Московский Государственный университет печати Кафедра Инновационных технологий и

Московский Государственный университет печати Кафедра «Инновационных технологий и управления» Основы производственных процессов ВВЕДЕНИЕ В КРИТЕРИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ УПАКОВЫВАНИЯ С ИХ ГРАФИЧЕСКОЙ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИЕЙ

В настоящее время нет методики анализа и оценки процессов упаковывания. Метод оценок затрудняется тем, что процессы, выполняемые машинами разнокалиберны, т. е. наблюдается их большое разнообразие в пределах одного класса. Оцениваются процессы и выполняющие их машины по данным технической характеристики, эстетичности, эргономичности и просто по авторитету фирмы изготовителя. Все это говорит о том, что такие технические характеристики машин и процессов оперируют разнокалиберными данными: метры, метры в квадрате, метры в кубе, килограммы в час, литры в минуту и др.

Разрешается данное противоречие созданием безразмерных показателей (обобщенных), которые учитывают различные погрешности и возмущающие факторы процесса. Такие показатели мы назовем критериями синтеза. При оценке процессов одновременно используют так называемые критериальные индексы, их использование значительно упрощает процесс анализа и оптимизации. Каждый из них соответствует своему критерию.

Критериальный анализ использует такие формы графической и математической модификации: 1. Форма граф - системы (диагностика и анализ) 2. Функциональная схема процесса упаковывания 3. Пространственно-временная модель 4. Кодовая схема процесса 5. Математическая модель процесса

Диагностика процессов упаковывания, как было сказано ранее, позволяет выявить его недостатки, в крайнем случае, по номограмме целостности показать пути развития. Установить причину выявленных недостатков, нейтрализовать их, провести оптимизацию позволяет критериальный анализ. Основным «инструментом» анализа служит критерий синтеза ki. Критерии синтеза несут в себе 2 функции: анализа (оценки) и синтеза. В данном разделе мы рассмотрим оценочную функцию

Рассматриваемые критерии учитывают те или иные недостатки процесса по названию конкретного критерия. Числовые значения критерия подсчитываются по так называемым алгоритмам синтеза. Алгоритм синтеза по критериям – это логическое построения из ряда конструктивных и технологических параметров в виде формулы, при решении которой получают безразмерное число Ai , представляющее собой сумму недостатков или погрешностей процесса.

Вполне естественно, что оптимальным значением величины А будет ноль. Для удобства пользования критериями в процессе исследования графических построений предлагается использовать критериальные индексы : kc → с; kц → ц; kn → n; kд → д Критерии классифицируются на 3 группы: 1. Общие критерии ki 2. Классификационные критерии 3. Отраслевые критерии

I. Общие критерии относятся к любому технологическому процессу любой отрасли промышленности, в независимости от их классификационной принадлежности. Некоторые критерии характеризуют траектории центров масс объектов обработки: 1. Критерий сложности kc учитывает характер плавной траектории центров масс объектов обработки, отличающейся от прямой (сложность траектории, их скругление, волнистость и др. ). Критериальный индекс – с.

3. Критерий динамичности kд учитывает резкие изменения траектории под разными углами, фактически учитывает ударные нагрузки, при остановке объекта. Критериальный индекс – д. 4. Критерий цикла kц учитывает характер траектории во времени (непрерывный или цикловой). Критериальный индекс – ц. 5. А также к общим критериям относится критерий операционности kn, учитывающий количество и качество выполняемых операций технологического процесса. Критериальный индекс – n.

II. Классификационные критерии учитывают какую–то часть процесса, относящуюся к определенному классу. Например, дозирование, группирование, формирование тары, дозы.

1. Классификационный критерий точности дозирования - Критериальный индекс – т. д. 2. Классификационный критерий точности формирования тары - Критериальный индекс – т. ф. 3. Классификационный критерий эффективности передачи - Критериальный индекс – э. п. и другие. Классификационные критерии специально разрабатываются и экспериментально проверяются группой исследователей.

III. Отраслевые критерии характерны для машин и выполняемых ими процессов любых классов, но применительно к одной определенной отрасли, например отрасли где применяется упаковка (печать, пищевая и химическая промышленность); количество отраслевых критериев зависит от требований отрасли.

1. Отраслевой критерий товарного вида тары. Критериальный индекс – твт 2. Отраслевой критерий товарного вида продукта. Критериальный индекс – твп и другие.

В соответствии с алгоритмами синтеза проводятся следующие алгоритмические построения по критериям синтеза: Критерий цикла учитывает качество течения процесса по времени (непрерывный или цикловой).

Критерий цикла учитывает качество течения процесса по времени (непрерывный или цикловой). Данная формула – штучная производительность процесса упаковывания размерности [упаковка в секунду] - характеризует собой повторяемость цикла в единицу времени. На производстве принята размерность

- это общее время цикла, которое складывается из времени холостого хода и времени рабочего хода рабочих органов: Как видно из предыдущего, за основу критерия цикла взято время холостого хода . Так как холостой ход – это погрешность, то наша задача снижать его. Оптимальный вариант, когда

Принципиальная схема объемного дозатора

Теоретически и экспериментально доказано, что на точность дозирования влияет форма мерной емкости при чем, чем больше высота мерной емкости по отношению к диаметру, тем точность дозы в ней выше. Оптимальная форма мерной емкости с высокой точностью мерной дозы превращается в трубку с внутренним диаметром близким к среднему диаметру гранулы. Оптимальное значение по критерию точности дозы:

На производстве, в торговле и др. для определения точности дозирования или подтверждения экспериментальных данных по критериям используют погрешность дозирования массы дозы Δm и точность дозирования δ (%). Погрешность дозирования:

Точность дозирования - это отношение погрешности массы дозы к оптимальной массе дозы, умноженное на 100%:

Критерий эффективности передачи В современных емкостных дозаторах мерные емкости расположены на дисках на равном расстоянии друг от друга по концентрическим окружностям. В результате того, что готовая отмеренная масса дозы начинает высыпаться из мерной емкости во время вращения дисков она под действием силы тяжести попадает в неподвижную тару, передающий канал имеет сложную конфигурацию. В результате вышесказанного процесс передачи готовой отмеренной дозы в тару - сложный процесс, сопровождающийся многими возмущающими факторами. Оценить этот процесс можно с помощью критерия эффективности передачи .

где fвых – выходное сечение канала, передающего отмеренную дозу; fвх – сечение входа передающего канала.

Метод критериального анализа Теория критериального анализа и синтеза процессов учитывает так называемые «возмущающие факторы» процесса, его недостатки и погрешности, к которым можно отнести стук, вибрацию, удары, толчки, пульсацию, сложность процесса, иногда осуществляемого по сложным пространственным траекториям центров масс объектов обработки, нарушение товарного вида изделий и многое другое. Это можно функционально классифицировать и реализовать в виде специальных критериев синтеза Кj, и соответствующих им «критериальных индексов» j (с, д, ц, n, тд, эп). Рис. 2. Функциональная схема объемного стаканчикового дозатора 26

Критериальные индексы Общие критерии 1) с – сложности элементов траекторий центров масс объектов дозирования (гранул продукта массой mi) во времени. Сложностью элемента траектории принято обозначать любую плавную линию, отличную от прямой. Подсчет количества сложных элементов траекторий ведется по формуле: с = ∑ сj , со = 0 при ∑ сj = 0 2) д – динамичность элементов траекторий центров масс объектов дозирования (гранул продукта массой mi) во времени. Здесь учитываются элементы траекторий с резкими изменениями их направления под любым углом. Подсчет числовых значений элементов динамичности траекторий ведется по формуле: д=∑дj, до = 0 при ∑ д j = 0 27

Общие критерии 3) ц – характеризует непрерывность или цикличность всего процесса фасования (п/с 1. 1. , 1. 2. 1. 3. , 2. 1. , 2. 2. , 3. 1. , 3. 2. ), соотносящегося с циклом машины, и учитывает время холостого хода tx из всего времени цикла машины. Подсчет числовых значений цикличности ведется по формуле: ц = tx (с-1) , цо = 0 при tx = 0, где цо - оптимальное числовое значение данного критериального индекса. 4) n – учитывает количество технологических операций, выполняемых процессом дозирования. Для определения его числового значения ведется простой подсчет количества выполняемых технологических операций: n = ∑ nj - n min , где nj – текущее значение выполняемых технологических операций; n min – минимально возможное число выполняемых технологических операций. nо = 0 при nj = n min , где nо - оптимальное числовое значение данного критериального индекса. 28

Классификационные критерии 5) тд – косвенным образом характеризует точность отмериваемых доз продукта. тд = , где D и d – внутренний диаметр мерной емкости и средний диаметр гранулы продукта соответственно; V – объем мерной емкости. тдо = 0 при D ≈ d, где тдо - оптимальное числовое значение данного критериального индекса, обеспечивает повышенную точность отмериваемых доз. 6) эп - косвенным образом характеризует скорость перемещения гранул продукта из мерной емкости в тару (стик-пакеты). Подсчет числового значения ведется по формуле, выведенной проф. Панишевым В. Г. : эп = , где fвых – площадь поперечного сечения выхода дозы продукта из передающего канала; fвх – площадь поперечного сечения входа дозы продукта в передающий канал. эпо = 0 при fвых = fвх, где эпо - оптимальное числовое значение данного критериального индекса. 29

Отраслевой критерий 7) твп – нарушение товарного вида продукта (гранул продукта массой mi) в процессе дозирования – нарушение формы гранул продукта, смятие гранул, слипание продукта, а так же царапины и нарушение целостности продукта. Подсчет количества нарушений товарного вида продукта ведется по формуле: твп = ∑ твпj , твпо = 0 при ∑ твпj = 0, где твпо – оптимальное числовое значение данного критериального индекса. При твпо отсутствует какое либо нарушение товарного вида продукта. 30

Числовые значения коэффициентов весомостей fi , соответствующие индексам j Таблица 3 с д ц n тд эп твп fc fд fц fn fтд fэп fтвп 0, 17 0, 14 0, 13 0, 20 0, 12 0, 13 0, 10 Коэффициенты весомости fi необходимы для определения значимости критериев и определения главного критерия (n). 31

Ранжирование ФУА с помощью метода критериального анализа 1. Исследование процессов образования (п/с 2. 2. )и передачи (п/с 2. 1. ) дозы продукта, осуществляемого в дисковом дозаторе с мерными телескопическими стаканами машины фирмы OMAG, Италия. Сводная таблица числовых значений индексов j и весовых коэффициентов fi для дискового дозатора машины фирмы OMAG с д ц n тд эп твп ∑j п/с 2. 2. 2 6 0, 141 5 0, 37 - 3 16, 51 п/с 2. 1. ∑ п/с 2. 2. и 2. 1. fi 2 3 0, 141 2 - 0, 18 3 10, 32 4 9 0, 141 7 0, 37 0, 18 6 26, 69 0, 17 0, 14 0, 13 0, 2 0, 13 0, 1 Рис. 3. Функциональная схема дискового дозатора с мерными телескопическими стаканами машины фирмы OMAG, Италия 32

2. Исследование процессов образования (п/с 2. 2. ) и передачи (п/с 2. 1. ) дозы продукта, осуществляемого в объемном дозаторе дискового (стаканчикового) типа (АР-И 3, «Инженер» ) Сводная таблица числовых значений критериев для дискового стаканчикового дозатора машины АР-И 3 фирмы «Инженер» с д ц n тд эп твп ∑j п/с 2. 2. 1 4 0, 51 - 3 12, 51 п/с 2. 1. 2 2 0 2 - 0, 05 3 9, 05 ∑ п/с 2. 2. и 2. 1. 3 6 0, 51 0, 05 6 21, 56 fi 0, 17 0, 14 0, 13 0, 20 0, 12 0, 13 0, 10 Рис. 4. Функциональная схема дискового дозатора с мерными телескопическими стаканами машины АР-И 3 фирмы «Инженер» 33

3. Исследование процессов образования (п/с 2. 2. ) и передачи (п/с 2. 1. ) дозы продукта, осуществляемого в объемном стаканчиковом дозаторе машины Бестром-202 Сводная таблица числовых значений индексов j и весовых коэффициентов fi для объемного стаканчикового дозатора машины Бестром-202 с д ц n тд эп твп ∑j п/с 2. 2. 5 8 0, 19 9 0, 67 - 3 25, 86 п/с 2. 1. 1 4 0, 19 3 - 0, 21 3 11, 4 ∑ п/с 2. 2. и 2. 1. 6 12 0, 19 12 0, 67 0, 21 6 37, 07 fi 0, 17 0, 14 0, 13 0, 20 0, 12 0, 13 0, 10 Рис. 5. Функциональная схема объемного стаканчикового дозатора машины Бестром-202 фирмы «Бестром» 34

Матрица решений – это таблица, в которой по горизонтали обозначены исследуемые процессы (П 1, П 2 и П 3), а по вертикали – критериальные индексы и весовые коэффициенты fi. Ее цель – выбор оптимальных вариантов процессов из исследуемых. Ас Ад Ац Аn Атд Аэп Атвп Процесс, Пj ∑ Аij*fi fc fц fn fтд fэп fтвп 4 П 1, машина ОМАГ CS фирмы OMAG fд 9 0, 141 7 0, 37 0, 18 6 4*0, 17 9*0, 141*0, 13 7*0, 2 0, 37*0, 12 0, 18*0, 13 6*0, 1 4, 03 0, 68 1, 26 0, 02 1, 40 0, 04 0, 02 0, 60 3 П 2, машина АР-И 3 фирмы «Инженер» 6 0, 51 0, 05 6 3*0, 17 6*0, 14 0*0, 13 6*0, 2 0, 51*0, 12 0, 05*0, 13 6*0, 1 21, 56 3, 22 0, 51 0, 84 0, 00 1, 20 0, 06 0, 01 0, 60 6 П 3, машина Бестром-202 фирмы «Бестром» 26, 69 12 0, 19 12 0, 67 0, 21 6 6*0, 17 12*0, 14 0, 19*0, 13 12*0, 2 0, 67*0, 12 0, 21*0, 13 6*0, 1 37, 07 5, 83 1, 02 1, 68 0, 02 2, 40 0, 08 0, 03 0, 60 35

В нашем случае оптимальным является процесс П 2, выполняемый объемным стаканчиковым дозатором машины АР-И 3 фирмы «Инженер» по обычному варианту расчета и по утонченному, т. е. с использованием весовых коэффициентов. Таким образом, программа запрашивает значения критериев для каждого процесса дозирования из Базы данных дозаторов со значениями критериев для п/c 2. 1 и п/с 2. 2, которые были ранее определены вручную для каждого автомата. Затем программа автоматически строит в памяти матрицу решений, с помощью которой определяет оптимальный процесс с минимальной взвешенной суммой числовых значений критериальных индексов (∑ Аij*fi = min). Итогом второго этапа работы программы является список из трех наиболее оптимальных фасовочно -упаковочных автоматов, расставленных в порядке возрастания их взвешенных сумм числовых значений критериальных индексов: 1. Машина АР-И 3 фирмы «Инженер» ∑ Аij*fi =3, 22; 2. Машина ОМАГ CS фирмы OMAG ∑ Аij*fi =4, 03; 3. Машина Бестром-202 фирмы «Бестром» ∑ Аij*fi =5, 83. Далее пользователь может связаться с поставщиками данного оборудования для получения дополнительной информации (наличие на складе, цена, условия поставки и т. д. ). 36