Разработка аналитических методов расчета разверток деталей одежды

Задачи, определенные перед промышленностью «Основныгли направлениями экономического и социального развития СССР на I98I1985 гг. и на период до 1990 г.» и утвержденные на ХХУ1 съезде КПСС, предполагают расширение ассортимента выпускаемой продукции, повышение её качества на основе всестороннего использования достижений научно-технического прогресса, расширения автоматизации проектно-конструкторских работ с применением электронновычислительной техники [1,2] Применение средств вычислительной техники при автоматизации прщесса проектирования позволяет производить многовариантные исследования, сложнейшие вычислительные операции, заменяет приближенные способы или сложные эксперименты строгими формализованными решениями [3] В итоге, сокращаются сроки выполнения проектных работ, повышаются эффективность и качество их выполнения, что и определяет важность проведения исследований по применению ЭШ при проектировании швейных изделий. В ряде работ рассмотрена возможность повышения уровня автоматизации проектирования в легкой промышленности и обоснована перспективность разработки систем автоматизированного проектирования (САПР) одежды [4−18] К данному периоду предложены практические рекомендации по аналитическому заданию контуров деталей, по техническому размножению лекал и выполнению раскладок с применением ЭШ и средств машинной графики [16, 18−27]. Построение конструкции деталей одежды осуществляется традиционными методами, базирующимися на приближенных способах расчета, которые не позволяют учитывать одно из важнейших свойств структуры ткани способность принимать объёмную форму за счёт изменения угла между нитями основы и утка. В результате, промышленные методы конструирования швейных изделий не позволяют получать заданную объёмную форму при минимально возможной площади деталей и минимальном количестве швов. В условиях автоматизации швейного производства для изготовления одежды высокого качества необходимо внедрение инженерных методов конструирования, позволяющих алгоритглизировать процесс расчета и построения конструкций и представить исходную информацию в виде, удобном для ввода и хранения в ЭВМ. Для получения рациональных конструкций деталей одежды целесообразно определять их форму и размеры аналитическими метода? ли в чебышевсксй сети. К настоящему времени исследованы принципы расчета разверток деталей, представлякхцих собой плоские оболочки (воротник, рукава, половинки брюк) [28−36] Задача расчета разверток деталей одежды, относящихся к объёмным оболочкам, требует дальнейшего изучения, что и определило тему исследования. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Московского ордена Трудового Красного Знамени технологического института легкой промышленности. Основной целью работы является разработка методов проектирования конструкций деталей одежды на основе использования современных математических методов и технических средств ЭШ. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие вопросы: исследование возможности применения формул академика П. 1. Чебышева для расчета разверток незакономерных поверхностейразработка метода построения разверток поверхности манекена по формулам академика П. Л. Чебышева при условии задания исходной поверхности координатами полугеодезической сети S и U разработка метода построения разверток незакономерной поверхности посредством численного моделирования чебышевской сети по дискретно заданной исходной поверхностиопределение состава исходной информации для построения конструкции пиджака мужского костюмаразработка рексмендаций по совершенствованию методики расчета и построения конструкций деталей одежды на основе разверток поверхности манекена, реализуемой с помощью средств машинной графикиразработка алгоритма и комплекса программ для расчета и построения основы конструкции пиджака мужского костюма на ЭШ. В качестве объекта исследования выбраны манекен мужской типовой фигуры 170−100−88 и конструкция пиджака мужского костила. Методы исследования. В работе применяются основные положения сферической тригонометрии, дифференциальной и аналитической геометрии, векторной алгебры, математической логики, теории множествметоды сплайн-аппроксимации и интерполяцииметоды вычислительной гешетрии, а также практические достижения в области конструирования одежды, теория построения разверток из ткани в чебышевокой сети и результаты исследований по созданию систем автоматизированного проектирования. Научная новизна. Разработана методика расчета разверток поверхности манекена по формулам академика П. Л. Чебышева при условии задания исходной поверхности координатами полугеодезической сети. Для этого предложен способ определения кривизны заданного элемента незакономерной поверхности посредством аппроксимации поверхностью постоянной гауссовой кривизны. Разработана методика расчета разверток незакономерных поверхностей посредством численного моделирования чебышевской сети. Разработана методика построения конструкции деталей одежды на основе разверток поверхности манекена типовой фигуры в чебышевской сети. Определены значения параметров, характеризующих переход от поверхности манекена типовой фигуры к поверхности пиджака. Разработана математическая модель автоматизированного проектирования одежды и определена исходная информация для её реализации. Разработана методика автоматизированного построения конструкции деталей одежды в чебышевской сети при задании поверхности проектируемого изделия координатами контуров рисунка, нанесенного на сечения поверхности манекена. Определены алгоритм и программы расчета разверток из ткани незакономерных поверхностей с использованием дШ. Практическая значимость результатов работы. Предложенные методы расчета объемных оболочек поверхности манекена могут быть использованы для получения разверток незакономерных тел, поверхность которых не задана уравнением. Разработанная методика автоматизированного расчета основы конструкции пиджака мужского костюма может быть использована при проектировании различного вида мужской верхней одежды. Разработанный пакет программ для расчета и построения основы конструкции пиджака мужского костюма может быть реализован при расчете одежды различного ассортшлента. Использование дШ при конструировании одежды позволит новысить качество швейных изделий и эффективность проектно-конструкторских работ. Разработанные в диссертационной работе метод построения разверток незакономерной поверхности и методика расчета основы конструкции пиджака мужского костюма были реализованы в Челябинском Доме моделей одежды и Западно-Сибирском промышленном швейном объединении с экономическим эффектом 2000 руб. при проектировании 20 базовых основ в год. Основные положения и результаты исследований изложены в двух печатных работах, докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: республиканской научной конференции «Совершенствование технологии процесса конструирования одежды массового пралышленного производства», Киев, 1982 г.- конференции профессорско-преподавательского состава Новосибирского филиала М И П (1983 г художественно-техническом совете ЧеляТЛ бинского Дома моделей одежды (1984 г художественно-техническом совете Западно-Сибирского промышленного швейного объединения (1984 г заседании кафедры «Технология швейного производства» М И П (1984 г ТЛ I СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОДЕЖДЫ I I Современное состояние процесса проектирования одеящы Поскольку в условиях технического прогресса неизбежно в о з растание сложности проектируемых изделий, а состояние трудовых ресурсов не позволяет увеличивать число разработчиков, то единственно возможным способом повышения производительности труда и качества разработок является комплексная автоматизация проектных работ на основе применения математических методов и дШ [37] Внедрение прогрессивных форм процесса создания новых моделей и методов выполнения проектных р, а б о т базирующихся на м, а т е матических расчетах и современных технических средствах, я в л я е т с я актуальной проблемой и требует комплексного подхода и скорейшего решения 9 При автоматизации проектирования наиболее характерным я в л я е т с я системный подход, который характеризуется тем, что «многочисленные и весьма разнообразные по своему содержанию элементы процесса проектирования объединяются в своеобразную „автоматизированную линию“ со строго регламентированной „технологией“, в о с нове которой лежит использование дШ [37] САПР представляет с о бой определенную совокупность моделей объекта проектирования и е г о подсистем, формализованных критериев качества проектирования, алгоритмов выполнения отдельных проектных процедур, записанной на машинных носителях справочно-нормативной информации. Применение САПР в ряде отраслей промышленности облегчает внедрение передовых достижений, современных технических средств и значительно сокращает сроки проектирования 3 7 3 8 II Проводятся исследования по созданию САПР и средств их обеспечения в легкой промышленности [4−21] Разработка комплексных САПР является дорогостоящим и трудоемким процессом, однако практика свидетельствует об эффективности создания даже небольших С П на базе малых и средних ЭШ, АР использующих диалоговый режим взаимодействия человека с машиной. САПР, созданные на базе мини ЭШ, называются автоматизированным рабочим местом (АРМ) [37] В нашей стране серийно выпускаются автоматизированные рабочие места конструкторов (АРМ-М и АРМ-Р). Они состоят из управляющего вычислительного комплекса, устройства ввода графической информации, графического дисплея, устройства расширения комплекса, накопителя на магнитной ленте, устройства ввода информации с перфокарт, программного обеспечения. В настоящее время комплексы АМ применяют при проектировании в самолетостроении [39], машиР ностроении, приборостроении, радиоэлектронике [37,40]. Внедрение их в швейную промышленность для автоматизации размножения и раскладки лекал требует доработки программного обеспечения и диалогового режима [24] В Японии на базе, А М разработана диалоговая система автомаР тизированного проектирования одежды с применением цветного экранного пульта [41]. В ходе проектирования художник-модельер имеет возможность работать со всеми коллекциями моделей одежды, которые хранятся в памяти ЭВЛ, сравнивает различные модели и их элементы, вносит изменения, принимает решение. Отмечается, что проводятся работы по созданию единой автоматизированной системы, объединящей все этапы проектирования модели, но сведения о методике разработок отсутствуют [41]. Возможно создание систем производства одежды использующих дШ И других технических средств для отдельных стадий или операций проектирования [5l]. Фирма „Myто“ (Япония) разработала систему COS» для автомэттизации процесса конструирования мужского костюма на основе данных об особенностях телосложения индивидуальной фигуры и раскроя ткани с помощью дШ. В системе производства одежды на заказ «Визомат» фирмы «Мюллер» (ФРГ) автоматизирован цроцесс раскроя ткани [52]. Изготовление и подбор стандартных лекал на индивидуальную фигуру производится вручную по фотографии одетого человека. Фирма дНУ Jndashies" (Великобритания) создала специализированный вычислительный центр, который принимает заказы на размножение лекал для швейных фабрик [43]. Фирма «Цузе» (ФРГ) предлагает использовать для размножения лекал автомат Z-45I, который снабжен координатно-считывающим устройстБШ «Харомат». С помощью устройства производят обводку базового лекала по периметру. Полученную перфоленту вводят в Э М и используют для размножения лекал [53] В Фирма Hughes (СМ) выпускает полуавтомат для вычисления и построения лекал модели [54] Математическое и программное обеспечение для изготовления раскладок и размножения лекал разрабатывается фирмой Hatza [53]. Машины серии Fey (фирмы BetCow Machine позволяют производить построение лекал в масштабе от 1:1 до 1:5 и измерение площади лекал [53] Система «Маркоматик» фирмы «Камско» (США, ФРГ, Италия) предусматривает автоматизацию размножения лекал на основе информации о контурах лекала базового размера и выпуск их раскладки на экране дисплея. Система позволяет оперативно взаимодействовать с памятью ЭШ и вносить изменения в готовые лекала. Полученную раскладку лекал записывают на магнитную ленту для управления системой раскроя [55,56] Ряд фирм Ьагоод Sezirlce, ЛгШо Wezke Bennett and Payse (Ш?) [42,45], Paso€ds (Великобритания), Камско-Маркоматик (Италия) [5б1 Hughes (США) [54] производят не только размножение лекал, но и их вырезание, раскладку и раскрой материала с помощью электронных систем. Исследованиями по созданию систем автоматизированного проектирования (САПР) одежды и средств их обеспечения в нашей стране занимаются специалисты УкрБИйШ, КТИЛП, Уралшвейпрома, МТИЛП, Ц И Ш Ивановского ГПйАСУ и др. [7−21, 24−25, 28, 57−59]. НИ П Схема автоматизированного процесса проектирования мужского пиджака, разработанная на основе типовой стадийности проектноконструкторских работ согласно ГОСТ ЕСКД [60] и опыта создания САПР в других отраслях промышленности представлена в работе [15]. Процесс проектирования организован по схеме: идея-чертежмодель, Этапы работ выполняются в системе моделирующей организации (СМО) и системе информационного и программного обеспечения (СИПО). ЭШ применяется на стадии технического и рабочего проектирования. Исходную информацию для проектирования одежды предложено представлять в виде двух массивов: условно-постоянной и переменной. При автоматизации процесса проектирования необходимо четкое выделение стадий разработки проекта и этапов выполнения отдельных работ в соответствии с ГОСТ ЕСКД [60] и более высокий уровень подготовки конструкторской документации [8,15,61−66]. Определение содержания каждой стадии при разработке моделей одежды производится с учетом специфических особенностей проектирования одежды [8,63]. Взаимосвязь стадий проектирования, состав информационного и программного обеспечения исследованы в работах [12,16,18]. Разработаны структурно-информационные модели конструкторской подготовки производства различных видов одежды. Проводятся работы по исследованию возможности автоматизации каждой стадии проектирования швейных изделий и созданию средств их обеспечения [8,15,66−69]. Так, на стадии технического задания отмечается необходимость единого графического оформления чертежей, изображения аналогов, сечений, узлов изделий, методов их технологической обработки [14,68]. Единое, в соответствии с ГОСТ ЕСКД, оформление конструкторских документов создает условия для обмена ими между организациями и предприятиями без переоформления [63,70,71]. На стадии технического предложения проводятся исследования по составлению картотек моделей-аналогов и анализу их конструкций с использованием дШ для сбора информации и её выдачи [67−69,72]. Выполнены работы по созданию классификатора деталей конструкции и конструктивно-декоративных элементов одежды [18,73,74], по разработке методов типизации, унификации и опережающей стандартизации [63,65,75−78]. Проводятся работы по автшатизации вспомогательных работ, вычерчивания и размножения лекал деталей одежды [II-I3, 18−21, 24,79]. Результаты этих работ создают предпосылки для перестройки процесса проектирования одежды с учетом ГОСТ ЕСКД, что позволит внедрить автоматизированные методы проектирования одежды, повысит эффективность и качество проектно-конструкторских работ. Для автоматизации расчетных работ, связанных с конструированием изделия, необходимо автоматизировать процесс считывания исходной информации с поверхности фигуры человека или манекена. С .этой целью в МШ и К И П создан прибор Ш/1-I. К этому Т Ш ТЛ прибору в ЛЙТЖе разработаны устройства ГП-! и ВП-1 для автоматического изображения топографии проекций горизонтальных и вертикальных сечений манекена [80], Разработан антропометр, позволяющий автоматизировать обмер поверхности фигуры человека [81], На основе полученной информации подбираются готовые конструкции, заложенные в памяти ЭШ. Упрощает применение математических методов при обработке результатов и метод стереофотограмметрии [82]. За рубежом нашли применение способы, основанные на фотографических методах: стереотомический (Румыния), «Визомат» (фирмы «Мюллер», ФРГ), получение объёмного изображения фигуры человека с использованием электролюминесцентных панелей и двух кинопроекторов (США), с использованием прибора «Фотометрик» (США), метод обмера фигуры, разработанный в Японии [52] Рассмотренные методы совершенствуют процесс получения информации о строении и размерах поверхности тела человека, Для автоматизации процесса расчета конструкции эскиз проектируемого изделия должен быть представлен в виде, удобном для ввода в ЭВМ. В связи с этим в КГШШе разработан способ задания формы проектируемого изделия в виде теоретического чертежа (ТЧ) в соответствии с рекомендациями ГОСТ ЕСКД [9,14,61] Чертеж-сетка одетого на манекен изделия представляет профильную и фронтальную проекции типовой фигуры, силуэтные и конструктивные линии, Этот чертеж используется для получения разверток деталей одежды, В зависимости от этапа проектирования одежды можно использовать статические и динамические методы изображения модели [62] Автоматизированный метод построения деталей одежды предложен для повышения качества расчета конструкций специальной одежды.

ОБЖЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. Анализ современного уровня процесса проектирования одежды массового производства и особенности его развития показывают, что наиболее перспективным направлением совершенствования процесса проектирования швейных изделий является создание систем автоматизированного проектирования (САПР) одежды, позволяющих повысить качество выпускаемой продукции и уровень выполнения проектных работ, сократить сроки их выполнения.

2. Для автоматизации процесса проектирования большое теоретическое значение имеет создание надежных аналитических методов расчета разверток деталей одежды в чебышевской сети, обеспечивающих разработку рациональных конструкций деталей одежды, получение минимально возможной площади деталей и позволяющих учитывать свойство структуры ткани цринимать объёмную форму за счёт изменения угла между нитями основы и утка. В работе проведено исследование существующих аналитических методов и установлено направление их дальнейшей разработки.

3. Разработан метод расчета разверток поверхности манекена по формулам академика П. Л. Чебышева при условии задания исходной поверхности координатами полугеодезической сети. Для этого предложен способ определения кривизны заданного элемента незакономерной поверхности путем аппроксимации его поверхностью постоянной гауссовой кривизны.

4. Разработан метод построения разверток незакономерных поверхностей посредством моделирования чебышевской сети по дискретно-заданной поверхности. Метод позволяет получать развертки оболочек из ткани на основе измерений параметров одеваемой поверхности в цилиндрической системе координат. Предложено два способа построения исходных осей развертывания на дискретно-заданной поверхности.

5. Установлено, что наибольшей информативностью обладает математическая модель детали ММД, представленная совокупностью координат базовых точек развертки поверхности манекена типовой фигуры и величин приращений к координатам основных конструктивных и промежуточных точек поверхности манекена при переходе к координатам одноименных точек поверхности изделия.

6. Разработана методика автоматизированного построения основы конструкции пиджака мужского костюма на базе разверток манекена типового телосложения. Установлены величины приращения к координатам основных конструктивных точек для построения основы конструкции при расчете разверток поверхности манекена по формулам академика ПЛ. Чебышева и задания исходной поверхности координатами полугеодезической сети.

7. Предложена методика построения конструкции деталей одежды в чебышевской сети при задании поверхности проектируемого изделия координатами контуров рисунка, нанесенных на сечения поверхности манекена типовой фигуры.

8. Разработано программное обеспечение на языке ФОРТРАН автоматизированного проектирования основ конструкции пиджака мужского костюма, которое позволит выполнять конструкторские работы на более высоком научно-техническом уровне и получать изделия высокого качества в короткие сроки. Проверка программ для разверток поверхности манекена и конструкций деталей одежды, произведенная посредством расчета и построения проверочных чертежей, изготовления лекал и экспериментальных образцов пиджака мужского костюма свидетельствует о высоком качестве полученных результатов.

9. Разработанный метод и комплекс программ могут быть применены для проектирования деталей основы конструкции различных изделий при условии наличия соответствующей исходной информации.

10. Производственная проверка результатов работы показала, что их использование в условиях массового производства позволит сократить время разработки конструкций и повысить производительность труда конструкторов при одновременном повышении качества проектных работ. Экономический эффект автоматизированного проектирования на основе расчета конструкций деталей одежды в чебышевской сети составит 2000 руб. при разработке 20 базовых основ в год.