автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Разработка метода интерактивного проектирования конструкций верха обуви для САПР

РГб од

2 7 ОКТ 1393

На праяак рукоимгч

БЕРДИИКОЗА ИРИНА ПЕТРОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИНТЕРАКТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ВЕРХА ОБУВИ

ДЛЯ САПР

Специальное?«» 05.1!?. Об -«Теяяологиге ойуптгя ч кт^вяянцг •

гплаптерпйнчх ичдялкнч

АВТОРЕФЕРАТ диссертации иг соискание уч«чоГ« стр.пчии г.яплядчггп »вхимччехт« .'««ук

Мое УТЯ! 19 95

Работа выполнена и Российском «точном институте «текстильной м легкой промышленности

Научный руководитель - доктор иекнических наук, профессор

Каган В.М.

Официальные оппоненты! док*ор свекнкчаокин наук, профасаор

Лопандин И.В. кандида® мхничааких наук

I ■ - - ' .

' Зыбин A.D.

Ведущее предприятие - Москожкоибина®, г.Москва.

Защита состоится Х998 г. в чао,

на аасвдании диссертационного .совева Д.053.32.03 в Нои конской государственной академии легкой прошютеииоотк по адресу: 113806, Москва, ул.Садовническая, 33.

С диссертацией можно ознакомиться о библиотеке 11ГДЛП.

Да®орофера» рааослан «

1998 г.

Ученый секретарь (

диссертационного совета ,

доктор тахцичоскик наук, проф. (, Костылева B>i.

общая характеристика работы

актуальность работы. Интенсивное развитие электронно-вычислительной техники, рост ее доступности, появление специалистов^ имеющих навыки работы с ЭВМ и необходимость сокращения трудозатрат/ создают предпосылки для широкого использования систем автоматизированного проектирования (САПР) в обувной промышленности, в том числе и для проектирования конструкций верха обуви.

Применение а процессе проектирования ЭВМ требует Заработки принципиально нового подхода к методам проек-. гнрования. . ,

Имеющиеся в настоящее время работы по использованию зычислительной техники .прй проектировании конструкций обуви не получили промышленной реализации в САПР. Поэтому весьма актуальной научно-исследовательской задачей явпя-5тся разработка специального метода проектирования ппя САПР обуви, позволяющего использовать ЭВМ на всех ятэппя разработки модели.

цель И задачи исследования. Целью диссертационной работы является ■ разработка научно-обоснованного метопа интерактивного проектирования верха обуви для САПР,

Для достижения этой цепи в диссертации иостявпены следующие задачи:

•выделить основные этаг1ы разработки моделей обуви и комплекс работ выполня2мых, конструктором на каждом из них; •формализовать ' приемы ручного проектирования мопепел, разбить процесс разработки на ряд элемгчггярмчх оп«ртн,им. провести систематизацию и кллссификзпиг лстпсли**} •'"•чи.", ои<-> ' ропий;

• проверить полноту полученной системы операций, для чегс разработать алгоритмы проектирования различных конструк^ ний верка обуви;

• разработать методы •представления объектов проектирования в интерактивной САПР/

» разработать сценарий рабрты пользователя в САПР;

• реализовать разработанный метод в САПР верха обуви : доказать возможность его использования.

объекты и методы исследования. Объектами исследова пия являлись конструкции верха обуви различных родовых ассортиментных групп, методы их проектирования и пронес разработки конструкторской документации (КД) на модея обуни.

Решение поставленных задач осуществлялось на осно! принципов системного анализа, с использованием метод( математического моделирования, методов вычислительной м< тематики, классификации и экспертных оценок.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В результате проведенной рабо1 впервые: '

• Разработан метод проектирования конструкций ворка об ви, ориентированный на использование его в интеракги ной САПР. Предложенный метод обеспечивает автоыатиэир ванную разработку, чертежа конструктивной основы (!< верха обуви, построение деталей базового размера, авч матическое градирование и корректировку моделей, noj чение комплекта КД.

• Предложено автоматизацию работ пс проектированию мо; леи проводить на основе выделенных объектов и элем тлрн!.:;; операций, полученных формализацией приемов р НОГО »ЮДОЛИДОВ ЛХШя.

• разработаны алгоритмы интерактивного проектирования, позволившие проверить полноту предложенной системы объектов и операций для разработки различных конструкций верха абуви.

• Разработаны требования к функциям САПР верха обуви, методам представления объектов проектирования и структуре специализированной базы данных.

е Предложен метод расчета коэффициентов параметрического сплайна, позволяющий аппроксимировать кривые в процессе их построения и модификации в интерактивных САПР. 6 Разработаны системы меню и текстовых сообщений, обеспе-чизясщие интерактивный режим и удобство работы модельера в САПР.

э разработан сценарий работы пользователя в системе. в Представлена серия практических примеров по разработке моделей верха обуви различных конструкций в САПР.

апрошщия работы. Результаты работы доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

1. Семинар «Совершенствование технологических процессов в легкой промышленности». (МДНТП). Москва 1989г.

2. Научно-техническая конференция молодых исследова-ТОЛС»» ПС ирСЙЛС***"'"» ?С«чС?»*ЛЬКОЙ Я Л3ГКСи ПрО^АсмшЛвКНОсти • (МТИ). Москва 1990.

3« ХУ1 отраслевая научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. (ЦНИИЛКА). Москва 1989г.

ХУ11 отраслевая научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. (ЦНИИЛКА). Москва 1990г.

«■

5. Межвузовская'. научно-техническая конференций «Современные проблемы текстильной и. легкой промьшшенно* сги». (РосЗИ'ГЛП) . Москва 1998г.'.

Разработанный метод прошел широкую производственную проверку на ряде обувных предприятий и моделирующих организациях (ОАО «Калиф», ОАО «КОСФО», ОАО «ТЕМП»,''ДМО «Коллекция» и других). С использованием метода интерактивного проектирования была разработана КД и изготовлены различные модели обуви. Было сделано заключение, что метод может использоваться для разработки ВД на модели верха обуви. ,

практическая значимость и внедрения результатов работы. Результаты данной работы использованы при создании системы автоматизированного проектирования верха обуви АСК0-2Д, которая, в свою очередь, работает более чем на 28 предприятиях обувной отрасли России и ближайшего зарубежья.

Использование интерактивного метода проектирования при работе с системой АСКО 2Д на обувных предприятиях позволило: " ' .

• сократить время и трудоемкость разработки моделей;

• повысить качество разрабатываемой КД;

• улучшить условия труда модельеров-проектировщиков и автоматизировать более 80% рутинных нетворческих операций

при разработке модели;

• увеличить количество разрабатываемых моделей на одном

рабочем месте;

» сократить сроки разработки и постановки новых моделей

обуви на производство в 1,5 - 2 раза.

Годовая экономия от снижения себестоимости разработки моделей при внедрения САПР верха обуви на одной фабрике в новы« ценах 1999 т, составила 286.634 тыс.руб.

, Метод интерактивного проектирования внедрен' в учебный процесс РосЗИТЛП. Он включен в новый курс лекций и Практических занятий по дисциплине «САПР обуви и кожга-лантаройных изделий» для студентов специальностей «Конструированиэ изделий из кожи» и «Технология изделий ;!3 кожи», что подтверждено актом об использовании результатов диссертационной работы в учебном процессе. ,'V ПУБЛИКАЦИИ По тема диссертации опубликовано 8 работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из ^седания, четырех глав, выводов по главам и по работ= в иолом, библиографии и приложений. Работа изложена н< 259 страницах машинописного текста, включает 69 рисунков и i таблицы* Список использованных литературных источников рключает 83 наименований. Приложение представлено на ЗЯ страницах.

краткой содержание работы.

Во авадании обоснована актуальность темы диссертации, Сформулированы цели и задачи исследований.

В параой глава проведен анализ современного состояния процесса проектирования моделей верха обуви, рассмотрены применяемые в традиционной практике моделирования методы подготовки КД. Проведен обзор научных работ, посвященных проблемам автоматизации обувной промышленной!. Рассмотрены современные методы математического описания контуров деталей обуви и мировой опыт разработки и использования обувных САПР,

s

Проведенный анализ показал наличие предпосылок для создания методики автоматизированного проектирования конструкций верхе обуви, так как:

• применяемые в традиционной практике моделирования методы подготовки КД не отвечает современным требованиям;

• для повышения качества КД, а также для сокращения сроков и трудоемкости проектирования нужна новая, автоматизированная форма организации проектирования с сохра* пением всех преимуществ суще&твУзвдих. руаньрс методов;

• наличие и доступность вычислительной техники создав? благоприятные условия приобретения САПР для крупных и мелких производителей обуви.

В то же время при изучении литературы было установлено, что предыдущие исследования не охватывают ряд Вопросов, связанных с разработкой информационно-методического и математического обеспечения комплекса задач, возникающих. при автоматизации процесса проектирования конструкций верха обуви.

На основании вышеизложенного бьши сформулированы основные задачи исследования.

Во второй глава представлены результаты исследования процесса проектирования и методов построения моделей обуви на предприятиях. Исследования проводились с целью сбе-ра и формализации данных для САПР верха обуви, ■

. Существуют два подхода при разработке метода автоматизированного проектирования. Первый - это полная автоматизация, основанная на создании баз данных типовых конструкций, В этом случае, метод работы в САПР предполагаем операции с типовыми элементами базовых моделей, что вынуждает модельера, при разработке оригинальных конструкций, возвращаться к ручному методу проектирования.

При втором подходе автоматизируются отдельные операций построения конструкции, последовательное применение которых обеспечивает процесс разработки как базовых, так и оригинальных моделей. Важным преимуществом этого подхода является возможность контроля и вмешательства конструктора на всех этапах разработки модели, реализация новых методов проектирования, возможность проявления творческих способностей разработчика. Э отличие от первого, он позволяет.более широко использовать интерактивный ре-аим работы конструктора. На основе экспертных оценок модельеров-конструкторов обуви и анализа известных разработок в этой области» этот подход и бьш выбран за основу т1ри разработка метода проектирования для САПР.

На первом этапа работы было проведено исследование процесса проектирования обуви на предприятиях, в результате которого определены основные этапы разработки модели! выявлен комплекс работ, выполняемых конструктором на каждом этапе.

После этого были исследованы методы построения отдельных элементов конструкций верха обуви на этапах построения чертежа КО, построения деталей Свзовогсг размера и их градирования.

Для исследования были отобраны 200 вариантов различных конструкций обуви разных родовых групп. На эти конструкции была разработана КД с использованием методик ДМО «Коллекция» и АРС Сутория.

При проектировании проводился анализ методов построения отдельных конструктивных элементов и узлов. Так например, анализировались способы расположения и корректировки УРК, построение пяточного конструктивного узла, линий союзочной части и линий канта и другие элементы бл-

эовых и технологических контуров, декоративных и вспомо» /•¿тельных элементов конструкции. При этом сравнивались способы построения одних и тех же элементов конструкции в различных методиках ив различных моделях.

При обработке результатов исследования был сделан вывод, что чертеж любой конструкции верха обуви можно .рассматривать как комплекс геометрических объектов, для построения которых используется набор некоторых операций. Причем одна и та же операция (например построение лекальных линий по заданным точкам) может использоваться неоднократно как при разработке линий одного назначения (например линии наружных деталей верха),так и разного 'класса (например линии верха и подкладки). Это позволяем предположить, что имея определенный набор объектов и операций можно будет проектировать модели обуви независимо от вида конструкции и родовой группы.

Анализ методов построения деталей позволил выделить типы деталей по способу построения (простые, симметричные, асимметричные) и операции используемые конструктором в процессе их создания. Выл сделан вывод, что работы по построению чертежей деталей выполняются для всех, конструкций верха по единой схеме и не зависят от методики построения КО, ' .

При исследовании этапа градирования моделей проводился анализ широко используемых в промышленности способов .градирования. Были проанализированы причины, вызываю* яшjо необходимость проведения ручных корректировок отгра-дированных шаблонов деталей верха.

Корректировки моделей после градирования можно условно разделить на несколько групп. К первой группе относятся случаи, при которых нужно сохранить расстояния ли-

ний модели относительно заданной точки. Например: накладная деталь или вырез внутри детали, его форма может быть сохранена одна на все размеры или одна на группу размеров. Вторая группа объединяет случаи, при которых нужно Сохранить расстояния линий между двумя линиями модели. Например: постоянный припуск (линии соединения деталей), Переменный припуск {затяжная «фомка), эквидистантные линии (штаферка, линии выреза молнии и др.). Третья группа корректировок объединяет ремешки всевозможных конфигураций, у которых нужно сохранить ширину, И наконец, к четвертой группе относится корректировка моделей с сохранением длины по линии молнии,

В результате проведенного исследования была собрана информация об используемых на этапе градирования операциях и проводимых корректировках над отградированными шаблонами.

Второй этап работы заключался в систематизации и классификации операций, используемых при разработке КД на модели верха обуви и определении основных геометрических объектов проектирования над которыми проводятся эти операции. В результате проведенной работы процесс разработки моделей верха обуви был представлен в следующем виде: этап разработки -проектная процедура - операция (табл.1).

С целью проверки полноты полученной системы объектов и операций, были разработаны алгоритмы построения различных конструкций верха обуви: туфель, полуботинок, саиожек и др. представленные в работе примеры алгоритмов показывают, что разработанная система элементарных операций является достаточной для проектирования рассмотренных конструкций верха обуви.

И

Таблица 1,

ЭТАП РАЗРАБОТКИ ■ ' ПРОЕКТНАЯ ПРОЦЕДУРА операция .........

1 .ПРОЕКТИРОВАНИЕ 1. (юстроеиию объектов 1.построение линии ..... 3.ПОСТРОЕНИЕ ТОЧКИ 3.ПОСТРОЕНИЕ ОСИ 4. ПОСТРОЕНИЕ ОКРУЖНОСТИ 5. ПОСТРОЕНИЕ ЭКВИДИСТАНТЫ «.ПОСТРОЕНИЕ ИАЗИЭКВЧДИСГАЯГЫ 7.ПОСТРОЕНИЕ ПЕРФОРАЦИЯ 1 .ПОСТРОЕНИЕ ТРАФАРЕТНОЙ ливии ».ПОСТРОЕНИЕ НАКОЛОВ 10.ПОСТРОЕНИЕ ГОФР

2.преобразования объектов ' 1.ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ 2.ИЗМЕНЕНИЕ ДЛИНЫ J.РАЗБИЕНИЕ 1.СОЕДИНЕНИЕ е, ЗАМЫКАНИЕ (. ПРОДОЛЖЕНИЕ

3.операции р объектами 1.УДАЛЕНИЕ г.поворот 3. КОПИРОВАНИЕ 4.ЗЕРКАЛЬНОЕ ОТОБРАЖЕНИЕ ' 5.ПЕРЕНОС (.ВЫКЛАДЫВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ 7. ИЗМЕРЕНИЕ

2.ДЕТАЛИРОВКА ' г! 1.построение объектов 1.1 ПОСТРОЕНИЕ ПРОСТЫХ ДЕТАЛЕЙ 1.2 ПОСТРОЕНИЕ СИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ 1.3 ПОСТРОЕНИЕ АССИНЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ 1.4 ПОСТРОЕНИЕ ОТРАЖЕННЫХ ДЕТАЛХв

2 .операции С объектами 1. построение размерных гофр 2.МАРКИРОВКА 3.ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ 4.измерение плси4ади

3. УКЛАДЫ ВАБМОСТЬ 1.ОПЕРАЦИИ С ОБЪЕКТАМИ " 1.создание гнезд из деталей 2.построение параллелограмма 3.расчет коэффициента УКЛАДЫВАЕМ ости 4.создание схем раскладок

J . ГНАДИЮЦАНИЕ 1. ОПЕРАЦИИ С ОБЪЕКТАМИ 1.1 ЗАДАНИЕ ОСЕЙ ГРАДИРОВАНИЯ 1.2 ЗАДАНИЕ ПРИРАЩЕНИЙ

13

этап разработки проектная процедура операция

1,5 задание размеров 1,4 задание клрректировок 2. градирование гм 1.градирование деталей

4. подготовка конспекта кд 1. операций с овъехтши 1.*ОГКИ»ова!ше ДАННЫХ ДЛЯ ПАСПОРТА на модель 2.подготовка раскладок деталей 3,оформление чертежей

¿.получение кокллет кд 1,операции с объектами 1.вычерчивание. чертежа гм 2.вычерчивание сворочного чертежа 1.вырезание шанлонов ВАЗОВОГО размера 1. вырезание вавлонов на сен® размер» 5,печать паспорта

Из этого следует, что та система автоматизированного проактироаания, а которой будут реализованы предложенные выше операции,. позволит выполнять аналогичный комплекс работ.

Традья глаза посвящена разработке основных требований для создания иатодов интерактивного проектирования в САПР верха обуви. Рассмотрены основные проблемы, возникающие при математической описании контуров деталей верха обуаи в интерактивных САП£ и методы их решения, а также принципы построен:*?: бл-- данных (БД} геометрических элементов .

Мзтод проектирования моделей в системе должен обес-

«I

печивать интерактивный режим взаимодействия пользователя с.системой при помощи различных систем меню и текстовых сообщений, должнЬ быть предусмотрена защита от несанкционированных действий. Модельер-конструктор должен иметь возможность разрабатывать с помощью системы модели люСи.ч конструкций, творчески подходить к построению конфетной

u

модели, при этом все трудоемкие операции (построение припусков, корректировка модели, градирование) должны выполняться в полуавтоматическом и автоматическом режимах.

При разработке интерактивных систем проектирования большой удельных вес занимают . проблемы математического описания сложных кривых и операций над ними, При попытке использовать традиционные методы описания лекальных кривых (например, кубические параметрические сплайны) в интерактивных системах проявились определенные трудности» связанные с необходимостью ; немедленного отображения на экране дисплея действий оператора с кривыми. Эти проблемы заставили еще раз вернуться к вопросам описания кривых и рассмотреть их под новым углом зрения,

Ла начальной этапе решения этой проблемы были выделены основные задачи моделирования кривых в интерактивных САПР обуви и сформулированы требования к ним.

Эти требования определили подходы к описанию кривых, формату- их представления в базе данных и способам визуализации на экране дисплея. В работе показано, что для аппроксимации линий моделей верха обуви наиболее целесообразным является использование локального параметрического кубического сплайна со специальным способом задания касательных в узловых точках (рис.1).

Нэ i -ом сегменте (т.е. на участке от узловой точки А(.( до точки А4) параметрическое уравнение кривой может быть записано в векторной форме.

rfsj^fifajri.t + £я(в )Xi+ ts(»)ri.i+ *i(a)zl

где s - локальный параметр i -го сегмента (0£e£L);

1(я) - радиус-вектор произвольной точки i то сегмента, зависящий от параметра а >

Si.it Гц - радиусы-векторы точек и Ах соответственно;

х1 '.х, г/ - производные по параметру * в точках Л*.^ к

А< }

« 1 - За* * 2»'/ £м « За* - 2я'/ г, я я - 2а* * «*/ » - о'/

При аппроксимации традиционными параметрическими сплайнами используется таков же представление сегиента кривой. Различие проявляется при определении векторов В традиционном случае эти векторы определяются из условия •'непрерывности кривизны и величина г*', зависит от координат всех узловых точек.

Выло решено ограничиться требованием непрерывности касательной, Тогда появляется возможность задавать касательные на краях данного сегмента, Согласуясь только с

V.

соседним, независимо от более удаленных.

Определим вектор касательной в I - м узле как биссектрису треугольника, сторонами которого являются векто -ры

к4 в г44- гы н К4 * II -#

Тогда

йш Й1 + ¡*1

5/"--- (1 » .......... - 1).

Ьх *■ Ьщ

Здесь Й1 « I

Касательные в первой и последней точке определяются из условия нулевбй кривизны на концах:

го = (ЗЙ, - гх )/2; Го - (ЗЯ„ ~ гп.х)/2.

Такой метод позволяет при вводе очередной точки перестроить только один предыдущий сегмент, что дает возможность осуществлять синхронное отображение кривой на •»кране и процессе ее построения. По сравнению с традиционным сплайном данный метод обеспечивает возможность более плавного перехода почти прямолинейных участков кривой в сильно искривленные, что позволяет уменьшить число »а-данных узловых точек и получить аппроксимирующую кривую с >:"рошими эстетическими свойствами.

рис.1. Метод аппроксимации кривых при проектировании

конструкций верха обуви.

В работе также представлен пример аппроксимации эквидистантных кривых кубическими сплайнами той же структуры, что и базовые кривые.

Для разрабатываемой САПР верха обуви, предложена структура специализированной БД, ориентированной, в основном, на работу с графической информацией. Вьшо учтено, что а БД должны храниться как геометрические объекты, так и параметры относящиеся к модели в целом..

Информация о геометрических объектах помешается в БД в процессе проектирования модели, а затем может многократно использоваться, как в самом процессе проектирования (при отображении на экране, при вычерчивании на плоттера, при построении новых объектов и Т;д.), так и в дальнейших процедурах (для вырезания шаблонов, в системах раскладки деталей, для расчета трудоемкости сборки заготовки и т.п.) , ,,

Хранящиеся в БД объекты могут зависеть друг от друга. Например, деталь обуви задается как список кривых, являющихся объектами этой же БД, образующих контур этой детали в чертеже ГН. В этом случае один объект является базовым, а другой - зависимым. Такая структура хранения информации- позволяет пользователю легко изменять (корректировать) базовые элементы модели, при этом все злем«н*ы (например припуски, гофры, перфорация и деталь) изменятся автоматически.

Различным геометрическом - объектам (точке, оси, кривой, детали, гофре, трафаретной линии и т.п.) в БД соответствует определённый номер (тип), объекта. Для каждого типа объекта разработана, структура хранения информации о нем' в БД. Например, кривая в БД представлена в виде набора сегмедтов,. а для концов каждого сегмента заданы ко-

ординаты и координаты векторов касательных. Информация о детали в БД содержит указатели на граничные и на вспомо-гатепьные линии (гофры, наколы, трафаретные), и дополнительные данные (имя и класс детали, количество на пару, площадь и др.).

Наряду с геометрическими объектами в ВД может храниться любая числовая или символьная информация, характеризующая модель в целом (номер модели, .род и вид обуви, фасон колодки, артикул И т.д.),

В чатвертой глаае изложен метод интерактивного проектирования конструкций верха обуви, который является основой информационно-методического обеспечения САПР. Метод вклю-нает в себя описание работы модельорь о САПР на различный этапах построения моделей. Так на ®тапо ввода исходник данных осуществляется оцифровка основных линий чертежа. На этапе проектирования осуществляется разработка к модификация линий верха и подкладки чертежа КО. Кроме этоге выполняются операции по конструированию отдельных гломом-топ чертежа (разворот союзок, с языком, разведени® линий У Г К, построение вытачек и др.) В результате проведения ^того этана чертеж КО содержит линии наружных и внутренних деталей верха, линий припусков, вспомогательных и декоративных элементов модели (рис.2) . Использование разработанных систем меню и текстовых сообщений помогают модельеру правильно выполнять те или иные действия. В работе представлена серия практических примеров по разработке моделей верха обуви различных конструкций и родовых групп. На этапе деталировки (рис.3) из чертежа КО выделяются детали, рассчитывается их площадь и периметр, наносится маркировка. Следует особо отметить предлагаемый способ корректировки моделей, основанный на зависимости

полубссмиок на »van« проектирования.

Рис. 3. Построению деталей туфель.

линий и деталей модели. Так для изменения линии сшивания лвух соседних деталей достаточно модифицировать одну линию, все остальные связанные с ней линии и детали перестраиваются автоматически.-

На этапе градирования проводится вадакив условий, которые включают в себя данные о системе градирования (метрическая, штихмассовая и др.), размерный ряд и дополнительные требования, обеспечивающие лрореденив автоматической корректировки модели. На рис.4 и рис.5 прадстввлв-ны примеры решения задачи автоматического градирования модели с заданием корректировки по высоте молнии. В результате выполнения этого этапа создаются еавлакь: всех .«'тградированных размеров.

Рис.4. Задание условий градирования с корректировками.

Просмогу утвлся _

Рее1' Роис у ^Ьбцун 6>»«Г"" Гиксжизы»** ^

О

гошицг зАцни

дет.эы« пики

а

голтш 1м>.

31

д

каиим

~т—т:

Риа. 5, Согласованное градирование модели о автоматической корректировкой по высоте и ширина молнии.

Разработанный метод прошел широкую производственную проверку на обувных предприятиях, на его базе создана САПР АСКО-2Д, Эксплуатация системы в производственных условиях показала, что_метоя обеспечивает полный цикл работ по разработке КД нгг модели аерхз сбу":*-.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

На основании теоретических и экспериментальных исследований автором получены следующие результаты:

].РэзраОстан метод интерактивного проектирования ':оистп*/:гиий верха обуви, ориентированный на нспользоьание и САП?. Уетод обеспечивает овод исходных графических данным с исцели, автоматизированную разработку чсех элемен-гоя чеотежа модели, построение и модификацию деталей базового размера, автоматическое градирование и корректи-

ровку моделей обуви различных конструкций, разработку моделей с использованием базы данных ранее созданных моделей .

2.В результате формализации приемов ручного проектирования были выделены основные объекты и операции, на безо которых построены алгоритмы и разработан сценарий интерактивного проектирования моделей обуви в САПР.

3.Предложенная и реализованная структура хранения объектов чертежа в Сазе данных обеспечивает высокое быстродействие ведения диалога, защиту от несанкционированный действий пользователя, автоматическое перестроение всех тависимнх. объектов (припусков, деталей, вспомогательных ■'шний) при модификации базовых линий модели.

4.Предложенный в работе метод расчета коэффициентов параметрического сплайна дает возможность отображать линии нч экране дисплея в процессе их построения, уменьшить чиспп рродимых узловых точек, проводить различные модификации построенных кривых.

Г>. Разработаны системы меню и текстовых сообщений, подперчивающие интерактивный режим и удобство работь почьтм»лтеля в САПР,

I. Рнуработанный метод интерактивного проектирование гг объем рутинных операций, не сковывая при это» ич)рчпские возможности модельера. Полностью автоматическое градирование модели с использованием специально за-ценных условий избавляет разработчика от большого количества сложных и утомительных операций, и позволяет парад-¡"л-!! но с градированием проводить корректировку отдельны) - ;»Ш'1В конструкции .

< ,"><ъ Сазе разработанного метода создана САШ?_ АСкО-Г;;. • -•>•; прошла широкую производственную Про::.'>р;;у I; :;с-

пользуется более чем на 28 обувных предприятиях и в учебном процессе РосЗИТЛП. Использование метода в АСКО-2Д позволило повысить производительность труда модельеров -конструкторов, сократить сроки разработки и постановки новых моделей обуви на производство, улучшить условия труда модельеров-проектировщиков, увеличить количество разрабатываемых моделей на одном рабочем месте.

основные положения диссертации опубликованы!

1,Вердникова И.П., Кузнецова Л.Н., Каган в.М. Совершенствование конструкторской подготовки обушного производства для создания САПР верха обуви. /Материалы семинара по совершенствованию технологических процессов в легкой промышленности « M.s МДНТП, 1989, с.114-117.

2,Бердникова И.П., Журавлев А.Л. Разработка методов автоматизированного проектирования конструкций верха обуви. /Тезисы докладов на всесоюзной 'научно-технической конференции молодых исследователей ho проблемам текстильной и легкой промышленности. - М.: МТИ, 1990,с.74.

3,Каган в.м., Бердникова и.п., Худокормов П.а. Построение конструктивных основ верха обуви с испольэовани-

■ .

ем развертки колодки , в САПР. //Сб. науч. тр./ЦНИИЛКА.-М.I гЦНИИТЭИлегпром, 1990, с.72-77.

•' 4.Бердникова И.П. Разработка методики проектирования типовых конструкций верха обуви с ориентацией на применение ее а САПР. /Тезисы докладов на XYI отраслевой научно-тэхнической конференции молодых ученых и специалистов. М.: ЦНИИЛКА,1989, с.З.

5.Бердникова И.П., Журавлев А.Л., Худокормов U.A.! Построение базовых конструкции аерха обуви а САПР, /ie'üieu докладов на XYIT отраслевой научно-технической

конференции молодых ученых и специалистов. М. 1 ЦННИЛКА, 1 990, сП,

6.Бердникова И,П., Кузнецова Л.Н. Разработка функциональной модели подсистемы конструкторской подготовки производства для СМ1Р обуви //СО.науч.тр./ЦНИИЛКЛ.- М. I иЖЬЧГЯИлвгпром. - 1990, с.157-167.

7.Р?рдникова И.Ц. Особенности метода интерактивного проектирования моделей обуви в САПР. Мрдшузоьскак иьучно-т--книч?с-кая конференция. Современные проблемы текстильно/, и пргкчй промышленности. - И*! РосЗИТДП, 199йг..

Я.Нерпникова И.П., Глазунова П.Н. Резрабэтк.- конструкций *«моклси»» с использованием метод« интерактивного проектирования ь СЛНР. М«/.;сузовскг.я научно-т^кн-'.чг'ск^?, конференция. Современны»» проблемы текстильной п легкой ир^мьмаменности. - Н. : РосЭИТЛН, 19901'.

Ротачршт? МТАШ1 Ракаэ Н 20..) 'А? опя - 70 рк:ч

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ТЕКСТИЛЬНОЙ и ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

БЕРДНИКОВА ИРИНА ПЕТРОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИНТЕРАКТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ВЕРХА ОБУВИ ДЛЯ САПР

Специальность 05.19.06 -«Технология обувных и кожевенно-галантерейных изделий»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Каган В.М.

Москва 1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

МОДЕЛЕЙ ВЕРХА ОБУВИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. 9

1.1. Общая характеристика и классификация методов проектирования верха обуви. 9

1.1.1. Копировальный метод проектирования. 10

1.1.2. Копировально-графический метод проектирования. 11

1.1.3. Метод проектирования по жесткой оболочке. 13

1.2. Современное состояние вопроса автоматизации конструкторских работ в обувной промышленности.15

1.3. Мировой опыт разработки и использования обувных систем автоматизированного проектироваиия.20

1.4. Обзор методов математического описания контуров деталей обуви. 22

1.5. Постановка задач исследования. 26

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ. 28

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ БАЗОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВЕРХА ОБУВИ С ЦЕЛЬЮ ИЗУЧЕНИЯ

ВОЗМОЖНОСТИ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ В САПР ВЕРХА ОБУВИ. 31

2.1. Выбор направления автоматизации методов проектирования моделей обуви. 32

2.2. Характеристика объектов исследования. 33

2.3. Выбор базового предприятия и обследование его ассортимента. 35

2.4. Организация работы отдела моделирования на предприятии. 36

2.5. Исследование отдельных этапов процесса проектирования конструкций верха обуви. 38

2.6. Исследование методов построения отдельных элементов конструкций верха обуви и разбиение процесса проектирования на элементарные операции. 41

2.6.1. Методы построения конструктивных линий наружных деталей верха обуви. 42

2.6.2.Методы построения конструктивных линии деталей подкладки. 63

2.6.3. Методы проектирования промежуточных деталей верха. 67

2.6.4. Методы построения декоративных элементов конструкций верха. 70

2.6.5. Методы построения технологических контуров и вспомогательных элементов конструкции. 71

2.7. Исследование методов построения деталей верха обуви. 74

2.8. Исследование методов градирования. 75

2.9.Классификация операций и объектов при проектировании конструкций верха обуви. 80

2.9.1. Типы объектов. 81

2.9.2. Способы построения объектов. 81

2.9.3. Операции с объектами. 82

2.9.4. Операции над группой объектов. 83

2.10.Разработка алгоритмов проектирования отдельных конструкций верха обуви. 87

ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ. 91

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИНТЕРАКТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И

МЕТОДЫ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ САПР ВЕРХА ОБУВИ. 93

3.1. САПР верха обуви как подсистема интегрированной САПР обувного производства. 93

3.2.Требования к САПР верха обуви.. 97

3.3. Характеристика комплекса задач, подлежащих автоматизации в рамках системы САПР верха обуви. 99

3.4. Математическое представление кривых используемых при проектировании конструкций верха обуви. 100

3.4.1. Основные требования к математическому описанию кривых в интерактивных САПР верха

обуви. 101

3.4.2 Метод аппроксимации кривых. 103

3.4.3.Инвариантность относительно системы координат. 108

3.4.4. Аппроксимация эквидистант. 113

3.5. Специализированная база данных для САПР верха обуви. 116

3.5.1. Основные требования. 116

3.5.2. Основные особенности базы данных. 118

3.5.3. Структура заголовка объекта базы данных. 119

3.5.4. Формат представления данных о кривой в базе данных. 125

3.6. Представление различных объектов базы данных в САПР верха обуви. 126

3.6.1. Припуск. 127

3.6.2. Перфорация вдоль линии. 127

3.6.3. Наколы. 128 3.6.4,Объекты типа «деталь». 128

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ. 130

ГЛАВА 4. МЕТОД ИНТЕРАКТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРИМЕРЫ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ НА

РАЗЛИЧНЫЕ МОДЕЛИ ВЕРХА ОБУВИ В СИСТЕМЕ АСКО-2Д. 132

4.1. Основные характеристики АСКО-2Д.. 132

4.2. Подсистемы АСКО-2Д. 133

4.3. Режим работы конструктора-пользователя в системе. 134

4.4. Типы меню. 135

4.5. Метод интерактивного проектирования конструкций верха обуви в САПР АСКО-2Д. 136

4.5.1. Подготовка и ввод в систему исходных данных для проектирования моделей верха обуви. 136

4.5.2. Построение конструкций верха обуви в САПР на основе методики Дома Моделей обуви. 139

4.5.2.1. Метод подготовки УРК. 140

4.5.2.2. Построение базовых линий конструкций туфель. 144

4.5.2.3. Построение базовых линий конструкций полуботинок. 148 4.5.2.4 Построение базовых линий верха и подкладки в конструкциях с высокими голенищами: ботинки, сапоги, сапожки. 152 4.5.2.5. Построение припусков. 156 4.5.2.7. Построение линий подкладки и межподкладки. 157

4.5.3. Построение конструкций верха обуви в САПР на основе методики АРС Сутория. 159

4.5.3.1. Метод подготовки шаблона УРК. 159

4.5.3.2. Построение туфель «Декольте». 167

4.5.3.3. Построение полуботинок «дерби». 170

4.5.3.4. Построение сапог «Стивале» на молнии. 175

4.5.4. Построение технологических линий моделей верха обуви: наколов, гофр, трафаретных линий. 178

4.5.5. Построение деталей базового размера. 181

4.5.6. Маркировка и расчет площади деталей базового размера. 187

4.5.7. Расчет коэффициентов укладываемости деталей. 188

4.5.8. Корректировка линий модели и деталей. 189

4.5.9. Градирование. 191

4.5.9.1. Градирование модели без корректировок. 192

4.5.9.2. Градирование модели с корректировками. 195

4.5.9.3. Градирование женских сапожек на молнии. 196

4.5.10. Создание раскладок шаблонов деталей. 200

4.5.11. Подготовка паспорта на модель. 202

4.5.12. Получение комплекта чертежей деталей. 203

ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ. 204

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 206

ЛИТЕРАТУРА. 208

ПРИЛОЖЕНИЯ

219

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В условиях рыночной экономики и новых форм хозяйствования возникает необходимость пересмотра традиционных форм организации обувного производства. В настоящее время ясно, что без качественной перестройки проектной деятельности невозможно коренным образом повысить технический уровень и качество изделий, а также сократить сроки и трудоемкость проектирования. Нужна новая, автоматизированная форма организации проектирования на базе математических методов и средств вычислительной техники с сохранением всех преимуществ существующих методов ручного проектирования.

Интенсивное развитие электронно-вычислительной техники, рост ее доступности, появление специалистов, имеющих навыки работы с ЭВМ создают предпосылки для широкого использования систем автоматизированного проектирования (САПР) в обувной промышленности, в том числе и для проектирования конструкций верха обуви.

Однако применение в процессе проектирования ЭВМ требует разработки принципиально нового подхода к методам проектирования, математического обоснования способов графических построений конструкций обуви и способа описания кривых, используемых при проектировании обуви.

Имеющиеся в настоящее время работы по применению вычислительной техники при проектировании конструкций обуви посвящены, как правило, решению частных задач и не получили промышленной реализации в САПР. Поэтому весьма актуальной научно-исследовательской задачей является разработка специального метода проектирования для САПР обуви,

позволяющего использовать ЭВМ на всех этапах разработки модели.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью диссертационной работы является разработка научно-обоснованного метода интерактивного проектирования верха обуви для САПР.

Для достижения этой цели в диссертации поставлены следующие задачи:

• выделить основные этапы разработки моделей обуви и комплекс работ выполняемых, конструктором на каждом из них;

• формализовать приемы ручного проектирования моделей, разбить процесс разработки на ряд элементарных операций, провести систематизацию и классификацию используемых операций;

• проверить полноту полученной системы операций, для чего разработать алгоритмы проектирования различных конструкций верха обуви;

• разработать методы представления объектов проектирования в интерактивной САПР;

• разработать сценарий работы пользователя в САПР;

• реализовать разработанный метод в САПР верха обуви и доказать возможность его использования.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Объектами исследования являлись конструкции верха обуви различных родовых и ассортиментных групп, методы их проектирования и процесс разработки конструкторской документации (КД) на модели обуви.

Решение поставленных задач осуществлялось на основе принципов системного анализа, с использованием методов

математического моделирования, методов вычислительной математики, классификации и экспертных оценок.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В результате проведенной работы

впервые:

• Разработан метод проектирования конструкций верха обуви, ориентированный на использование его в интерактивной САПР. Предложенный метод обеспечивает автоматизированную разработку чертежа конструктивной основы (КО) верха обуви, построение деталей базового размера, автоматическое градирование и корректировку моделей, получение комплекта КД.

• Предложено автоматизацию работ по проектированию моделей проводить на основе выделенных объектов и элементарных операций, полученных формализацией приемов ручного моделирования.

• Разработаны алгоритмы интерактивного проектирования, позволившие проверить полноту предложенной системы объектов и операций для разработки различных конструкций верха обуви.

• Разработаны требования к функциям САПР верха обуви, методам представления объектов проектирования и структуре специализированной базы данных.

• Предложен метод расчета коэффициентов параметрического сплайна, позволяющий аппроксимировать кривые в процессе их построения и модификации в интерактивных САПР.

• Разработаны системы меню и текстовых сообщений, обеспечивающие интерактивный режим и удобство работы модельера в САПР. Разработан сценарий работы пользователя в системе.

• Представлена серия практических примеров по разработке моделей верха обуви различных конструкций в САПР.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ: результаты данной работы использованы при создании системы автоматизированного проектирования верха обуви АСК0-2Д.

Использование интерактивного метода проектирования при работе с системой АСКО 2Д на обувных предприятиях позволило :

• обеспечить повышение производительности труда модельеров-конструкторов;

• сократить сроки разработки и постановки новых моделей обуви на производство в 1,5 - 2 раза;

• улучшить условия труда модельеров-проектировщиков и автоматизировать более 50% рутинных нетворческих операций при конструировании и проектировании модели;

• увеличить в 2-5 раз количество разрабатываемых моделей на одном рабочем месте.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработанный метод прошел широкую производственную проверку и используется при работе с системой автоматизированного проектирования верха обуви АСК0-2Д в учебном процессе РосЗИТЛП и более чем на 2 8 обувных предприятиях.

Годовая экономия от снижения себестоимости разработки моделей при внедрения САПР верха обуви на одной фабрике составила 286634 руб.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ВЕРХА ОБУВИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

В первой главе рассмотрены применяемые в традиционной практике моделирования методы подготовки конструкторской документации на модели верха обуви. Проведен анализ существующих источников, посвященных современному состоянию вопроса автоматизации конструкторских работ в обувной промышленности. Рассмотрены современные методы математического описания контуров деталей обуви.

В результате проведенного анализа были сформулированы задачи, которые необходимо решить в рамках темы данной работы.

1.1. Общая характеристика и классификация методов проектирования верха обуви.

В обувном производстве под проектированием понимают процесс разработки нового образца обуви по эскизу путем построения чертежей всех элементов конструкции изделия с учетом технологических и размерных параметров готового изделия и требований производства [43]. При построении

конструкций верха обуви модельер использует различные методы проектирования. Метод проектирования включает в себя способ получения развертки и методику моделирования конструкций верха обуви. Наиболее распространенными методами проектирования в настоящее время являются копировальный,

копировально-графический и метод с использованием жесткой оболочки. Рассмотрим каждый из этих методов и проанализируем их достоинства и недостатки.

1.1.1. Копировальный метод проектирования.

Копировальный метод проектирования [22] опирается на

богатый практический опыт модельера. В основу метода положено получения деталей обуви в виде копий с рисунка на колодке с помощью кальки или другого материала без построения чертежа конструкции. Полученные копии деталей служат основой для получения шаблонов деталей - оригиналов, загибочных, сборочных и раскройных. Копировальный метод применяется чаще всего при моделировании обуви ремешкового типа и открытых туфель и не применяется для закрытой обуви.

Преимуществами копировального метода являются возможность применения недефицитных материалов для копий деталей, а также наглядность получаемых деталей асимметричных конструкций.

К недостаткам метода могут быть отнесены трудоемкость получения копий деталей и невозможность его применения для закрытой обуви с высокими берцами. Кроме того, учет анатомического строения стопы производится визуально, вследствие чего при моделировании возможны ошибки.

1.1.2. Копировально-графический метод проектирования.

Копировально-графический метод проектирования [22] включает в себя получение развертки боковой поверхности колодки и графическое построение чертежа конструкции модели. При построении чертежа учитывается анатомическое строение стопы и основные размеры деталей обуви.

Способ получения условной развертки боковой поверхности колодки (УРК) определяется модельером и зависит от наличия материала для получения УРК и конструкции проектируемой модели.

Существует несколько способов получения разверток -от самых примитивных до совершенных, обеспечивающих приближение размеров полученной УРК к размерам и форме колодки [4,20,22,41,54]. Наиболее распространенными являются шаблонный способ и способ слепка.

В основу шаблонного способа положен принцип копирования боковой поверхности колодки плоским шаблоном из бумаги. Полученные шаблоны внутренней и наружной сторон затем усредняют, а усредненный шаблон называют средней копией колодки (УРК). Существует несколько разновидностей выше изложенного способа (способы А.П. Апанасенко, Л.П. Тонковида, Г. И. Рослика, Е.А. Дубинского и др.), позволяющих точнее отразить линейные размеры колодки при ее копировании [22].

Применение шаблонного способа не требует дефицитных материалов и оборудования. Однако при его использовании возможно значительное искажение линейных размеров и формы

развертки, что отрицательно влияет на точность проектирования верха обуви.

Способ слепка предусматривает получение объемной оболочки боковой поверхности колодки из липкой ленты, ткани или подкладочной эластокожи с последующим ее уплощением и получением шаблона УРК [22]. В отличие от предыдущего способа, методика нанесения разрезов и способ уплощения оболочки описываемого способа зависят от конструкции и способа формования заготовки верха обуви, то есть от методики проектирования верха обуви. Линейные размеры полученных плоских шаблонов сравнивают с размерами колодки и корректируют при необходимости. Получение УРК способом слепка более точно отражает форму и размеры колодки и, кроме того, позволяет наносить контуры деталей модели с учетом анатомо-физиологического строения стопы. Этот способ является наиболее рациональным и широко используемым для построения моделей различных типов заготовок в отечественных и зарубежных методиках проектирования обуви [20,22,41,43,51,53,54,55]. Наиболее яркими примерами использования способа слепка для получения УРК в копи-ровально-графическом методе проектирования являются методики ОДМО и Лунати [54,55].

Методики проектирования конструкций верха обуви, использующие УРК, ориентированы главным образом на правильное расположение чертежа конструктивной основы (КО) относительно основной конструкционной оси (линии перегиба союзки) . Характерной чертой этих методов является не однообразие положения копии колодки в чертеже КО верха обуви. В результате этого, в одной модели, спроектированной на одну и ту же колодку разными модельерами, появляются раз-

личия как в р