Совершенствование методов компьютерного проектирования кожгалантерейных изделий

В современных рыночных условиях многим фирмам и предприятиям легкой промышленности приходится пересматривать принципы своей деятельности, которые диктуются стремительно развивающимися экономическими и социальными отношениями. Появление новых видов, совершенствование конструкций, материалов, развитие инновационных технологий требуют пересмотра традиционных взглядов на процессы проектирования и промышленного производства изделий и в частности кожгалантерейных [27, 33, 46, 98]. С использованием компьютерного проектирования появилась возможность снизить трудоемкость процесса ручного моделирования. Комплексное использование компьютерных технологий во многом помогает ускорить процесс конструирования и проектирования изделий, а также повысить их качество на основе широких возможностей трехмерной машинной графики.

По данным ОАО «Рослегпром» [1] производство кожгалантерейных изделий ежегодно увеличивается в среднем на 9−12 процентов. В связи с этим для поддержания конкурентоспособности предприятиям необходимо комплексно совершенствовать технологии проектирования, разработки и изготовления изделий [2]. Автоматизация труда проектировщиков и конструкторов позволит повысить эффективность производства и качество выпускаемой продукции.

Главной задачей на предпроектной стадии исследований является изучение и анализ конструктивно-технологических свойств объектов проектирования [3−5]. На основе полученных выводов должны быть разработаны новые подходы к автоматизации конструкторской деятельности и процессу создания моделей, определена рациональная структура для объекта проектирования.

Целью работы является повышение качества и конкурентоспособности кожгалантерейных изделий на основе совершенствования методов компьютерного проектирования.

Исходя из этого, представляется необходимым провести:

• анализ современных САПР, применяемых для проектирования кожгалантерейных изделий;

• определение основных требований к системам автоматизированного проектирования кожгалантерейных изделий;

• анализ конструкций сумок и возможностей построения их моделей средствами машинной графики;

• разработку методов проектирования каркасов сумок;

• определение оптимальной структуры компьютерной модели объекта проектирования;

• разработку методов автоматического построения разверток сложных поверхностей, их деталировки и подготовки лекал для создания изделий;

• разработку программных модулей для работы с трехмерной и двухмерной моделями объекта;

• апробацию работы программного комплекса на различных конструкциях сумок.

Актуальность работы. Стремительное развитие компьютерных технологий, появление новых конструкций, материалов, типов оборудования требуют постоянного совершенствования методик проектирования. Применение ЭВМ в проектно-конструкторских работах в своем развитии прошло несколько стадий и претерпело значительные изменения. Использование САПР для автоматизации процессов в легкой промышленности может существенно повысить эффективность производства, сделать работу конструктора более простой и наглядной, т.к. целью автоматизации является повышение качества проектирования и создаваемой продукции, снижение материальных затрат, сроков проектирования и роста числа инженерно-технических работников. В условиях жесткой конкуренции пересмотр традиционных подходов к проектированию является неотъемлемой задачей для дальнейшего успешного развития предприятий.

Основным недостатком большинства систем проектирования является то, что трехмерная модель объекта строится! на основе имеющихся разверток ее подобъектов, а это не всегда удобно. Предполагается разработать альтернативный подход к моделированию изделий, используя методы проектирования объемных моделей каркасов, автоматического построения разверток, последующей деталировки и создания лекал. Такой подход к решению проблемы автоматизированного проектирования позволит проводить не только наглядное трехмерное моделирование, но и полную работу с двухмерной разверткой объекта, учитывая все особенности конструирования кожгаланте-рейных изделий. В конечном счете, это не только облегчит работу проектировщика, но также позволит заметить ошибки и неточности в модели уже непосредственно во время проектирования и оперативно внести корректировки, не затрачивая на это много времени и материальных средств, что положительно отразится на повышении эффективности всего производства. Поэтому совершенствование методики проектирования кожгалантерейных.

V ' ^ —' изделий и создание узкоспециализированного программного комплекса является на сегодняшний день актуальной задачей.

Методы и технические средства решения поставленных задач. Проведение работы базируется на основе исследований различных конструкций сумок и описания способов их проектирования с помощью алгоритмов машинной графики. Для выполнения задач, поставленных в диссертационной работе, использовались:

• сведения о конструктивно-технологических особенностях сумок;

• сведения о способах конструирования кожгалантерейных изделий на предприятиях с использованием ручных и автоматизированных методов;

• принципы создания и структурные компоненты систем автоматизированного проектирования;

• методы модульного проектирования изделий;

• методы математического описания кривых и поверхностей;

• методы математического анализа, положения прикладной математики, аналитической и дифференциальной геометрии;

• алгоритмы машинной графики для работы с двухмерными и трехмерными объектами.

Для решения поставленных задач использовались следующие технические и программные средства:

• язык программирования C++Builder 6.0;

• программная графическая библиотека OpenGL;

• программные продукты сторонних разработчиков для автоматизированного проектирования кожгалантерейных изделий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• показана необходимость использования наукоемких технологий САПР путем их адаптации для решения сложных специализированных задач кожга-лантерейного проектирования за счет разработкипредметно-ориентированных систем;

• разработана рациональная структура исходного трехмерного объекта для проектирования на основе выбранных примитивов;

• разработана методика автоматизированного проектирования кожгалантерейных изделий;

• определены основные проектные процедуры для процесса проектирования кожгалантерейных изделий;

• выработана принципиальная схема процесса нисходящего трехмерного проектирования на основе выделенных проектных процедур;

• разработан алгоритм получения разверток сложных каркасных поверхностей программными методами;

• разработаны алгоритмы деталировки развертки поверхности, построения технологических припусков и конечной обработки лекал.

Практическая значимость работы состоит в:

• разработке современного специализированного программного обеспечения для проектирования кожгалантерейных изделий, сочетающего в себе модули для трехмерного и двухмерного проектирования и позволяющего еще до изготовления макета оценить корректность созданной конструкции и качество будущего изделия;

• сокращении сроков проектирования и создания изделий благодаря наглядному компьютерному трехмерному моделированию и широкому набору программных инструментов для работы с трехмерной и двухмерной моделями объекта;

• замене точного ввода исходных данных модели в систему проектирования непосредственным моделированием этих данных в интерактивном режиме;

• возможности создания виртуальных коллекций моделей, их использования в корпоративных и глобальных компьютерных сетях для прогнозирования спроса и возможности запуска изделий в производство;

• повышении рентабельности и эффективности производства на основе замены дорогостоящего и материалоемкого физического моделирования математическим.

Апробация работы проводилась в лаборатории кафедры «Художественное моделирование, конструирование и технологии изделий из кожи» МГУДТ и ООО «Торговый дом «Бенефис». На основе прототипов были спроектированы современные модели кожгалантерейных изделий, созданы их макеты. Полученные результаты работы внедрены в учебный процесс.

Основные выводы и теоретические положения по работе докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры «Художественное моделирование, конструирование и технологии изделий из кожи» МГУДТ, научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых II Московского Фестиваля науки (Москва, 2007) и всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Молодая наука» V Фестиваля науки (Москва, 2010).

Публикации. Основные положения проведенных исследований и их результаты опубликованы в следующих изданиях:

1. Гуляшов А. В., Разин И. Б. Деталировка контура развертки поверхности кожгалантерейных изделий с помощью В-сплайнов. // Научный журнал «Дизайн и технологии», № 14 (56). — М.: ИИЦ МГУДТ, 2010. — 0,44 п. л. (из перечня ВАК) (лично автором — 0,35 п. л.);

2. Гуляшов А. В., Разин И. Б. Сравнительный анализ методов, построения разверток поверхностей кожгалантерейных изделий. // Научно-технический журнал «Кожевенно-обувная промышленность», № 4. — 2010. — 0,2 п. л. (из перечня ВАК) (лично автором — 0,12 п. л.);

3. Гуляшов А. В., Разин И: Б. Построение разверток поверхностей кожгалантерейных изделий при автоматизированном проектировании. // Научный журнал «Дизайн и технологии», № 17 (59). — М.: ИИЦ МГУДТ, 2010. — 0,52 п. л. (из перечня ВАК) (лично автором — 0,35 п. л.);

4. Гуляшов А. В., Разин И. Б. Разработка программного комплекса проектирования кожгалантерейных изделий. // II Московский фестиваль науки. Доклады научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. — М.: ИИЦ МГУДТ, 2007. — 0,25 п. л. (лично автором 0,15 п. л.);

5. Гуляшов А. В., Разин И. Б. Разработка алгоритма построения лекал при проектировании кожгалантерейных изделий. // Тезисы докладов 62 научной конференции студентов и аспирантов «Молодые ученые — XXI веку», посвященной 80-летию университета. — М.: ИИЦ МГУДТ, 2010. — 0,12 п. л. (лично автором 0,1 п. л.);

6. Гуляшов А. В., Разин И. Б. Блочно-иерархический подход к автоматизированному проектированию кожгалантерейных изделий. // Сборник докладов всероссийской научно-практической конференции молодых ученых.

Молодая наука" V Фестиваля науки. — М.: ИИЦ МГУДТ. — 2010. — 0,14 п. л. (лично автором ОД п. л.).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе и работе в целом, списка литературы, приложений. Диссертация изложена на 205 страницах машинописного текста, которые включают 4 таблицы, 78 рисунков, 2 приложения, представленные на 19 страницах.

Список литературы

включает 119 библиографических и электронных источников.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Развитие мощностей и увеличение темпов^ производства требуют постоянного совершенствования технологий проектирования. На основе современных тенденций, а также анализа экономической эффективности и производственной необходимости был сделан вывод о том, что дальнейшее развитие кожгалантерейного производства не может продолжаться без использования систем автоматизированного проектирования и трехмерных технологий.

2-. Анализ программных продуктов показал, что на сегодняшний день существует острая необходимость в узкоспециализированных САПР кожгалантерейных изделий, позволяющих решать весь спектр задач проектирования.

3. Определены необходимые требования к САПР кожгалантереи. На основе конструкторско-технологических особенностей проектируемых объектов, а также принципа модульности систем выделены основные проектирующие подсистемы для создания трехмерной САПР.

4. Установлено, что процесс проектирование кожгалантерейных изделий поддается блочно-иерархическому описанию. В связи с этим разработана принципиальная схема процесса нисходящего проектирования, которая основывается на пяти проектных процедурах, обладающих структурной и логической целостностью.

5. На основе анализа формообразования основных деталей-кожгалантерейных изделий был сделан вывод о возможности использования прямоугольного примитива в качестве исходной геометрической формы для решения задач автоматизированного проектирования.

6. Разработана и описана структура универсальной полигональной модели трехмерного объекта проектирования. Она позволяет путем трансформации исходной формы создавать различные конструкции изделий.

7. Проанализированы методы построения разверток сложных поверхностей. На, основе предложенной структуры объекта разработан алгоритм построения развертки поверхности изделия, позволяющий минимизировать погрешности и время построения.

8. Разработаны программные алгоритмы деталировки развертки поверхности, склейки деталей, построения технологических припусков.

9. Создан программный комплекс проектирования кожгалантерейных изделий на основе разработанных алгоритмов.

10. В результате экспериментальной апробации установлено, что:

• разработанная методика нисходящего трехмерного проектирования позволяет повысить эффективность и сократить время создания новых моделей изделий;

• разработанный программный комплекс позволяет решить все задачи процесса проектирования: от создания трехмерной модели изделия до получения лекал деталей;

• наглядное трехмерное отображение объекта дает возможность минимизировать неточности и вносить корректировки в конструкцию на начальном этапе проектирования;

• исходный объект, созданный на основе предложенной структуры, позволяет строить различные конструкции изделий, получать развертку их поверхности, проводить деталировку, склейку, строить припуски и получать лекала деталей без использования высоких производительных мощностей в виду оптимальности выбранных алгоритмов и методикпоследующего использования, доработки или передачи в сторонние системы;

• дальнейшее расширение возможностей системы, связанное с созданием баз накладных и декоративных элементов, фурнитуры, материалов и текстур позволит разрабатывать виртуальные коллекции изделий и выходить на новый интерактивный уровень взаимодействия производителей и потребителей.