Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

Development of algorithms AUTOMATED PREDICTION OF TECHNOLOGICAL PROCESS of WEAVING using a binary cause-and-effect INFORMATION THEORY

Romanov V.Yu. 1 Nazarova M.V. 1
1 Kamyshin Technological Institute, branch of Volgograd State Technical University
В статье приведены результаты прогнозирования на ПЭВМ технологического процесса ткачества на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации. Разработанная в среде программирования MathCad программа «Прогнозирование технологического процесса ткачества на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации» позволяет получить частные коэффициенты причинного влияния и таким образом оценить интенсивность причинно-следственныx связей при анализе любого количества факторов, определяющих технологический процесс ткачества. Проведенные исследования показали, что максимальное воздействие на обрывность нитей основы оказывают заправочное натяжение основы, величина заступа, положение скало и угол раскрытия зева. Кроме того было установлено, что максимальное воздействие на обрывность нитей основы оказывают физико-механические свойства основных нитей, такие как выносливость нитей основы к многократному растяжению и стойкость нитей к истиранию, поэтому показатели свойств, определяемые в соответствии с требованиями стандарта, не могут позволить прогнозировать уровень обрывности нитей на ткацком станке.
The article presents the results of the forecasting on PC of technological process of weaving based on the use of binary cause-and-effect information theory. Developed in the programming environment MathCad program «Forecasting of technological process of weaving using binary cause-and-effect information theory» provides a partial factors causal influence, and thus to assess the intensity of the cause-and-effect relations in the analysis of any number of factors that determine the technological process of weaving. Research has shown, that the maximal influence on the breakage threads of a warp the filling tension of a warp, size of a spade, position render a back-rest and a corner of disclosing of a shed. Except for that it has been established, that the maximal influence on the breakage threads a warp have the physical and mechanical properties of threads of a warp, such as render endurance of threads of a warp to a repeated stretching and resistance of threads abrasion, therefore the parameters of properties determined according to requirements of the standard, do not presume to predict a level on the breakage threads on a loom.
binary cause-and-effect information theory
weaving
entropy
paired partial factors causal influence
1. Nazarova M.V., Romanov V.Yu. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, 2009, no. 5, pp. 91–94.
2. Nazarova M.V. Razrabotka avtomatizirovannykh metodov proyektirovaniya tekhnologicheskikh protsessov izgotovleniya tkaney zadannogo stroyeniya [Development of automated methods for design of technological processes of manufacturing a given fabric structure]. Dissertation, Moscow, 2010, 410 p.
3. Nazarova M.V., Boyko S.Yu. , Korotkova M.V. Fundamentalnye issledovaniya, 2008, no. 1, pp. 72–73.
4. Nazarova M.V., Korotkova M.V. Uspekhi sovremennogo yestestvoznaniya, 2008, no. 12, pp. 58–59.
5. Nazarova M.V., Romanov V.Yu. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, 2010, no. 6, pp. 83–88.
6. Nazarova M.V., Romanov V.Yu. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, 2007, no. 4, pp. 111–117.
7. Nazarova M.V., Romanov V.Yu. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, 2010, no. 6, pp. 89–94.
8. Nazarova M.V., Romanov V.Yu. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, 2007, no. 4, pp. 92–98.
9. Nazarova M.V., Trifonova L.B. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, 2008, no. 10, pp. 75–76.
10. Nikolaev S.D. Prognozirovaniye tekhnologicheskikh parametrov izgotovleniya tkaney zadannogo stroyeniya i razrabotka metodov ikh rascheta [Prediction of technological parameters of manufacturing fabric set the structure and development of methods for their calculation]. Dissertation, Moscow, 1988. 469 p.

Перед текстильной промышленностью поставлены серьёзные задачи, направленные на увеличение вклада в решение многообразных задач, связанных с подъёмом благосостояния. Особое внимание в последнее время уделяется качеству тканей. В свою очередь качество готовой ткани определяется качеством сырья и полуфабрикатов. Например, обрывность на ткацких станках вызывает образование пороков ткани, тем самым снижая ее сортность, а, следовательно, и качество. Обрывность нитей в ткачестве может служить одним из важнейших показателей уровня технологии и организации производства.

Основной причиной обрывности на ткацких станках является недостаточное качество пряжи, поступающей из приготовительного отдела. [2, 3, 6]. Поэтому очень важно контролировать качественные показатели пряжи на всех переходах – от мотального до ткацкого, в данном случае ‒ в ткацком производстве.

Чтобы решить поставленные задачи, необходимо научиться прогнозировать и управлять технологическим процессом ткачества, строением и качеством тканей.

Вопросы прогнозирования технологического процесса ткачества в настоящее время актуальны [4, 5]. Необходимость уверенного предсказания возможности использования новых видов сырья при повышенных скоростных режимах работы станков стоит довольно остро.

Это связано с интенсивным развитием производства химических нитей, а также пряжи новых способов прядения, которая по своей структуре существенным образом отличается от традиционной [7, 8].

Поэтому целью данного исследования является выбор оптимального метода прогнозирования влияния свойств нитей и технологических параметров на обрывность нитей в ткачестве на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации.

В качестве метода прогнозирования технологического процесса ткачества выбран метод бинарной причинно-следственной теории информации в связи с тем, что по сравнению с существующими методами (планирование эксперимента, корреляционный анализ), не всегда дающими хорошие результаты из-за присутствия так называемых «эффектов сопутствия» влияния различных входных параметров, эта теория позволяет устранить этот недостаток путём определения частных коэффициентов причинного влияния [10, 1].

Бинарная причинно-следственная теория информации позволяет установить внутреннюю причинно-следственную структуру рассматриваемого процесса и оценить количественно интенсивность причинных воздействий между различными факторами.

Причинная связь представляет собой информационный канал между фактором-причиной и фактором-следствием. Следовательно, при одной и той же статистической неопределенности следствия информация, поступающая от причины, должна быть тем больше, чем больше собственная статистическая неопределенность причины.

Для определения частных коэффициентов причинного влияния необходимо решить систему нелинейных уравнений, состоящую из довольно большого количества уравнений.

Так как использование бинарной причинно-следственной теории информации связано с большим объёмом и сложностью расчётов, поэтому для прогнозирования технологического процесса ткачества на основе этого метода разработана программа автоматизированного расчёта в среде программирования MathCad [1].

В данной работе с использованием разработанной на ПЭВМ программы решалась задача установления причинно-следственных связей между технологическими параметрами ткачества и физико-механическими параметрами нитей и тканей. Установление этих взаимосвязей позволит прогнозировать свойства получаемых тканей и их качество, а также позволит при контроле и оптимизации технологического процесса обращать внимание на факторы, в наибольшей степени влияющие на выходные параметры процесса. Исследования проводились по двум направлениям [1, 9]:

– прогнозирование влияния физико-механических свойств основных нитей на обрывность нитей в ткачестве на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации;

– прогнозирование влияния заправочных параметров ткацкого станка на обрывность нитей в ткачестве на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации.

Целью исследования влияния физико-механических свойств основных нитей на обрывность нитей в ткачестве является задача установления влияния физико-механических свойств нитей основы на обрывность нитей в ткачестве и установления причинно-следственной связи между этими факторами.

В качестве исследуемых факторов выбраны:

1) разрывная нагрузка основы, сН;

2) разрывное удлинение основы, мм;

3) выносливость нитей основы к многократному растяжению, кол-во циклов;

4) стойкость нитей основы к истиранию, кол-во циклов;

5) обрывность нитей основы, обр.

В качестве объекта исследования использовалась ткань полотняного переплетения, вырабатываемая на ткацком станке СТБ-2-216. Линейная плотность основных нитей – 50 текс.

Расчет на ПЭВМ по разработанной программе значений энтропии показал следующие результаты:

Н1 = 4,488; H2 = 4,108; H3 = 3,131; H4 = 3,531; H5 = 2,191.

Расчёт на ПЭВМ парных коэффициентов причинного влияния показал следующие результаты:

Г12 = 0.203; Г13 = 0,159; Г14 = 0,167; Г15 = 0,092; Г23 = 0,14;

Г24 = 0,168; Г25 = 0,078; Г34 = 0,158; Г35 = 0,08; Г45 = 0,087.

Для нахождения частных коэффициентов причинного влияния путём решения системы нелинейных относительно gij алгебраических уравнений на ПЭВМ получили результаты расчёта, представленные на рис. 1.

Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы:

– максимальное воздействие на обрывность нитей основы оказывают физико-механические свойства основных нитей, такие как выносливость нитей основы к многократному растяжению и стойкость нитей к истиранию;

– разрывная нагрузка нитей основы практически не оказывает влияние на обрывность нитей в ткачестве;

– существует тесная связь между выносливостью нитей к многократному растяжению и стойкостью нитей к истиранию, причем на ткацком станке истирание нитей является причиной ухудшения выносливости нитей к многократному растяжению;

– разрывное удлинение будет в наибольшей степени влиять на выносливость нитей к многократным нагрузкам.

pic_53.tif

Рис. 1. Результаты расчёта на ПЭВМ частных коэффициентов причинного влияния свойств нитей на обрывность нитей в ткачестве

Вышесказанное свидетельствует о том, что, зная показатели свойств по ГОСТу, нельзя прогнозировать обрывность нитей. Для этого необходимо знание других свойств, прежде всего значений выносливости нитей к многократному растяжению и стойкостью нитей к истиранию.

Таким образом, этот анализ показал, что показатели свойств, определяемые в соответствии с ГОСТом, не могут позволить прогнозировать уровень обрывности нитей на ткацком станке.

Целью второго исследования является задача установления влияния технологических параметров процесса ткачества на уровень обрывности нитей основы и установления причинно-следственной связи между этими факторами.

В качестве исследуемых факторов выбраны: заправочное натяжение основы, сН; величина заступа, мм; положение скала по вертикали, мм; положение основонаблюдателя по горизонтали, мм; угол раскрытия зева, град; момент подачи основы, град; обрывность нитей основы, обр/м.

В качестве объекта исследования использовалась ткань полотняного переплетения, вырабатываемая на ткацком станке СТБ-2-216. Линейная плотность основных нитей – 50 текс. Статистика данных взята из 20 проведенных опытов.

Расчет на ПЭВМ по разработанной программе значений энтропии показал следующие результаты:

Н1 = 2,322; H2 = 3,751; H3 = 3,911; H4 = 4,309; H5 = 2,882; H6 = 4,291; H7 = 1,965.

Расчёт на ПЭВМ парных коэффициентов причинного влияния показал следующие результаты:

Г12 = 0,14; Г13 = 0,143; Г14 = 0,179; Г15 = 0,096; Г16 = 0,196; Г17 = 0,064;

Г23 = 0,182; Г24 = 0,2; Г25 = 0,122; Г26 = 0,205; Г27 = 0,072;

Г34 = 0,204; Г35 = 0,142; Г36 = 0,215; Г37 = 0,072;

Г45 = 0,14; Г46 = 0,209; Г47 = 0,08;

Г56 = 0,213; Г57 = 0,096;

Г67 = 0,1.

Для нахождения частных коэффициентов причинного влияния путём решения системы нелинейных относительно gij алгебраических уравнений на ПЭВМ получили результаты расчёта, представленные на рис. 2.

Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы:

– максимальное воздействие на обрывность нитей основы оказывают заправочное натяжение основы, величина заступа, положение скала и угол раскрытия зева;

– заправочное натяжение нитей основы на ткацком станке в значительной степени предопределяется положением скала относительно грудницы ткацкого станка и момент подачи основы;

– угол раскрытия зева находится в тесной связи с углом заступа; эти параметры во многом предопределяют условия формирования ткани на ткацком станке.

pic_54.tif

Рис. 2. Результаты расчёта на ПЭВМ частных коэффициентов причинного влияния технологических параметров на обрывность нитей в ткачестве

Анализ полученных в этом разделе данных позволяет определить основные факторы, которые целесообразно варьировать при установлении такой взаимосвязи. Заправочное натяжение основы – основной технологический параметр. Асимметрия зева определяется положением скала по вертикали, положением основонаблюдателя по горизонтали, углом раскрытия зева и величиной заступа. Изменять в широком диапазоне угол раскрытия зева мы не можем, так как это приводит к повышению обрывности.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что при выборе факторов, оказывающих наибольшее влияние на условия формирования ткани, ее строение и свойства, следует отдать предпочтение заправочному натяжению основы, величине заступа и положению скала относительно грудницы ткацкого станка.

Выводы

1. В качестве метода прогнозирования технологического процесса ткачества для определения влияния наиболее значимых факторов технологического процесса целесообразно использовать бинарную причинно-следственную теорию информации, позволяющую идентифицировать все исследуемые факторы, устранить эффекты сопутствия и облегчить проведение экспериментальных исследований.

2. Для более эффективного использования бинарной причинно-следственной теории информации предлагается использовать разработанную на ПЭВМ программу «Прогнозирование технологического процесса ткачества на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации».

3. В результате расчёта на ПЭВМ были выявлены факторы, в наибольшей степени определяющие процесс ткачества.

4. При исследовании технологического процесса ткачества было установлено, что наибольшее влияние на обрывность основы оказывают такие технологические параметры, как заправочное натяжение основы, угол раскрытия зева, величина заступа и положение скала по вертикали.

5. Установлено, что в наибольшей степени на обрывность основы на ткацком станке оказывают такие свойства нитей, как влияние выносливость основных нитей к многократным нагрузкам и стойкость нитей к истиранию.

6. Программа расчета на ПЭВМ «Прогнозирование технологического процесса ткачества на основе использования бинарной причинно-следственной теории информации» позволяет оценить интенсивность причинно-следственныx связей при анализе любого количества факторов.

Рецензенты:

Николаев С.Д., д.т.н., профессор, ректор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, г. Москва;

Юхин С.С., д.т.н., профессор, проректор по учебной работе, ФГБОУ ВПО «Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина», г. Москва.

Работа поступила в редакцию 07.12.2012.