Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Трикотажные


Технологии/Трикотажные/Технология вязания: научная прививка против низкой эффективности

Технология вязания: научная прививка против низкой эффективности

15 июня 2000
Рынок легкой промышленности №3, 2000

Пинхасович Анатолий Вениаминович

 Технология вязания до 1585 г., когда Уильям  Ли изобрел первую трикотажную машину, относилась только к ручному вязанию с его простейшими инструментами: спицами или крючком. Вероятно, это и породило живучую иллюзию простоты самой технологии. Между тем, и спицы, и крючок -  только рабочие органы технологии,  а настоящим инструментом являются руки человека, обеспечивающие этим рабочим органам шесть степеней свободы, и человеческий мозг - «компьютерная» система управления. К тому времени, когда промышленное трикотажное производство, возникшее во второй половине XIX  века, вступило после первой мировой войны в пору своего интенсивного развития, промышленное ткацкое производство уже имело двухсотлетний опыт.  Этим отчасти можно объяснить отставание технологии вязания как науки от технологии ткачества. Однако если присмотреться,  причина этого отставания кроется еще и в том, что ключевой в технологии вязания процесс петлеобразования неизмеримо более сложен,  чем процесс ткачества, и до конца еще не изучен. Поэтому технология вязания до настоящего времени является дисциплиной описательной, развивается она по пути проб и ошибок, каждый шаг на котором требуется проверять в экспериментах.  Всякий раз, заходя в тупик, она расплачивается за то, что никакого маршрута предварительно составлено не было, иными словами, за отсутствие научного предсказания результатов.

Вот ближайший пример. Развитие кругловязальных машин долгое время предполагало увеличение числа петлеобразующих систем и скорости вязания с целью повышения их производительности. В результате  разработчики незаметно перешли границы допустимых условий процесса петлеобразования, - и вот новые, сверхпроизводительные машины вяжут трикотаж только из сверхпрочных нитей. Одежда, полученная в результате применения этой интенсивной и «избыточной» технологии, прямо скажем, не отличается универсальностью,  ее можно носить только по особым случаям или от большой нужды.  Погоня за скоростью вязания на круглочулочных машинах привела к тому, что угол наклона кулирного клина к отбойной кромке игольницы оказался меньше 10 градусов, а число игл, кулирующих новую петлю, больше 7. В результате операция кулирования протекает в условиях перетяжки нити при огромном натяжении. Нить истирается на 70... 80% еще в процессе производства, и ее остаточной прочности хватает... лишь на несколько часов потребления  чулок или колготок.

Только виртуозностью рекламы и безграмотностью покупательниц можно объяснить слепую веру в то, что женщина обязана носить в сумочке запасную пару колготок. Гигантское  производство (заводы синтетических нитей, заводы круглочулочных машин, чулочные фабрики, торговая сеть) фактически  работают на мусорную корзину.

В современном промышленном мире установилось определенное понятие технологии как последовательности операций, которые следует проделать над объектом переработки для получения заданного конечного продукта. Уровень развития технологии характеризуется степенью научной разработанности операций. Так, к примеру, технология обработки металлов резанием базируется на теории резания, позволяющей рассчитать режимы обработки, форму инструмента, конструкцию металлорежущих станков; по соответствующим  справочникам можно определить не только все параметры операций, но и необходимую квалификацию рабочих, стоимость их труда. Созданы заводы для производства универсальных и уникальных станков различного назначения, причем понятие «уникальный» относится к станку, отличающемуся от универсального только размерами или точностью, но не технологией обработки. Кроме того, накоплен богатый экспериментальный материал по объекту переработки - металлам и сплавам, их химический состав и физико-механические свойства внесены в марочники, справочники, стандарты и являются основой для теории резания.

Ничего похожего нет пока в технологии вязания. Текстильные и технические нити - объект переработки в технологии вязания - чрезвычайно сложны в плане научного исследования. Механика движения бесконечно тонкой нити в общем виде описывается 47 дифференциальными уравнениями Минакова (1941), интегрирование которых не выполнено до сих пор. В технологии вязания существенным фактором является толщина нити, но не создано даже общепринятой методики ее измерения, и этот параметр не контролируется. Еще более существенным фактором являются фрикционные свойства нити, которые подчиняются закону Амонтона лишь при сверхнизкой скорости скольжения и постоянной температуре на контакте трения (т.е.  в квазистатических условиях).  Исследованию фрикционных свойств нитей посвящено множество научных работ в нашей стране и за рубежом. В СССР защищены 12 кандидатских и 3 докторских диссертации, относящиеся в той или другой мере к данному вопросу, но его окончательное решение не найдено. Не существует теории вязания трикотажного полотна в том понимании, что теория должна обеспечить расчет нагрузок на нить и петлеобразующие органы трикотажной машины в процессе подачи нити к нитеводу, в процессе петлеобразования и в процессе оттяжки и отвода готового продукта от зоны вязания. Трудности экспериментального изучения этих процессов связаны, в первую очередь, с тем, что нить движется, и встроить в нее датчики натяжения и других силовых факторов практически невозможно. Широкий диапазон варьирования условий вязания - входного натяжения нити, глубины кулирования, силы оттяжки полотна, физической природы нити - затрудняет интерпретацию результатов эксперимента, если нет математического описания указанных процессов.

Более того, описание продукта вязания - трикотажного полотна - также далеко от научного подхода. Из технологии ткачества в технологию трикотажа перешел термин «переплетение». В отношении тканей он имеет прямой смысл: переплетение нитей основы и утка с заданным раппортом. Трикотажное полотно может быть связано из одной нити. В этом случае термин «переплетение» не может быть определен, вернее, он должен означать нечто совершенно иное, чем  в ткачестве. Число «переплетений» в этом ином значении в трикотажных полотнах бесконечно велико, и указанный термин теряет физический смысл. Непонимание этого привело к тому, что делаются попытки классификации трикотажных «переплетений», определения  условий их получения. Создаются трикотажные машины для вязания полотен заранее заданными «переплетениями». Дизайнеры трикотажных полотен, технологи-трикотажники посвящают массу времени и сил созданию рисунков на основе выбранных «переплетений». На самом деле каждое «переплетение» - есть трикотажное полотно с определенным чередованием образующих трикотаж элементов, «букв алфавита», т.е. представляет собой текст, который можно читать и, что самое важное, на котором можно писать новые «произведения», иными словами, проектировать новые трикотажные полотна.

Понятие «текст» открывает перспективу создания непрерывно и бесконечно пополняемой библиотеки трикотажных полотен, которая будет доступна каждому потребителю.

Описание трикотажного полотна в библиотеке должно содержать не только информацию о его структуре и способах вязания, но и расчеты размеров петель, натяжения нити в процессе петлеобразования, характеристику рабочих органов трикотажной машины. Тем самым инженер-технолог на трикотажном предприятии освобождается от  длительных экспериментов и сможет быстро осваивать новый ассортимент изделий.

Выдавая машиностроительному заводу  задание на новую трикотажную машину, технолог-трикотажник пользуется информацией о предполагаемом развитии моды и проспектами машин других машиностроительных предприятий, пытаясь угадать направление совершенствования этого вида оборудования. Из-за отсутствия надежного критерия это, как правило, усугубляет кризисную ситуацию в трикотажном машиностроении.  Стоящие перед необходимостью продавать свою продукцию,  машиностроители берут на себя функцию разработчиков технологии вязания, не имея для этого даже достаточной экспериментальной базы. В результате не только отсутствует унификация и стандартизация однотипных трикотажных машин, но не существует и само понятие универсальной трикотажной машины.

С точки зрения рынка трикотажное оборудование неоправданно дорого и технологически малоэффективно. В целом можно утверждать, что оно не является инструментом технологии вязания, процессы этой технологии отражаются в нем как в кривом зеркале. Не случайно ключевой фигурой на трикотажных предприятиях является не инженер-технолог, а наладчик трикотажных машин.

В 1960-е годы, с началом производства технических трикотажных полотен и изделий из стеклянных, асбестовых, металлических нитей, физико-механические свойства которых резко отличаются от свойств текстильных нитей, выявилась необходимость в математическом описании процесса вязания. При этом обычный для трикотажников спасительный аргумент: «эта нить не годится для переработки на трикотажных машинах» - заведомо исключался.   Такой подход поставил конструкторов, в числе которых был автор, в условия, когда именно технология вязания должна была диктовать им свои требования,  при этом машина превращалась в инструмент технологии.   Эта машина должна была обеспечить переработку в высококачественный продукт любой нити, которую можно намотать на бобину, а также изготовление широкой гаммы полотен и изделий, то есть она должна была быть универсальной по отношению как к перерабатываемому сырью, так и к продукту производства. «Уникальные» трикотажные машины могут отличаться от универсальных размерами (шириной зоны вязания), классом, специализацией на производстве одного вида продукции, имеющей неограниченный спрос (чулочно-носочные изделия, перчатки, бельевое трикотажное полотно). Однако их технические характеристики (скорость вязания, протяженность замковой системы, входное натяжение питающей нити и др.) должны совпадать с характеристиками универсальных машин.

Только создание научно обоснованной технологии вязания открывает путь к расчету такой универсальной трикотажной машины. Без участия этой теории новая трикотажная машина может, в опытном образце, в отличие, например, от токарного станка,  показать неработоспособность, а в процессе дальнейших «доводок» и испытаний выявить расхождение технологических возможностей с требованиями технического задания. Новый подход к проектированию трикотажной машины - через расчет ее параметров - исключает такого рода «ошибки», которые правильнее назвать платой за незнание технологии вязания. Разработанные автором математические модели технологии вязания не дадут инженеру-практику ничего, кроме стойкого предубеждения против научных методов исследования. Вместе с тем, относительно простое описание процессов технологии вязания в первом приближении позволяет обнаружить элементарные ошибки, сделанные вслепую, на основании «практического опыта». Таким образом, легко доказать, что сто лет развития трикотажного машиностроения по пути постоянного усложнения (и удорожания) машин есть путь в тупик.

Отказ от 90% сложнейших устройств и механизмов, используемых на современных машинах, и возврат (на новом уровне) к механизированным ручным машинам начала XX века не только не снизит, но существенно расширит технологические возможности оборудования.

Это позволяет поставить вопрос, насколько необходимо решение данной проблемы «во втором приближении»? Против этого говорят следующие соображения: 1) технология трикотажа, как более гибкая, постоянно отвоевывает позиции технологии ткачества; 2) развитие промышленности синтетических и искусственных нитей, создание сырья, приспособленного к переработке на трикотажных машинах в условиях высоких нагрузок на нить, позволяет нивелировать отсутствие точных знаний о процессе вязания; 3) можно преодолеть «тупиковые» направления и вернуться к ранее известным и хорошо зарекомендовавшим себя техническим решениям. Теперь рассмотрим аргументы «за»: 1) переработка вязанием жестких на изгиб технических нитей на современных трикотажных машинах встречает большие, часто непреодолимые трудности; 2) создание машин с экстремально высокой производительностью, обеспеченной повышением скорости вязания или количеством петлеобразующих систем сталкивается с ограничениями, которые накладывает технология вязания. Иными словами, решение поставленной проблемы «во втором приближении» необходимо для перехода границ, достигнутых при современном состоянии теории вязания.

Однако основным критерием в данном вопросе является экономический анализ. Новая теория вязания, разработанная в первом приближении, обеспечивает снижение нагрузок на нить в процессе петлеобразования в сотни раз. Это указывает на возможность работы трикотажных машин в безаварийном режиме: нити не разрушаются, вязальные иглы не ломаются. В результате можно не только увеличить зону обслуживания трикотажных машин, но в перспективе перейти на безлюдное круглосуточное производство, где функции оператора будут сведены к заправке машины нитями и съему наработанного продукта. Это заставляет выбрать наиболее экономичный, а не экстремальный режим ее работы. Таким образом, ответ на поставленный вопрос представляется скорее отрицательным, чем положительным. Направления дальнейшего развития теории безграничны, как в любой отрасли знания. Например, при анализе процесса петлеобразования использована простейшая модель идеально гибкой нерастяжимой нити, обладающей толщиной и фрикционными свойствами. Построение анализа на базе более сложных моделей нити - дело будущего. Возможно, потребуется ввести в рассмотрение и новые модели нити. Фрикционные свойства нити рассматриваются только в квазистационарных условиях, справедливых, вообще говоря, при скорости скольжения до 3 м/с и при комнатной температуре. На современных кругловязальных машинах скорость движения нити достигает 5... 25 м/с, и детали фонтур при работе машины нагреваются до 70°C. Следовательно, необходимо изучать фрикционные свойства нити в динамических условиях. Наконец, процесс петлеобразования рассмотрен при вязании трикотажного полотна «гладь». Вязание других полотен (ластичных, плюшевых, с прессовыми петлями, с футерной и уточной нитями, с перенесенными петлями) пока остается неизученным. Это - перспектива недалекого будущего.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ