Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Разработка основ прогнозирования свойств текстильных материалов для создания одежды заданной формы 23
Разработка структуры прогнозирования и определение значимости свойств материалов на стадиях проектирования формы одежды на основе исследования основных закономерностей процессов комплексного и визуального проектирования одежды 25
Анализ основных закономерностей процессов визуального проектирования одежды 27
Разработка структуры прогнозирования свойств материалов для изделий заданной формы 41
Разработка системных моделей на основе исследования формы одежды, как комплексной системы 51
Исследование взаимосвязи между объектами, создающими и воспринимающими форму на основе информационного поля 59
Выявление системных характеристик внешней, внутренней формы 63
Разработка типов систем материалов, определяющих форму изделий, на основе анализа взаимоотношений в системе «форма одежды -используемые материалы» 79
Взаимосвязь между формой изделия и используемыми материалами 80
Типы систем материалов, используемых при создании формы одежды 84
1.5. Разработка основных требований к материалам систем для созданий заданной формы 94
Глава 2 Разработка математических и физических моделей систем материалов на этапах жизненного цикла формы одежды 111
2.1, Математические модели систем создающих форму на этапах жизненною цикла 111
2-2, Физические модели систем создающих форму на этапах жизненного цикла ] 13
2.3, Исследование закономерностей процесса изменения информационного потока в системах при создании формы. Методика оценки драпируемости текстильных материалов, характеризующей информационный поток 120
2.4, Теоретическое обоснование начального импульса складкообразования драпирующихся материалов 140
2.5, Разработка моделей изменения структурных характеристик материалов в процессе складкообразования при драпируемости материалов. 151
2.6, Исследование неравновесных процессов происходящих в екстильных материалах при формообразовании одежды 163
Глава 3 Разработка методологии комплексной оценки показателей свойств систем (пакетов) материалов создающих форму одежды 177
3,1. Разработка методики комплексной оценки показателей свойств систем (пакетов) материалов с использованием теоретико-множествнного подхода 178
3.2. Разработка программы виртуальной лаборатории оценки структуры и свойств текстильных материалов для создания одежды заданой формы 188
3.3. Разработка методики оценки структурных характеристик 199
текстильных материалов
3.4. Исследование и оценка подвижности формы изделия для 211
целей проектирования систем материалов.
Глава 4, Интенсификация процесса проектированияшвейных изделий на основе методологии прогнозирования формы одежды с использованием информационных технологий . 231
4.1. Разработка методики выбора материалов для изделий заданной формы и критерии оптимизации свойствматериалов 233
4.2. Формирование структуры информационной базы данныхдля прогнозирования формы одежды 242
4.3. Разработка алгоритма для автоматизированного 249 прогнозирования формы одежды
4.3,1. Создание баз данных для автоматизированного прогнозирования формы одежды 250
4.3.2. Анализ исходной информации 263
4.3.3. Программа автоматизированного выбора материалов проектирования швейных изделий заданной формы 267
Глава 5 Разработка практических рекомендации и обсуждение результатов исследования 277
Пракгические рекомендации по методике разработки текстильных материалов, имеющих заданную форму 278
Апробация результатов работы 290
Выводы по 5 главе 299
Заключение 300
Литература 302
Приложения
- Анализ основных закономерностей процессов визуального проектирования одежды
- Исследование закономерностей процесса изменения информационного потока в системах при создании формы. Методика оценки драпируемости текстильных материалов, характеризующей информационный поток
- Разработка программы виртуальной лаборатории оценки структуры и свойств текстильных материалов для создания одежды заданой формы
- Формирование структуры информационной базы данныхдля прогнозирования формы одежды
Введение к работе
Перед легкой промышленностью России стоят задачи более полного удовлетворения спроса населения на товары, производимые отраслью, улучшения качества и расширения ассортимента изделий, а следовательно, насыщение рынка конкурентоспособной продукцией, отвечающей современному уровню культуры,
В течение последних двух лет российский рынок одежды для среднего класса рос со средним темпом 10—15% в год. Компании же, лидирующие на рынке увеличивали свои обороты ежегодно на 30—40%. Сегодня емкость этого рынка составляет примерно 360-390 млрд..руб. что сопоставимо с таким «серьезным» сегментом потребительского рынка, как рынок квартир. В течение последнего года 40% общего рыночного оборота, или 120-150 млрд, руб. пришлось на Москву, В Санкт-Петербурге было продано одежды на 30-45 млрд, руб.в регионах на 180-210 млрд.руб Данные исследования «Стиль жизни среднего класса» («Эксперт», группа Monitoring.ru) позволяют предположить, что в ближайший год рынок стабилизируется и темпы его роста составят примерно 5% годовых. Судя по всему, рынок одежды, стремительно пройдя стадию доминирования продавца и производителя, переходит в следующее, качественно иное состояние, когда последнее слово остается за покупателем [169].
Современный образ жизни людей оказал существенное влияние на их требования к одежде, которая в большей степени стала отражать индивидуальность потребителя. Одежда в жизни человека с одной стороны выполняет определенные утилитарные функции, с другой несет определенный смысл и значения (являясь невербальным знаком). Одежда рассматривается как произведение прикладного искусства, а при оценке ее эксплуатационных свойств, все большее значение приобретает соответствие направлению моды, современность оформления, стабильность исходного внешнего вида изделия, легкость ухода за ним. Определяющее значение в характеристике внешнего вида и сохранения формы одежды в процессе носки имеет правильный подбор материалов. В то же время одежда - это системный объект, определяемый совокупностью свойств, физических, химических, геометрических, механических. Эта совокупность свойств и формирует качество, т.е, желаемое для потребителя состояние объекта.
Таким образом, выпуск конкурентоспособной одежды будет определяться тем, насколько точно будут учтены желания потребителей.
Следует отметить, что одним из основных требований.» обеспечивающими конкурентоспособность изделий является быстрая реализация новых идей. Для получения конкурентных преимуществ в экономии времени и ресурсов целесообразно выявить потери и источники их возникновения по всему жизненному циклу продукции леткой промышленности.
Основной характеристикой длительности жизненного цикла является тот период времени, в течение которого идея нового товара, через стадии маркетинговых исследований, создания коллекции, моделирование, конструирование, "зкспериментальной проверки и массового производства воплощается в готовый товар и реализуется на рынке [267].
Эти задачи в настоящее время решаются за счет интенсификации и автоматизации процесса проектирования одежды, что нашло отражение в работах Е.Б. Кобляковой, П- П. Кокеткина, Б.А, Бузова, В.Е.Романова, Н.А.Смирновой, В. Я. Сурженко [30,31,32,129,135,159,199,215].
Однако, научных работ по этой проблеме явно недостаточно, так как процесс проектирования одежды достаточно трудоемок и в настоящее время автоматизированы только отдельные этапы работы, а при их использовании лишь частично учитываются свойства материалов, используемых для изготовления одежды.
При проектировании швейных изделий следует правильно определить структуру формы одежды - т.е. того главного, отчего зависит соответствие одежды функциональности, гигиеническим и эксплуатационным требованиям.
Структура формы - это пространственная организация формы, определенные взаимосвязи межу создающими ее материалами, зависящие от их свойств и структуры. Это значит, что если необходимо создать форму совершенно определенного внешнего вида, следуег из огромного разнообразия материалов выбрать только те, которые своими физико-механическими свойствами смогут обеспечить постоянство этой формы.
Поскольку одежда является многослойным изделием, ее внешний вид и сохранность формы при эксплуатации, в значительной мере зависят от качества внутренних слоев, от формоустойчивости деталей, от способов их соединения.
Следователь но? для решения проблемы прогнозирования формы одежды, необходимо при создании модели изучить форму одежды в целом, рассматривая взаимосвязь конструктивных зон и используемых на этих участках систем материалов.
Однако, при конфекционировании материалов для изделий в настоящее время не уделяется должного внимания этим аспектам, и поэтому готовая одежда не всегда соответствует проектируемой форме.
Для создания конкурентоспособной одежды не менее важным является рациональное использование сырья и материалов. Сокращение материальных затрат главным образом зависит от сокращения расхода материалов на единицу продукции, удельный вес которых в себестоимости доходит до 60—80%, Здесь большую роль могут иметь методы подбора таких систем материалов, которые бы обеспечивали соответствие готовой одежды ее проектируемой форме. При этом для предприятий важно определить потребности в сырье определенного вида, так как выпуск качественной продукции может быть обеспечен при учете различных физико-механических свойств материалов, поскольку, процесс производства одежды накладывает определенные требования к материалам на разных стадиях технологического процесса.
Следует отмстить, что в настоящее время недостаточно выявлена взаимосвязь между свойствами современных материалов и параметрами их структуры. Как правило, в рекомендациях для предприятий учитывается только волокнистый состав материалов, но совершенно не принимаются во внимание такие характеристики, как вид используемых пряж и нитей, переплетений, заполнение и пр.
В настоящей работе разрабатываются теоретические закономерности, определяющие взаимовлияние формы изделия на свойства материалов.
Экономия затрат при производстве одежды возможна за счет сотрудничества с поставщиками, позволяющего корректировать технологические параметры закупаемых материалов, что позволяет повысить качество изделий.
В настоящее время доказано, что при формировании основных характеристик проектируемого изделия, интерактивный этап выбора материалов пакета с использованием ЭВМ, и в і ом числе Internet, являются в значительной мере трудоемкой рабо гой, зависящей от опыта и интуиции разработчика.
При закупке материалов у гекешльных фабрик и торгующих организаций, швейные предприятия руководствуются в основном нормативно-технической документацией или имеющимися на предприятиях сертификатами качества. Для качественного проектирования одежды в Э1 их документах содержится недостаточно сведений о материалах. Анализ показывает, что в существующих базах данных [323-327]обычно приводится прейскурантная" (по форме таблиц ранее действовавшего прейскуранта) характеристика материалов, причем разные предприятия заполняю! только определенные поля таких таблиц. К тому же не все предприятия размещают сведения о фактуре» структуре и цветовом решении материалов.
В этой связи создание баз данных о материалах (их ассортименте показателях качества) является одной из актуальных проблем швейного материаловедения.
Эскиз новой модели создается художником, как правило, в стилизованной форме, без учета конкретных свойств материалов. При этом добиться воплощения замысла художника в изделии, обладающем адекватным соответствием проектируемой художественной формы одежды без изготовления промежуточных образцов, отработки технологических режимов изготовления и использования рациональных членений представляется достаточно сложной проблемой,
В этой связи широкое распространение получили методы визуального проектирования одежды [1%, 201, 249]. Созданную в компьютере модель человека можно «одеть» в любой костюм; посмотреть со всех сторон надлежащим ли образом сидит одежда и, если видны недостатки моделирования или конструкции существует возможность тут же их устранить. При визуальном моделировании теоретически возможно па стадии проектировании одежды обойтись без изготовления пробного образца изделия, проведения примерки и подгонки модели.
Придавая поверхностям визуальных объектов вид того или иного материала, можно добиться высокой степени реализма модели. Однако в свободной одежде ткань свисает под действием собственной силы тяжести, образуя фалды и складки. Проблема в том, что используемая программа не всегда может воссоздать реальную картину поведения текстильных полотен. С этой целью необходимо добиться чтобы при формировании объекта была определена сисзема проекционных координат, указывающая модулю визуализации, каким образом растровое изображение текстуры должно наноситься на поверхность объекта и как изменяется линия расположения ткани в каждом конкретном сечении.
Таким образом, актуальной задачей является исследование свойств материалов, характеризующих пестатичную форму одежды, а также определение степени подвижности такой формы.
Сложность разрабатываемой проблемы и ее недостаточная изученность привела к поиску путей решения подобного рода вопросов в других отраслях науки и техники, опираясь на которые, можно наметить основное направление исследований.
Теория и практика проектирования различных сооружении и промышленных изделий, в том числе одежды, убедительно доказывают, что при выявлении и использовании конструктивных качеств и других специфических особенностей материалов обеспечиваются не только оптимальные условия работы материала в конструкции, (а следовательно, и наименьшие его затраты), но и достигается подлинно художественная выразительность изделий. Форма, в которой соблюдены закономерности тектоники, является единственно правильной и подлинно художественной [2 ].
В объёмно-пространственной структуре тектонической формы выражены физико-механические свойства материалов и конструкций: прочность, устойчивость, надежность, равновесие, распределение и погашение усилий, возникающих вследствие воздействия силы тяжести и др. В соответствии с этим форма н конструкция изделий должны, прежде всего, исходить из возможностей материала, и его свойств, /І ля целого ряда сооружений и изделий тектоника формы связана с инженерными расчетами конструкций с учетом свойств материалов на основе законов механики, сопротивления материалов, теории упругости, теории устойчивости и других наук. Правила и законы ті их инженерных наук являются основополагающими при проектировании различных форм конструкций в соответствии с тектонической закономерностью.
Следовательно, эффективное решение задачи оценки и прогнозирования свойств текстильных материалов для создания заданной формы одежды возможно лишь на основе всестороннего целостного рассмотрения разрабатываемой системы и ее взаимодействия с окружающей средой При взаимодействии в таких сложных биотехнических комплексах как системы типа «человек одежда - окружающая среда» необходимо учитывать как свойства самих материалов, формирующих изделие, так и свойства систем (пакетов) материалов, которые определяют объективные особенности этих систем, проявляющиеся при их создании и эксплуатации. Показатели этих свойств имеют достаточно широкий диапазон: от наихудших до наилучших значений и вносят свой вес в интегральное качество формы изделия.
Однако, в настоящее время недостаточно разработаны теоретические закономерности, определяющие влияние формы изделия на свойства материалов и не определено решение обратной задачи прогнозирования формы изделия на основе комплексной оценки показателей структуры и свойств материалов.
Наличие такой теории и баз данных текстильных материалов для автоматизированного проектирования позволит создавать одежду заданной формы, устойчивой в эксплуатации на базе современных информационных технологий.
Отсюда следует, что исследования направленные на разработку методологических основ прогнозирования проектируемой формы одежды на основе комплексной оценки показателей структуры и свойств материалов являются актуальными.
До настоящего времени в теории материаловедения отсутствуют методологические основы, определяющие комплексную взаимосвязь формы одежды и структуры и свойств материалов. Не уделялось достаточного внимания вопросам, связанным с влиянием типов систем (пакетов) материалов на форму изделия по этапам жизненного цикла одежды. Отсутствие научно-обоснованных методов и критериев оценки свойств систем (пакетов) материалов, создающих форму одежды, явилось причиной того, что не учитывалось взаимное влияние элементов и систем друг на друга, и, следовательно, было возможно снижение как эстетических, так и эксплуатационных свойств костюма. Рассмотрение целостного подхода к этой проблеме нашло отражение в наших работах [64, 65, 76, 89, 95,106, 107, 119] ,
Различные подходы к процессу проектирования швейных изделий привели к тому, что отсутствуют методологические основы, определяющие комплексную взаимосвязь формы одежды и структуры и свойств материалов, в связи с чем не выявлены теоретические закономерности, определяющие влияние формы изделия на свойства материалов. Анализ работ, посвященных. проектированию одежды, позволил выявить ряд проблем, связанных с использованием материалов и систем на их основе (таблЛ).
Анализ состояния вопроса показал отсутствие в настоящее время комплексных систематических исследований обсуждаемой проблемы применительно к форме одежды в целом, но позволил в качестве основной выдвинуть гипотезу, согласно которой, проектирование формы одежды необходимо и целесообразно производить с использованием таких элементов и систем материалов, параметры которых определены на основе системного подхода и законов механики, термодинамики и теории упругости. Логическое развитие этой гипотезы позволяет разработать научно-обоснованные технические и технологические решения, обеспечивающие возможность прогнозировать заданную форму изделия на основе комплексной оценки структуры и свойств материалов и их систем, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны.
Отсутствие методологии комплексной оценки изменения формы изделия при изменении структуры и свойств материалов, не позволяет научно обоснованно подходить к выбору материалов и конструкции их систем (пакетов) одежды, оптимизировать режимы их технологической обработки. Представляется важным и своевременным развить и сформировать в рамках материшюведческих исследований научное направление, суть которого составляет обоснование принимаемых технических и технологических решений при проектировании одежды заданной формы,
В складывающихся обстоятельствах результаты данного исследования -научно-обоснованные технические и технологические решения, позволяющие прогнозировать заданную форму изделия на основе комплексной оценки структуры и свойств материалов и их систем,- должны восполнить имеющиеся пробелы в вопросе прогнозирования формы и оценки свойств одежды и внести определенный вклад в теорию и практику ее проектирования.
Все выше изложенное указывает на актуальность темы и своевременность проведения исследований.
Объект исследования: Форма одежды как комплексная система и составляющие одежду материалы.
Цель работы состояла в разработке методологических основ прогнозирования формы одежды на базе комплексной оценки показателей структуры и свойств материалов, и решении обратной задачи прогнозирования показателей свойств текстильных материалов для создания одежды заданных форм.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- разработка новых подходов к обоснованию процесса принятия проектных решений па ранних этапах проектирования одежды и новая методологии оценки и прогнозирования свойств текстильных материалов для создания одежды заданной формы;
- разработка методики анализа взаимодействия элементов системы человек-одежда-среда", учитывающей особенности изменения и восприятия формы одежды;
- теоретическое обоснование принципов изменения состояния систем материалов на этапах жизненного цикла одежды на основе термодинамического подхода;
- теоретическое обоснование принципов объединения в множества функциональных элементов систем материалов на основе систематизации параметров показателей свойств материалов для заданных множеств;
- разработка методики оценки устойчивости систем материалов для создания одежды заданной формы;
- разработка критериев оптимизации параметров показателей свойств материалов для создания одежды заданной формы на основе развития общей теории систем;
- теоретическое обоснование принципов и методики создания баз данных для проектирования систем материалов для создания одежды прогнозируемой формы;
- разработка информационно-справочной подсистемы обеспечения процесса обоснования выбора материалов для создания одежды заданной формы, удовлетворяющей различным требованиям пользователей.
Основные методы исследовании. Методологической основой проведенных теоретических и экспериментальных исследований явились как классические (теория оболочек и их устойчивости) так и новые научные представления (системные представления, термодинамическая характеристика процессов) экспериментальные и теоретические положения и разработки текстильного материаловедения.
В диссертации использованы:
- методология системного анализа, позволяющая рассматривать предметы и явления в их взаимосвязи;
- элементы теории принятия решений;
- теоретико-множественного представления о системах, а также основные принципы механики и термодинамики.
Экспериментальные исследования выполнялись на базе экспериментально - теоретических и теоретико - экспериментальных подходов, позволяющих получить результаты, адекватные действительности; а также с применением статистической обработки результатов экспериментов, использования математического моделирования, теории классификации и кодирования; теории распознавания образов; теории алгоритмизации и программирования. В работе использованы программные продукты операционной среды Windows 98, Windows XP(Word 2000, Microsoft Excel 2000, Microsoft Acces , Internet Explorer, Pfoto shop), Visual basic.
Научная новизна результатов проведенных исследований.
Научная новизна работы состоит в том, что;
- предложена и реализована единая концептуальная последовательность этапов и процедур процесса принятия проектных решений на этапах проектирования одежды и новая методология оценки и прогнозирования показателей свойств текстильных материалов для создания одежды заданной формы;
разработана теоретическая концепция взаимообусловленности эффективных художественно-технических решений одежды и параметров систем материалов, используемых для создания заданной формы одежды;
разработаны научно-обоснованные технические решения,
раскрывающих взаимосвязь между формой изделия и свойствами материалов;
разработана методологическая сущность комплексной оценки структуры и свойств материалов на основе системного подхода;
- создано теоретическое обоснование прогнозирования формы одежды - и ее устойчивости, на основе комплексной оценки свойств материалов;
- теоретически определена взаимосвязь пространственно-временного состояния формы изделий со структурными характеристиками материалов;
- предложен комплекс новых методов оценки соответствия формы изделий заданным проектным решениям.
Достоверность проведенных исследований.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации подтверждается согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, использованием современных информационных технологий при корректном применении математического анализа и обработки полученных данных, апробацией основных положений диссертации в научных журналах и на конференциях различного уровня. Достоверность научных результатов обеспечена также производственной проверкой разработанных методик и их положительной оценкой потребителями.
Значение полученных результатов для теории и практики.
Для теории существенное значение имеют:
- новая концепция прогнозирования и оценки свойств текстильных материалов на основе теории информационно-логического поля;
- новый подход к обоснованию, оценке и проектированию структуры и свойств материалов для одежды, основанный на системном подходе.
Практическая значимость работы и рекомендации по использованию полученных результатов.
Практическая значимость результатов работы заключается в том, что:
- разработана методика оптимизации свойств материалов для изделий сложных конструктивных решений;
- разработаны и внедрены в практику научных исследований новые способы и устройства для оценки дралируемости материалов (А.С.1455301), что позволило дать объективную оценку свойств материалов и систем материалов;
- разработаны принципы проектирования объемной формы на швейных изделиях (А.СЛ564327, 1797829, 1189913, 1291633), а также методы ее закрепления;
- систематизирован массив данных о современных и перспективных текстильных материалах и систем из них для оперативного пользования при прогнозировании формы одежды;
- разработана классификации разновидностей систем материалов, используемых при изготовлении швейных изделий заданной формы;
- разработана методика и техническое обеспечение оценки структурных показателей текстильных материалов;
- разработана методика накопления и переработки информационных данных в системе управления процессами формирования и модернизации структуры ассортимента текстильных материалов для заданной формы одежды;
- разработана методика прогнозирования показателей устойчивости формы одежды и проектирования на ее основе типов систем материалов;
-разработано информационное и методическое обеспечение компьютерных подпрограмм выбора материалов для изделий заданной формы;
- созданы базы данных для процесса прогнозирования формы одежды в которых текстильных полотен и нормативные показатели их качества, а также типы систем материалов для швейных изделий (свидетельства о регистрации баз данных №№ 2003620139 , № 2003620137 , № 2003620138);
- разработана пилот - программа решения технологической задачи прогнозирования формы одежды в автоматизированном режиме;
- разработаны и апробированы рекомендации для предприятий по использованию современных материалов для создания заданной формы изделия.
Апробация результатов исследования.
Основные положения и результаты диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:
1, Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы науки, техники и экономики легкой промышленности", посвященной 70-летию МГУДТ (М., 2000 г.).
2. Международной науч.- практ, конф» "Актуальные проблемы создания и использования новых материалов и оценки их качества" (МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ-99) - (Москва, МГУ сервиса, 1999) .
3. Международной науч.-метод, конф. «Инженерное образование в области легкой промышленности на рубеже XX! века» ( Москва, 19-20 апреля 2000г),
4. Первом Рос, науч. Семинаре по цветоведению и электрон. спектроскопии слож. систем "Информ. - цвет - свойства", 19 нояб. 1998 г.
5. Республиканских научно-технических конференциях, посвященных совершенствованию конструкторско-технологической подготовки и управления процессом изготовления одежды с использованием ЭВМ (г.Уфа: Уфимский филиал МТИ, 1979, 1987, 1990 т).
6. Областных научно-технических конференциях (г, Иванове: ИвТИ, 1984 г,, г.Тольятти: Гольяттинский филиал МТИ, 1987 г.)
7. Межвузовской научно - практической конференции "Наука - сервис-семья", посвященная Дню науки, 15 апреля 1998. ( Уфа- УТИС, 1998 ).
8. Ежегодных научно-технических конференциях У ТИС (г, Уфа) в 1985-2000 гг.
9. Заседаниях кафедры Материаловедения МГУДТ в 2001, 2002, 2003гг. Реализация результатов работы.
Материалы исследований и разработок широко используются в учебном процессе МГУДТ, УТИС, при подготовке инженеров специальностей 28.08.00 и 28.09-00, в частности, в лекционных курсах "Материаловедение швейного производства", "Материалы для одежды", "Методы и средства исследований", "Технология художественной отделки швейных изделий", "Управление качеством продукции", при проведении практических и лабораторных работ, в курсовом, дипломном проектировании и научно-исследовательских работах.
Результаты исследований докладывались на республиканских семинарах, проводимых Республиканским центром моды Республики Башкортостан РЦМ РБ (г.Уфа), и изданы в виде рекомендаций для практического использования.
Методики, рекомендации и справочные данные, выполненных лично соискателем или при непосредственном участии и под его руководством, внедрены и апробированы в на предприятиях занимающихся проектированием и изготовлением одежды: РЦМ РБ (г.Уфа), БПХО ООО «Башкирский узор», г.Уфа- годовой экономический эффект 653640 руб), ООО «Мода-микс» г.Москва - годовой экономический эффект 773760 руб.
Личный вклад автора состоит в постановке и разработке основной идеи и темы данной диссертации, в постановке и решении основных задач теоретического и экспериментального характера, методологическом и практическом осуществлении исследований, обобщении полученных результатов, разработке методик проведения экспериментальных исследований, их анализе и формулировании выводов.
Изложенные в диссертации результаты получены автором лично и в соавторстве с сотрудниками кафедр «Материаловедение» Московского государственного университета дизайна и технологии (МГУДТ), Уфимского технологического института сервиса (УТИС), Основная часть научных исследований проведена по инициативе и под руководством автора.
Работа выполнена в рамках научно-технической программы Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приорететным направлениям науки и техники», подпрогрмма 202 «Новые материалы», раздел 08 «Новые текстильные и кожевенные материалы улучшенного качества».
Научные исследования, положенные в основу диссертации, выполнены в рамках НИР УТИС. Всего выполнено 5 госбюджетных и хоздоговорных тем.
Автор защищает:
- теоретическое обоснование технических и технологических решений, позволяющих прогнозировать заданную форму изделия на основе комплексной оценки структуры и свойств материалов и их систем, на основе теории информационно-логического поля и с использования термодинамических уравнений состояний системы по этапам жизненного цикла;
- оценки структуры и свойств материалов и их систем, на основе теории информационно-логического поля и с использования термодинамических уравнений состояний системы по этапам жизненного цикла;
- теоретическое обоснование принципов изменения состояния систем материалов на этапах жизненного цикла одежды на основе термодинамического подхода;
- технические решения, раскрывающие взаимосвязь между формой изделия и свойствами материалов;
- методику прогнозирования показателей устойчивости формы одежды и проектирования на се основе типов систем материалов, и методов их технологической обработки;
- теоретическое обоснование принципов и методики создания баз данных проектирования систем материалов для создания одежды прогнозируемой формы.
Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 48 работах, в гом числе: 10 патентов РФ на изобретения, 3 свидетельства о регистрации баз данных.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Объем диссертации составляет 333 страницы, включающих 93 рисунка, 64 таблицы. Список литературы содержит 325 источников. Приложения представлены на 47 страницах.
Анализ основных закономерностей процессов визуального проектирования одежды
Наиболее актуальным направлением совершенствования процесса проектирования одежды является использование информационных технологий с элементами искусственного интеллекта. Данное направление позволяет наглядно продемонстрировать то, что должно получиться из задуманного проекта, а также корректировать эскиз для конкретной фигуры - то есть полностью удовлетворить запросы потребителей, [18]
Виртуальное представление проектируемых моделей одежды возможно при использовании в процессе производства одежды на стадии моделирования, конструирования и разработки лекал ПЭВМ, работающих с пакетом программ 3D Studio МАХ - единым программным комплексом моделирования, визуализации и анимации-[85,103,269]. База будущей формы изделия определяется основными факторами формообразования костюма. Важной частью процесса проектирования является представление моделей одежды в объемном виде.
Разработка модели одежды требует применения средств геометрического моделирования, создания и конфекционирования материалов, установки источников света и съемочных камер, включения специальных эффектов (например, движения объекта), то есть совместного использования практически всего, что включает в себя пакет программ 3D Studio МАХ ,
Пакет программ 3D Studio МАХ-это единственный программный комплекс моделирования, визуализации и анимации объектов, разработанный фирмой Autodesk для операционной системы Windows NT. программ 3D Studio MAX решает все основные вопросы в работе с трехмерной графикой - это: -создание базовых геометрических моделей простейших плоских и объемных тел; -создание сложных трехмерных объектов, методом объединения простейших, а также на основе плоских сечений; -изменение формы объектов, применяя к ним различные преобразования; -имитация любых материалов реального мира, их цвет, блеск, шероховатость, прозрачность и другие свойства; -наложение материалов на поверхность моделей, при полном подобии реальности; -просмотр модели в предметной среде, варьируя источники света и расположение съемочных камер- Такой пакет программ позволяет воспроизвести любую фигуру человека посредством ввода последовательно идущих друг за другом сечений, полученных в результате горизонтального расчленения фигуры. При визуальном моделировании на стадии проектировании одежды можно обойтись без изготовления пробного образца изделия и проведения примерки и подгонки модели.
На введенную в компьютер фигуру человека можно без проблем надеть обтягивающую одежду, типа футболки, водолазки, лосин, однако с изделиями, не прилегающими к телу человека, возникают трудности. Придавая поверхностям объектов вид того или иного материала, можно добиться высокой степени реализма модели.
Однако в свободной одежде ткань свисает под действием собственной силы тяжести, образуя фалды и складки. Визуализация материала на основе карт текстуры требует, чтобы при формировании объекта была определена система проекционных координат, указывающая модулю визуализации, каким образом растровое изображение текстуры должно наноситься на поверхность объекта и как изменяется линия расположения ткани в каждом конкретном сечении. Фалды и складки характеризуют такое свойство ткани, как драпируемость — способность материала в подвешенном состоянии под действием собственной силы тяжести образовывать мягкие подвижные складки. Размеры, форма и месторасположение фалд и складок зависят от свойств ткани и технологических методов обработки, применяемых при изготовлении изделий. Проблема состоит в том, что используемые проіраммьі не всегда могуч воссоздать реальную картину поведения ткани, поэтому необходимо исследовать реальные процессы формообразования, создавая их математические и физические модели.
Такой элемент программы как «композиция сцены» позволяет проверить реальность замысла дизайнера- Хорошая композиция является результатом поиска выигрышных ракурсов наблюдения с помощью расстановки съемочных камер, подбора подходящих условий освеиіения и визуализации сцены с применением соответствующих покрытий объектов или специальных эффектов.
Для выявления возможностей программы для целей прогнозирования свойств текстильных материалов нами обработан эскиз модели (рис. 1Л Л) средствами 3D Studio МАХ. На риеЛЛ.2 - 1.1.4 представлены результаты создания формы. На рис Л Л.2 - сечения формы, на рисІЛ.З результаты построения сетки . и на рисЛЛ.4. - полученная трехмерная форма. На рисунке видно, что материал переставляет собой гладкую поверхность, наложенную на сетку без складок и морщин. Сравнив готовую модель изделия (рисЛЛ.5) с трехмерным изображением видим, что в реальном объекте материал имеет определенную выразительность вследствие подвижности формы и образования складок.
Следует учесть, что под материалом в комплексе МАХ понимается определенный набор характеристик, присваиваемых поверхности геометрической модели для придания ей визуального сходства с поверхностью реального объекта. Это сходство достигается в процессе формирования изображения сцены с использованием любого из возможных методов визуализации. В пакете программ имеются две разновидности материалов: стандартные и основанные на картах текстур. Стандартный материал имитирует поверхность за счет подбора цвета, блеска и степени прозрачности. Материал на основе карт текстуры используют для имитации поверхности ее реальное изображение (например, сканированную фотографию) и виде растрового файла одного из стандартных материалов типа GIF или TIFF. Это изображение может быть спроецировано на поверхность объекта разными способами. Допускается комбинирование стандартных материалов и материалов на основе карт текстуры сотнями различных способов, что обеспечивает возможность имитации практически любого типа поверхностей, встречающихся в реальном мире. Следовательно, важным компонентом является правильный подбор материалов и назначения их для поверхностей объектов, в результате чего можно будет с высокой достоверностью имитировать внешний вид реальных предметов.
Программный комплекс 3D Studio МАХ позволяет воссоздать в компьютере реальную картину жизни: фигурки оживают, начинают двигаться, одежда колышется при ходьбе и трепещет от ветра. Изменение положения ткани изделия во многом зависит от опорной поверхности: от кривизны и радиусов закругления линии соприкосновения ткани с телом человека.
Поэтому в процессе прогнозирования мы будем выявлять поведение текстильных материалов при заполнении заданной формы изделия. Кроме того, для создания реальной картины необходимо определить зависимость из менения свойств материалов и изготовленных из них конструкций «в динамике». Однако, анализ различных работ [29, 193,215,231,232] показывает, что драпируемость всегда исследовалась только в статике, в то время как человек — это активный элемент биомеханической
Исследование закономерностей процесса изменения информационного потока в системах при создании формы. Методика оценки драпируемости текстильных материалов, характеризующей информационный поток
В процессе формообразования необходимо создать из материалов форму изделия, адекватную задуманной художником. Идеальным вариантом должно быть совпадение прогнозируемой (виртуальной) и реальной формы изделия. Следовательно, материал, образующий форму должен как бы «наполнять» каркас внутренней формы. Нам необходимо определить, каким образом будет изменяться внешний вид изделия одного и того же конструктивного решения при использовании различных материалов. Ранее в работе установлено, что элементы, составляющие систему форму создают определенный информационный поток, рассчитываемый по формуле (1,2.2). Для использования в дальнейшем этих зависимостей рассмотрим, как изменяется информационное поле формы в зависимости от вида используемых материалов. Наиболее полную картину этого процесса дает исследование драпируем ости. [29J. Драпируемость - это способность текстильных материалов в подвешенном состоянии образовывать мягкие подвижные складки. Для определения драпируемости в настоящее время используются методы и приборы, которые не позволяют использовать полученные результаты в процессе проектирования одежды, так как в основном зто сравнительные данные на уровне «хорошая», «плохая», «удовлетворительная». При исследовании драпируемости текстильных материалов [29, 95, 101, 193, 215, 231, 232] установлено, что текстильные полотна ведут себя не так как другие гибкие тонкие материалы (например, пленки), в силу особенностей ячеистого строения. Обнаружены большие отклонения в поведении тканей от законов теоретической механики. Поэтому, главной целью при исследовании драпируемости являлось изучение поведения материала при создании из него различных объемных структур и их изменений с учетом строения тканей на микро- и макро- уровнях. В нашей работе уточнялись методики оценки драпировочных свойств для дальнейшего использования при прогнозировании формы.
При создании одежды на ее форму существенное влияние оказывает кривизна поверхности сечения тела человека. В зависимости от этого материал может закрепляться либо по дуге, либо по прямой линии. Учитывая форму закрепляемого среза можно предположить, что возможны варианты закрепления: Сечение тела в виде прямой и ткань имеет прямой срез; Сечение тела в виде прямой, а ткань имеет дугообразный срез; Сечение тела в виде дуги, а ткань имеет прямой срез; Сечение тела в виде дуги и ткань имеет дугообразный срез. Определение изменения драпируемости для различных тканей в зависимости от способа крепления образцов не позволило нам выявить конкретных зависимостей. 195,99,101]. Однако, было установлено, что размеры, форма и расположение складок, различны при контакте вырезанной по кривой ткани с прямой поверхностью и при контакте этой же ткани с поверхностью, обладающей кривизной.
Ранее установлено, что драпируемость зависит от гибкости материала и его массы: чем жестче структура материала, чем больше усилия требуется для его изгиба, тем хуже драпируемость. [231,232]. При увеличении поверхностной плотности материала его драпируемость улучшается - особенно хорошо драпируются гонкие, гибкие и тяжелые материалы, они образуют мелкие складки. Следовательно, характеристики драпируемости должны изменяться в зависимости от размеров точечных проб материалов при испытании.
С этой целью исследования драпируемости проводилось с использованием методики, согласно которой круглый образец ткани располагается на диске прибора [29], сверху освещается лампой и на листе бумаги, находящемся под прибором, очерчивается проекция образца. Диск представляет собой подобие талии, на которой держится поясная одежда, а сам образец является подобием юбки-«солпце».
С учетом длины окружности диска, используемого в приборе нами был выбран масштаб пробного образца І : 2, т.е, размеры пробы были в два раза меньше, чем размеры, используемые в реальной одежде (табл 2.3.1)
За наибольшую длину юбки принято 70см, т.е. длина образца, свисающего с диска со всех сторон должна составлять 35см.
В соответствии с [29], в первом случае проба накладывалась па поверхность диска. Во втором случае в образце вырезалось отверстие, равное диаметру диска, и полученная проба крепилась к боковой поверхности диска при помощи липкой лент. Отверстие по центру обеспечивает наибольшее приближение к реальным условиям изготовления и эксплуатации одежды. На рис.2.3.1. представлены кривые, характеризующие проекции образцов разной длины. Сравнивая полученные проекции образцов, (рис.2.3Л.) установили, что в первом случае (кривая 1) происходит смещение образца, в то время как во втором случае (кривая 2) отсутствует изгиб ткани по линии окружности диска, и характер складок другой, в то же время, драпируемость ткани незначительно изменяется с изменением длины образца, а основное направление, форма и количество складок остаются подобными (для образцов 2,3,4), Проекция пятого образца отличалась от всех предыдущих - форма и размеры складок сильно искажены. Это можно объяснить слишком маленьким размером образца, [три этом не проявляются характерные свойства ткани, из-за недостатка массы ткань не свисает должным образом под действием собственной силы тяжести, поэтому в этом случае нельзя говорить о точности измерения драпируемости. При сопоставлении проекций пятого и шестого образцов наблюдается явное подобие формы, размеров и расположения складок драпируемости, следовательно, можно легкі) отказаться от достаточно больших и не удобных для раскраивания круглых образцов и заменить их более компактными, менее материалоемкими образцами.
Таким образом, нами определен оптимальный размер образца - круг диаметром 50см с отверстием по центру диаметром 10см, по которому достаточно точно можно судить о драпируемости ткани. Прежде чем приступить к исследованию зависимости между драпируемостью и технологическими параметрами, необходимо выявить такую характеристику (показатель) ткани, изменение которой даже в самой незначительной степени повлечет за собой явное (видимое) изменение показателя драпируемости.
С этой целью нами выбраны четыре фактора, характеризующие ткани: волокнистый состав, переплетение, толщина и поверхностная плотность (масса), которые можно реально оце нить в существующих условиях.
Разработка программы виртуальной лаборатории оценки структуры и свойств текстильных материалов для создания одежды заданой формы
Программа виртуальной лаборатории включает возможность прогнозировать поведение материалов уже на стадии проектирования изделия. Нередко возникают ситуации, когда при проектировании изделия необходимо исследовать какой-либо один признак материала, из которого оно будет изготовлено. Как правило, это связано с эстетическими требованиями к одежде, связанными с модой - форма изделия. Виртуальная лаборатория позволяет оценивать различные свойства материалов независимо друг от друга. Разработчик может определить необходимые данные для создания изделия определенной формы на основе математических методов расчета и предложенных способов оценки свойств материалов. Для этого в программу необходимо внести исходные данные исследуемого материала- В условиях виртуальной лаборатории будет произведен эксперимент, включающий измерения и расчеты, полученные результаты будут проанализированы и даны соответствующие рекомендации
В условиях работы виртуальной лаборатории действует алгоритм, который позволяет ознакомиться с обоснованием испытания, оборудованием, методикой их проведения, расчетом основных значений и рассмотрением полученных показателей (рис. 3.2-1). Программа содержит необходимый компьютерный справочник, составленный на основе нормативно-технической литературы.Методика проведения испытаний дается в соответствии с действующими стандартами с целью соответствия проводимых испытании в условиях виртуальной лаборатории.
При проведении виртуальных испытаний в зависимости от вида текстильного материала, выбираются условия испытаний, виды проб, необходимое количество испытаний, методика расчета результатов В начале испытаний исследуемые образцы тестируются по структурным характеристикам, общим для всех видов текстильных материалов, среди которых измерение размеров исследуемого образца, измерение толщины и массы точечном пробы, определение линейной плотности, опорной поверхности материалов и коэффициента ориентации волокон на ней. Также общие тесты включают исследование структурных характеристик полотен - сканирование лицевой и изнаночной сторон образцов и их поперечных срезов. Затем тестируются структурные характеристики материалов в зависимости от способа их производстве. Наиболее длинная цепочка тестов у трикотажа, среди которых некоторые тесты являются общими с тканями и неткаными полотнами Самая короткая цепочка - у нетканых полотен. На заключительном этапе работы осуществляется анализ полученных результатов и сравнение их с базовыми значениями. Наличие виртуальной лаборатории позволяет избежать содержания огромного количества приборов и установок, поскольку она заменяет их. Анализ известных методик оценки свойств текстильных материалов, показал, что в основном исходным является оценка структуры материалов. Вес известные наработки по оценке свойств текстильных материалов были систематизированы в общий алгоритм. Структура алгоритма включает общие и специальные тесты для материалов различных по способу производства. Причем основная линия графа включает наиболее длинный путь, а боковые ветви - для исследования материалов, имеющих отличия, (рис.3.2.2.).
Весь алгоритм условно можно разделить на блоки, внутри которых имеется измерительная и расчетная части. Это позволяет более гибко пользоваться программой, где можно либо только измерить, либо на основе имеющихся данных рассчитать характеристики материалов. В первый блок алгоритма входят общие тесты для .всех видов текстильных материалов большая часть первого блока - измерительные тесты и незначительная -расчетные. Методика проведения испытаний приведена в соответствии со стандартами.
При проведении виртуальных испытаний в соответствии с задачей выбирается текстильный материал, выбираются условия испытаний и виды проб, необходимое количество испытаний и методика подсчета результатов. На экране монитора отражается графическая картина испытаний, причем возможно изменить пространственно- временные параметры : ускорить, или замедлить демонстрацию испытаний. На заключительном этапе работы осуществляется анализ полученных результатов испытаний с помощью метода контрольных вопросов. Обращение к нормативно - справочной информации позволяет сравнить полученные результаты с базовыми значениями, и определить уровень качества материалов.
При исследовании строения и структуры материалов мы выявляем взаимное расположение и геометрические параметры элементов в системе, уточняем виды и формы связей, т.е. «перечисляем» элементы системы. На этом этапе можно задаться определенной степенью точности, т.е. в соответствии с формулой 3.1.6. Кроме того, на этом этапе осуществляем декомпозицию системы.
При анализе свойств мы выявляем изменения самих элементов и связей между ними под воздействием различных сил и полей ( условно любое воздействие на материал можно определить как воздействие поля- П) т.е. в систему вводится дополнительное действие, и поэтому необходимо его учесть.
Проявлением действия таких полей объясняют все процессы в природе. Однако для техники такого деления недостаточно: технические системы чрезвычайно «чувствительны» к количественным и качественным характеристикам полей. Поэтому в вепанализе используют более детальную их классификацию: механическое (давление, удар, импульс), звуковое (ультра-, инф-ра-), тепловое, электрическое (электростатическое, электрический ток), магнитное, электромагнитное, оптическое (УФ, ПК, видимые лучи), ионизирующее излучение, радиоактивное излучение, химическое (окислительные, восстановительные, кислые и щелочные среды), запаховое и т. Д. [187]. І.Под "веществом" условно понимаются любые объекты независимо от степени сложности - от гвоздя и гайки до космического корабля. Например, рассматривая задачу о разрезании материалов за одно "вещество" принимают весь настил целиком, за другое - нож. 2.Понятие "поле" охватывает не только поля электромагнитные, гравитационное, слабых и сильных взаимодействий, но и любые другие виды взаимодействий между веществами, например, механическое, тепловое, акустическое и другие. В нашем примере полем П можно считать механическое воздействие ножа на материал.
Формирование структуры информационной базы данныхдля прогнозирования формы одежды
Системы автоматизированного проектирования (САПР) являются общепризнанным эффективным средством ускорения подготовки производства во всех отраслях промышленности. В условиях рыночных отношений, когда на первый план выдвигаются требования высокого качества изделий и быстрой их сменяемости, применение САПР является единственным эффективным средством реагирования на запросы рынка [18,32,195-198,201,251,266,315].
Формирование информационной базы данных (БД) является необходимым условием обеспечения работы любой САПР одежды и позволяет уменьшить затраты времени на разработку проектно-конструкторской документации, списать разрядность выполняемых работ, организовывать рациональный документооборот, разрабатывать систему контроля качества процесса, проектирования и, соответственно, повышать общий технический уровень конструкторско-технологи ческой подготовки производства. Для разработки системы автоматизированного прогнозирования формы одежды (швейных изделий с заданной формой) нами выполнен ряд работ: анализ требований потребителей и согласование целей пользователей; разработана структура информационной системы для осуществления автоматизированного выбора систем материалов для швейных изделий заданной формы; спроектированы базы данных, обеспечивающие взаимосвязь информации о форме швейных изделий, ассортимента и показателей качества текстильных материалов; получение, анализ и документирование информации о форме швейных изделиях, системах текстильных материалов; ( требования к изделию) разработка программного обеспечения автоматизированной системы формирования систем материалов одежды заданной формы и программных модулей.
Научная и практическая ценность автоматизированной системы заключается в систематизации и компьютеризации массива данных о современных и перспективных швейных изделиях, текстильных материалах и систем из них для оперативного пользования этими данными потребителями.
Установление оптимальной номенклатуры швейных изделий является одним из основных этапов разработки системы автоматизированного выбора их для швейных изделий, одним из условий формирования банка данных о конструкций пакетов одежды
В результате разработана структурная схема базы данных для процесса прогнозирования формы одежды, в которой учтено все многообразие рассмотренных ранее факторов (рис. 4.2.1.) . В структурной схемы выделены блоки, связанные с видом и назначением одежды, отражены особенности систем материалов для одежды и показана взаимосвязь структуры систем материалов и их свойств.
Автоматизированная система по управлению прогнозированием формы одежды может быть представлена в виде совокупности взаимосвязанных подсистем: информационного обеспечения; математического анализа; банка данных о системах материалов одежды; сопряжения или совмещения с внешними источниками информации.
Требуемая информация о швейном изделии, особенностях его конструкции, используемых материалах может быть введена или получена от других АСУ через блоки сопряжения или совмещения. Показатели свойств материалов одежды, а также базовые значения показателей свойств материалов одежды и их систем для конкретных видов швейных изделий должны храниться в подсистеме «банк данных». Структурно-функциональный анализ процесса производства одежды позволил составить блок-схему программы решения технологической задачи прогнозирования формы одежды в автоматизированном режиме (рис.4.2.2.). Такая программа включает следующие основные этапы: составление общей характеристики конкретной модели швейного изделия; условия функционирования одежды; составление требований к системам материалов одежды для конкретной зоны изделия; разработка номенклатуры показателей свойств материалов одежды и их систем, установление базовых показателей по участкам формы одежды; формирование данных, содержащих информацию о составе, структуре и свойствах систем материалов одежды, пригодных для изготовления определенных форм изделий; оценка соответствия систем материалов одежды установленным требованиям.
В основу алгоритма разработанной системы положен принцип сравнения качества новой системы материалов одежды, необходимой для создания швейного изделия с качеством системы материалов одежды, рекомендуемой для изготовления базовой формы швейного изделия (рис.4.2.3)
По существу каждый вид предполагаемого изделия является прототипом серийно выпускаемого швейного изделия данного вида, а нормативные требования к этому виду швейного изделия и конструкции пакета одежды, применяемым для его изготовления, могут служить исходной информацией [61, 62]. Основные требования и показатели качества серийно выпускаемых швейных изделий могут выступать базовыми для данного вида швейного изделия, а номенклатура показателей качества конструкции пакета одежды для этого изделия и нормативы по показателям, изложенные в технической документации, могут быть использованы в качестве исходной базы данных и служить основой для проектирования баз данных.
Швейное изделие определенной группы (или вида) в зависимости от назначения и условий эксплуатации характеризуется определенными требованиями и показателями качества. Сопоставление этих данных с данными базового изделия позволяет определить отличительные особенности швейного изделия, а затем сформулировать отличительные особенности свойств систем материалов, пригодных для изготовления такого изделия.
