Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор систем автоматизированного проектирования 9
1.1 Обзор возможностей современных САПР 10
1.1.1 Универсальные САПР 14
1.1.2 САПР швейных изделий 21
1.2 Современное развитие САПР швейных изделий 37
1.2.1 Обобщенная организационная структура САПР швейных изделий 40
1.2.2 Перспективы развития САПР швейных изделий 44
Выводы по разделу 1 47
2 Разработка концептуальной модели интегрированной информационной системы проектирования швейных изделий .,...*48
2.1 Особенности проектирования интеллектуальных систем 49
2.2 Разработка концептуальной и логической структур интегрированной системы трехмерного и двухмерного проектирования одежды 53
2.2Л Диаграммы вариантов использования 55
2-2.2 Диаттрамма классов 63
2.2.3 Диаграммы состояний 67
Выводы по разделу 2 74
3 Разработка информационного обеспечения процессов автоматизированного проектирования поверхности фигуры человека и развертки внутренней поверхности одежды 75
3.1 Анализ методов проектирования пространственной формы фигуры человека 75
3.2 Разработка автоматизированного метода проектирования поверхности фигуры человека в трехмерной среде 82
3.2.1 Построение поверхности фигуры в трехмерной среде 82
3.2.2 Разработка автоматизированного метода проектирования поверхности фигуры человека в трехмерной среде пропорционированием 86
3.3 Разрабоіка формализованного описания методики автоматизированного проектирования развертки внутренней поверхности одежды 89
3.3 Л Анализ методов получения разверток пространственных оболочек 89
3.3-2 Проектирование развертки поверхности внутренней формы одежды 93
33.3 Разработка концептуальной и логической структур процесса проектирования развертки поверхности внутренней формы
одежды 100
Выводы по разделу 3 103
4 Разработка методики формализации опыта специалиста при проектировании конструкций швейных изделий 109
4.1 Разработка методики формализации опыта достижения модельного решения изделия..», 118
4.2 Разработка методики формализации опыта достижения качества посадки изделия 123
43 Проверка методики формализации опыта конструктивного проектирования швейных изделий 128
Выводы по разделу 4 131
Выводы по работе 132
Список литературы
- САПР швейных изделий
- Разработка концептуальной и логической структур интегрированной системы трехмерного и двухмерного проектирования одежды
- Разработка автоматизированного метода проектирования поверхности фигуры человека в трехмерной среде
- Разработка методики формализации опыта достижения качества посадки изделия
Введение к работе
В условиях рыночной экономики конкурентная борьба за потребителей требует от производственных предприятий постоянного обновления выпускаемой продукции, повышения ее качества, максимального удовлетворений пожеланий заказчиков. Это приводит к необходимости сокращения сроков и стоимости инженерной подготовки производства, качественного совершенствования разрабатываемых проектов.
За последние десятилетия САПР швейных изделий совершили в развитии большой рывок в автоматизации проектной деятельности. Однако, все усовершенствования, касающиеся в основном геометрических функций и генерации текстовых документов, оставляют методологию конструкторской работы такой же, какой она была при использовании чертежной доски. Трудоемкость и стоимость проектирования, как и качество его результатов, определяются объемом и глубиной инженерных знаний, заложенных в вычислительную систему,
В существующих САПР швейных изделий, в подавляющем большинстве случаев, инженерные знания остаются не компьютеризированными. В результате конструктор использует систему в примитивном режиме «электронного кульмана», а технолог - в режиме специализированного редактора.
В настоящее время активно развиваются технологии параметризации и трехмерного проектирования одежды, заимствованные из других отраслей промышленности.
Современные параметрические САПР швейных изделий осуществили переход геометрического инструментария преобразований конструкций в разряд макрогеометрического и способны формализовывать процесс проектирования локально для каждой модельной конструкции.
Использование ЗВ-модели фигуры человека позволяет наглядно представить форму будущего изделия с последующей ее разверткой, а также
5 выполнять примерку изделия без отшива образца. Большинство современных САПР одежды использует трехмерные технологии на конечном этапе проектирования для выполнения виртуальной примерки изделия. Реализация трехмерного проектирования одежды па начальных этапах проектирования швейных изделий является средством формализации макетного метода и визуализации образных представлений проектировщика о внешнем виде будущего изделия.
Дальнейшая компьютеризация инженерных знаний позволит осуществлять автоматическое преобразование непроцедурных форм представления знаний, удобных для человека, в алгоритмические программы, удобные для компьютера, т.е. формализацию человеческих знаний на язык компьютера [2].
Таким образом, актуальным является проведение исследований, ' позволяющих учесть опыт специалистов с интегрированным использованием параметрического двухмерного и трехмерного моделирования, а также эффективных, но малоиспользуемых в САПР швейных изделий, технологий автоматизированного интеллектуального проектирования, позволяющих накапливать позитивную информацию о конструктивных решениях и помогать специалисту в процессе проектирования в форме полноценного диалога между системой и пользователем.
Исходя из вышесказанного, целью диссертационной работы является разработка информационного обеспечения процесса формализации опыта конструктора в параметрическом виде, интегрирующего особенности трехмерного и двухмерного проектирования швейных изделий.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи: — провести анализ современных САПР швейной и других отраслей в
целях выявления преимуществ и недостатков;
провести анализ методов проектирования информационных и интеллектуальных систем;
разработать модель интегрированной системы трехмерного и двухмерного проектирования одежды, реализующей механизмы формализации и накопления позитивного опыта конструктивного моделирования.
провести анализ современных технологий трехмерного проектирования;
разработать метода автоматизированного проектирования трехмерной поверхности фигуры человека;
разработать модель процесса проектирования развертки внутренней поверхности одежды на плоскость;
разработать методику параметризации конструкций одежды, позволяющей формализовать опыт достижения модельного решения и качества росадки изделия.
Методы исследования
Работа базируется на целостном системном подходе к решению поставленных задач. На отдельных этапах работы используются: общая теория систем, теоретические основы САПР, теория информационных процессов и структур, методология объектно-ориентированного анализа и проектирования, основы теории сетей Чебышева.
В основу разработки частных задач положены методы анализа и синтеза проектных ситуаций, аналитической геометрии, методы эвристического и математического моделирования, методика визуального проектирования UML,
Научная новизна работы заключается в:
- выявлении особенностей современных САПР и представлении их
классификациями по назначению и области применения;
разработке методики формализации опыта достижения модельного решения конструкций швейных изделий;
разработке методики формализации опыта достижения качества посадки конструкций швейных изделий;
разработке метода проектирования поверхности фигуры человека на различные размеро-роста на основании аффинных преобразований заданных сечений поверхности;
разработке модели процесса проектирования развертки поверхности фигуры человека и одежды;
разработке состава графических инструментов для реализации процесса декомпозиции модельных конструкций, полученных непараметрическим способом;
разработке модели интегрированной системы трехмерного и двухмерного проектирования одежды, реализующей механизмы формализации и накопления позитивного опыта конструктивного моделирования.
Практическая значимость. Промышленная апробация на предприятии, предложенного метода формализации опыта конструктора, показала» что:
параметрическое описание конструкций, полученных непараме^рическими способами, а также формализация опыта конструктора, содержащегося в них, позволит накапливать проектные решения, характерные для конкретного производства;
накопление опыта специалиста, формирование баз аналогов моделей и позитивных проектных решений в рамках экспертной системы обеспечит, стабильно хорошее качество посадки, а также расширение ассортимента изделий, что позволит развить эффективную маркетинговую политику предприятия;
— разработанная методика формализации опыта конструктора позволит
существенно сократить время на обучение молодых специалистов и
подготовку новых моделей к производству.
Реализация результатов работы. Разработанная в диссертационной работе методика формализации опыта конструктора прошла производственную проверку и одобрена техническим советом ООО «Элеандр».
Апробация результатов. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: межвузовской научно-технической конференции в Российском Заочном Институте Текстильной и Легкой Промышленности (Москва 2002), научной конференции студентов и молодых ученых в Московском Государственном Университете Дизайна и Технологии (Москва 2003), научной конференции TRANS-MECH-ART-CHEM в Радомском Политехническом Институте (Польша, 2003), техническом совете ООО «Элсандр» (Москва, 2003),
Публикации. Основные положения проведенных исследований опубликованы в трех тезисах научных конференций и пяти статьях в научных и научно-популярных журналах-
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе и работе, списка использованной литературы, приложений. Работа изложена на 132 страницах, содержит 51 рисунок, 7 таблиц, 10 приложений, список литературы включает 153 наименования.
САПР швейных изделий
В настоящий момент среди подходов к автоматизации работ но конструктивному моделированию наибольшее внимание на себя обращает параметрический, позволяющий исключить традиционный процесс градации. Такие системы позволяют хранить опыт конструктора в виде алгоритмов построения и преобразования чертежей конструкций одежды. На российском рынке можно выделить следующие системы, основанные на сквозной параметризации: «Grafis»., «Грация», «Леко».
В системе «Grafis»15,36 (Grafis, Германия) процесс проектирования БК и модельного преобразования хранится в виде алгоритма. Запись алгоритма возможна двумя способами: а) преобразованием чертежа конструкции в графическом редакторе при этом запись алгоритма осуществляется автоматически, а его структура скрыта от пользователя в целях безопасности целостности системы; б) вводом текста алгоритма с клавиатуры, пользуясь командами встроенного языка программирования, результаты такого проектирования можно просматривать в графическом окне на любом этапе записи [18 -20]. 15 h«p;//www,grafis.de 16 http://www.cadnis.ru
Принцип сквозной параметризации в Grafis реализуется также в возможности создания произвольной типологии размеро-ростов, ввода переменных величин различного типа, организации иерархической структуры проектируемых деталей и лекал, что позволяет хранить наборы приемов конструктивного моделирования (построение рукава, воротника, карманов и т.п.) в виде самостоятельных файлов для последующего вызова в файлы проектируемых моделей.
Система автоматизированного проектирования «Грация» п (Украина) поддерживает концепцию сквозной параметризации во всех предлагаемых ею подсистемах аналогично «Grafis», однако процесс проектирования выполняется записью алгоритма командами локального языка программирования [21,22},
В подсистеме «Конструктор» интерес представляет возможность формирования трех проекций фигуры (типовой или заказчика), выполнение на них технического эскиза и моделирования элементов первого вида на фронтальной проекции фигуры [23]. Так же в системе реализован механизм 2,5D-проектирования конструкций для расчета пространственных форм объекта в трех проекциях [24]. «ЛЕКО»18 (Вилар, Россия) одна из первых вышла на российский рынок САПР швейных изделий с действующей технологией параметризации. Проектирование в системе осуществляется записью команд встроенного языка программирования [25].
Интересным решением автоматизированного снятия мерок в рамках системы ЛЕКО является изменение параметров виртуального трехмерного манекена в соответствии с фотографией человеческой фигуры. 17 http://www, saprgrazia.com 18 hnp /www.Iekala.info/finu.hlmt
Рассматривая і вопросы параметризации следует обратить внимание на подсистему АВ OVO отечественной САПР «Com tense»19, обеспечивающей возможность параметрического построения базовых конструкций изделий с использование плоскостных методик конструирования [26, 27, 28]. Работая в АВ OVO, конструктор определяет состав и значения размерных признаков и прибавок, используемых для чертежа БК. При помощи набора графических команд пользователь выполняет построения БК на экране компьютера, при этом программа автоматически записывает последовательность команд в управляющий файл. Пользователь, обладающий достаточным опытом работы, может вносить изменения непосредственно в текст управляющего файла.
Некоторые системы, такие как «Eleandr CAD», «Ассоль» (см. стр. 25) предлагают готовые методики построения чертежей БК, предоставляя пользователю возможность модификации при помощи изменения их параметров, і
Частичная параметризация процесса конструирования может выражаться в возможности записи часто повторяющейся последовательности действий (макросов), как в САПР «Ассоль» (см, стр, 25), а так же в реализации процесса описания формулами непараметрического чертежа, как в САПР «Optilex» (см. стр. 30).
Разработка концептуальной и логической структур интегрированной системы трехмерного и двухмерного проектирования одежды
Одним из наиболее значимых этапов при создании экспертной системы является процесс описания предметной области, где на основе знаний специалистов формируется структура будущей системы, В первую очередь в ходе предпрограммного моделирования информационной системы разрабатываются ее концептуальная и логическая структуры.
Моделируемая экспертная система позволяет объединить в автоматизированном процессе проектирования швейных изделий этап разработки в виртуальном трехмерном пространстве исходной модельной конструкции проектируемого швейного изделия с последующей разверткой на плоскость и этап конструктивного моделирования в двухмерном пространстве с параметрической записью процесса моделирования.
Вопросы технической реализации процессов проектирования трехмерной модели одежды и ее развертки на плоскость рассмотрены в п. 3.
Особенностью моделируемой системы является возможность формализации опыта конструктора (процессов конструктивного моделирования и примерки изделия), заложенного в реальных отработанных конструкциях (см, п. 4).
Процесс моделирования системы осуществлен при помощи языка UML, представляющего собой общецелевой язык визуального моделирования» UML разработан для спецификации, визуализации, проектирования и документирования компонентов программного обеспечения, бизнес-процессов и других систем.
Визуальное моделирование в UML можно представить как некоторый процесс поуровневого спуска от наиболее общей и абстрактной концептуальной модели исходной системы к логической, и далее до программной реализации [74].
В рамках языка UML все представления о модели сложной системы фиксируются в виде специальных графических конструкций, получивших название диаграмм. В терминах языка UML определены следующие виды диаграмм: диаграмма вариантов использования; диаграмма классов, диаграмма состояний, диаграмма деятельности, диаграмма последовательности, диаграмма кооперации, диаграмма компонентов, диаграмма развертывания и др.
Перечень этих диаграмм и их названия являются каноническими в том смысле, что представляют собой неотъемлемую часть графической нотации языка UML. Более того, процесс ООАП неразрывно связан с процессом построения этих диаграмм. При этом совокупность построенных таким образом диаграмм является самодостаточной, так как в них содержится вся информация, которая необходима для реализации проекта сложной системы. Каждая из этих диаграмм детализирует и конкретизирует различные представления о модели сложной системы в терминах языка UML [75]. Представленная ниже модель интегрированной системы трехмерного и двухмерного проектирования швейных изделий состоит из: диаграмм вариантов использования, представляющих собой наиболее общую концептуальную модель сложной системы, которая является исходной для построения всех остальных диаграмм; диаграмм классов, являющихся» по своей сути, логической моделью, отражающей статические аспекты структурного построения сложной системы; диаграмм состояния, также являющихся разновидностями логической модели, которые отражают динамические аспекты функционирования сложной системы.
Представленная модель не является полной с точки зрения методики UML, однако разработанные диаграммы концептуальной и логической структур детально характеризует особенности этапов двухмерного и трехмерного проектирования, а также их интеграцию, в рамках подсистемы конструкторский подготовки производства швейных изделий.
Основой для построения диаграмм служили обобщенные структурные схемы, разработанные в п. 1.2-1 (см. Рисунки 12-15).
Диаграммы вариантов использования Для целей-проектирования информационной системы в первую очередь строится модель в форме диаграммы вариантов использования, которая описывает функциональное назначение системы. Диаграмма вариантов использования является исходным концептуальным представлением или концептуальной моделью системы в процессе ее проектирования и разработки.
Разработка диаграммы вариантов использования преследует цели: Определить общие границы и контекст моделируемой предметной области на начальных этапах проектирования системы; Сформулировать общие требования к функциональному поведению проектируемой системы; Разработать исходную концептуальную модель системы для ее последующей детализации в форме логических и физических моделей:
Разработка автоматизированного метода проектирования поверхности фигуры человека в трехмерной среде
В работах [116, 117} отмечается целесообразность применения в целях автоматизированного проектирования одежды группировки типовых фигур на основании их зрительного подобия, то есть сохранения форм и соблюдения пропорций, В связи с этим возникает возможность построения сечений поверхности фигуры человека путем пропорционирования.
Автоматизированный метод проектирования поверхности фигуры человека в трехмерной среде заключается в линейном преобразовании кривых сечений исходной поверхности фигуры в кривые сечения результирующих поверхностей фигур при наличии сокращенного объема исходной информации о результирующих сечениях поверхностей фигур.
Все линейные преобразования в высшей геометрии называют аффинными [118]. Для целей автоматического построения сечений фигуры человека методом пропорционирования использовался алгоритм программы кусочно-линейного (аффинного) преобразования кривых, разработанный на кафедре ТІШІ МГУДТ Рогожиным А. Ю. и применявшийся для решения задач градации лекал деталей конструкций швейных изделий [119],
В ходе данной работы программа была адаптирована к современным компьютерным системам путем записи на языке программирования Borland C++ (листинг программы приведен в приложении (см. Приложение 3). Входными данными алгоритма являются: 1 Координаты точек исходной кривой; 2. Координаты начала и конца новой кривой; 3, Длина новой кривой.
На выходе алгоритма имеются координаты новой кривой, обладающей формой, идентичной исходной. В ходе проверки разработанного метода пропорционирования в качестве исходной использовалась поверхность женской фигуры 152-88-90, полученная радее (п. 3.2,1). В связи с тем, что особенности фигуры наиболее наглядно проявляются во фронтальной и профильной проекциях [116], в качестве критериев для определения сохранения формы и соблюдения пропорций между исследуемыми фигурами применялись следующие; а) отношение половины диаметра поперечного к диаметру передне заднему в каждом сечении (0,5 Дпоп / Дпз); б) отношение задней и передней частей диаметра передне-заднего, определяемых положением вертикальной оси фигуры (Дпз-з / Дпз-п).
Определение вертикальной оси фигуры и отношений участков передне-задних диаметров выполнялось в соответствии с методикой [110] при помощи измерений цифровых фотографий исследуемых манекенов. Исключение искажения изображения выполнялось в соответствии с методикой, описанной в [120].
Таким образом были выбраны манекены женских фигур размеров 164-90-96 и 164-92-100. Величины обхватных измерений, а так же значения и отношения поперечных и передне-задних диаметров манекенов на уровнях проектируемых сечений представлены в Таблице П4.1 (Приложение 4). Отклонение величин отношений диаметров сечений исследуемых манекенов от величин отношений исходного манекена не превышало 5%, что позволило говорить о сохранении подобия форм и соблюдения пропорций между фигурами.
В результате применения алгоритма аффинных преобразований к і сечениям исходного манекена 152-88-90 в автоматизированном режиме были цолучены сечения манекенов 164-90-96 и 164-92-100 (Рисунок 33, Приложение 4 Рисунки ГГ4.1 -П4.8). - - - исходное сечение фигуры 152-88-90; Результаты преобразования сечений женской фигуры 152-84-88 на уровне плечевой точки
По полученным сечениям в системе трехмерного проектирования и визуализации MAYA были воспроизведены поверхности манекенов женских фигур 164-90-96 и 164-92-100. Построение сечений в системе велось в полуавтоматическом режиме с использованием встроенного языка программирования MEL. Графическими средствами системы MAYA были произведены необходимы измерения поверхностен полученных трехмерных фигур, что подтвердило корректность выполненных построений.
Таким образом, применение алгоритма аффинных преобразований к кривым сечений поверхности фигуры человека позволяет в автоматизированном режиме получать сечения поверхностей иных размеров без их детального изучения, что приводит к сокращению затрат на проектирование.
Разработка методики формализации опыта достижения качества посадки изделия
Современные САПР швейных изделий позволяют выполнять произвольное моделирование конструкций одежды ограниченным набором графических инструментов. Как следствие, все многообразие модельных конструкций можно представить в виде последовательности элементарных действий по преобразованию ИМК, причем количество элементарных действий не превышает, как правило, нескольких десятков.
Применительно к процессу конструктивного моделирования швейных изделий опыт конструктора заключается в знании последовательности действий для достижения качественной посадки изделия в соответствии с заданной фигурой, эскизом модели и другими ограничениями. Очевидно, что разные конструкторы обладают разными знаниями о способах достижения одной и той же цели. Однако, в случае использования одного набора элементарных действий, способы будут отличаться в последовательности их выполнения. Следовательно, имея необходимый набор таких последовательностей действий можно сформировать базу данных алгоритмов моделирования различных конструкций. На основе анализа такой базы данных и комментариев специалистов можно выявить закономерности и составить базу знаний о причинах и порядке применения той или иной последовательности действий.
Весь процесс формализации опыта достижения модельного решения (ОМР) параметризованной конструкции делится на два этапа; 1. Идентификация объектов конструкции, 2. Выполнение операций размоделирования.
Для того, чтобы алгоритм преобразования был инвариантен по отношению к конструкции, необходимо ввести единую систему идентификации ее элементов- В качестве такой системы может выступать диаграмма классов, рассмотренная выше (см. Рисунок 20).
Такая структура отношений отражает последовательную взаимозависимость всех элементов конструкции. Определение взаимосвязей между всеми деталями, их соединяемыми и сопрягаемыми срезами позволит І идентифицировать структуру конструкции и управлять ею командами графического преобразования.
Второй этап - размоделирование - подразумевает процесс последовательной декомпозиции модельной конструкции до состояния ИМК средствами графического редактора. При выполнении процесса размоделирования все действия пользователя автоматически записываются в виде алгоритма размоделирования и преобразуются в алгоритм моделирования.
На основании выполненных процедур размоделирования модельных конструкций, представленных в приложении (см. Приложение 7), разработан состав операций графического преобразования чертежей конструкций, способных одинаково эффективно применяться в прямом и обратном направлении (Таблицы 3 и 4).
В таблицах приведены операции размоделирования, применяемые к объектам классов «точка» и «участок». Операции моделирования подразделяются на основные и дополнительные (см. Таблица 3), а так же на производные, состоящие из комбинаций первых двух типов (см. Таблица 4), Необходимо отметить, что все операции объектов класса «участок» сводятся к операциям объектов класса «точка». К объектам классов «срез» и «деталь» так же применимы операции создания, удаления, параллельного перемещения, вращения, масштабирования и построения симметрии. Эти операции не рассмотрены в таблицах, так как в своем основании имеют аналогичные операции размоделирования объектов класса «участок».
При выполнении операций удаления в протокол размоделирования записывается относительное положение удаляемого объекта, а также сохраняется его геометрическая форма.
Разработанный состав операций преобразования элементов конструкций применим и в процессе прямого моделирования, В этом случае система реализует формализацию ОМР пользователя.
Благодаря этапу идентификации, полученные алгоритмы моделирования можно применять к произвольным ИМК» имеющим і аналогичную структуру описания элементов. Использование алгоритмов моделирования к ИМК различных размеро-ростов обеспечит градацию модельных конструкций.
Наличие достаточно большого количества алгоритмов моделирования конструкций позволить сформировать базу прецедентов50, способную составить основу экспертной системы.
Результатом размоделирования МК является ИМК, содержащая комплекс прибавок, характеризующий качество посадки изделия на фигуре.
Методика формализации опыта достижения качества посадки (ОКП) изделия заключается в извлечении этого комплекса прибавок путем сравнения размоделированной ИМК с расчетной ИМК того же размеро-роста, Расчетная ИМК может быть получена автоматически путем выполнения алгоритма построения чертежа конструкции или путем развертки поверхности одежды (см. Рисунок 50 блоки 2.2 и 3-2).
Определяемый комплекс прибавок зависит от значений следующих факторов; тип телосложения фигуры, вид изделия, силуэтная форма изделия, тип материалов (см, формулу 4). Полученная совокупность прибавок может применяться к ИМК различных размеро-ростов при постоянстве значений указанных факторов,
Похожие диссертации на Разработка информационного обеспечения интегрированной системы трехмерного и двухмерного проектирования одежды
