Математическая модель представления и алгоритмы формирования выкроек плечевой одежды для САПР швейного производства

Актуальность проблемы.

Исследование технологического процесса пошива одежды на предприятиях и в частных ателье показывает, что многие из этапов зависят от быстроты и качества построения выкройки. В свою — очередь, этап конструирования выкройки опирается на опыт закройщика-конструктора и его квалификацию. Стоимость высоко квалифицированных кадров и качественных материалов приводит к тому, что частные ателье и предприятия в сфере швейной промышленности становится убыточными. Использование специализированных САПР позволило бы повысить рентабельность швейного производства с малыми объемами. В настоящее время наиболее известными из таких специализированных систем являются программные комплексы «Грация» и «Автокрой». Так же существуют системы, в которых автоматизируется не только процесс создания выкройки швейного изделия, но и примерки. Частные ателье, мелкие и даже средние предприятия" не могут позволить себе приобретение лицензионных версий этих систем.

Большие специализированные системы автоматизированного проектирования, кроме высокой стоимости, имеют еще ряд недостатков. Они опираются на стандартные размеры и не учитывают индивидуальные особенности, что недопустимо в условиях индивидуального пошива. При конструировании выкройки используются методы, которые затрудняют интерактивное внесение изменений. Математические модели выкроек деталей в этих программных комплексах различны на разных этапах технологического процесса. Использование дляпостроения выкройки детали-швейного изделия в. САПР стандартных геометрических примитивов (прямая, дуга и т. п.) в условиях индивидуального пошива лишь незначительно сокращают время разработки модели одежды. Более широкое применение методов ЗБ-моделирования в программных комплексах дляшвейной промышленности так же ограничивается использованием математической модели выкройки, основанной на стандартных геометрических примитивах. Данная проблема связана с необходимостью переходов от 20-модели (чертежа выкройки) к ЗБ-модели (объемному отображению разрабатываемого образца одежды) и обратно. Аффинные преобразования стандартных геометрических примитивов и другие алгоритмы переходов, которые при этом используются, могут давать существенную погрешность. Разработка и исследование способов математического представления выкройки детали швейного изделия является актуальной проблемой. При этом следует учитывать, что математическая модель представления выкройки детали швейного изделие связана со всеми этапами технологического процесса конструирования. Изменение способа представления выкройки в САПР может повлечь за собой изменения в разных по математической и прикладной постановке задачах, решаемых программным комплексом. Исследование возможности применения новых математических моделей в уже существующих алгоритмах без их изменения является так же актуальной задачей.

В литературе среди работ по данной тематике и работ, посвященных решению смежных задач, можно выделить несколько основных направлений: статьи В. Ещенко, В. Светиков, А. Ещенко, Е. Булатова (НПО «Грация», Россия), О. Родионова (НАШ «Лакшми», Беларусь) и других ученых, посвященные вопросам комплексной автоматизации проектирования швейных изделийв работе В. Киракосяна и в некоторых других литературных источниках большое внимание уделено построению математической модели выкройки на основе антропологических исследованийв области решения задач упаковки (раскладки) геометрических объектов сложных форм (нестинг) известны работы Л. Б. Беляковой, М. А. Верхотурова, В. В. Мартынова, Ю. Г. Стояна, A.A. Панасенко, а в области ортогональной упаковки прямоугольных объектов — Э. А. Мухачевой, А. Ф. Валеева, A.C. Филиппова.

Таким образом, создание гибкой математической модели выкройки, позволяющей ускорить процесс конструирования швейного изделия при индивидуальном пошиве и на предприятиях с малым объемом производства, и разработка на основе этой модели алгоритмов для решения смежных прикладных задач представляет актуальную теоретическую проблему, решение которой позволит повысить эффективность автоматизации технологического процесса пошива одежды.

Объектом исследования в данной работе является легкая промышленность. В качестве предмета исследования выделяется математическая модель представления выкройки' швейного изделия, которая основывается на нестандартных геометрических примитивах, а так же методы и алгоритмы реализацииматематической модели выкройкигВ рамках соответствующих САПР.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов' и процедур построения выкройки швейного изделияна основе математической модели, не использующей стандартные геометрические примитивы, а также разработка алгоритмов для решения смежных прикладных задач на основе разрабатываемой математической модели.

Для достижения цели работы поставлены и решены следующие задачи:

1) обоснование и выбор метода построения криволинейного контуравыкройки детали швейного изделия без использования стандартных геометрических примитивов;

2) формализация задачи построения*выкройки с учетом выбранной метода;

3) разработка алгоритмов поиска координат особых опорных точек и процедуры-для формирования матрицы опорных точек;

4) разработка процедуры для построения эквидистанты криволинейного контура выкройки детали швейного изделия;

5) исследование возможности применения существующих алгоритмов оптимизации раскладки для выкроек, построенных с помощью аппарата кривых Бе-зье.

Методы исследования. Для изложения теоретических основ в диссертации использовались методы дифференциального и интегрального исчислений, аналитической геометрии, теории приближений, топологии, математического программирования. Основные задачи решены с использованием методологии структурного и объектно-ориентированного программирования, реляционных баз данных.

Научная новизна. В> диссертации предложено использование аппарата кривых Безье для построения криволинейного контура выкройки детали швейного изделия. Предложено использовать выкройки базовых лекал деталей в качестве базового конструкторского элемента. Исследована возможность создания вы I кройки модели одежды на основе аппарата кривых Безье. Разработаны алгоритмы и процедуры для решения смежных задач.

При проведении исследований в рамках диссертационной работы получены новые научные результаты.

1. Формализация задачи построения выкройки с учетом особенностей аппарат кривых Безье.

2. Формализованные правила определения координат опорных точек для построения криволинейного контура выкройки и дана их классификация.

3. Алгоритмы для поиска координат особых опорных точек.

4. Процедуры формирования1 матрицы опорных точек и построения эквиди-станты криволинейного контура выкройки.

5. Программная реализация в виде графического редактора, зарегистрированного в отраслевом фонде алгоритмов г и программ.

Достоверность научных положений1 определяется корректностью предложенных методов и сравнением качественных результатов и временных затрат, полученных на практике при использовании программного1 комплекса «Новый стиль».

Практическая значимость результатов. На основе теоретических исследований разработаны проектные процедуры построения выкройки швейного изделия. Внесены изменения в алгоритмы решения смежных задач. Наибольшее применение результаты работы получили на предприятиях с малыми объемами производства. Программный комплекс продемонстрировал высокую адаптируемость, универсальность при" его использовании на швейных предприятиях и для индивидуального пошива. Легкость освоения программного' продукта* делает возможным его широкое применение. Предлагаемый комплекс алгоритмов отличается от современных аналогов малыми временными затратами на реализацию технологического процесса конструирования выкройки швейного’изделия, что ведет к значительному сокращению финансовых затрат швейного предприятия.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследования были внедрены в ООО «Швейный дом «Стиль-Р» (г. Рязань), ЗАО «Касимовская швейная фабрика (г. Касимов), ОАО «Голубая Ока» — швейная фабрика г. Рязань). В 2008 г. программа, основанная на результатах исследования, стала одним из победителей конкурса Министерства промышленности Правительства Рязанской области на предоставление субсидий за счет средств областного бюджета на государственную поддержку научной или научно-технической деятельности в Рязанской области. Программа зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ (свидетельство № 11 268 от 31.07.2008 г.).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 12 работ. Основные результаты представлены в работах [52−62]. В число указанных публикаций входят 2 статьи из «перечня ВАК ведущих научных журналов и изданий" — 7 статей в межвузовских сборниках научных трудов- 2 статьи в сборниках по итогам всероссийских научно-технических конференций- 1 программа, зарегистрированная в отраслевом фонде регистрации программ.

Структура работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав основного материала, заключения, библиографического списка и приложенийсодержит 162 страницы основного материала. Библиографический список включает 75 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Предложено использование аппарата кривых Безье для построения криволинейного контура выкройки, что позволяет применять выкройку детали швейного изделия в качестве базового конструкторского элемента в. системе автоматизированного проектирования. Использование и развитие такого подхода позволяет приблизить процесс создания выкройки швейного изделия с помощью систем автоматизированного проектирования к творческому процессу разработки новой модели одежды конструктором-закройщиком вручную и дает возможность более эффективного использования^ машинных ресурсов. При проведении исследований в рамках диссертационной работы получена формализация^ задачи построения^{выкройки} с учетом особенностей аппарат кривых Безье.

2. Предложена классификация опорных точек и сформулированы, формализованные правила поиска координат этих опорных точек.

3. Разработаны алгоритмы, которые отражают особенности формирования матрицы опорных точек и дают возможность использовать аппарат кривых Безье для автоматического построения криволинейного контура выкройки детали швейного изделия.

4. Разработана процедура построения эквидистанты криволинейного контура выкройки и представления эквидистанты набором параметров, сформированным с использованием математического аппарата кривых Безье. Использование этой процедуры упрощает определение взаимного расположения выкроек деталей.

5. Разработан графический редактор «Новый стиль» для построения выкроек швейных изделий, который основан на алгоритмах и процедурах, использующих аппарат кривых Безье. Разработанное программное обеспечение является конкурентоспособным среди систем данной направленности. При' условии расширения и доработки подсистем построения и редактирования выкройки, модели одежды (добавление возможности ЗБ-моделирования и виртуальной примерки) и создания карт раскроя материала (использование экспертной системы для формирования карты раскроя) данный программный продукт в эксплуатации может показать эффективность, превосходящую все имеющиеся аналоги в несколько раз.