ОПТИМИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЛИНИЙ ШВЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы оптимизации и моделирования технологических процессов в швейной промышленности с целью повышения эффективности производства. Особое внимание уделяется проектированию автоматизированных линий с использованием швейных автоматов с числовым программным управлением (ЧПУ). Представлены методы расчета производственной мощности, планирования загрузки оборудования и распределения операторов. Описаны геометрические и эргономические аспекты проектирования рабочих мест, а также интеграция систем управления и мониторинга. Применение цифровых технологий и математического моделирования позволяет повысить производительность, снизить издержки и улучшить качество продукции.

ABSTRACT

The article addresses the optimization and modeling of technological processes in the sewing industry to enhance production efficiency. Special attention is given to the design of automated lines using sewing machines with numerical control (CNC). The paper presents methods for calculating production capacity, planning equipment workload, and distributing operator tasks. It also describes the geometric and ergonomic aspects of workstation design, as well as the integration of control and monitoring systems. The application of digital technologies and mathematical modeling enables increased productivity, reduced costs, and improved product quality.

Ключевые слова: Швейное производство, автоматизация технологических процессов, автоматизированные линии, автоматы числового программного управления, оператор автоматизированной линии, рабочая зона.

Keywords: Sewing production, automation of technological processes, automated lines, numerically controlled machines, automated line operator, working area.

Введение. Автоматизация технологических процессов в швейной промышленности играет ключевую роль в повышении производительности и снижении затрат. Современное швейное производство требует высокой степени автоматизации для повышения эффективности и снижения издержек. Одним из важнейших аспектов является проектирование автоматизированных производственных линий, которое требует учета множества факторов: скорости, точности, стоимости, ресурсоемкости и других. Для решения этих задач эффективно используются методы оптимизации и моделирования [1,2].

Автоматизация технологических процессов с использованием автоматов с числовым программным управлением (ЧПУ) в швейной промышленности становится неотъемлемой частью развития отрасли в условиях цифровизации. Внедрение таких систем способствует значительному повышению производительности, улучшению качества продукции и снижению затрат.

В условиях цифровизации швейное производство сталкивается с необходимостью адаптации к новым требованиям, связанным с быстро меняющимися потребностями рынка и технологиями. Современные технологии позволяют интегрировать различные этапы производственного процесса — от раскроя ткани до упаковки готовой продукции — в единую систему, что дает возможность эффективно управлять всеми процессами на основе данных и анализа.

Оптимизация размещения швейных автоматов с числовым программным управлением (ЧПУ) и планирование производственного процесса швейного цеха играют важную роль в повышении эффективности, сокращении издержек и улучшении качества продукции. Эти процессы направлены на улучшение использования производственного пространства, уменьшение времени простоя оборудования и повышение общего производственного потока.

Методология исследования. Планирование производственного процесса на швейном предприятии включает в себя создание четкой и эффективной схемы работы, которая позволит снизить затраты, оптимизировать использование ресурсов и повысить производительность. Основными этапами планирования являются:

1. Определение производственной мощности. Необходимо рассчитать максимальную производственную мощность цеха с учетом текущих ресурсов и автоматизированных систем. Для этого важно учитывать не только количество автоматов, но и их производительность, особенности планируемых изделий, а также возможности технического обслуживания.

2. Распределение работы между операторами и автоматами. Планирование должно включать распределение задач между операторами и автоматами с ЧПУ. Операторы должны быть обучены эффективно взаимодействовать с машинами, а также быть в состоянии перенастроить их под различные типы изделий. Важно также учитывать опыт операторов и их загрузку.

3. Оптимизация загрузки оборудования. Каждого автомата следует загружать с учетом ее производительности и возможности работы с несколькими видами моделей изделий. Важно предотвратить ситуации, когда оборудование простаивает из-за несоответствия заказов и доступных производственных мощностей.

4. Прогнозирование и управление запасами. На этапе планирования следует учитывать потребности в материалах (ткани, нитки, фурнитура и т.д.), а также создать систему для своевременной закупки и доставки необходимых материалов. Это поможет избежать остановок в процессе из-за нехватки материалов.

5. Гибкость производства. В условиях изменения спроса или изменения ассортимента важно внедрить систему, которая позволит оперативно адаптировать производственные линии под новые требования. Для этого используются гибкие системы управления производственными процессами например, с использованием MES — Manufacturing Execution Systems.

6. Контроль качества и мониторинг. Важно предусмотреть механизмы для контроля качества на каждом этапе производства. Внедрение автоматических систем для контроля качества, а также системы мониторинга для проверки состояния машин и операторов поможет оперативно реагировать на возможные отклонения от нормы [3,4,5].

1. Оптимизация размещения автоматов и планирования производственного процесса. Для обеспечения высокой эффективности работы автоматизированной линии необходимо учитывать следующие параметры:

• Q - Производительность автоматов программного управления — количество изделий, обрабатываемых за единицу времени, штук.
• L, W, H - Геометрические параметры: габаритные размеры автоматов — длина, ширина и высота каждого автомата, метр.
• S_oper. - Рабочая зона оператора — площадь, необходимая оператору для управления автоматами, метр квадрат - м².
• N_oper.- Количество автоматов на одного оператора— определяется исходя из возможностей управления (2 или 3 автомата на оператора), штук.

Оптимальное количество автоматов на производственной линии можно определить как:

                                                                    (1)

Здесь:

N_total — общее количество автоматов в цехе, штук.

S_total — доступная площадь цеха, м².

S_automat — площадь, занимаемая одним автоматом, м².

2. Производительность линии и расчет времени обработки. Общий объем продукции, обрабатываемой автоматизированной линией, можно определить через выражение:

Q_line= N_total × Q_automat                                                                          (2)

Здесь: Q_automat — производительность одного автомата, шт.

Время выполнения операции на одном автомате. Обычно в технологических параметрах автоматов с программным управлением указывается производительность за 480 минут (это длительность одной смены — 28 800 секунд). При необходимости можно рассчитать затраты времени на обработку одной детали швейного изделия:

T= R/ Q_automat                                                                                (3)

Здесь:

 R - длительность 1 смены, сек.

При этом необходимо учитывать потери времени на наладку, обслуживание и перемещение изделий между автоматами:

T_real=T_op+T_setup+T_transport                                                                     (4)

3. Геометрические параметры и их влияние на планировку автоматизированных линий. Геометрические характеристики автоматов непосредственно влияют на расстановку оборудования. Минимальные расстояния между автоматами (D_min.) обеспечивают удобство обслуживания и безопасность:

D_min ≥ W + S_safe                                                                                      (5)

где S_safe— зона безопасности вокруг автомата с числовым программным управлением, м².

Площадь, занимаемая всей линией, определяется как:

S_line=N_total  ×  (L + D_min) × W                                                          (6)

Здесь:

 L — длина основного стола автомата, метр.

W — ширина основного стола автомата, метр.

4. Расчет количества операторов и распределение нагрузки. Количество операторов определяется исходя из возможностей управления несколькими автоматами:

                                                                   (7)

Где: N_{auto/oper.—} количество автоматов, которыми может управлять один оператор.

Общий коэффициент загрузки оператора определяется как:

                                                          (8)

где T_shift — продолжительность рабочей смены.

Проектирование рабочего места оператора автомата с числовым программным управлением (ЧПУ) в швейной промышленности является важной задачей для обеспечения высокой производительности, эргономичности и безопасности [6,7,8]. При проектировании рабочего места необходимо учитывать геометрические параметры автомата, специфику движения полуфабрикатов по технологической цепочке, а также комфорт и эффективность работы оператора (Рисунок 1).

Рисунок 1. Варианты проектирования рабочего место оператора для загрузки двух автоматов с числовым программным управлением LBH-1796 A и 743-12-01/-221-01 фирмы «Durkopp Adler»

5. Оптимизация времени производственного цикла. Время производственного цикла может быть представлено как сумма времени операций: T_total=∑_i=1nT_i где T_i — время i-ой операции, n — общее количество операций.

6. Целевая функция для оптимизации. Целевая функция может быть сформулирована как минимизация затрат или максимизация прибыли: Max Z=∑j=1m (Rj−Cj)⋅xj где Z — общая прибыль, Rj — доход от j-го продукта, Cj​ — затраты на j-й продукт, xj — количество j-го продукта.

По результатам исследований основными этапами проектирования рабочего места оператора автоматов с числовым программным управлением являются следующие: 

• Учет геометрических параметров автомата:

1. Габаритные размеры оборудования и дополнительного стола: Рабочее место оператора должно быть спроектировано таким образом, чтобы оператор мог удобно управлять автоматом с ЧПУ. Это включает в себя точное расположение автомата относительно рабочего места, так чтобы оператору не приходилось слишком сильно наклоняться или тянуться, что может вызвать усталость или даже травмы.

2. Расположение дисплеев и панелей управления: Важно, чтобы экраны и панели управления находились на комфортной высоте и в поле зрения оператора. Это позволяет оператору быстро и точно реагировать на изменения в процессе производства. При этом панели управления должны быть оснащены кнопками, джойстиками или сенсорными экранами для удобства и скорости настройки функций. 3. Доступность для технического обслуживания: Рабочее место должно быть спроектировано с учетом доступа к ключевым частям автомата для обслуживания и настройки. Оператор должен иметь возможность проводить быструю диагностику, не нарушая технологический процесс.

• Расположение рабочего пространства и движения оператора:  

1. Зонирование рабочего места: Рабочее место должно быть организовано таким образом, чтобы оператор мог легко перемещаться между различными зонами работы. Это включает в себя зону управления, место для установки или снятия заготовок, а также пространство для проведения промежуточных операций (например, проверка качества или настройка). 2. Движение полуфабрикатов: Нужно организовать движение полуфабрикатов таким образом, чтобы они перемещались по технологической цепочке с минимальными усилиями и затратами времени. Это включает в себя обеспечение плавного перехода полуфабрикатов от одной операции к другой, избегая лишних манипуляций со стороны оператора. Могут использоваться конвейерные ленты, системы подъема и транспортировки материалов.

• Интеграция с технологической цепочкой:

1. Системы управления и мониторинга: Рабочее место должно быть оснащено интегрированными системами для мониторинга всего производственного процесса. Это может включать в себя системы SCADA, которые позволяют оператору видеть полную картину происходящего на линии, а также получать информацию о текущем статусе каждого автомата в реальном времени. 2. Интерфейсы и обучение: Рабочее место должно иметь интуитивно понятные интерфейсы, с которыми легко взаимодействовать даже в условиях быстрого рабочего процесса. Также важно обеспечить доступ к обучающим материалам или системам для повышения квалификации оператора, например, через встроенные обучающие модули в интерфейсе автомата ЧПУ [9,10].

Заключение. Оптимизация технологических процессов включает в себя анализ временных затрат на выполнение операций, балансировку загрузки рабочих мест и внедрение современных методов автоматизации. Использование специализированного программного обеспечения для моделирования рабочих процессов позволяет заранее выявлять узкие места и находить пути их устранения. Кроме того, автоматизированные линии в швейном производстве обеспечивают более высокую точность и стабильность качества продукции. Интеллектуальные системы управления, основанные на анализе данных в реальном времени, позволяют оперативно реагировать на отклонения и корректировать параметры производства.

Важным аспектом является интеграция автоматизированных комплексов, что снижает влияние человеческого фактора и повышает безопасность труда. Оптимизация логистики внутри швейного цеха, правильное размещение оборудования и использование эргономичных рабочих мест также способствуют росту эффективности производства. Таким образом, моделирование и автоматизация технологических процессов в швейном производстве являются ключевыми факторами повышения конкурентоспособности предприятий, снижения себестоимости продукции и улучшения условий труда операторов. Оптимизация и моделирование технологических процессов при разработке автоматизированных линий в швейном производстве позволяет повысить производительность, рационально использовать площадь цеха и оптимизировать рабочую нагрузку операторов. Применение математических моделей позволяет минимизировать издержки и обеспечить эффективное управление производственными процессами. 

Список литературы:

1. Зубов Н.Н., Титов В.А. Моделирование и оптимизация технологических процессов. Учебное пособие. Издательство: СПГУСЭ. 2009.
2. В.Е. Мурыгин, Н.В. Мурашова, З.В. Прошутинская. Московский государственный университет дизайна и технологии. Моделирование и оптимизация технологических процессов. Швейное производство: Учебное пособие для студентов ВУЗов, 2003.
3. Понамарев В.Б., Лошкарев А.Б. Математическое моделирование технологических процессов. Екатеринбург. 2006.
4. Мурыгин В.Е., Чаленко Е.А. Основы функционирования технологических процессов швейного производства: Учебное пособие для ВУЗов и СУЗов. Спутник, 2001.
5. Kabilova D.S., Bazarbayeva G.G. To the level of technological complexity of the model analyze the effect of complicating elements. Annals of forest research. Romania. 2022.
6. Кулиева, Ш. Х. Проблемы автоматизации швейного производства / Ш. Х. Кулиева.  Молодой ученый.  2016.  № 7 (111). С. 97-99. URL: https://moluch.ru/archive/111/27694/.
7. Мезенцева, Т. В. Анализ современного оборудования и тенденции комплексной автоматизации швейного производства / Т. В. Мезенцева, Н. П. Ширчков. Т. 9.  № 2. 2024. 
8. Алексеенко И. В. Новый подход к автоматизации проектирования технологической последовательности II В мире оборудования. 2002. № 1. С. 11.
9. Алексеенко И. В. Разработка информационного обеспечения для автоматизации технологической подготовки производства швейных предприятий. ОГИС. Вестник. 2003.
10. П.И. Кузьмин, И.К. Мищенко, М.Е. Ощепков. Использование имитационного моделирования для повышения эффективности швейного производства. Известие. №1. АлтГУ. 2020.
11. .Suvanova, F., Qobilova, N., & Tuxtamishova, G. (2023). Improvement of solvent recovery technology in oil extraction production. Science and innovation, 2(A1), 209-212.
12. Саттаров, К. К., Тухтамишева, Г. К., & Нуриддинов, Б. Р. (2021). Совершенствование технологии получения муки из зерна пшеницы. Образование и право, (7), 236-241.
13. Tukhtаmishеv, S., Xudаybеrdiyеv, R., & Tukhtаmishоvа, G. (2023). Mеchаnizеd аppаrаtus fоr cutting mеlоn fruit intо    аnnulаr slicеs. Science and innovation, 2(A1), 252-255.
14. Tukhtamishova, G. K., & KA, S. (2024). Biological importance of milk protein components in the organization of rational Nutrition of the population of our republic. Новости образования: исследование в XXI веке, 2(21), 97-101.
15. Tukhtamishova, G. K., & Samatova, M. U. (2024). Studying the Influence of casein on quality indicators and technological characteristics. Arxitektura, muhandislik va zamonaviy texnologiyalar jurnali, 3(2), 1-4.
16. Khamdamov, M. B., Tukhtamishova, G. Q., & Ganijonov, D. I. (2023). Influence of the degree of grain damage by the bug turtle on its bakery properties.
17. Tukhtamishova, G. K., & Samariddinova, D. U. (2024). Improving Technologic process in producing flour from wheat Grains demaged from tortoisable tick. Новости образования: исследование в XXI веке, 3(25), 50-52.
18. Tukhtamisheva, G. K., Sattarov, K. K., & Nuriddinov, B. R. (2023, June). Post-harvest processing of wheat grain. In American Institute of Physics Conference Series (Vol. 2789, No. 1, p. 030009).
19. Тухтамишова, Г. К., Уктамов, Ш. Б., & Саттаров, К. К. (2018). Исследование технологически значимых показателей зерна пшеницы, выращиваемой в Узбекистане. In Вестник научных конференций (No. 3-4, pp. 154-157). ООО Консалтинговая компания Юком.
20. Tukhtamishova, G. K., & Shomirzaeva, M. G. (2024). Analysis of the real quality of components in the production of compound feed from grains. Scholar, 2(4), 10-15.