Содержание к диссертации
Введение
1 Современные аспекты технологии проектирования одежды для детей школьного возраста 11
1.1 Анализ системы «ребенок - одежда - внешняя среда» 11
1.2 Актуальные направления совершенствования технологии проектирования одежды для школьников 14
1.3 Анализ особенностей детского организма, их взаимосвязь с процессом проектирования одежды и обоснование выбора возрастной группы 17
1.4 Исследование современных методов изучения спроса и потребительских предпочтений при формировании наборов одежды различного назначения 24
1.5 Анализ влияния особенностей процесса школьного обучения на формирование набора одежды и учета критериев эргономического соответствия детской одежды в современных методиках конструирования 28
1.6 Влияние природно-климатических факторов внешней среды на качественные и количественные параметры одежды для школьников 35
2 Разработка информационного обеспечения процесса формирования рационального набора школьной одежды 41
2.1 Структурный анализ проблемы проектирования рационального набора школьной одежды 41
2.2 Концепция маркетингового исследования 48
2.3 Обработка результатов исследования 51
2.4 Разработка информационной модели процесса формирования рационального набора школьной одежды 56
2.5 Определение входной информации процесса формирования ра ционального набора школьной одежды 58
2.5.1 Разработка вариантов наборов школьной одежды в зависимости от погодных условий 59
2.5.2 Разработка матрицы спроса на основе результатов маркетингового исследования 64
2.6 Алгоритм расчета рационального набора школьной одежды 65
2.7 Оценка рациональности наборов школьной одежды с точки зре ния надежности последующей реализации 67
3 Исследование и оптимизация параметров конструкции одежды для школьников 78
3.1 Совершенствование методики расчета прибавки на возрастную динамику 78
3.2 Изучение соответствия наборов одежды ситуациям потребления и характеру двигательной активности школьников 83
3.3 Исследование и разработка комплекса и классификации характерных движений школьников, определяющих конструктивно-эргономические параметры одежды 86
3.4 Определение динамических эффектов размерных признаков при выполнении комплекса характерных движений 92
3.5 Оптимизация конструктивно-эргономических параметров школьной одежды на основе математического моделирования 96
3.6 Разработка рациональной конструкции моделей школьной одежды 101
3.6.1. Разработка конструкции школьной одежды с использованием скорректированных конструктивно-эргономических параметров на примере курток для девочек 101
3.6.2 Производственная апробация и внедрение результатов эргономических исследований конструкций школьной одежды 106
4 Особенности теплозащитных свойств детской одежды для случая локального охлаждения кистей 109
4.1 Общие положения теории теплообмена для случая локального охлаждения кистей 110
4.2 Геометрическое представление кисти и экспериментальное определение ее площади поверхности и объема 113
4.3 Разработка математической модели теплообмена системы «человек - одежда - окружающая среда» для кисти ребенка 118
4.4 Интерпретация результатов моделирования для целей проектирования одежды 123
Выводы 131
Заключение 133
Библиографический список 13 5
Приложения 146
- Актуальные направления совершенствования технологии проектирования одежды для школьников
- Концепция маркетингового исследования
- Изучение соответствия наборов одежды ситуациям потребления и характеру двигательной активности школьников
- Геометрическое представление кисти и экспериментальное определение ее площади поверхности и объема
Введение к работе
В современных условиях залогом успеха продукции, выпускаемой швейными предприятиями, является ее безупречное качество, низкая цена и ассортимент, способный привлечь покупателя. Особенно высокие требования предъявляются к продукции, предназначенной для детей.
Удовлетворение этих требований возможно лишь с привлечением современных комплексных методов на все этапы проектирования и изготовления модной одежды для маленьких потребителей. Дизайнеры, разрабатывая эскиз модели, должны учитывать весь спектр разнообразных требований к детской одежде, однако, наилучший результат достигается тогда, когда идея художника-модельера подкреплена научной и технической базой, позволяющей воплотить творческую мысль в реальное изделие.
В настоящее время доказано, что создание одежды для детей, отвечающей всем современным требованиям, должно осуществляться с учетом психофизиологического развития детей, эргономических требований и законов художественного проектирования III.
Детская одежда должна максимально соответствовать возрастным особенностям и характеру деятельности ребенка. Наиболее разнообразны занятия ребенка в школьном возрасте, и для них требуется различная, но обязательно комфортная, красивая, соответствующая ситуации одежда. Такая одежда должна не только дисциплинировать школьника, но и гармонизировать окружающую среду.
Наилучшая адаптация детей школьного возраста и их комфортное самоощущение в социальной и природной среде жизнедеятельности возможны, если проектирование одежды ведется на основе комплексного учета влияния факторов среды и особенностей организма ребенка.
В России в настоящее время не существует обязательной школьной формы. Образовательные учреждения имеют возможность самостоятельно разрабатывать минимальные требования к внешнему виду учащихся. Однако при формировании набора школьной одежды руководство школ редко при-
7 нимает во внимание гигиенические и медицинские требования, которым она должна соответствовать. С точки зрения гигиенистов 121, родители также не всегда правильно ориентируются в подборе одежды для детей. Поэтому оптимальные характеристики (параметры) изделия должны быть заложены специалистами уже на стадии проектирования модели.
Проектирование одежды для школьников в соответствии с особенностями природной и социальной среды и условиями эксплуатации является сложной научной и практической задачей, поскольку при этом необходимо учитывать как особенности платежеспособного спроса на данный вид одежды и систему потребительских предпочтений, так и требования школьной эргономики, особенности теплозащитных свойств детской одежды.
В настоящее время известны работы Е.Б. Кобляковой /З/, Г.П. Бескоро-вайной /41, Т.П. Тихоновой 15/, Л.Ш. Шамухитдиновой /в/, И.А. Лукашевой ПІ, Ж.А. Юсуповой /8, 9/ и других специалистов /10-14/, посвященные совершенствованию процесса проектирования детской одежды, методов маркетинговых исследований рынка потребителей и автоматизации процесса формирования ассортиментных коллекций школьной одежды. Однако целый ряд вопросов, решение которых необходимо при проектировании одежды для детей школьного возраста, требует своего уточнения и дальнейшего развития. Остаются актуальными проблемы комплексного учета природных и социальных факторов среды при проектировании рационального набора, конструкции и внешнего вида одежды детей-школьников.
Устранение существующих недостатков в ассортименте и конструкции одежды для детей школьного возраста, более полный учет гигиенических, эргономических, эстетических требований к ней в процессе проектирования позволят обеспечить комфорт и повысить работоспособность школьников во всех видах школьной деятельности.
Цель работы - исследование и разработка технологии комплексного проектирования одежды для школьников с учетом возрастных особенностей детей, характера школьной деятельности и факторов внешней среды.
8 Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
изучены актуальные аспекты проектирования одежды для детей школьного возраста в системе «человек - одежда - среда» и исследованы возможности разработки технологии проектирования одежды для школьников на основе комплексного учета различных факторов природной и социальной среды;
разработана методика формирования рационального набора школьной одежды в соответствии с условиями эксплуатации;
созданы рациональные, с точки зрения возрастных особенностей и специфики занятий детей, конструкции моделей одежды на основе усовершенствованных методов расчета прибавки на возрастную динамику и оценки динамического соответствия плечевой одежды;
установлены общие закономерности теплозащитных свойств детской одежды (для случая локального охлаждения кистей). Научная новизна работы состоит в том, что в ней: - проведен всесторонний анализ системы «человек - одежда - среда» для процесса школьного обучения, выявлены и систематизированы факторы природной и социальной среды, оказывающие влияние на технологию проектирования одежды для школьников, и установлена их взаимосвязь с компонентами системы «ребенок - одежда - внешняя среда»;
разработаны методика, информационное обеспечение, математическая модель и алгоритм процесса формирования рационального набора школьной одежды, позволяющие повысить эффективность проектных работ путем снижения затрат времени и средств на проектирование школьной одежды;
усовершенствованы методики разработки и оценки конструкций школьной одежды по эргономическим показателям качества с учетом специфики занятий детей;
9 разработаны геометрическая и математическая модели теплообмена системы «человек - одежда - окружающая среда» для кисти ребенка, позволившие оптимизировать параметры утепляющего пакета для защиты руки ребенка от воздействия холода.
Практическая значимость работы подтверждена результатами производственной проверки и заключается в:
разработке массивов исходной информации для процесса формирования рационального набора школьной одежды и установлении рационального предметного состава школьной одежды для детей различных половозрастных групп в зависимости от природно-климатических условий эксплуатации;
разработке рациональных, с точки зрения требований школьной эргономики, конструкций школьной одежды для детей старшего школьного возраста на основе усовершенствования прибавки на возрастную динамику и определения параметров динамической антропометрии, обусловленных особенностями процесса школьного обучения;
определении и оптимальном распределении необходимого количества утеплителя для защиты руки ребенка от воздействия холода.
Апробация работы:
Основные результаты работы докладывались на:
3-й Международной научно-технической конференции «Новые технологии управления движением технических объектов», ЮРГТУ, г. Новочеркасск, 2000 г.;
V-й Региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», СевКавГТУ, г.Ставрополь, 2001г.;
международной конференции «Производство. Технология. Экология (ПРОТЭК'2002)», МГТУ «Станкин», г. Москва, 2002 г.;
международной конференции «Роль предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека», МГУДТ, г. Москва, 2002 г.;
межвузовских научно-практических конференциях «Проблемы техники, технологий и экономики сервиса», ЮРГУЭС, г. Шахты, 2000-2002 гг.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем:
Диссертационная работа изложена на 145 страницах машинописного текста, состоит из введения и 4 глав, 18 таблиц, 30 рисунков, общих выводов и библиографического списка, насчитывающего 109 наименований, а также 14 приложений, изложенных на 113 страницах.
Внедрение результатов исследований:
Результаты данной диссертационной работы используются на предприятиях Ассоциации легкой и текстильной промышленности Ростовской области, в учебном процессе кафедры «Моделирование, конструирование и дизайн» ЮРГУЭС при проведении учебной практики, курсового, дипломного проектирования и научно-исследовательских работ.
Полные комплекты проектной документации и образцы моделей школьной одежды внедрены в производство ООО «БВН инжениринг», г. Новочеркасск.
Разработанные в рамках диссертационной работы школьные костюмы для детей различных возрастных групп приняты в эксплуатацию в школах гг. Новочеркасск, Шахты.
Актуальные направления совершенствования технологии проектирования одежды для школьников
Технология - это совокупность методов, осуществляемых в процессе проектирования одежды с целью получения изделия, отвечающего предъявляемым требованиям.
Современный процесс проектирования швейных изделий основан на системном подходе. Это означает, что при проектировании учитывается вся совокупность требований к проектируемому изделию с целью оптимизации проектного решения, то есть выбора наилучшего решения из возможных вариантов с учетом всех требований и ограничений.
В настоящее время проектирование одежды для школьников ведется на основе типовой технологии проектирования детской одежды бытового назначения. Анализ системы «ребенок - одежда - внешняя среда» показал, что специфические факторы физической и социальной среды школьного обучения ока зывают влияние на процесс формирования набора изделий, их характеристики и конструкцию одежды, предназначенной для детей школьного возраста. Поэтому возникает актуальная проблема совершенствования технологии проектирования одежды для школьников на основе комплексного учета возрастных особенностей детей и характера влияния факторов внешней среды школьного обучения, решение которой является целью данной работы.
Проектирование как процесс, развивающийся во времени, расчленяется на стадии, этапы и т.п. /18/. Выделяют стадии предпроектных исследований, технического задания и технического предложения (называемые также стадиями НИР), стадии эскизного, технического и рабочего проектирования, испытаний и внедрения.
Дня определения актуальных направлений исследования с целью совершенствования технологии проектирования одежды для детей школьного возраста проведено сопоставление типового процесса и особенностей проектирования одежды для школьников, выявленных в результате анализа системы «ребенок -одежда - внешняя среда», представленное на рисунке 1.2.
На рисунке 1.2 показано, что для комплексного учета факторов и особенностей системы «ребенок - одежда - внешняя среда» необходимо в процессе проектирования одежды для школьников усовершенствовать этапы технического задания и предложения, а также эскизного и технического проектирования.
Этапы разработки технического задания и предложения включают исследование проектной ситуации и анализ условий эксплуатации изделия. Для процесса проектирования одежды для детей школьного возраста необходимо установить влияние природно-климатических факторов внешней среды на качественные и количественные параметры одежды для школьников, формализовать данные о природно-климатических условиях эксплуатации школьной одежды и поставить им в соответствие информацию о предметном составе комплекта школьной одежды.
Для учета социально-экономических факторов внешней среды и основных функций одежды для школьников необходимо исследовать современные методы изучения спроса и потребительских предпочтений при формировании наборов одежды различного назначения и определить рациональный предметный и количественный состав комплекта школьной одежды для совершенствования технического предложения в процессе проектирования школьной одежды.
На этапе эскизного проектирования актуальны исследования эстетических потребительских предпочтений при формировании набора одежды для учета психологических особенностей детей и культурных факторов внешней социальной среды.
Для разработки рациональной конструкции одежды для детей школьного возраста на этапе технического проектирования необходимо изучить современные методики конструирования детской одежды и исследовать антропометрическое и гигиеническое соответствие конструктивных параметров одежды для школьников характеру двигательной активности детей в школе.
Для разработки рациональных параметров детской теплозащитной одежды и наиболее полного учета множества потребительских ситуаций, возникающих в процессе жизнедеятельности детей-школьников, необходимо установить общие закономерности формирования теплозащитных свойств детской одежды.
Для совершенствования технологии проектирования одежды для школьников необходимо определить методы решения поставленных задач и возрастную группу детей, на примере которой возможно рассмотреть полный комплекс исследуемой системы «ребенок - одежда - внешняя среда».1.3 Анализ особенностей детского организма, их взаимосвязь с процессом проектирования одежды и обоснование выбора возрастной группы
Детскому организму присущи две основные характеристики: рост и развитие /12/. В ходе индивидуального развития организма непрерывно из меняются морфологические, физиологические, биохимические показатели и психологические особенности детей.
Специалисты различных областей знаний, изучающие особенности детского организма, согласованно выделяют три основных критических периода в развитии ребенка в возрасте трех, семи и одиннадцати-пятнадцати лет /19-27/. Возрастная периодизация, принятая в швейной промышленности /28, 29/, в основном совпадает с медицинской, педагогической и психологической периодизацией (Таблица 1.1).
Концепция маркетингового исследования
На данном этапе маркетингового исследования производится определение методики сбора эмпирических данных.
Наиболее доступным методом сбора и обработки данных о потребительских предпочтениях являются социологические исследования. Этот метод позволяет изучать и прогнозировать ситуацию с достаточной полнотой и достоверностью, а также обладает рядом принципиальных достоинств /70-73/. Поэтому метод социологических исследований является в работе основной формой изучения механизма формирования рационального набора школьной одежды. Недостатки этого метода /71/, а именно большие затраты времени и денежных средств, определенный процент неполных или недостоверных данных, будут учтены в работе.
Объектом исследования является набор школьной одежды для детей старшего школьного возраста.
Предметом исследования являются те стороны объекта, на которых концентрируется исследование. В данной работе рассматриваются предметный и количественный состав, эстетические характеристики набора школьной одежды и потребительские ориентации при его формировании.
Географическая область исследования - территория Южного Федерального округа, относящаяся к третьей климатической зоне с теплым климатом/37/.Состав респондентов - школьники 5-8 классов, проживающие в городах Ростовской области, Ставропольского и Краснодарского краев, их родители и педагоги.
Формирование выборки для проведения исследования производилось в несколько этапов. На первом этапе на основе анализа статистических данных о соотношении городского и сельского населения и численности проживающих в населенных пунктах краев и областей Южного Федерального округа /74/ выявлено, что основная масса учащихся школ (более 60%) проживает в городах и поселках городского типа. По этой причине общая совокупность была ограничена городским населением, и для дальнейшего формирования выборки отобраны следующие населенные пункты:- города Краснодар и Ростов-на-Дону с численностью населения свыше 500 тысяч человек, являющиеся центрами административных единиц;- города Шахты и Новочеркасск с численностью населения свыше 200 тысяч человек, являющиеся крупными городами областного подчинения; - города Невинномысск и Миллерово с численностью населения свыше 100 тысяч человек, являющиеся малыми городами.
Общая совокупность исследуемых ограничена школьниками, проживающими в городах Ростовской области и Ставропольского и Краснодарского краев. Исследование принципов формирования гардероба школьной одежды для детей, проживающих в республиках Северного Кавказа, не производилось вследствие возможного значительного влияния этнических факторов на изучаемый процесс.
На втором этапе формирования выборки на основе статистических и аналитических данных выявлено, что учащиеся средних общеобразовательных школ составляют подавляющее большинство в общем числе городских школьников (около 90%), однако, численность учащихся гимназий в выборке была увеличена до 20% по двум причинам:- аналитические данные показывают, что доля гимназий, лицеев и подобных специализированных школ в нашей стране в последние годы неуклонно растет, и данную тенденцию необходимо учитывать при разработке гардероба школьной одежды;- основными потребителями школьной одежды, отличающейся по своим характеристикам от бытовой, являются именно учащиеся гимназий, лицеев и т.п.; определенный набор школьной одежды у таких детей диктуется требованиями администрации школы и его введение поощряется родителями.
Поэтому в выборочной совокупности маркетингового исследования учащиеся общеобразовательных школ составляют 80%, гимназий и специализированных школ - 20%.
На третьем этапе формирование выборки осуществлялось методом гнездовой выборки, то есть в отобранных классах школ производился сплошной опрос учащихся, при этом предполагалось, что состав респондентов в максимальной степени близок составу населения по основным демографическим признакам.
Всего в ходе маркетингового исследования было опрошено более 500 школьников (приближенно равное количество девочек и мальчиков старшего школьного возраста). По данным /3/, объем выборки в размере 200-500 человек позволяет получить результаты со средней ошибкой, не превышающей 3-5%. Такая ошибка позволяет говорить об обычной надежности результатов маркетингового исследования /71/.
Первичные данные маркетингового исследования были собраны методом анкетного опроса. При этом для компенсации недостатков метода (возможных ошибок в ответах, обусловленных невниманием или недопониманием, неполных ответов на вопросы, невозвращенных анкет) были предприняты следующие меры:- вопросы анкеты были сформулированы предельно четко и понятно для школьников 11-6 лет, поэтому содержали полный набор вариантов ответа на каждый вопрос;- каждый пакет анкет, предназначенный для одного класса, содержал подробную инструкцию по заполнению для предварительного ознакомления;- родителям рекомендовалось присутствовать при заполнении анкеты, поскольку по данным /8/, выбор одежды для детей данной возрастной группы происходит в результате компромисса между желаниями ребенка и требованиями родителей.
Образец анкеты для изучения потребительских предпочтений при формировании гардероба школьной одежды представлен в приложении В.
После проведения анкетирования в последующей обработке было использовано 513 анкет, признанных заполненными правильно, то есть в соответствии с инструкциями и в полном объеме.
Изучение соответствия наборов одежды ситуациям потребления и характеру двигательной активности школьников
Проведенные ранее исследования подтверждают большое разнообразие видов деятельности и, соответственно, двигательных актов детей в процессе школьного обучения. Движение является неотъемлемой потребностью детского организма. Поэтому школьная одежда должна быть удобной, не сдерживать активность ребенка, обеспечивать оптимальную жизнедеятельность.
Физическая деятельность школьника в процессе обучения содержит следующие компоненты:1. статическая нагрузка на организм (поддержание различных поз);2. динамическая нагрузка при физическом и трудовом воспитании, а также при выполнении общественно-полезного труда.
Различные сочетания данных компонентов деятельности образуют разнообразные ситуации потребления. Результаты исследований, приведенные в п. 1.5, показывают, что процесс школьного обучения состоит из 8 потребитель ских ситуаций, характеризующихся различными видами и интенсивностью статической и динамической нагрузки.
Характер и компоненты деятельности школьника в различных ситуациях потребления, возникающих в процессе школьного обучения, представлены в таблице 3.1.
Таким образом, набор школьной одежды используется ребенком для осуществления двигательной активности различной интенсивности. Слабая степень двигательной активности наблюдается при проведении общеобразовательных уроков, культурных мероприятий и занятиях в кружках, характеризуется различными положениями тела, отличающимися от основного статического положения. В данной работе целесообразно определить изменение размерных признаков тела ребенка при выполнении физической статической нагрузки и оптимизировать конструктивно-эргономические параметры школьной одежды в соответствии с деятельностью, выполняемой ребенком в процессе школьного обучения.
Умеренная степень физической нагрузки наблюдается во время ходьбы и спокойных игр; особенности конструктивно-эргономических параметров школьной одежды для данного случая необходимо рассмотреть на примере динамического положения тела, характеризующегося максимальными изменениями размерных признаков.
Интенсивная физическая нагрузка выполняется ребенком при проведении уроков физической культуры и спортивных мероприятий в специально предназначенной спортивной одежде; конструктивно-эргономические параметры спортивной одежды исследованы И.А. Лукашевой 111 и в работе не рассматриваются.
При определении конструктивно-эргономических параметров школьной одежды следует учесть, что на переменах, по дороге в школу и из школы, выполнении общественно-полезного труда у детей, одетых в школьную одежду, также наблюдается высокая степень двигательной активности. В работе актуально рассмотрение дополнительных возможностей повышения удобства школьной одежды при выполнении интенсивной физической нагрузки.
Сравнение бюджета времени мальчиков и девочек старшего школьного возраста позволяет сделать вывод о том, что совместное обучение определяет совпадение затрат времени по основным ситуациям потребления. Однако мальчики больше занимаются спортом, чаще привлекаются к выполнению об щественно-полезного труда и занимаются в кружках. Время, затраченное на прогулки мальчиками, значительно превышает аналогичный показатель у девочек. Эти данные позволяют заключить, что двигательная активность мальчиков выше, чем девочек, и это необходимо учитывать при проектировании одежды для детей данной возрастной группы.
На основе данных о ситуациях потребления школьной одежды и видах двигательной активности детей необходимо разработать классификацию движений ребенка в процессе школьного обучения с целью оптимизации конструктивно-эргономических параметров одежды.
С количественной стороны двигательные акты учащегося на общеобразовательных уроках, переменах, уроках труда и культурных мероприятиях характеризуются размерами поля движений, формами траектории движений и т.д.
Движения ребенка в процессе школьного обучения делятся на три блока: движения верхних и нижних конечностей и движения туловища (Рисунок 3.3).
Верхние конечности являются органами труда, они очень подвижны и способны выполнять самые разнообразные, весьма точные движения. Нижние конечности служат для опоры и передвижения. Их кости и соединения более массивные, подвижность по сравнению с верхними конечностями ограничена /20/.
Наблюдения показывают, что в преобладающей в процессе школьного обучения позе сидя также наиболее значимыми и разнообразными являются движения верхних конечностей, затем движения туловища и движения нижних конечностей. Поэтому в данной работе поставлена задача оптимизации конструкции по показателям динамического соответствия плечевой одежды.
Геометрическое представление кисти и экспериментальное определение ее площади поверхности и объема
В большинстве работ, посвященных математическому моделированию теплообмена человека /94, 99, 100/, геометрическое представление его тела есть совокупность геометрических элементов, большинство из которых являются цилиндрами. В основе моделей лежит принцип идеализации человеческого тела.
Геометрическое представление модели кисти может быть получено на основе использования поверхностей, аналогичных поверхностям моделей тела человека в целом: эллиптического цилиндра, цилиндров и полусфер.
Из рисунка 4.1 видно, что отделы кисти можно представить в виде цилиндров различной длины и диаметра и полусфер.
Подобное геометрическое представление кисти позволяет заключить, что принципиальных различий геометрического представления тела человека и кисти не существует. Следовательно, математические модели, используемые для описания процессов теплообмена тела человека, могут быть применены и для кистей рук.
Для проведения теплового расчета необходимо определить площадь поверхности пястья и пальцев. Пястье кисти человека может быть представлено в виде эллиптического цилиндра, имеющего два участка: ладонь и тыльную сторону пястья. Потоком тепла, проходящим через поперечные сечения цилиндра, можно пренебречь, поэтому для дальнейших расчетов достаточно определения площади боковой поверхности пястья.
На рис. 4.2 показано, что боковая поверхность пястья характеризуется длиной LJn , м, и обхватом О], м.
Пальцы кисти в модельном представлении являются совокупностью цилиндров и полушарий (Рисунок 4.3). Для упрощения расчетов в работе радиус цилиндров и полушарий (R) принимаем средним и одинаковым для всех пальцев. Поэтому в экспериментальных исследованиях для определения радиуса пальцев измеряем обхват 02 , м, одного, среднего, пальца. Радиус полусфер определяем по формуле:
Измерив длину каждого пальца от точки, являющейся вершиной угла при сгибании пястно-фалангового сустава до конечно-пальцевой точки {L2 -Le), определяем площадь поверхности пальцев по следующей формуле:
Таким образом, площадь поверхности кисти, Sn, м , определяем исходя из площади поверхности частей, ее составляющих:
Полученная в результате расчетов по формулам (4.6-4.9) площадь поверхности кисти будет использована при определении количества тепла, исходящего с поверхности модели в перчатке.
Геометрическое представление кисти руки ребенка, одетой в варежку, может быть получено на основе эллиптического цилиндра, аналогичного пястью (соответствующей длины), цилиндра и полусферы большого пальца, длина и радиус которых известны (Рисунок 4.4). Площадь поверхности такой модели, Se, м2, определяем по формуле: Sle- площадь поверхности пястья, м , где L4 - длина среднего пальца, м. Как отмечалось выше, кисть, одетая в перчатку, имеет максимальную площадь поверхности и, соответственно, отдает больше тепла, чем кисть, одетая в варежку. Наблюдения показывают, что для максимального сохранения тепла дети инстинктивно сжимают кисть в кулак, уменьшая площадь поверхности, отдающей тепло. Модельное представление кисти, сжатой в кулак, есть шар. Таким образом, представляется возможным рассмотреть три варианта теплообмена -при максимальной, несколько меньшей и минимальной площади поверхности, отдающей тепло. Площадь поверхности сферы, являющейся модельным представлением кисти, сжатой в кулак, можно определить, зная ее радиус. Радиус шара, в свою очередь, определяется на основе его фактического объема. Объем кисти определялся на основе измерения объема жидкости, вытесняемой из измери тельного сосуда при погружении в него руки ребенка до линии обхвата запястья. Таким образом, фактический объем кисти равен разности между первоначальным уровнем жидкости в сосуде и уровнем жидкости после погружения в нее кисти: Результаты экспериментального измерения и определения площади поверхности и объема кистей детей разных возрастных групп для разного геометрического представления кистей рук представлены в приложении Н. Полученные данные о геометрическом представлении модели, площади поверхности и объеме кистей детей различного возраста являются исходной информацией для разработки математической модели теплообмена системы «человек - одежда - среда». Для цилиндрических участков модели, равномерно покрытых теплоизолирующим пакетом, тепловые поля можно считать осесимметричными. Это позволяет записать для каждого из этих участков выражение для потока тепла: а - коэффициент теплопередачи от поверхности теплоизолирующего слоя в окружающую среду, Вт/м С; U - температура поверхности соответствующих пальцев, С; te - температура воздуха, С; 8, - толщина теплоизолирующего пакета, м; , удвоив значение, полученное по формуле (4.15). Таким образом, количество тепла для руки, сжатой в кулак, получаем из выражения (4.15) с соответствующим радиусом. На основании формулы (4.14) суммарный тепловой поток с поверхности эллиптического цилиндра пястья можно описать выражениями (/=1): + + Чи = Чі2 = где первое выражение описывает поток тепла с ладони, а второе - соответственно с тыльной стороны кисти;ali,ah- длины дуг описывающих эллиптический сектор, м; hi - высота этого сектора, м; tufa- температуры сектора на ладони и на тыльной поверхности, С; tvn - температура окружающей среды, С; а- коэффициент теплопередачи от поверхности теплоизолирующего слоя во внешнюю среду, Вт/м2 С; X - коэффициент теплопроводности пакета утеплителя, Вт/м С; Гц, Гц- эквивалентные радиусы дуг составляющих эллиптический цилиндр, м; 8ц да - толщины пакета утеплителя, м. Для модели кисти руки, одетой в варежку, в выражениях (4.16) используется соответствующая высота сектора, /z,-, м.
