Analiza i optymalne projektowanie wybranych elementów procesu szycia warunkujących sprawność technologiczną układu operator-maszyna

• Autorzy: Rybicki M.

Warianty tytułu

EN

Analysis and optimal design of chosen components of the sewing process determining technological efficiency of the operator-machine system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obserwacje procesu szycia maszynowego zachodzącego w układzie operator - maszyna prowadzą do stwierdzenia wrażliwości transportera maszyny szyjącej na właściwości tekstyliów i prędkość obrotową maszyny. Zmienny charakter prędkości w procesie szycia - zależny od treści zadania technologicznego i kwalifikacji operatora - wpływa negatywnie na jakość szwów nitkowych. Objawia się to rozbieżnościami między projektowanymi cechami szwu (długość ścieżki przeszycia i liczność ściegu, poziom wdawania, poziom rozciągania) a rzeczywistymi - na wyjściu ze strefy roboczej maszyny. Stosowane coraz powszechniej w maszynach szyjących o otwartym cyklu technologicznym funkcje programowania maszyny w próbnych realizacjach zadania, wykorzystywane dla poszukiwania wartości parametrów bądź charakterystyk zadawanych maszynie, cechuje ograniczona przydatność ze względu na zróżnicowany charakter zmian prędkości obrotowej w fazie programowania maszyny oraz w procesie realizacji zadania. Sformułowano i zweryfikowano pozytywnie tezę, w myśl której użycie w procesie szycia maszynowego tachogramu o konfiguracji i parametrach ustalonych w programowaniu przeprowadzonym w próbnych realizacjach zadania, stwarza warunki do poprawy jakości odwzorowania projektowanego szwu oraz poprawy wykorzystania maszyny w procesie szycia. Weryfikacja tezy wymagała przeprowadzenia badań modelowych, zbudowania układu sterowania serwonapędem maszyny szyjącej, stwarzającego możliwość programowania tachogramu w próbach szycia oraz przeprowadzenia badań eksperymentalnych weryfikujących przydatność tego układu w realizacji zadań technologicznych. Badania modelowe obejmowały: • identyfikację zadań technologicznych w procesach szycia maszynowego ze względu na czynności manipulacyjne przeprowadzane na tekstyliach, • modelowanie tachogramu oraz wyznaczenie granic jego efektywności, • budowę grafu konfiguracji tachogramów, • ocenę efektywności tachogramu o określonej konfiguracji i parametrach, • związki mogące zachodzić między treścią zadania technologicznego a konfiguracją tachogramu, w warunkach współdziałania operatora z maszyną. Wykazano przydatność zapisu tachogramu w formie krzywej łamanej do badań modelowych. Przeprowadzone modelowanie tachogramu pozwoliło na wyróżnienie wszystkich możliwych jego konfiguracji dla zadanej liczby odcinków tej krzywej. Wśród tachogramów wyróżniono konfiguracje bez sekwencji: wzrost - spadek oraz spadek - wzrost, uznając je za bardziej racjonalne w procesach realizacji zachodzących w układzie operator - maszyna. Zastosowana forma budowy tachogramu okazała się również przydatna do budowy układu programowego sterowania serwonapędem maszyny szyjącej. W ocenie efektywności tachogramu ważną rolę spełniło odniesienie do ogniw łańcucha działania operator - maszyna - zadanie. Zagadnienie to rozpatrzono na wybranych konfiguracjach tachogramu. Stwierdzono, że efektywność tachogramu o ustalonej konfiguracji uwarunkowana jest: wartościami parametrów maszyny (przyspieszenie i opóźnienie w reakcjach nieustalonych, prędkość maksymalna), czasem reakcji operatora na sygnały optyczne i opóźnieniem w obwodach sterowania tekstyliami oraz napędem przez operatora, efektywnością reakcji ustalonych, liczbą cykli roboczych maszyny oraz udziałem poszczególnych reakcji w ogólnej liczbie cykli roboczych maszyny. Wykazano ponadto, że dla tachogramu o ustalonej konfiguracji i parametrach, charakterystyczna jest minimalna liczba cykli roboczych maszyny, przy której zadanie technologiczne można zrealizować. Dopasowanie liczby cykli roboczych maszyny w tachogra-mie do zadania technologicznego może zachodzić poprzez wydłużenie czasu reakcji ustalonych bądź obniżenie efektywności tych reakcji. Dobór konfiguracji tachogramu do zadania technologicznego wymaga analizy zadania pod kątem złożoności odcinkowej na ścieżce przeszycia, zaś dobór parametrów tachogramu wymaga treningu operatora. W warunkach programowego sterownia serwonapędem oznacza to konieczność uwzględnienia w budowie maszyny funkcji programowania w próbach szycia. Zaproponowane w ramach pracy rozwiązanie programowego sterowania napędem maszyny szyjącej zgłoszono do opatentowania, a następnie przedstawiono pod nazwą „Tachometryczny programowalny zadajnik serwonapędu maszyny szyjącej”, na 56. Światowej Wystawie Innowacji Brussels Eureka Contess, gdzie uzyskano srebrny medal oraz na Międzynarodowej Wystawie Wynalazków IWIS 2008 w Warszawie (medal brązowy). Zaprojektowany układ sterowania zawiera panel operatora zbudowany w programie Lab View. Umożliwia to tworzenie biblioteki tachogramów zapisanych w formie krzywej łamanej oraz dokonywanie korekty zadanego przebiegu prędkości obrotowej maszyny na podstawie prędkości rzeczywistej. Konieczność korygowania tachogramu uwarunkowana jest właściwościami konfekcyjnymi tekstyliów, rozbieżnościami tachogramów na wejściu oraz na wyjściu układu sterującego serwonapędem, a także koniecznością dopasowania tachogramu do zadania technologicznego i możliwości adaptacyjnych operatora. Czynności korygujące składają się na proces programowania napędu maszyny oraz adaptacji operatora w próbach szycia. Zbudowany układ sterowania serwonapędem zainstalowano na maszynie z funkcją programowania maszyny w zakresie czynności manipulacyjnych, poszerzając programowanie o czynność sterowania napędem. Badania eksperymentalne obejmowały: • wyznaczenie siły zamykającej układ dociskowo-transportowy minimalizującej wrażliwość transportera na zmiany prędkości obrotowej maszyny, • ocenę działania zadajnika tachometrycznego, • ocenę efektywności realizacji zadań technologicznych w warunkach programowego sterowania serwonapędem maszyny, • ocenę sprawnościową układu operator - maszyna w warunkach konwencjonalnych oraz w warunkach programowego sterowania napędem maszyny. Stwierdzono, że dla zminimalizowana wrażliwości układu dociskowo-transportowego maszyny szyjącej na zmiany prędkości obrotowej maszyny niezbędna jest optymalizacja siły zamykającej ten układ. Miarę wrażliwości stanowiło odchylenie liczności ściegu w szwie od wartości zadanej. Wyznaczenie siły powinno wyprzedzać poszukiwanie konfiguracji i parametrów tachogramu w próbnych realizacjach zadania technologicznego. W badaniach oceniających działanie programowego sterowania napędem stwierdzono dobrą powtarzalność rzeczywistego przebiegu prędkości, a w rezultacie - poprawne odwzorowanie cech projektowanego szwu, wykazujących wrażliwość na zmiany prędkości obrotowej maszyny. W działaniach przygotowawczych do oceny efektywności realizacji zadań technologicznych zaproponowano formę opisu tachogramów uwzględniającą podział tachogramu na segmenty o różnej efektywności. Opracowano zbiór tachogramów tzw. granicznych ze względu na średnią prędkość obrotową oraz liczbę cykli roboczych maszyny. Następnie zbudowano algorytm programowania napędu maszyny i uczenia operatora w warunkach programowego sterowania napędem. Przeprowadzono próbę programowania napędu maszyny oraz adaptacji operatora z wykorzystaniem zadajnika prędkościowego według zaproponowanego algorytmu. Stwierdzono, że programowe sterowanie napędem stwarza warunki do efektywnego wykorzystania prędkości obrotowej maszyny. W badaniach sprawnościowych wykazano, że sterowanie programowe w większości przypadków przynosi wzrost wskaźnika sprawności technologicznej układu operator - maszyna, przekraczający 20%, przy utrzymaniu jakości realizowanych zadań na wymaganym poziomie. Realizację zadań wymagających złożonych czynności manipulacyjnych powinno poprzedzić, w miarę możliwości, przenoszenie tych czynności do zadań maszyny. Brak takich możliwości wskazuje na potrzebę przebudowy zadania technologicznego bądź przeprowadzenia treningu operatora, racjonalizującego sterowanie napędem przez operatora. Wnioski wyprowadzone z części eksperymentalnej kończy propozycja dalszego rozwoju, zbudowanego w ramach pracy, układu programowego sterowania serwonapędem. Do oryginalnych osiągnięć autora rozprawy należy zaliczyć: 1. identyfikację zadań technologicznych w procesie szycia maszynowego za pomocą koniecznych przekształceń elementów budowy szwu (pozycjonowanie, zaginanie, wdawanie, rozciąganie), 2. modelowanie tachogramu procesu szycia maszynowego za pomocą krzywej łamanej, 3. budowę grafu konfiguracji tachogramów procesu szycia, 4. opracowanie założeń do budowy układu programowego sterowania serwo-napędem maszyny szyjącej (zgłoszenie patentowe) oraz budowę tego układu (srebrny medal na wystawie innowacji w Brukseli), 5. sposób eksperymentalnego wyznaczania siły w układzie dociskowo-transportowym maszyny szyjącej, minimalizującej wrażliwość transportera na zmiany prędkości szycia, 6. metodykę programowania serwonapędu maszyny szyjącej w próbach szycia przy użyciu zbudowanego zadajnika prędkościowego, 7. metodykę oceny efektywności procesu szycia maszynowego w warunkach programowego sterowania serwonapędem maszyny.

EN

A thesis which claims that the use of a tachogram with configuration and parameters established in the process of „teaching” a machine to control its drive provides conditions for improvement in the quality of representation of a designed seam and improvement of the machine’s use in the operator-machine-task chain has been formulated and positively verified. The verification required that a servodrive control system for a sewing machine with an open technological cycle be built. The system had to allow for programming of the tachogram. Applicability of programming the tachogram in the form of a broken connected curve has been shown. The executed modelling of the tachogram allowed to identify all its possible configurations for a preset number of segments of the line. In the evaluation of the tachogram efficiency, an important role of relation to links of the operational chain (i.e., operator-machine-task) has been noted. It has been shown that efficiency of the tachogram with an established configuration is conditioned by: • values of the machine’s parameters (acceleration and deceleration in non-stable reactions, maximum speed), • time of retardation in the operator’s reaction to delivered information and deceleration in the circuit of textile controlling by the operator, • efficiency of operator’s stable reactions, • number of machine’s work cycles in the execution of technological task, • share of particular operator’s reactions in the general number of machine’s work cycles. Moreover, it has been demonstrated that for a tachogram with an established configuration and parameters there is a specific minimum number of machine’s work cycles at which a given technological task can be accomplished. Matching of the number of machine’s work cycles in the tachogram for a given technological task can occur as a result of prolonged time allowed for stable reactions or lowered efficiency of these reactions. Matching of the tachogram configuration for the content of a technological task requires analysis of the task for segmental complexity on the sewing path while choice of the tachogram parameters requires training of the operator. Search for the tachogram should be preceded by establishing of the force which closes the presser-feed system and minimizes its sensitivity to changes in the machine’s rotational speed. Performance tests have demonstrated that in the majority of cases the improvement in technological efficiency of the operator-machine system exceeds 20% while the quality of performed tasks is maintained on a required level. It has been asserted that execution of technological tasks which require complex manipulations should be preceded, whenever possible, by delegating these operations to the machine’s tasks. Lack of such possibilities indicates a need to restructure the technological task or to train the operator to rationalize the drive control. The latter option makes the operator to control the drive in the course of technological task.

Słowa kluczowe

PL

szycie maszynowe; tachogram; optymalizacja procesów produkcji

EN

machine sewing process; tachogram; production process optimization

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2012
• Tom: Z. 432
• Strony: 1--145
• Opis fizyczny: Bibliogr. 73 poz., il. kolor., wykr.

Twórcy

autor

Rybicki M.

• Politechnika Łódzka. Katedra Odzieżownictwa i Tekstroniki

Bibliografia

• 1. Apparel Vision Stitch”. Apparel International, February (1991).
• 2. Bäckman R.: „Grundlagen der Nähautomation: Das Maschinennähen - ein Regelkreis”. DNZ 2 (1974), S. 40.
• 3. Bennet B.: „Steps to flexible operators”. Bobbin (1989), p. 8.
• 4. Brodbeck B., Hermann G., Weiss K.: „Industrieroboter ein Mittel zur Humanisierung der Arbeitswelt”. FB/IE 24 (1975), N. 2, S. 83.
• 5. Bojarski W.W.: „Podstawy analizy i inżynierii systemów”. PWN, Warszawa 1984.
• 6. Cybulevskij I.V.: „Čeloviek kak zveno sledâŝcej systemy. Nayka, Moskva 1981.
• 7. Čebyšev P.L.: „Polnoe sobranie sočinenij”, t. 5. Izd. Akad. Nauk SSSR, Moskva 1951.
• 8. Driankov D., Hellendoorn H, Reinfrank M.: „Wprowadzenie do sterowania rozmytego”. WNT, Warszawa 1996.
• 9. Drobina R., Machnio M.S., Włochowicz A.: „Zastosowanie techniki cyfrowej analizy obrazu do identyfikacji tekstyliów”. Przegląd - WOS 8 (2007), s. 53-58.
• 10. Garbaruk V.N.: „Rasčet i konstruirovanie osnovnyh mehanizmov čelnočnyh švejnych mašin”. L. „Mašinostroenie” 1977.
• 11. Grobelny J., Nowakowski M.: „Możliwości wykorzystania teorii zbiorów rozmytych w opisie i modelowaniu układu człowiek - technika”. Ergonomia 1981, nr 4, s. 131.
• 12. Heckner R.: „Zeitwertkartei und Prozesszeitberechnung für die Näherei”. Bekleidung und Wäsche 18 (1975), S. 1081.
• 13. Hempel L.: „Człowiek i maszyna. Model techniczny współdziałania”. Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa 1984.
• 14. Instrukcje programowania wybranych maszyn szyjących nowej generacji firm: Brother, Juki, Pfaff.
• 15. ISO 4916. Confection Articles. Seams. Classification and Symboles.
• 16. Katalog Pfaff. 1MB 2000.
• 17. Katalog przyrządów „STRIMA 2009” wspomagających proces szycia maszynowego firm: Brother, Juki, Pfaff, Siruba.
• 18. Konieczny J.: „Inżynieria systemów działania”. WNT, Warszawa 1983.
• 19. Kosko B., Isaka S.: „Logika rozmyta”. Świat Nauki - wrzesień (1993), s. 60.
• 20. Kozlov V.P.: „Osnovy intensifikacji svejnych processov. Legprombytiz-dat, Moskva 1988.
• 21. Krankenhagen HJ.: „Biologisch - technische Optimierung im Mensch - Maschine - System, dargestellt am Beispiel eines Schnellnähers”. Diss. Berlin 1975.
• 22. Krowatschek F., Moll P.: „Untersuchung des Anlauf - und Bremsverhaltens von Nähantrieben”. Bekleidung und Wäsche 7 (1967), S. 435.
• 23. Krowatschek F.: „Untersuchung von Einflußmöglichkeiten der Nähmaschinen - Nenndrehzal auf die Nähleistung in der Bekleidungsindustrie”. Bekleidung und Wäsche 7, 9, 10 (1971), S. 448, S. 667, S. 746.
• 24. Krowatschek F., Nestler R.: „Bessere Nahtqualität durch Langsamnähen”. Bekleidung/Wear 11 (1994), S. 25.
• 25. Krowatschek F., Nestler R.: „Besserer Nähguttransport durch Langsamnähen”. Bekleidung/Wear 14 (1994), S. 37.
• 26. Krowatschek F., Nestler R: „Bessere Nähgutfuhrung durch Langsamnähen”. Bekleidung/Wear 17 (1994), S. 13.
• 27. Lohmann G.: „Über die Berechnung von Prozeßzeiten bei Nähmaschinen”. Bekleidung und Wäsche 11 (1987), S. 15.
• 28. Lopandin J., Hoth J.: „Untersuchung des Systems Stoffschiber-Stoffdrücker in Industrienähmaschinen”. Bekleidung + Wäsche (1974), S. 1073.
• 29. Mende S.: „Untersuchung des Zusammenwirkens von Transporteur - Nähfuß -Stichplatte bei Industrienähmaschinen”.Textiltechnik (1982), N. 5, S. 291.
• 30. Morawski J.: „Procesy adaptacji człowieka operatora w zadaniach sterowania”. Praca doktorska. Politechnika Warszawska 1965.
• 31. Mosiński E.: „Rechnerische Untersuchungen über den Einfluß des Betriebsverhaltens und der Bedienungsweise von Nähanbetrieben auf die Nähleistung”. Bekleidung und Wäsche 8 (1967), S. 519.
• 32. Möller W.: „Realistische Prozeßzeiten für das Maschinennähen”. Bekleidungstechnik 17 (1986), S. 30.
• 33. Mynarski S.: „Elementy teorii systemowi cybernetyki”. PWN, Warszawa 1981.
• 34. Olszewski M.: „Manipulatory i roboty przemysłowe”. WNT, Warszawa 1992.
• 35. Oppelt W., Vossius G.: „Der Mensch als Regler. Eine Sammlung von Aufsätzen”. VEB Verlag Technik, Berlin (1970).
• 36. Orlovskij B.V.: „Osnovy upravleniä processom šita na švejnoj mašinie. IVUZ TLP (1983), n. 3, s. 129.
• 37. Rauch B., Taubner D.: „Der Nähanalysator - ein Gerät für WAO und Technologie in der Konfektionsindustrie”. Textiltechnik 8 (1982), S. 500.
• 38. Reinheimer P.: „Schwingungs - und Geräuschreduzierung an Industrienähmaschinen”. B+W (1989), 18, S. 30; 23, S. 57.
• 39. Rogale D.: „Garment sewing processing parameters”. International Journal of Clothing Science and Technology (1995), Vol. 7, No. 2/3, p. 56.
• 40. Rybicki M.: „Möglichkeiten des Formens von Nähgut zur Erzielung einfach gefalteter Schnitteilgeometrien”. Bekleidung und Maschenware 29 (1990), S. 14.
• 41. Rybicki M.: „Koncepcja graficznego zapisu struktury odzieży oraz dyspozycji produkcyjnych”. Odzież (1990), nr 5, s. 117.
• 42. Rybicki M.: „Warunki transportowania układu guma - płaski materiał odzieżowy w maszynie szyjącej”. Odzież (1991), nr 2.
• 43. Rybicki M.: „Metoda sieciowa w projektowaniu odzieży zawierających powierzchnie nieoporowe”. Odzież (1994), nr 6, s. 132.
• 44. Rybicki M., Naze T.: „Skuteczność działania układu transportowego w maszynie nowej generacji do montażu rękawów Pfaff 3834-3/11”. Odzież (1995), nr 5.
• 45. Rybicki M.: „Sprawność technologiczna układu operator - stębnówka z logicznym układem wspomagającym”. Referat wygłoszony w ramach Międzynarodowej Konferencji IMTEX ‘95, Łódź, 22-23 maja 1995 r.
• 46. Rybicki M.: „Ocena przydatności układu logicznego stębnówki w procesie realizacji zadania o długości programowanej”. Odzież (1997), nr 4.
• 47. Rybicki M.: „Możliwości racjonalizacji łańcucha działania w procesie szycia maszynowego”. Materiały I Konferencji Naukowej Wydziału Włókienniczego PŁ. Łódź (1998).
• 48. Rybicki M.: „Graniczna sprawność eksploatacyjna maszyn szyjących o otwartym cyklu technologicznym”. Materiały III Konferencji Naukowej Wydziału Włókienniczego PŁ. Łódź 2000.
• 49. Rybicki M.: „A Concept for Identifying and Describing Apparel Structure”. Fibres & Textiles in Eastern Europe, January / March 2004, Vol. 12, No. 1 (45), p. 53-57.
• 50. Rybicki M., Jaros K: „Conditions of Displacement of a textile in a Sewing Machine with a Puller”. Międzynarodowa Konferencja ArchTex. Łódź (2003).
• 51. Rybicki M., Kwiatkowska K., Kuzański M.: „Efficiency of lockstitch machine transporter in the aiding system of SRP”. 12’ International Conference Strutex. Liberec (2005).
• 52. Rybicki M., Krasowska R.: „Maszyny szyjące nowej generacji w procesach konfekcjonowania tekstyliów”. Spektrum (2006), nr 1.
• 53. Rybicki M.: „Technique of controlling the drive of lockstitch machine and the efficiency of the system operator-machine”. 13th International Conference Strutex, November, 325-332 , Liberec (2006).
• 54. Rybicki M., Więźlak W.: „Untersuchungen über den Zusammenhang zwischen Nadel und Transport während des Nähvorganges”. Textiltechnik (1980), N 10, S. 641.
• 55. Rybicki M.: „Graph of configuration of the sewing machine tachogram process and its modelling”. 6th International Conference TEXSCI2007, June 5-7, 171-172, Liberec (2007).
• 56. Rybicki M., Leśnikowski J., Zięba J.: „Napęd pozycyjny maszyny szyjącej z zadajnikiem prędkościowym”. Napędy i Sterowanie (2009), 11, s. 38-41.
• 57. Scheres-Koch I.: „Optymalizacja uzyskiwania wydajności”. Materiały seminariów prowadzonych przez Fachhochschule Niederrhein (Mönchengladbach) w latach 1996-97 na zlecenie firmy BIANKA POLSKA.
• 58. Solinger J.: Apparel Manufacturing Handbook (analysis, principles and practice). Columbia, Bobbin Media Corp. 1986, p. 427.
• 59. SRP - das intelligente transportsystem von Pfaff, DNZ, 6 (2001).
• 60. Szosland A.: „Badania symulacyjne modelu kierowcy jako elementu systemu kierowca - pojazd - droga”. Rozprawa doktorska. Wyd. Politechniki Łódzkiej, Łódź 1980.
• 61. Szczepaniak C: „Podstawy modelowania systemu człowiek - pojazd - otoczenie”. Wyd. PWN. Warszawa 1999.
• 62. „The story of (TC)2: Apparel automation research”. Apparel International, March (1987).
• 63. Więźlak W.: „Maszyny szyjące - zmechanizowane narzędzie czy robot”. Referat wygłoszony na Konferencji SWP, Łódź 1996.
• 64. Więźlak W.: „Möglichkeiten zum Bestimmen des Wirkungsgrades von Industrienähmaschinen”. Bekleidung und Maschenware 15 (1976), S. 152.
• 65. Więźlak W.: „Technologia odzieży - bariery wzrostu”. Referat wygłoszony na Konferencji SWP „Technika i technologia w konfekcjonowaniu odzieży”, Łódź, 7 kwietnia 1994 r.
• 66. Więźlak W., Kobza W.: „Nutzung von Netzmodellen. Vom Faltenwurf zum Schnitteil”. Bekleidung 2 (1994).
• 67. Więźlak W., Kobza W.: „Gestaltung von Schnitteilkonturen. Problemlösung und Experimente”. Bekleidung 4 (1994).
• 68. Więźlak W. i inni: „Odzież. Budowa, własności, produkcja”. Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - PIB. Radom 2009.
• 69. Zak I.S.: „Avtomatizacâ processov sborki švejnych izdelij. Legkâ Industriâ, Moskva 1974.
• 70. Zak I.S.: „Kompleksnaâ mechanizaca sborki švejnych izdelij. Legkaâ i piševaâ promyšlennost, Moskva 1982.
• 71. Zięba J.: „Zautomatyzowany napęd maszyny szyjącej z silnikiem synchronicznym”. Przegląd Włókienniczy (1996), nr 11.
• 72. Zięba J.: „The positional drive the sewing machine with a synchronous motor”. Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej, Włókiennictwo (1996), zeszyt 56.
• 73. Zięba J., Leśnikowski J., Rybicki M.: „Programmable control of servo-drive in the sewing machine”. 6th International Conference TEXSCI 2007, June 5-7, 217-218, Liberec (2007).