автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Разработка новых методов трехмерного компьютерного проектирования обуви

УТЬ

На правах рукописи

ГОРДЕЕВА ОЛЬГА ВЛАДИМИРОВНА

РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ТРЕХМЕРНОГО КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБУВИ

Специальность: 05.19.06 - Технология обувных и

кожевенно-галантерейных изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном университете технологии и дизайна

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Карагезян Ю. А.,

доктор технических наук, профессор Комиссаров А.Г.

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Костылева В.В.

к.т.н. Петренко В Н.

Ведущая организация: ООО «Ленвест»

Защита состоится «Л?» 1998 г. в & час. на заседании

специализированного Совета К 063.67.01 при Санкт-Петербургском Государственном университете технологии и дизайна, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского Государственного университета технологии и дизайна.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного Совета К 063.67.01

кандидат технических наук Н.М. Друзгальская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 по 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 цени в работе решались следующие задачи:

1. Изучить способы математического описания поверхностей сложной формы, в частности, применяемые современными САПРО, с целью выбора оптимального математического аппарата для описания и модификации поверхности колодки.

2. Изучить структуру и освоить принципы работы современных трехмерных САПРО.

3. Проанализировать традиционные методики проектирования объемной формы обувной колодки, в частности, с учетом антропометрической информации.

4. Проанализировать принципы формообразования колодок разных типов и форм.

5. Сформулировать правила перехода от формо-размеров стопы к параметрам колодки с учетом зон колодки, критичных с точки зрения удобства обуви.

6. Разработать метод проектирования обувной колодки по антропометрическим данным и спроектировать индивидуальную колодку с целью апробации предлагаемого в работе метода.

7. Выявить закономерности формообразования колодок с различной приподнятостью пяточной части.

8. Разработать алгоритмы и процедуры методов описания и трансформации поверхности колодки с целью создания новых моделей.

9. 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.

2. Впервые для целей проектирования обувной техоснастки применен прикладной пакет МюгоЗШтп 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.

3. Определены закономерности в формообразовании колодок при изменении высоты каблука и разработан перечень конкретных модификаций глобальными участками поверхности, позволяющих синтезировать новую форму колодки.

4. 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.

5. 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.

6. Разработаны правила и приемы задания реального пространственного хода гребня колодки, имеющего характер легкого скручивания внутрь.

7. Разработаны несколько вариантов правил генерации унифицированной кривой геленочной части профиля колодки между сечениями 0,18Д и

0,73 Д.

8. 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 ассортимента 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 технологий 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/3£траницах машинописного текст, содержит Ъ О таблиц, é рисунка, библиографию из /2£Ыенований, приложения на страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, отражены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе рассмотрены задачи автоматизированного проектирования и подготовки производства обуви, проведен анализ методов и средств измерения объемной формы стопы и обувной колодки, а также существующих методов проектирования обувных колодок; изучены наиболее прогрессивные CAD/CAM системы проектирования и изготовления обуви и проведен их сравнительный анализ.

Главным направлением развития современной технологии является автоматизация процесса производства на базе использования вычислительной и микропроцессорной техники, станков с ЧПУ. Автоматизирование процессов проектирования и производства в обувной промышленности позволяет резко повысить качество обувной оснастки и обуви, точность сопряжения деталей при сборке, снизить количество доводочных операций и издержки на проектирование и производство продукции, в конечном итоге повышая ее конкурентоспособность.

CAD/CAM системы являются следующим этапом развития технологии обуви после ручного изготовления и фабричного производства и позволяют объединить достоинства как ручного метода (возможность полного дизайна формы и контуров обуви одним человеком и учет индивидуальных стоп), так и фабричного метода (возможность снижения трудоемкости за счет автоматизации изготовления).

Однако, все современные CAD/CAM системы ориентированы, как правило, на проектирование деталей верха обуви и в методах своей работы имитируют традиционные приемы работы модельера на фабрике. При этом используются данные обмера колодки-образца. Поэтому, несмотря на все преимущества отмечается слабое использование 3D систем в обувном производстве по сравнению с более дешевыми 2D системами, так как основа для трехмерного проектирования - колодка - по-прежнему изготавливается вручную.

Основной тенденцией развития CAD технологии является возможность генерации и модификации трехмерных поверхностей. Однако, на настоящий момент ни одна из систем не способна генерировать полноценную колодку по индивидуальным антропометрическим данным. В некоторых системах применяются инженерные прикладные пакеты (например, DUCT5 фирмы DELCAM, используемый в системе. компании BUSM), позволяющие модифицировать математическую модель колодки и затем вырезать ее на станке с ЧПУ. Другой вариант - подбор наиболее подходящей под индивидуальные данные колодки из библиотеки, модификация поверхности готовой и оцифрованной колодки, либо создание на ее основе деталей низа обуви.

Модификация колодок осуществляется либо «сглаживанием», когда пяточная часть одной колодки объединяется с носочной частью другой и определяется область сглаживания между ними, либо предусматривается локальное изменение одной математической модели колодки путем перемещения отдельных точек поверхности с последующим сглаживанием полученных участков. Однако, перечисленные методики генерируют новые модели колодок с использованием прототипов и не подходят для целей глобальной модификации формы.

В последнее время отмечается появление электронных стопомеров и NC-машин для изготовления колодок. Это создает предпосылки для создания CAD/CAM системы на основе синтеза колодки с учетом данных о стопе, соответствующую приемам проектирования колодок. Для этого необходимо решить две основные проблемы: а) автоматизация традиционного процесса изготовления образца колодки, что снизит его стоимость; б) перенос в CAD систему правил перехода от формы стопы к поверхности колодки.

Во второй главе приведены результаты исследования математических методов задания объемных поверхностей трехмерных объектов, в частности, применяемые в CAD/CAM системах при проектировании обувных колодок. Проведен сравнительный анализ применения для этих целей кривых в форме Безье и B-сплайнов. Выбран оптимальный математический аппарат для описания объемной поверхности обувной колодки и разработана ее математическая модель.

Представлены результаты промежуточных исследований по выявлению разницы геометрических параметров готовых колодок схожих фасонов с различной приподнятостью пяточной части, позволивших эмпирическим путем определить изменения в формообразовании колодок при изменении высота каблука. В соответствии с выявленными закономерностями и в результате анализа модификаций поверхности колодки современными CAD/CAM системами был разработан перечень наиболее оптимальных модификаций глобальных участков поверхности, приведенных ниже, 5 из которых были выбраны для дальнейших исследований.

J. Изменение высоты приподнятости пяточной части колодки путем:

• изменение угла разворота носочной либо пяточной части;

• поднятие пяточной части параллельно базовой плоскости;

• комбинация двух предыдущих способов;

2. Изменение высоты приподнятости носочной части колодки;

3. Задание кривизны геленочной части профиля;

4. Изменение пространственного положения контура следа;

5. Изменение контура пяточного поперечно-вертикального сечения;

6. Изменение контура пяточного закругления колодки;

7. Изменение пространственного положения гребня;

8. Разворот оси симметрии пятки относительно оси следа или линии пучков;

9. Разворот оси симметрии технологической площадки относительно оси следа.

10. Разворот линии пучков относительно оси следа;

11. Изменение обхвата пучкового сечения;

12. Модификация формы носочной части в соответствии с направлениями моды и назначением обуви;

13. Модификации, зависящие от технологии сборки обуви;

14. Модификации для ортопедических целей.

Также приведены результаты предварительных экспериментов по проектированию и манипулированию элементами поверхности обувной колодки с помощью прикладного графического пакета «MicroStation» для проектирования объектов сложной формы.

Когда стоит задача проектирования обувных колодок, может появиться соблазн использовать существующие прикладные пакеты для трехмерного проектирования объектов сложной формы. Однако, опыт применения пакета

MicroStation показал целесообразность разработки специального программного обеспечения. Это объясняется трудоемкостью неспециализированных пакетов и большим количеством необходимого времени, так как их функции не приспособлены для конкретной задачи проектирования колодок.

Использование различных математических подходов на разных этапах проектирования вызвало дополнительные неровности поверхности и сложности ее формообразования. Кроме того, поверхность изменялась непредсказуемо. При этом возникала проблема описания сегментов в носочной и пяточной частях колодки в связи с тем, что четырехугольные сегменты вырождались в треугольные. Следовательно, целесообразно использовать единый математический аппарат на всех этапах проектирования.

Большинство подходов к математическому описанию криволинейных поверхностей направлено на создание наиболее универсального и гибкого в использовании метода. Традиционно используются В-сплайны, которые позволяют описать почти любую форму и обеспечить ее свободную модификацию, что дает преимущества в плане стандартизации методов и программ для двух случаев:

• когда уже заданы отдельные точки поверхности (это имеет место в известных CAD системах для проектирования обуви по обмеряемому образцу колодки);

• при создании только визуального образа без высоких требований к метрике поверхности (например, в рекламе, кинематографе и анимации).

Однако при модификации формы колодки основной трудностью является предсказуемость поведения поверхности в пространстве и обеспечение плавности изменения кривизны для больших участков поверхности колодки. Эти требования удовлетворяются если поверхность колодки описывается минимальным числом элементарных участков, каждый го которых является двухмерным параметрическим полиномом.

Для правильного формирования поверхности колодки необходимо рационально расположить опорные контуры, являющиеся границами сегментов поверхности, т.е. составить схему сегментации. Метод предполагает задание поверхности колодки по схеме, представленной на рис. 1. Для снижения количества вводимой информации и удобства оперирования участками поверхности, целесообразно использовать представление в форме Безье:

3 3 3!3!V'(1-U) и V (1-V)4

R(U,l)= EX г у---

i=0j=0 (З-i)! 1! (З-j)! Л

Метод позволяет рассчитать любую точку внутри участка поверхности по данным о контуре граничной кривой. Таким образом, выбрав местоположение граничных сечений, можно задать всю поверхность внутри каждой зоны. Границы сегментов образованы контурами каркаса колодки, а их точки пересечения образуют узлы составных кривых. Смысл метода состоит в том, что внутри каждого участка параметрической поверхности гарантирована гладкость. Изменяя положение векторов узловых точек, можно

Рис.1 Схема сегментации поверхности колодки.

и

целенаправленно управлять характером поверхности при сохранении ее г ладкости и лекальности. Т.е., формула Безье удобна для ручной манипуляции хода кривой. Это доказывает целесообразность применения кривых и поверхностей а форме Безье для проектирования сложной трехмерной формы обувной колодки.

Таким образом, в результате проведения эксперимента был выбран оптимальный математический аппарат для описания объемной поверхности колодки с целью модификации ее формы и позволяющий разработать требования к созданию необходимого программного обеспечения.

Далее проводился эксперимент по определению оптимальной оси разворота носочной (пяточной) части колодки с целью изменения высоты приподнятости пяточной части. Были испробованы несколько вариантов положения оси разворота (рис. 2) и в результате выбраны два из них - ось стояния в пучках и ось, проходящая через анатомическую точку сгиба стопы. В первом случае результат положителен только при небольших изменениях высоты каблука (в пределах плюс-минус 10 мм), при большем изменении не удалось получить гладкую результирующую поверхность.

Во втором случае можно изменять высоту каблука в больших пределах и учитывать нормальное функционирование стопы в обуви. Однако, при таком варианте разворота появляется погрешность в длине следа колодки. Тем не менее, полученная разница составляет 1-5 мм, что соответствует естественному удлинению стопы при изгибе (рис. 3). Кроме того, эту величину можно учесть в суммарном припуске длины стельки. Т.о., предлагается использовать оба варианта положения оси разворота носочной части колодки.

При увеличении высоты каблука необходимо одновременно сужать пучковое и пяточное сечение колодки согласно разработанному перечню модификаций. Однако возможности пакета позволили провести эксперимент только по сужению пяточной части колодки.

В третьей главе проанализированы существующие методики моделирования колодок и разработан рациональный алгоритм проектирования. Описывается предварительный эксперимент по проектированию индивидуальной колодки для туфель типа «лодочка» и выработана методика проведения предварительного эксперимента по проектированию колодки путем модификации ее формы. Индивидуальные антропометрические данные были получены с помощью бесконтактного устройства для фотографического измерения стопы.

Исследование методов проектирования обувных колодок выявило отсутствие единого подхода к моделированию. Однако, можно сказать, что традиционные методики изготовления модели обувной колодки предполагают разработку набора плоских шаблонов (проекция следа колодки, продольно-вертикальное сечение, девять поперечно-вертикальных сечений в основных анатомических точках стопы). В то же время, .ГОСТ 3927-88 нормирует только два поперечно-вертикальных сечения (0,68/0,72Д и 0,55 Д) по обхвату. Исходя из этих данных, обычно получаемых на базе плантограммы и гипсового слепка, модельер-колодочник вручную по шаблонам изготавливает образец колодки, который в дальнейшем служит базой для проектирования деталей обуви и

Рис. 2. Вариант« положения оси разворота носочной части колодки.

Рис. 3. Удлинение стопн при изгибе.

технологической оснастки.

Т.о., эксперимент был построен на проектировании набора контуров стандартных сечений колодки по индивидуальным данным, В результате предварительного эксперимента но проектированию набора основных шаблонов колодки и их контроля были выявлены рациональные моменты и недостатки существующих методик, отсеяны приемы проектирования, не соответствующие действительности, и разработан универсальный метод, позволяющий синтезировать различные методики проектирования колодки по антропометрическим данным. Разработанный метод заключается в комбинации графических и расчетных приемов проектирования базовых сечений колодки, с учетом требований, предъявляемых к рациональной ВФО.

Для проектирования индивидуальных колодок метод построения следа по плантограмме стопы является предпочтительным, так как плантограмма дает исчерпывающую информацию о морфологии конкретной стопы, тогда как расчетные методы предназначены, в основном, для построения колодок на среднетипичную стопу (рис. 4)..

Высотные параметры обувной колодки задаются продольно-осевым вертикальным сечением (профилем) стопы Фронтальная проекция не полностью идентична продольно-осевому сечению, так как гребень колодки направлен в сторону большого пальца стопы и имеет характер легкого скручивания внутрь. Поэтому проектирование высотных параметров колодки велось по фронтальной проекции, поднятой на необходимую высоту каблука, как наиболее полно описывающую высотные размеры стопы (рис. 5) . За центр опоры в пучках была принята проекцию центра сгиба стопы в пучках, который соответствует середине головки первой плюсневой кости. Этот подход также представляется целесообразным с точки зрения модификации формы колодки при развороте пяточной части колодки с целью изменения высоты каблука, так как при проведении нейтрального базиса через наиболее выпуклую точку пяточного закругления и данную точку для перпендикулярной ориентации поперечно-вертикальных сечений колодки позволяет сохранить идентичность положений одноименных сечений при различном подъеме пяточной части колодки. Это обстоятельство учитывалось при выборе оси разворота носочной и пяточной частей колодки при модификациях ее формы.

Однако, такое ориештированце поперечно-вертикальных сечений не соответствует принятому ориентированию перпендикулярно оси следа, лежащей в базовой плоскости. Базовой плоскостью построения колодки является плоскость, проходящая в основании тела колодки через точки ребра, лежащие на оси следа в пяточной части и в носочпой части в точке нормального припуска, нормируемого ГОСТ на колодки. Такая базовая плоскость не зависит от изменений величины декоративного припуска в носочной части и позволяет осуществлять проектирование сопоставимых сечений колодки при различной приподнятости пяточной части.

Таким образом, проектирование поперечно-вертикальных сечений проводилось перпендикулярно базовой оси, а разворот пяточной части колодки -относительно независимого базиса.

Рис. 4. Построение слеза колояки.

ь

Рис. 5.

Построение продольно-осевого сечения колодки.

Проведенные исследования по обобщению и применению существующих приемов проектирования колодки не по данным о среднегипичной стоне, а с учетом данных конкретного носчика с целью создания совершенно новой колодки и разработка рекомендаций по усовершенствованию испробованных методов доказывают научную новизну проведенного эксперимента.

В четвертой главе приведены результаты основного эксперимента по формообразованию поверхности обувной колодки путем манипуляции ее отдельными элементами. При этом, проводились исследования повеления объемной поверхности колодки при различных модификациях. Для этого было разработано специальное программное обеспечение на языке «Turbo С» и выбраны женские туфельные колодки моделей 873 и 875, отработанные по итальянским прототипам на фабрике по производству женских туфель «Альба».

Эксперимент состоял в модификации формы колодки 873 с высотой приподнятости пяточной части 40 мм с целью получения колодки с высотой приподнятости пяточной части 80 мм и в сравнении сечешш полученной математической модели колодки с сечениями колодки 875. Список глобальных модификаций включал изменение высоты приподнятости пяточной части, задание реального пространственного хода гребня колодки, имеющего характер легкого скручивания внутрь, генерацию унифицированной кривой гелекочной части профиля колодки между сечениями 0,18Д и 0,73Д.

Промежуточный эксперимент по изменению высоты каблука показал, что наибольшее совпадение сечений колодки 875 с сечениями полученной математической модели с точностью до 0,5 мм получено при комбинации разворота носочной часта колодки на определенный угол относительно оси, проходящей через ось стояния в пучках, и поднятии всей пяточной части колодки до сечения 0,23 Дет на 40 мм параллельно базовой плоскости (рис. б).

С целью задания реального пространственного хода гребневой части профиля колодки, который имеет характер легкого скручивания внутрь в соответствии с анатомическим строением стопы был разработан алгоритм смещения верхней точки сечений «Пучки» и «Пальцы» в сторону большого пальца (рис. 7).

Для разработки приема задания стандартного хода кривой в геленочной части профиля колодки эксперимент был построен на использовании унифицированных кривых геленочной части профиля колодок среднего размера с разной приподнятостью пяточной части для разных половозрастных групп. На рис. 8 представлен пример построения контура геленочной части продольно-осевого сечения колодки, состоящего из двух элементарных кубических сегментов.

Опорные точки располагаются в местах перегиба (смены знака кривизны) контура. Вектор производной проходит по касательной к кривой в опорной точке. Задается направление и длина вектора, необходимые для получения нужной формы контура геленочной части профиля. После задания опорных точек и векторов производных по чертежу определяются их координаты. Однако, с целью создания возможности использования предлагаемого приема не подготовленными операторами был предложен следующий подход:

1, Длина касательных векторов унифицировалась и для женских и мужских колодок соответственно представлена в табл. 1.

Рис. 6. Комбинированный прием управления высотой приподнятости пяточной части колонки.

Таблица 1

Длина касательных векторов для женских и мужских колодок

жен муж

Ю1 20 25

110 20 25

<12 20 25

121 25 25

2. Положение точек 0 и 2 определяется автоматически по местам расположения контрольных сечений 0Д8Д и 0,73 Д; положение точки 1 определяется величиной перпендикуляра /, восстановленного из середины отрезка 02, (был предложен вариант расположения точки ! по месту положения стандартного сечения 0,55Д, однако, в этом случае не удалось унифицировать длину векторов производных).

3. Величина « изменяется в соответствии с размером, назначением и конструкцией обуви и представлена в табл. 2 для женских и мужских туфельных колодок соответственно.

Таблица 2

Значение величины«для женских и мужских туфельных колодок

Вк »ж (мм) ¿м(мм)

5 3,5 5

10 3 7

15 4,5 8

20 4,5 8

25 4,5 8

30 7 7.5

40 5,5 7.5

50 4

60 5,5

70 б

80 6

В результате проведенных исследований достигнуто совпадение контуров с точностью порядка 0,5 мм, что соответствует точности проектирования колодок по стандарту России, и разработан метод проектирования обувной колодки с учетом ашропометрических данных путем модификации ее формы на ПЭВМ. Алгоритм, реализующий разработанный метод, представлен на рис. 9.

( Начало )

_I

Обмер поверхности стопы

1

( Окончание )

Рис. 9. Алгоритм проектирования колодки.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ современной ситуации в области автоматизации проектирования и производства обуви показал, что основной тенденцией развития САПР для обуви является создание единой системы компьютерного проектирования обуви и технологической оснастки на базе индивидуальных антропометрических данных. Однако, ни одна из современных САПР для обуви не предлагает прямого компьютерного дизайна колодки по стопе, что сдерживает развитие современных методов автоматизированного проектирования технологической оснастки.

2. Освоены принципы работы современных САПРО и прикладных пакетов 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.

3. В результате изучения способов математического описания поверхностей сложной формы, в частности, применяемых современными САПРО, был выбран оптимальный математический аппарат для описания и модификации поверхности колодки и разработана ее математическая модель. При этом колодка описывается минимальным числом бикубических полиномов в форме Безье. Исследования традиционных методик проектирования объемной формы обувной колодки позволили выявить основные закономерности формообразования колодок разного целевого назначения и доказали необходимость разработки единого подхода к проектированию обувной колодки в компьютерной среде на основе индивидуальной стопы.

4. В результате проведенных экспериментов по проектированию обувной колодки был разработан универсальный метод, позволяющий синтезировать методики проектирования колодок различного назначения по индивидуальным антропометрическим данным с учетом требований, предъявляемых к рациональной ВФО. С целью апробации разработанного метода была спроектирована индивидуальная колодка для женских туфель типа «лодочка».

5. Проведенные исследования по выявлению разницы геометрических параметров готовых колодок схожих фасонов с различной приподнятостью пяточной части (в частности, 40 и 80 мм) позволили эмпирическим путем определить закономерности в формообразовании колодок при изменении высоты каблука и разработать перечень конкретных модификаций глобальными участками поверхности, позволяющих синтезировать новую форму колодки.

6. Для реализации предложенного метода было разработано специальное программное обеспечение на языке «Turbo С».

7. Разработаны и испробованы различные правила и приемы управления высотой приподнятости пяточной части, в результате чего предложен вариант управления путем одновременного разворота носочной части

колодки относительно оси, проходящей через точку сгиба стопы, и поднятия пяточной части параллельно базовой плоскости.

8. Разработаны правила одновременного сужения пяточного сечения колодки при увеличении высоты каблука.

9. Разработаны правила и приемы задания реального пространственного хода гребня колодки, имеющего характер легкого скручивания внутрь.

10. Разработаны несколько вариантов правил генерации унифицированной кривой геленочной части профиля колодки между сечениями 0,18Д и 0,73Д.

11. Проведенные исследования поведения объемной поверхности колодки при различных манипуляциях позволили разработать метод проектирования обувной колодки с учетом антропометрических данных путем модификации ее формы на ПЭВМ.

12. Разработаны рекомендации по использованию предложенного метода для целей компьютерного проектирования обувной колодки.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Моделирование рабочих поверхностей обувной технологической оснастки по данным антропометрии.// «Роль геометрии в искусственном интеллекте и системах автоматизированного проектирования»: Сб. докл. Всерос. науч.-тех. конф./ ВСГТУ. - Улан-Удэ, 1996, стр. 86-69.

2 Сравнительный анализ трехмерных САПРО.// «Физико-химические принципы создания новейших технологий в текстильной и легкой промышленности»: Сб. докл. междун. науч.-тех. конф.// ТУ, -Хмельницкий, 1996, стр. 44.

3. О новой концепции трехмерной САПР обуви.// «Совершенствование конструкции и технологии изделий из кожи»// Межвузовский сб. научных трудов. - Витебск, 1996, с. 56-62.

4. Развитие методов математического описания поверхности обувной колодки// СПГУТД - С-Петербург, 1996 - 15 с. - Библиогр. 3 назв. - Рус. -Деп. в ЦНИИТЭИ легпром.

5. Сравнительный анализ трехмерных CAD/CAM систем для проектирования обуви//Материалы научно-технической конференции студентов и молодых ученых «Дни науки - 96». - СПбГУТД. - С-Пб, 1996, с. 82-83.

6. Разработка метода компьютерного проектирования обувной колодки на примере продольно-осевого сечения (профиля). //Материалы научно-технической конференции студентов и молодых ученых «Дни науки - 97». - СПГУТД. - С-Пб, 1997.

7. Автоматизация процессов проектирования и производства как мероприятие по повышению конкурентоспособности обуви// СПГУТД -

С-Петербург, 1997 - 3 с. - Библиогр. 3 назв. - Рус. - Деп. в ЦНИИТЭИлегпром.

8. Разработка новых методов трехмерного компьютерного проектирования обуви.// Материалы «Ассамблеи молодых ученых и специалистов - 97». СПб, 1997.

Лицензия № 020712 от 02.02.93 Оригинал подготовлен автором

Подписано к печати 08.12.97 г. Формат 60x84 1/16.

Печать офсетная. Усл.печ.л. 1.45 Заказ

Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии СПГУТД

191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26