцию машиностроителей. Стремление её увеличить привело к созданию высокоскоростных машин в отечественном и зарубежном машиностроении.

Установление и регулирование показателей нормы обслуживания и КПВ относят к компетенции экономистов и технологов предприятия. Рост этих показателей достигается путем внедрения в производство мероприятий, способствующих повышению уровня технологии производства, организации труда, применением новых средств производства и т.п.

Показатель КПВ характеризует функционирование производственного процесса комплекса «машина-оператор», именно через этот показатель учитываются величина обрывности продукта (пряжи, ровницы, ленты или нити), время устранения оператором обрыва, зависящие от зоны и метода обслуживания машин, а также время, необходимое для выполнения ряда вспомогательных работ. Все перечисленные показатели влияют на производительность труда только через КПВ, в котором они учтены. Поэтому КПВ является самым сложным компонентом, «аккумулирующим» информацию о фактическом функционировании комплекса «машина-оператор».

Рис. 2. Системотехническая методология проектирования

технологии и организации производств

В работе рассматриваются существующие методики определения коэффициента полезного времени в текстильной и легкой промышленности, выявляются недостатки существующих методик. Предложен новый способ определения КПВ в текстильной и легкой промышленности, на основе которого разработана системотехническая методология проектирования технологии и организации текстильного производства, включающая в себя четыре блока.

Блок диагностики результативности действующей технологии применяется с целью выявления резервов повышения производительности оборудования и труда. Предварительно анализируются показатели производительности труда на предприятии, на основании результатов анализа формулируется цель - повышение производительности труда - и проводится её декомпозиция (например повышение производительности труда на ленточно-ровничном переходе прядильного производства). Процедура выполнения диагностики действующей технологии представлена на рис. 3 и включает в себя следующие этапы:

- анализ показателей производительности труда (норм выработки) основных рабочих и производительности технологического оборудования, расчет частных КПВ (Кi) по видам и группам простоев:

, (1)

где Кi - частный коэффициент полезного времени, соответствующий определенному виду потерь времени:

. (2)

здесь tр - рабочее (основное) время на единицу продукции;

tп i - потери i-го вида, отнесенные к единице продукции;

m - число видов простоев;

- составление балансов производительности по расчетам КПВ, из которых видно, какие именно простои (цикловые, технологические, организационно-технические) вносят наибольший вклад в уменьшение КПВ и производительности единицы оборудования.

- определение оптимальных (возможных) значений частных Кi осуществляется с целью выявления (путем сравнения) тех частных коэффициентов полезного времени, которые указывают на резервы роста КПВ машины. Значения КПВ машин в текстильной и легкой промышленности колеблются в широком диапазоне, поэтому возможный уровень частных Кi рассчитывается согласно выражению (1), при решении его относительно Кi:

. (3)

Рис. 3. Процедура диагностики действующей технологии

Базовый уровень КПВ машины на конкретном технологическом переходе может быть получен путем обобщения опыта работы действующих предприятий как в России, так и за рубежом. Кроме того, выявленные резервы роста частных коэффициентов полезного времени указывают на направления перспективных (первоочередных) теоретических исследований в области совершенствования техники и технологии в текстильной и легкой промышленности.

Решать проблему роста КПВ следует путем повышения не всех Кi, а только их части и в первую очередь тех, которые ниже уровня, определенного по выражению (3). С учетом такой постановки часть Кi следует принять условно-постоянными (р), а оставшуюся часть Кi - переменными (m-p) величинами, и, следовательно, соответствующие длительности простоев принимаются в качестве аргументов в уравнении (1).

Тогда

,	(4)

с учетом формулы (1) получим

.	(5)

Обозначив

,	(6)
	(7)

и учитывая, что

где АТ - теоретическая производительность единицы оборудования, получим удобное для анализа KПВ выражение

.	(8)

Величина a получается в результате алгебраических преобразований при выводе формулы (8).

В случае если, все частные Кi соответствуют оптимальным значениям, то можно говорить о соответствии техники, технологии и организации производства современному уровню развития НТП в данной области.

Блок прогнозирования эффективности внедрения технико-организационных инноваций, направленных на повышение результативности использования оборудования, предполагает проведение анализа и синтеза технических, технологический, организационных инноваций и расчет целесообразности их внедрения. На основе результатов проведенной диагностики выявляются резервы повышения производительности труда, проводится анализ технических, технологических или организационных инноваций, которые, по мнению эксперта, должны способствовать повышению производительности труда.

Получено выражение, позволяющее оценить реальные резервы роста КПВ машины в результате внедрения технико-экономических мероприятий при сокращении потерь m-го вида в раз:

(9)

где КПВисх КПВ - соответственно коэффициент полезного времени машины до и после проведения мероприятий, направленных на его повышение;

е - коэффициент сокращения потерь конкретного вида.

Блок сравнительного анализа результативности использования машин различных типов предоставляет возможность выбора наиболее прогрессивного оборудования. Прогрессивность новой техники определяется ее соответствием главному целевому назначению - повышению производительности и облегчению условий труда. Важно отметить, что прогрессивность новой техники оценивается независимо от возможных организационных неувязок (затянувшиеся сроки ввода в эксплуатацию, низкий уровень обслуживания и др.) при полном использовании заложенных в ней возможностей. Сравнительный анализ эффективности использования машин различных типов осуществляется путем сопоставления частных коэффициентов полезного времени Кi по видам простоев и группам: чКПВцп, чКПВт и чКПВот.

Цикловой частный коэффициент полезного времени чКПВцп характеризует конструктивное совершенство машины (наличие/отсутствие холостых ходов, связанных с питанием машины, съемом наработанной продукции и др.):

, (10)

где S - число цикловых простоев;

Кiцп - частный коэффициент полезного времени, соответствующий определенному виду цикловых потерь.

Технологический частный коэффициент полезного времени чКПВт характеризует технологическую надежность оборудования (совпадает с коэффициентом технологической надежности, принятым в машиностроении):

, (11)

где У - число технологических простоев;

Кiт - частный коэффициент полезного времени, соответствующий определенному виду технологических потерь.

Организационно-технический частный коэффициент полезного времени чКПВот характеризует уровень организации труда и условия эксплуатации:

, (12)

где Ф - число видов организационно-технических простоев;

Кiот - частный коэффициент полезного времени, соответствующий определенному виду организационно-технических потерь.

Произведение чКПВт чКПВот численно совпадает с так называемым коэффициентом использования машины, принятым в машиностроении. В теории надежности существует понятие коэффициента готовности, который можно условно принять равным Ki, если считать его связанным только с текущим ремонтом. С помощью этого коэффициента можно оценить надежность конструкции машины.

Сравнивая величины показателей, можно судить соответственно о конструктивном и технологическом совершенстве оборудования, а так же об условиях эксплуатации, уровне организации труда и надежности машин.

Блок контроля соответствия нормы производительности технически обоснованным нормам создан для рационализации организации труда основных рабочих (операторов машины) и позволяет установить соответствие производительности машин технически обоснованным нормам. Данный блок применяется совместно с блоком диагностики, выявленные в результате диагностики низкие уровни частных Кi, относящихся к цикловой либо организационно-технической группе простоев, подвергаются анализу. Проводятся фактические наблюдения и измерения, прежде всего, фотография работы оборудования и хронометраж его простоев по причинам, которые обусловили низкий уровень Кi. Первичная обработка этой информации сводится к получению сведений о сомнительных величинах простоев, вошедших в расчет нормы производительности машин. В случае необходимости производится перерасчет норм производительности и частных коэффициентов полезного времени Кi.

Резервы повышения производительности машин в случае сокращения нескольких видов потерь определяются по формуле

,	(13)
где		- коэффициент полезного времени, характеризующий потери данного вида, которые можно сократить;
		- то же после сокращения потерь времени;
		- число изменяющихся Kj.

Результативность использования системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства оценивается прежде всего показателями темпов роста производительности труда, а также снижением затрат на производство продукции. Получено выражение, позволяющее оценить изменение затрат на производство продукции за счет роста производительности труда. В случае однопереходного производства (например трикотажного) нижеприведенное выражение позволяет непосредственно оценить эффективность мероприятий направленных на повышение производительности труда и получить величину снижения себестоимости единицы продукции:

. ( 14 )

В случае многопереходного производства (прядильного, ткацкого и др.), выражение (14) дает возможность получить величину изменения издержек на конкретном переходе.

Экономический эффект от внедряемых инноваций в общем виде достигается за счет дополнительного выпуска продукции, снижения затрат на производство, повышения сортности выпускаемой продукции.

В третьей главе работы анализируется возможность применения системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства в прядильном производстве. Диагностика действующей технологии прядения осуществлялась согласно предложенному алгоритму (см. рис. 3), измерялись показатели результативности (производительность труда, производительность оборудования, коэффициент полезного времени машин). При определении возможного уровня частных Кi, за базовый уровень КПВ, характеризующий уровень развития прядильного производства отечественной хлопчатобумажной промышленности, принималось значение, равное 0,930. Таким образом, частные Кi для ленточных машин должны составлять 0,994, для ровничных - 0,993. Как показали результаты диагностики, снижение показателей результативности происходит в большей степени за счет высокого уровня обрывности ленты и ровницы в зоне выпуска ленточных и ровничных машин, низкий уровень КПВ ровничной машины обусловлен также простоями, связанными со снятием и заправкой съема, что говорит о недостаточно высоком уровне технологической надежности ровничных машин и их конструктивном несовершенстве (рис. 4). В исследовании ставились задачи изучения процессов формирования ленты и ровницы, а также аналитического решения проблемы снижения обрывности полуфабрикатов.

Теоретические исследования процессов формирования ленты и ровницы позволили получить математические зависимости, описывающие воздействие формирующих и направляющих органов машин на текстильные полуфабрикаты, в виде формул натяжения нити для различных поверхностей огибания, математических моделей уплотняющих и нитенаправляющих устройств.

Получено уравнение расположения элементов ложного кручения (уравнение винтовой линии) для воронок-вьюрков в форме поверхностей вращения, которое позволяет путем моделирования угла подъема и расположения винтовых стержней прогнозировать и оптимизировать величину ложной крутки.

а) Ленточная машина мод. 1547

б) Ровничная машина мод. BF-90-3

Рис. 4. Результаты диагностики технологии прядильного производства

(диаграммы распределения частных КПВ)

В ходе дальнейших исследований установлено, что воронка-вьюрок в форме псевдосферы обеспечивает максимальную силу сжатия ленты при минимальном усилии протаскивания, то есть способствует формированию прочной ленты.

На основании общего уравнения винтовой линии получено уравнение винтовой линии для уплотнительной воронки в форме псевдосферы. Уравнение винтовой линии на псевдосфере, которое определяет положение осей элементов ложного кручения на поверхности воронки через длину дуги s, выразим через натуральный параметр.

Найдем натуральный параметр для локсодромы на псевдосфере заданной уравнениями:

(15)

где u - параметр, определяющий координаты каждой точки образующей уплотнителя;

v - угол поворота относительно оси Оz.

Псевдосфера является поверхностью, полученной вращением трактрисы относительно оси Oz:

(16)

Подставляя выражения функций f(u) и g(u) из (16):

f(u) = a sin u, g(u) = a(cos u + ln tg u/2)

в формулу уравнения винтовой линии на поверхностях вращения, выраженной через натуральный параметр (длину дуги s):

, (17)

Имеем

(18)

Выразим u через s, учитывая, что u ? u0 и u . Из (18) следует, что

(19)

Окончательно

(20)

где s .

Запишем уравнение локсодромы через параметр s, используя для этого формулы (15), (18) и уравнение винтовой лини на поверхностях вращения:

 (21)

где а = const - длина отрезка касательной от точки касания до пересечения с осью Оz;

s - длина дуги винтовой линии.

Выражение (21) позволяет определять положение осей винтовых спиралей при профилировании воронок-вьюрков в форме псевдосферы через натуральный параметр (длину спиралей). Величина ложной крутки моделируется главным образом через угол подъема элементов ложного кручения г.

Теоретические исследования процесса формирования ровницы на ровничных машинах с подвесными и навесными рогульками в зоне от вытяжного прибора до катушки позволили сделать вывод о необходимости использования на этом участке распространителей крутки, форма которых влияет на интенсивность создания ложных кручений ровницы, возникающих от действия силы трения ровницы о поверхность распространителя.

На ровничных машинах с подвесными рогульками в качестве распространителей крутки, которые огибает поступающая в головку рогульки ровница, используются различные воронкообразные насадки. Так, на ровничной машине BF-90-3 фирмы «Гроссенхайнер Текстильмашиненбау» (Германия) используемый распространитель крутки представляет собой выполненную из пластмассы насадку с воронкообразным входным отверстием и цилиндрическим выходным отверстием (рис. 5).

Рис. 5. Распространитель крутки, используемый на машине BF 90-3

Нами сделан вывод о том, что для достижения большего упрочняющего эффекта радиус кривизны поверхности распространителя крутки необходимо изменять в сторону уменьшения. Таким требованиям отвечают поверхности, имеющие меридиональные сечения в форме спиралей, позволяющие значительно варьировать размахом радиуса кривизны на небольшом участке кривой (рис 6).

Аналитические исследования позволили получить математические модели поверхностей распространителей крутки с меридиональным сечением в форме спирали Архимеда и логарифмической спирали и выражения для расчета натяжения ровницы на их поверхности.

Анализируя выражения зависимости натяжения ровницы от формы меридионального сечения распространителя крутки, мы предлагаем использовать распространители крутки с образующей в форме логарифмической спирали на машинах с навесными рогульками для переднего и заднего рядов (см. рис. 6), распространители крутки с образующей в форме спирали Архимеда на машинах с подвесными рогульками (рис. 7).



1 ряд 2 ряд

Рис. 6. Распространители крутки с образующей в форме логарифмической спирали

Рис. 7. Распространитель крутки с образующей входного отверстия

в форме спирали Архимеда

Производственные испытания новых способов формирования ленты и ровницы показали их технологическую и экономическую эффективность. Технологическая эффективность новых способов формирования полуфабрикатов подтверждается улучшением физико-механических показателей ленты, ровницы и пряжи в опытном варианте при одновременном снижении обрывности этих продуктов более чем на 60 %.

Применение блока прогнозирования результативности внедрения инноваций позволило оценить конструктивное улучшение выпускной зоны ленточных и ровничных машин: повышение чКПВт для ленточной машины составило 14,22 %, для ровничной - 5,15 %, то есть повысилась технологическая надежность машин. Одновременно сократились простои, связанные с текущим ремонтом и профилактическим осмотром машины, что отразилось на повышении значений чКПВот на 0,41% и 0,32 % для ленточных и ровничных машин соответственно. В целом рост КПВ, нормы производительности машины и производительности труда составил: для ленточной машины - 14,23 %, ровничной - 5,08 %. Снижение затрат на ленточно-ровничном переходе за счет повышения производительности труда составило 1,5 %. Величина экономического эффекта от внедрения разработанных технических средств составила 604 тыс.рублей.

Применение системотехнической методологии при оценке чесальных машин позволило поставить и решить задачу разработки уплотнительной воронки для выпускной зоны чесальной машины, при использовании которой снижается коэффициент вариации по линейной плотности на 10-12% и повышается производительность оборудования и труда.

В рамках этой задачи определен рабочий профиль поверхности воронки с учетом устранения возникающего избыточного давления воздуха. Для этого использовалось уравнение материального баланса, которое после преобразований позволило получить уравнение оптимального распределения воздушного потока при заданной длине l воронки.

Полное количество воздуха, уходящего из волокнистой массы в зону рабочей поверхности воронки в единицу времени, равно:

, (22)

где м - вязкость воздушного потока; о - воздухопроницаемость; с - плотность среды; М - максимально допустимый отвод воздуха от центра симметрии волокнистой массы к периферии рабочей поверхности воронки.

Значение длины воронки l, соответствующее значению максимального отвода воздуха j, определяется из уравнения

(23)

Решая (23) относительно l, имеем

(24)

Одним из перспективных направлений в отечественной текстильной и легкой промышленности является разработка ресурсосберегающих технологий, в частности технологий по регенерации отходов. Как отмечают исследователи, занимающиеся данной проблемой (В.Д. Фролов, А.П. Башков и др.) в нашей стране нет технологий переработки плоских отходов и пряжи приближающихся по эффективности к зарубежным аналогам. Как показала диагностика существующего оборудования, производительность машин имеет низкие значения, а КПВ машин колеблется в диапазоне от 0,680 до 0,875.

Нами рассматривалась поточная линия для разволокнения плоских текстильных отходов (лоскута), разработанная учеными Ивановской государственной текстильной академии во главе с проф. В.Д. Фроловым (рис.8), для повышения эффективности которой предложен ряд технико-технологических решений, в том числе новое устройство для регенерации длинноволокнистых (шерстяных) отходов с одновременной тепловлажностной обработкой (рис.9).

Устройство для регенерации текстильных отходов содержит узел питания с транспортером и подающими валиками, узел разрыхления и отводящий транспортер и отличается тем, что узел питания дополнительно имеет вытяжной прибор, состоящий из двух пар валиков, обтянутых пильчатой гарнитурой, зубья которой наклонены в сторону, противоположную вращению валиков. Узел разрыхления представляет собой пустотелый лопастной вал, расположенный внутри коаксиальной по отношению к нему цилиндрической камеры, снабженной системой

Рис. 8. Поточная линия для регенерации отходов плоских текстильных материалов

Рис. 9. Устройство для регенерации текстильных отходов

автоматического регулирования температуры и влажности воздуха, рабочие лопасти с возможностью регулирования повернуты относительно оси вала и располагаются по винтовой линии. Ось вала и цилиндрической камеры находится под регулируемым углом к горизонтали, внутри вала имеется паропроводящий канал, между лопастями на валу расположены распыляющие форсунки, к паропроводящему каналу через вентиль подсоединен парогенератор с регулируемыми подачей пара и расходом воды.

Получена модель колебательного воздействия лопастей шнекоподобного вала на смесь из текстильных отходов и пара при его вращении с различными скоростями:

, (25)

где а, r, е - геометрические размеры пространства камеры; А - постоянная величина;

v - скорость движения смеси; о - координата источника колебаний.

Также применительно к этой секции (устройству) решена задача о распространении плоских и круговых волн, возникающих при вращении соосных цилиндров и оказывающих деформационное воздействие на разрыхляемые текстильные отходы.

Волновое уравнение на границе соосных цилиндров

, (26)

Где

; (27)

; (28)

. (29)

Здесь функция u1 является решением задачи распространения начальной деформации, функция u2 - решением задачи распространения начальной скорости, функция u3 - решением задачи отделения частей комплексов из волокон.

Применение блока прогнозирования показало, что новая секция по разволокнению отходов из плоских текстильных материалов увеличит производительность поточной линии на 10-12 %.

Четвертая глава работы посвящена вопросам повышения результативности трикотажного производства на основе применения системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства. Проведены теоретические исследования и проанализированы технические средства, направленные на решение проблемы стабилизации натяжения пряжи при сматывании с паковки и при ее скольжении по крючку вязальной иглы, составлен прогноз результативности внедрения технических средств, направленных на решение проблемы стабилизации натяжения пряжи и снижения её обрывности.

Выявление резервов роста производительности труда в трикотажном производстве и анализ причин простоев трикотажных круглочулочных машин и автоматов на основе блока диагностики показали, что значительная их часть связана с обрывами нитей. Основной причиной обрывности нитей является нестабильность их натяжения при сматывании с паковки и петлеобразовании. Наиболее неблагоприятным последствием обрывности нити является частичный или полный срыв изделия, который часто, особенно на многосистемных машинах, вызывает массовую поломку игл.

Значительный процент язычковых вязальных игл, используемых на трикотажных машинах и автоматах, выходит из строя вследствие поломки крючка. Основной причиной поломки крючка является его абразивное истирание. С целью минимизации износа крючка ставилась задача определения оптимальной геометрической формы его поверхности. Предполагаемый профиль крючка должен создавать условия перемещения нити с меньшего радиуса кривизны поверхности на больший, тем самым обеспечивая снижение износа крючка за счет перераспределения давления нити на поверхность.

Замена традиционной круглой формы сечения крючка иглы (рис.10, а) на эллиптическую (рис.10,б) таким образом, чтобы площади S сечения круга и эллипса совпадали, дает возможность решения проблемы повышенного истирания крючка трикотажной иглы. При этом, исходя из конструктивных соображений технологии изготовления игл, большая полуось эллипса должна быть в два раза длиннее малой. На рис.10 показаны направления движения нити при кулировании для трех рабочих положений игл. При использовании крючка с эллиптическим профилем уменьшается длина дуги контакта нити с поверхностью крючка, что обеспечивает снижение создаваемого натяжения и, соответственно обрывности нитей.

Нормальное сечение крючка трикотажной иглы традиционной формы имеет форму круга, поэтому возникающее натяжение нити рассчитывается по классической формуле Эйлера для нити, перекинутой через круглый цилиндр:

(30)

где Т0 - начальное натяжение нити; f - коэффициент трения; ds - элемент длины нити; k(s) - кривизна нити, выраженная через натуральный параметр (длину s дуги); s1, s2 - дуговые координаты элемента нити от некоторой произвольной точки.

Рис. 10. Положение нити на крючке трикотажной иглы различного профиля

Для расчета натяжения нити на крючке трикотажной иглы с эллиптическим профилем разработана специальная программа, в которой предусмотрена возможность задавать начальное и конечное положение нити на поверхности не только с помощью углов, но и с помощью абсцисс точек эллипса и дуговых координат. При выборе одного из способов задания положения нити автоматически рассчитываются значения двух других. На основе введенных данных программа на первом этапе рассчитывает длину дуги огибаемого участка эллипса, на втором этапе вычисляет кривизну кривой линии контакта нити с поверхностью, на третьем, заключительном этапе считает натяжение нити. В табл. 1 представлены результаты расчетов натяжения и удельного давления нити на крючок иглы, которые свидетельствуют о том, что при использовании крючка с эллиптическим профилем снижается натяжение пряжи на начальных стадиях кулирования и уменьшается удельное давление нити на крючок иглы.

В работе В.В. Капралова доказана эффективность применения подвижного нитепроводника, представляющего собой керамический шарик, который свободно скользит по сматываемому участку нити, для стабилизации натяжения нити при её сматывании с паковки и снижения обрывности (обрывность снижается на 42,87 %).

Теоретические исследования по оптимизации профиля крючка трикотажной иглы, а также анализ научных работ, направленных на стабилизацию натяжения нити при ее сматывании с паковки, позволили предположить, что одновременное использование подвижного нитепроводника и трикотажной иглы с эллиптическим профилем крючка на круглочулочных автоматах приведет к повышению их производительности.

Таблица 1

Результаты расчетов натяжения и удельного давления нити

Данные для сравнения	Натяжение Нити Т, сН	Удельное давление нити на поверхность p, сН/мм
Положение 1: - круг (ц = 30є); - эллипс (ц1 = 4є, ц2 = 14є)	11,5 10,3	8,2 10,6
Положение 2: - круг (ц = 90є); - эллипс (ц1 = 0є, ц2 = 67є)	15,3 14,3	10,9 3,8
Положение 3 - круг (ц = 180є); - эллипс (ц1 = -28є, ц2 = 152є)	23,4 23,8	16,7 6,5

В результате производственных испытаний, проведенных в условиях ООО «Ивановский трикотаж» на вязальных чулочных автоматах «ANGE 3B», доказано что данные технические ресурсы обеспечивают сокращение простоев машины связанных со сменой игл игловодов и ликвидацией обрыва нити, что позволяет повысить показатели результативности производства (табл. 2).

Таблица 2

Показатели результативности

совершенствования процессов нитеподачи и петлеобразования

в трикотажном производстве

Показатель	Значение показателя	Процент улучшения
	до	после
Уровень конструктивного совершенства машины	0,959	0,979	2,1
Уровень технологической надежности машины	0,982	0,990	0,8
Уровень организации труда и условий эксплуатации	0,944	0,949	0,5
Уровень использования машины	0,927	0,940	1,4
Уровень надежности механизмов машины	0,971	0,976	0,5
КПВ машины (без учета Кс)	0,893	0,922	3,2
КПВ машины (с учетом Кс)	0,642	0,704	9,7
Норма производительности машины, дес.пар/час	0,626	0,686	9,6
Норма выработки, дес.пар/час	4,382	5,488	25,24
Снижение себестоимости (за счет фактора ПТ)	-	-	2,2

Таким образом, применение системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства позволило решить вопросы повышения результативности трикотажного производства.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований разработаны теоретические и методологические положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение крупной проблемы - регулирование инновационного развития текстильного предприятия путем проектирования технологии и организации производственных процессов.

1. Изучение сущности и закономерностей развития форм организации производства, анализ и обобщение основных принципов методического подхода к организации производства позволили принять за базу концепцию системотехнических основ проектирования технологии и организации производства. Системотехническую специфику организации производства мы видим в необходимости реализации организационно-технического подхода. Экономический эффект от реализации технических инноваций возникает не только при изменении всей системы машин в технологическом процессе производства - не менее значимы и локальные усилия по модернизации технологических процессов.

2. Исходным пунктом работы является результативность производства, которая в значительной мере определяется техникой и технологией. В качестве показателя результативности производства выступает показатель производительности труда. Сложность решения проблемы повышения результативности текстильного производства состоит в том, что она должна рассматриваться как совокупность проблем повышения результативности отдельных производств, процессов, оборудования. На основе системного подхода разработана блок-схема взаимосвязей основных этапов системного анализа проблемы повышения результативности текстильного производства. Результатом системного анализа явилась разработка концепции системотехнической методологии проектирования технологии и организации производства.

3. Концепция системотехнической методологии предполагает возможность решения трех типов задач:

- оперативные задачи - задачи, решение которых направлено на предотвращение, устранение или компенсацию возмущений, нарушающих текущую деятельность системы. Это структурированные проблемы, решение которых связано с их количественной оценкой, наличием хорошо отработанных альтернативных наборов действий в той или другой ситуации;

- задачи совершенствования и развития систем - проблемы, решение которых направлено на повышение эффективности функционирования за счет изменения характеристик объекта управления или системы управления объектом, а также внедрения новых идей.

- инновационные проблемы - проблемы, решение которых связано с выработкой новых идей и внедрением нововведений.

4. Структура разработанной методологии представляет собой систему логико-алгебраических моделей, позволяющих регулировать инновационное развитие текстильного предприятия:

- блок диагностики действующей технологии позволяет выявить резервы повышения производительности труда, дать количественную оценку зависимости производительности труда от конструктивного совершенства используемых машин, их технологической надежности, уровня организации труда.