Введение к работе
Актуальность темы. В условиях рыночной экономики и жесткой конкуренции с целью увеличения производства и сбыта обуви предприятиям-изготовителям необходимо уделять особое внимание повышению качества и расширению ассортимента своей продукции с обеспечением гибкой переналадки производства. Решением данных проблем является автоматизация процессов проектирования и производства обуви.
Анализ современной ситуации в этой области показал, что основной тенденцией развития САПР для обуви является создание единой системы компьютерного проектирования обуви и технологической оснастки на базе индивидуальных антропометрических данных. При этом основная проблема заключается в отсутствии единого подхода к проектированию обувной колодки в компьютерной среде на основе индивидуальной стопы.
Традиционные методики проектирования нового фасона колодки сводятся к построению стандартного набора плоских шаблонов, предназначенных для контроля ее изготовления. Характер поверхности колодки между формообразующими каркасными сечениями задается колодочником вручную, что вносит в процесс изготовления колодки момент субъективизма.
При этом, несмотря на пригодность отдельных приемов проектирования колодок, все они используют данные о среднетипичной стопе. При проектировании индивидуальной обуви параметры конкретной стопы просто учитываются при приправке готовой наиболее подходящей колодки к стопе.
В случае применения САПР основные приемы трехмерного дизайна индивидуальной обуви основаны на подборе наиболее подходящей колодки из библиотеки математических моделей заранее изготовленных и обмеренных колодок, комбинации математических моделей двух колодок с целью создания третьей или локальной модификации одной математической модели.
Т.е., можно сделать вывод, что ни одна из существующих САПР для обуви до сих пор не предлагает прямого компьютерного дизайна колодки но стопе, что сдерживает развитие современных методов автоматизированного проектирования технологической оснастки.
Тем не менее, исследования в области проектирования обуви и техоснастки показали, что в настоящее время в мире разрозненно существует вся аппаратная и научно-техническая база, которая создает предпосылки для создания единой системы проектирования технологической оснастки, в том числе, по индивидуальным данным о стопе. Поэтому проблема создания единого метода проектирования обувной колодки с учетом индивидуальных антропометрических данных с разработкой принципиально новых методов моделирования и модификации поверхности является актуальным для обувной промышленности.
Цель и задачи исследований. В данной работы разработан и исследован новый метод проектирования обувной колодки с учетом антропометрических данных, пригодный для использования компьютерной техники.
Для достижения поставленной цат в работе решались следующие задачи:
-
Изучить способы математического описания поверхностей сложной формы, в частности, применяемые современными САПРО, с целью выбора оптимального математического аппарата для описания и модификации поверхности колодки.
-
Изучить структуру и освоить принципы работы современных трехмерных САПРО.
-
Проанализировать традиционные методики проектирования объемной формы обувной колодки, в частности, с учетом антропометрической информации.
-
Проанализировать принципы формообразования колодок разных типов и форм.
-
Сформулировать правила перехода от формо-размеров стопы к параметрам колодки с учетом зон колодки, критичных с точки зрения удобства обуви.
-
Разработать метод проектирования обувной колодки по антропометрическим данным и спроектировать индивидуальную колодку с целью апробации предлагаемого в работе метода.
-
Выявить закономерности формообразования колодок с различной приподнятостью пяточной части.
-
Разработать алгоритмы и процедуры методов описания и трансформации поверхности колодки с целью создания новых моделей.
-
На основе ранее предложенного метода проектирования колодок без использования образца разработать метод проектирования обувной колодки на компьютере путем манипуляции ее отдельными элементами.
10. Разработать рекомендации по использованию предложенного метода для
целей компьютерного проектирования обувной колодки.
Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач применялась комплексная методика исследований, которая объединяет методы теоретического анализа и проведение экспериментов по описанию поверхностей колодок различных фасонов. Экспериментальные данные получены с помощью высокоточного автоматического устройства для измерения объектов сложной пространственной формы и программного обеспечения для проектирования объектов сложной формы.
Паучная новизна работы.
1. Определены закономерности формообразования колодок разного целевого назначения, включающие колодки для туфель типа «лодочка». Разработан универсальный метод, позволяющий синтезировать методики проектирования колодок различного назначения по индивидуальным антропометрическим данным.
1. Впервые для целей проектирования обувной техоснастки применен прикладной пакет MicroStation для трехмерного проектирования объектов сложной формы, при этом выявлены недостатки, характерные для большинства неспециализированных графических пакетов, что доказывает необходимость разработки специализированного программного обеспечение для проектирования обувной колодки и
использования единого математического подхода на всех этапах проектирования.
-
Определены закономерности в формообразовании колодок при изменении высоты каблука и разработан перечень конкретных модификаций глобальными участками поверхности, позволяющих синтезировать новую форму колодки.
-
Проведены исследования поведения объемной поверхности колодки при различных манипуляциях, что позволило разработать метод проектирования обувной колодки с учетом антропометрических данных путем модификации ее формы на ПЭВМ. Для этого было разработано специальное программное обеспечение, реализующее данный метод.
-
Разработаны правила и приемы управления высотой приподнятости пяточной части путем одновременного разворота носочной части колодки относительно оси, проходящей через точку сгиба стопы, и поднятия пяточной части параллельно базовой плоскости.
-
Разработаны правила и приемы задания реального пространственного хода гребня колодки, имеющего характер легкого скручивания внутрь.
-
Разработаны несколько вариантов правил генерации унифицированной кривой геленочной части профиля колодки между сечениями 0,18Д и 0,73 Д.
-
Для отработки предлагаемой методики модификации формы колодки использовался современный метод математического описания поверхностей бикубическими полиномами в форме Безье и каркас колодки, которые позволяют проектировать колодку по индивидуальным данным.
Практическая значимость работы. В работе решалась крайне актуальная для
отечественной и мировой обувной промышленности задача
совершенствования и повышения мобильности обувного производства путем автоматизации процессов проектирования и производства обуви, диктуемая требованиями улучшения качества и ассоргимента продукции.
С внедрением предлагаемых в работе методов проектирования и манипуляции поверхности обувной колодки появляется возможность заменить трудоемкий процесс ручного моделирования колодки компьютерным дизайном в интерактивном режиме без использования физического прототипа, а также создать универсальную САПР для обуви и технологической оснастки. Кроме того, предлагаемый метод автоматизированного проектирования поверхности колодки позволяет моделировать форму с учетом параметров конкретной стопы, что улучшает качество обуви.
В отличии от известных интерполяционных методов определения поверхности колодки по данным обмера физического образца, в данной работе излагается метод автоматизации формирования математического описания поверхности колодки по данным обмера стопы. Данный метод математического описания криволинейной поверхности минимальным числом бикубических элементов, ограниченных участками параметрических кривых, которые содержат не более одной точки изменения кривизны, является универсальным для объектов сложной формы в обувном производстве.
Возможность описания больших участков поверхности колодки аналитической функцией оптимизирует работу трехмерных САПР обуви, что позволяет сократить сроки и повысить качество проектирования оснастки и производных от формы колодки траекторий движения рабочих органов обувных машин.
Предлагаемая методика позволяет рассчитать программы обработки колодок, что создает условия для практической реализации программной обработки колодок в системе САПР обуви. Это приводит к снижению стоимости изготовления оснастки, к расширению ассортимента колодок и, в конечном итоге, к повышению удобства и качества обуви.
Конечным результатом выполненной работы является реализация метода формообразования объемной формы обувной колодки путем манипуляции ее отдельными элементами. Работа внедрена на ООО «Ленвест». Экономический эффект от внедрения составил 120 млн. рублей. Также результаты работы внедрены в учебный процесс ,на кафедре технологии и конструирования изделий из кожи СПГУТД в виде методических пособий по проектированию обувной колодки без образца.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на научно-технических советах АООТ «Виктория», на секции конструирования изделий из кожи, на кафедре технологии и конструирования изделий из кожи СПГУТД, на научно-технических конференциях: «Дни науки-9б», «Дни науки-97» (СПГУТД), в 1996 г, на международной научно-технической конференции «Физико-химические принципы создания новейших технологии в текстильной и легкой промышленности» (г. Хмельницкий) и Всероссийской научно-технической конференции «Роль геометрии в искусственном интеллекте и системах автоматизированного проектирования» (ВСГТУ, Улан-Удэ), в 1997 г. на ассамблее молодых ученых и специалистов (секция: «Проблемы эффективного использования достижений молодых ученых и специалистов в промышленности и городском хозяйстве»).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано восемь печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по главам и работе в целом, списка использованных источников. Работа изложена на/Зетраницах машинописного текст, содержит
Ъ О таблиц, э к рисунка, библиографию из /2^именований, приложения на
^С страницах.
