Содержание к диссертации
Введение
1. Совершенствование методов автоматизированного проектирования одежды на основе системного анализа процесса образования формы деталей 10
1.1. Методы проектирования швейных изделий с использованием ЭВМ 10
1.1.1. Расчет и построение деталей одежды на ЭВМ с учетом приближенных методов конструирования 11
1.1.2. Аналитические методы расчета разверток объемных и плоских деталей одежды 20
1.2. Характеристика методов автоматизированного проектирования изделий, используемых в различных отраслях промышленности 23
1.3. Совершенствование процесса проектирования одежды с позиций системного подхода 29
1.3.1. Предпосылки использования системного подхода к проектированию одежды 29
1.3.2. Исследование процесса проектирования формы деталей базовой основы мужского пиджака с позиций системного подхода. 32
Выводы 42
2. Анализ процесса проектирования конструктивных пара метров деталей базовой основы мужского пиджака 44
2.1. Обоснование критерия оценки формы деталей базовой основы мужского пиджака 45
2.1.1. Группировка базовых основ мужского пиджака 46
2.1.2. Получение количественных информативных признаков о конструкции деталей 56
2.1.3. Определение погрешности результатов наблюдений 61
2.1.4. Получение качественных информативных признаков о конструкции основы 63
2.1.5. Использование функции желательности для разработки критерия оценки формы деталей изделия 65
2.2. Выявление характеристик (факторов) процесса проектирования узловых точек формы деталей базовой основы мужского пиджака 71
2.2.1. Определение наиболее значимых факторов 79
2.2.2. Анализ формы разверток и укладок поверхности манекенов внешней формы мужского пиджака при различных значениях факторов. 85
2.3. Определение характера и степени влияния факторов на процесс проектирования узловых точек базовой основы мужского пиджака 94
Выводы 101
3. Анализ процесса проектирования линий контуров деталей базовой основы мужского пиджака 103
3.1. Выбор критерия оценки формы линий контуров конструкции 103
3.2. Исследование характеристик процесса проектирования линий контуров деталей базовой основы мужского пиджака 105
3.2.1. Группировка криволинейных контуров деталей. 106
3.2.2. Определение величин допускаемых отклонений при оформлении контуров деталей 109
3.3. Аналитический расчет линий контуров деталей базовой основы мужского пиджака 120
Выводы 125
4. Разработка метода автоматизированного проектирования деталей одежды с использованием характеристик процесса образования их формы . 126
4.1. Разработка информационной базы для автоматизи рованного проектирования конструкции 128
4.1.1. Систематизация переменной информации на проектирование 128
4.1.2. Разработка условно-постоянной информации 131
4.2. Моделирование процесса автоматизированного проектирования формы деталей базовой основы мужского пиджака 135
4.3. Алгоритмизация процесса проектирования деталей одежды 142
4.4. Расчет экономической эффективности оптимизационного метода проектирования базовой основы изделия с использованием ЭВМ . 149
Выводы 159
Общие выводы и рекомендации 160
Литература 163
Приложения 177
- Характеристика методов автоматизированного проектирования изделий, используемых в различных отраслях промышленности
- Использование функции желательности для разработки критерия оценки формы деталей изделия
- Исследование характеристик процесса проектирования линий контуров деталей базовой основы мужского пиджака
- Моделирование процесса автоматизированного проектирования формы деталей базовой основы мужского пиджака
Введение к работе
Решениями ХХУІ съезда КПСС и последующих пленумов ЦК КПСС перед швейной промышленностью поставлены задачи дальнейшего расширения ассортимента и существенного улучшения качества швейных изделий /I/. Успешное решение этих задач должно базироваться на всесторонней интенсификации всех этапов процесса производства одежды на основе всемерного использования достижений научно-технического прогресса.
Одним из составных элементов производственного процесса яв-ляется этап конструкторской подготовки производства, включающий разработку конструкций одежды и технической документации.
В настоящее время процесс проектирования конструкций базовых основ в Домах моделей и на предприятиях отличается большой трудоёмкостью, зависимостью качества проектных решений от личного опыта и интуиции конструктора. Поэтому разработка прогрессивных методов выполнения проектных работ, основанных на использовании мате^ матических методов и средств вычислительной техники является актуальной задачей, стоящей перед работниками швейной промышленности.
Современное состояние науки и техники, опыт работы ведущих отраслей промышленности по решению вопросов совершенствования проектирования изделий с использованием ЭВМ /2-8,9-11,12,133/ подтверждает перспективность и актуальность данной проблемы.
Для использования ЭВМ необходимо иметь четко обоснованную научную теорию, базирующуюся на передовых достижениях науки о проектировании изделий в швейной и других отраслях промышленности и отвечающую требованиям автоматизации.
В швейной промышленности вопросу автоматизации процесса проектирования одежды посвящены научные исследования, выполненные в последние годы в вузах и НИИ и нашедшие отражение в работах Романова В.Е. /14/, Кузнецовой Н.Д. /16-19/, Ивлевой Г.С. /20-23/, Кобляковой Е.Б. /24/, Вашковьяк Л.Д. /29/ и др. Эти работы направлены на алгоритмизацию сложившихся традиционных методов конструирования одежды, расчета разверток деталей одежды и аналитического задания их контуров.
Наиболее перспективным направлением автоматизации проектирования деталей одежды в швейной промышленности являются исследования структуры процесса разработки конструкции с позиции системного подхода, используемого для проектирования изделий в передовых отраслях промышленности.
Наиболее сложным и не до конца решенным вопросом алгоритмизации процесса разработки основы изделия является переход от поверхности фигуры к поверхности изделия и оптимальной форме его конструкции, форма деталей которой зависит от многочисленных конструктивно-технологических характеристик, что и определило актуальность выбора темы исследования.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Московского ордена Трудового Красного Знамени технологического института легкой промышленности.
Целью работы является выявление конструктивно-технологических характеристик и исследование их влияния на процесс образования формы деталей базовой основы для математического моделирования и алгоритмизации процесса проектирования конструкции изделия.
Для достижения поставленной цели в работе предусмотрено решение следующих задач:
представление процесса проектирования базовой основы с пози-
7 ций системного подхода и разработка его математической модели;
определение критериев оценки формы конструкции и ее отдельных элементов;
выбор конструктивно-технологических характеристик элементов формы деталей основы изделия;
определение и формализация взаимосвязей между конструктивно-технологическими характеристиками и критериями оптимизации элементов формы деталей конструкции;
моделирование и алгоритмизация процесса проектирования базовой основы изделия для разработки оптимизационного метода расчета ее конструкции с использованием ЭВМ.
В качестве объекта исследования выбран процесс проектирования базовой основы мужского пиджака.
Методы исследования. В работе использован системный подход к объекту проектирования; методы экспертных оценок, ранговой корреляции, математической статистики; основные положения математической логики, теории конструирования деталей одежды из тканей в чебышевской сети, аналитической геометрии и планиметрии; методы аппроксимации и задания линий контуров деталей; основные положения математического моделирования, теории алгоритмизации и программирования.
Научная новизна работы состоит в разработке оптимизационного метода автоматизированного проектирования конструкции базовой основы мужского пиджака, включающего:
разработку математической модели процесса проектирования основы изделия на основе системно-структурного анализа;
разработку критерия оценки формы деталей конструкции, объединяющего ее качественные и количественные информативные признаки и характеризующего степень статического соответствия изделия
8 размерам и форме тела человека;
определение критерия оценки формы линий контуров деталей конструкции;
выявление характеристик основных элементов базовой основы: конструктивно-технологические факторов и определителей линий контуров деталей;
установление взаимосвязи между характеристиками узловых точек и линий контуров и целевыми функциями проектирования этих элементов;
создание информационной базы процесса проектирования базовой основы мужского пиджака и определение способа кодирования исходных данных;
построение структурно-информационной и функциональной моделей процесса проектирования конструкции на основе использования основных положений кибернетического подхода;
Практическая значимость результатов исследования состоит в разработке:
рекомендаций по совершенствованию метода конструирования базовых основ мужского пиджака с предварительной оценкой на стадии проектирования степени соответствия конструкции размерам и форме тела человека и оптимизацией на основе этой оценки конструктивных параметров;
рекомендаций по перестройке процесса проектирования конструкции изделия с позиций системного подхода, широкого использования математических методов и электронно-выичислительной техники;
алгоритмов и программ расчета базовых основ мужского пиджака на ЭВМ, позволяющих значительно сократить сроки проектно-кон-структорских работ, повысить качество конструкций изделий.
Разработанный оптимизационный метод автоматизированного проектирования базовой основы мужского пиджака может быть использован для проектирования различных видов мужской одежды.
Реализация результатов работы. Разработанная в диссертационной работе методика предварительной оценки качества конструкции на стадии проектирования по величине критерия статического соответствия прошла производственную проверку и одобрена на Липецком производственном швейном объединении при подготовке новых моделей к запуску в производство.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование методов конструирования, формования и улучшения качества швейных изделий" (Москва, 1981 г.); Республиканской научной конференции "Совершенствование технологии процесса конструирования одежды массового промышленного производства" (Киев, 1982 г.); ХУ научной конференции профессорско-преподавательского состава Новосибирского филиала МТИЛІІ (Новосибирск, 1983 г.); на расширенном заседании кафедры "Технология швейного производства" МТИЛП (Москва, 1984 г.); Техническом совете Липецкого производственного швейного объединения (Липецк, 1984 г.).
Публикации. Основные положения проведенных исследований опубликованы в четырех печатных работах.
Характеристика методов автоматизированного проектирования изделий, используемых в различных отраслях промышленности
Основным вопросом при разработке методов автоматизированного проектирования в таких отраслях промышленности, как самолетостроение, машиностроение, судостроение является выбор методологической основы их построения. Наилучшее конструктивное решение проектируемого объекта может быть получено при использовании системотехники, которая является методологией проектирования систем и основана на рациональном сочетании эвристических приемов, обобщающих опыт, интуицию и здравый смысл проектировщика с численными методами анализа и синтеза систем, ориентированными на применение современных ЭВМ /3,5,7,8,10/. Процесс проектирования изделия должен осуществляться на основе строго упорядоченного комплексного подхода, называемого системным проектированием или системным подходом. Этот подход основан на том / 3,8 /, что конструкция изделия представляется как система, состоящая из множества взаимосвязанных элементов, выступающих как единое целое.
Любая составляющая системы влияет на все остальные части и.систему в целом. Не все связи системы равнозначны, поэтому суть системного подхода /3 / заключается в поиске всех существенных связей при оценке эффективности функционирования любой части системы и самой системы. Основными характеристиками системы являются /8 /: - связь с окружающей средой (Н); - структура системы (5 ); - функция системы ( F ); - свойства системы (?). Проблема машинного синтеза определяется особенностями его конкретного воплощения в том или ином методе автоматизированного проектирования, характером объекта проектирования и предполагает решение следующих задач /5,8,73,74/: I. Формирование цели исследования (постановка задачи), выявление факторов, позволяющих определить границы рассматриваемой системы, выбор критерия оптимизации и системы ограничений. 2. Анализ взаимосвязей элементов объекта, предусматривающий описание выбранной для исследования системы в виде математической модели (ММ), с целью формализации и создания методики построения оптимального проектного решения. 3. Подготовка исходной информации, необходимой для решения задачи. 4. Создание комплекта алгоритмов и пакета прикладных программ. 5. Проверка адекватности модели реальным условиям и анализ результата решения. 6. Уточнение, при необходимости, ММ и соответствующего решения задачи. 7. Реализация полученного решения. С практической точки зрения наиболее важны первые три этапа, от которых во многом зависит не только разработка математической модели, но и конечный результат решения задачи и вообще техническая возможность ее реализации с использованием современных вычислительных машин. Математической моделью системы называют математические соотношения (уравнения, неравенства и пр.) или программы для ЭВМ, описывающие некоторые характеристики данной системы /75/. Таким образом, математическая модель предназначена для формализованного описания структуры, характеристик и функции рассматриваемой системы, для имитации закономерностей процессов, с ней происходящих. Классическая модель проектирования /3/ представлена в виде уравнений, отличающихся очень простой структурой, которые могут быть сложными в реализации с математической или вычислительной точек зрения.
Использование функции желательности для разработки критерия оценки формы деталей изделия
Качество посадки готовых изделий определено методом экспертной оценки по внешним характеристикам их статического соответствия, которые проявляются в наличии или отсутствии дефектов внешнего вида. Номенклатура характеристик статического соответствия (дефектов внешнего вида) была составлена с учетом рекомендаций, разработанных во МТИЛП /24,99/ и ВЗЙТЛП /101/. При этом были учтены все наиболее существенные и часто встречающиеся дефекты. Принималось также во внимание соответствие конструкции современному направлению моды в силуэте.
Вопрос о допустимости дефектов посадки решался в зависимости от числа экспертов, заметивших дефект, то есть от числа положительных ответов. При этом, в качестве предельно допустимого был принят 301-ный (для изделий первого сорта) уровень вероятности появления дефектов в генеральной совокупности /24/.
Допустимая доля положительных ответов при оценке качества посадки мужских пиджаков определялась с использованием закона биномиального распределения /125/ по методике, изложенной в /24/.
Наилучшей была признана конструкция изделия, у которого экспертами было замечено минимальное количество дефектов.
Все замеченные дефекты внешнего вида были сопоставлены с определенными конструктивными параметрами и их численными значениями (табл. П.І.4). Конструктивные параметры и их соотношения основы № 2 получили самую высокую оценку уровня статического соответствия конструкции. Параметры остальных эталонных основ оценены соответственно с помощью отношения: т6/гк , где , mg- предельно допустимое число положительных ответов; т. - действительное число положительных ответов. Таким образом, в результате анализа уровня статического соответствия изделий, изготовленных по конструкциям эталонных базовых основ, была произведена качественная оценка параметров, характеризующих их на различных участках.
В соответствии с требованиями, предъявляемыми к критериям /76/, необходимо разработать показатель, связывающий качественные и количественные характеристики формы деталей основы мужского пиджака.
Использование функции желательности для разработки критерия оценки формы деталей базовой основы мужского пиджака. Для объединения качественных и количественных признаков, характеризующих форму деталей конструкции, была введена единая для них искусственная метрика. Набор данных каждого параметра (качественного и количественного) был поставлен в соответствие со стандартным аналогом, с безмерной шкалой, известной как шкала желательности Харрингтона, для случая двухстороннего ограничения /76/. Обобщенный показатель D выражается следующей зависимостью: где П - произведение частных желательностей d , выраженных через соответствующие измерения лекал.
На графиках на рис. 2.7 показано каким образом частные желательности, выраженные количественными параметрами конструкции, связаны через функцию желательности с качественными показателями. В обобщенный критерий DC.K вошли только те показатели, которые оказывают наибольшее влияние на уровень статического соответствия конструкции фигуре человека.
Критерий оценки статического соответствия конструкции состоит из двух частей: критерия оценки корпусной части - Da.Kop и критерия оценки рукава - Dc.p . желательности по параметрам, характеризующим корпусную часть конструкции; частные желательности по параметрам, характеризующим рукав.
По величине Д#ж можно определить степень статического соответствия конструкции на стадии проектирования, которая определяется в следующей последовательности: по схеме, представленной на рис. 2.3, измеряются и рассчитываются основные конструктивные параметры, характеризующие отдельные участки проектируемого изделия; каждое найденное значение конструктивного параметра сопоставляется по шкале желательности (рис. 2.7) с безразмерным качественным показателем; по формулам (1,2,3) рассчитывается критерий статического соответствия конструкции (критерий оценки формы деталей конструкции базовой основы пиджака); с помощью шкалы на рис. 2.7 по конкретным численным значениям конструктивных показателей определяется возможность появления того или иного дефекта внешнего вида (конструктивного); окончательное заключение об ожидаемом качестве посадки проектируемого изделия на фигуре в статике осуществляется на основе данных о предполагаемых дефектах и по величине численного значения критерия Д,Л . Значения Д,,к , рассчитанные для эталонных базовых основ, представлены в табл. П.1.5.
Исследование характеристик процесса проектирования линий контуров деталей базовой основы мужского пиджака
Под определителем линии понимается совокупность условий, задающих линию /126/. То есть кривую можно задать определителем, указав, как с помощью его строят все остальные точки заданной линии. Определители одной и той же кривой могут включать в себя различные геометрические элементы. Соответственно и способы построения точек кривой будут тоже различными. Известно, что для определения кривой второго порядка необходимо и достаточно пяти геометрических условий /9/. Этими условиями могут быть пять точек, пять касательных, любая комбинация из точек и касательных при условии, что их общее число равно пяти. Чаще всего кривая второго порядка задается тремя точками (начальной, промежуточной и конечной) и двумя касательными, проведенными в начальной и конечной точках (рис. 3.1). Начальная Л и конечная С точки кривой являются узловыми точками конструкции базовой основы изделия и определяются по установленным ранее зависимостям (см. п. 2.1, 2.3, 4.1). Промежуточную точку кривой D и касательные ЛЗ и СВ удобнее всего определять с помощью проективного дискриминанта / и углов наклона касательных в начальной и конечной точках JL и У, которые приняты в качестве их определителей. Выбранные определители кривой удобны тем, что они характеризуют линии контура деталей независимо от их длины. Для определения значений углов JL , 5 и проективного дискриминанта / , используемых для расчета линий контура деталей основы мужского пиджака, был проведен анализ и математическая обработка данных, характеризующих срезы промышленных лекал. 3.2.1.
Группировка криволинейных контуров деталей. Форма кривых линий, соединяющих соседние узловые точки основы в большой степени определена интуицией и опытом конструктора. В результате имеет место многовариантность оформления криволинейных срезов деталей проектируемого изделия. Такое многообразие ничем не оправдано, а при задании исходных данных о криволинейных участках конструкции для ЭВМ оно создает дополнительные трудности тех нического характера. Среди разнообразных конструкторских решений по оформлению криволинейных участков основы существуют наиболее часто встречающиеся, характерные варианты. Для определения этих вариантов необходимо провести группировку линий по каядому криволинейному срезу контура базовой основы мужского пиджака. В настоящее время в обувной и швейной промышленности проведены исследования по типизации и классификации криволинейных контуров /59,127,128,130/. Однако эти работы направлены в основном на выделение типовых линий, характеризующих модельные особенности изделий /59,127/ или на определение типовых вариантов положения срезов и швов в деталях изделия /59,128/. Выделение характерных вариантов линий контура конструкции основы пиджака проводилось независимо от модельных особенностей изделия и расположения срезов на плоскости деталей. Исходная информация для группировки задавалась комплексом результатов измерений определителей кривых: углов наклона касательных JL и У в начальных и конечных точках и проективных дискриминантов I .
При этом учитывалось направление выпуклости линии среза. При обходе контура деталей конструкции по часовой стрелке, все вогнутые кривые имеют знак (-) для oL и (+) для Э% а выпуклые - (+) для Л и (-) для 5 (см. п.2.1.1, рис. 2.1) /84/. Были исследованы криволинейные срезы 37 базовых основ мужского пиджака. Все они разбивались на участки, расположенные между узловыми точками конструкции. В результате выделено 38 линий в деталях основы и 17 в деталях рукава. Величина ошибки прямых измерений рассчитывалась по методике, изложенной в п. 2.1.3. Величина относительной погрешности результатов серии измерений не превысила 5,0%. Обозначение каждой кривой линии контура основы связано с нумерацией ее начальной и конечной точки (см. п. 2.1.1). Например, линия горловины спинки (кривая) обозначена 123 133, линия полу запаса (прямая) - ОН 021. На основе полученной информации было произведено объединение форм линий контура базовых основ мужского пиджака по однородным группам с наиболее близкими значениями определителей кривых JLt zf и / при помощи метода главных компонент /92-94 и др./. Вычисление трех первых главных компонент осуществлялось по стандартным программам в вычислительном центре МТИЛП (см. п.2.1.1). В результате графической обработки данных, полученных при расчете на ЭВМ, определены основные группировки формы кривых линий, соединяющих соседние узловые точки деталей базовой основы мужского пиджака (рис. 3.2). Для всех групп формы кривых по каждому участку контура деталей основы были рассчитаны средние значения определителей X , и и f . По величинам минимальных отклонений от средних значений в каждой группе выделены линии, форма которых принята за эталонную.
Моделирование процесса автоматизированного проектирования формы деталей базовой основы мужского пиджака
Анализ процесса образования формы деталей конструкции изделия, исследование характеристик его элементов и разработка способа оптимизации конструктивных параметров позволили выявить основные этапы проектирования, связи и информационные потоки между ними.
Совместно с математической моделью всестороннее и полное описание процесса проектирования достигается путем разработки его структурной, функциональной и информационной моделей /73,134,135/.
Структурная модель отражает структуру процесса проектирования, позволяя выявить способ соединения основных элементов, состав основных задач и последовательность их решения.
Информационная модель описывает преобразование информации в каждой задаче проектирования и между ними. С ее помощью можно определить достаточность или избыточность информации, необходимой для функционирования всей системы, скоординировать потоки информации и устранить их дублирование.
Функциональная модель содержит конструктивно-технологические элементы объекта и их связи. Она дает обобщенное представление о процессе функционирования объекта /134/.
В швейной промышленности известен ряд работ, в которых для решения различных задач проектирования конструкторских и технологических процессов составлялись структурные и структурно-информационные модели /14,16,27,29,33,80,81/.
Для характеристики процесса проектирования формы деталей базовой основы мужского пиджака в данной работе предлагается построение единой структурно-информационной модели, так как количество решаемых задач не велико. Кроме того, структурно-информационная модель дает более четкое представление о содержании процесса проектирования и логике принятия того или иного решения, отражая потоки информации, необходимые для проектирования В основу построения структурно-информационной модели положен основной принцип системно-структурного анализа - иерархии всего процесса проектирования изделия на отдельные этапы. За этапы модели приняты уровни процесса проектирования конструкции базовой основы мужского пиджака, имеющие самостоятельные законченные методы решения (см. п.1.3.2). Каждый из этапов состоит из отдельных задач, необходимых для проектирования составных элементов каждого уровня.
Таким образом, структурно-информационная модель описывает последовательность решения основных задач проектирования, а именно, общей задачи всего процесса и частных задач его отдельных элементов /73/.
При этом решение общей задачи направлено на выполнение цели функционирования всей основы изделия, а решение частных - на выполнение целей функционирования отдельных элементов на каждом уровне проектирования.
Функциональная цель базовой основы изделия регламентируется качеством, которое обеспечивает требуемое соответствие разме рам и форме тела человека (требуемую величину критерия статического соответствия конструкции ДЛ) (см. п. 2.1.4). Функциональная цель узловых точек деталей определяется величиной конструктивных параметров, характеризующих основу с хорошим качеством посадки. Для линий контуров деталей необходимо выполнение условия сопряженности соседних срезов одной или двух деталей и выдерживания общего силуэтного решения изделия (см. п.3.1).
Системно-структурный анализ процесса проектирования базовой основы мужского пиджака и разработка способов оптимизации решения отдельных задач позволили выявить структуру основных этапов, информационные потоки между ними, состав входной и выходной информации. Структурно-информационная модель, представленная на рис.4.2 состоит из отдельных этапов, изображенных блоками.
В нижнем углу каждого блока стоит его порядковый номер, показывающий последовательность выполнения работ. Блоки соединены между собой стрелками, которые показывают, какая информация, откуда и куда передается.
Источниками входной информации могут являться внешняя среда или другой блок, соответствующий этапу проектирования. Эта информация выделена в структурно-информационной модели как исходная информация. Результаты решения отдельных задач проектирования деталей базовой основы мужского пиджака выделены как выходная информация.
Вся информация, имеющаяся в системе, условно разделена на две части. Первая содержит перечень информации, формирующейся на стадиях технического задания, технического предложения, эскизного проекта
Похожие диссертации на Разработка метода автоматизированного проектирования мужской одежды с учетом конструктивно-технологических характеристик формы деталей
