автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Совершенствование способа проектирования внутренней формы полимерной обуви с использованием средств вычислительной техники и машинной графики

г/ МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На ираиах рукописи

БЕКК Наталья Викторовна

УДК 685.31.051:658.512.2

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ФОРМЫ ПОЛИМЕРНОЙ ОБУВИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И МАШИННОЙ ГРАФИКИ

Специальность 05.19.06 — Технология обувных и кожевенно-галантерейных изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1988

Работа -выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте легкой промышленности.

Научный руководитель — Официальные оппс ленты:

доктор технических наук профессор В. А. Фукин;

доктор технических наук профессор Лопандин И.В. ; кандидат технических наук, старший научный сотрудник УкрНИИКП Омельченко H.H.

Ведущее предприятие: Новосибирское производст-

венное кожевенно - обувное объединение „Обь"

Защита диссертации состоится « » .М&Я . 1988 г. в И Р. часов па заседании специализированного Совета Д.053.32.02 при Московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте легкой промышленности.

Адрес: 113127, ул. Осипенко, 33.

С диссертацией можно «ознакомиться в¡библиотеке ннсти-т ута.

Автореферат разослан « Ж » . . 1988 г.

Ученый секретарь специализированного Совета Д.053.32.02, кандидат технических наук,

доцент В. В. Гривин

т

с ОБЩАЯ' ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Основных направлениях экономической и социального раз-ШЗР на 198о-1990 года и на период до 2000 года указыва-

ртац у,,г вития

ется на необходимость увеличения в прэдстошдиэ 15 лет в два и долее

раза объема промышленного производства, повышения в 2,3— раза производительности, труда. Рост выпуска продукции в легкой промышленности предполагается достигнуть за счет внедрения новейших Технологий а решения комплекса задач, связанных с механизацией я автоматизацией. трудоемких процессов на всех стадиях проектирования и изготовления изделий.

• Актуальность темы. В легкой промышленности ири производстве полимерной обуви, характеризующейся широким ассортиментом изготавливаемой продукции к частой его сменой, одним из наиболее трудоемких процессов является проектирование и изготовление технологической оснастки, в частности, обувной колодки. В настоящее время конструктор яри проектирования поверхности колодки полагается на практический опыт- и собственную интуицию и, как правило, ограничен во времени и технических средствах, позволяющих раседртреть значительное количество возможных вариантов и выбрать из них оптимальные. Эти обстоятельства не позволяют оперативно внедрять нозые модели в производство и расширять ассортимент продукции.

Наиболее эффективным направлением в совершенствовании процессоз проектирована является разработка систеи автоматизированного проектирования /САПР/, призванных непрерывно повышать технический и эстетический уровень проектируемых изде-ялй, способствовать унификаций и стандартизации узлов и деталей, обосновывать требования к разрабатываемым конструкциям ь технологически« процессам, расширять ассоргжеит изделий и

азадственно сократить сроки, и стоимость проектирования. В ре- " зулътате автоматизированного проектирования технической поверхности мохет быть разработана программа для автоматизированного изготовления проектируемого объекта на станках о числовым программным управлением /Ч11У/, что значительно повышает точность разработок.

Радом работ во проектировании с использованием автоматизированных средств доказана перспективность и актуальность данного наприаленик в обувном производстве.

Цель работы. Основная цель работы состоит в разработке научно обоснованного способа проектирования поверхности колодки для полимерной обуви на прщере цужских сапог, как наиболее стабильного ассортимента.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

получение антропометрических данных о мужской стопе и голени бесконтактным способом ;

определение соотношения параметров внутренней формы полимерной обуви а стопы на основе биомеханических исследований ;

анализ конструктивных особенностей данного вида обуви и о преде I еше деформационных свойств полимерных материалов вер-■ха обуви ;

разработка метода проектирования поверхности колодки для полимерной обуви с использованием средств автоматизированного проектирования ;

реализация теоретических, положений по проектированию внутренней формы обуви на ПЭШ/ "Искра-226",. снабженной средствами машинной графики.

Методы исследования. Методологической основой работы яни-(шсь материалы ШИ съезда КПСС, пленумов^! постановлений ЦК ¡Ш02 и правительства по вопросам развития легкой промшленнос-ги, повышения ее эффективности и качества выпускаемых товаров.

исследования проводились с использованием основных положений анатомии и физиологии человеческого организма, методов »^тематического анализа и аналитической геометрии, математических методов планирования эксперимента и обработки эксперимен-гальных данных, математического обеспечения для вычислительной :ехкики.

Научная новизна работы состоит в определении рационально-¡ти внутренней форш полимерной обуии а рекомендациях по сове-зшенствов'ашш методики ее проектирования.

Разработан аналитический метод проектирования контуров по-[(.речно-ьертикальных сечений колодки на основе форморазмеров >диошенных сечения стогн и результатов биомеханических иссле-юванлй.

Изучен характер распределения давления полимерной ^буви ta стопу и голень.

выполнено, теоретическое исследование по описанию поверхно-¡ти колодки как непрерывло-топографмеской, образующие которой [нтерполируются методом дуг окружностей с весами.

разработан способ формирования непрерывного каркаса пспе->ечно-вертикальных сечекий поверхности колодки с кспользованк-ил автоматизированных средств проектирования.

практическая значимость работы заключается в улучшении :ачества полимерных сапог за счет конструктивных изменений, со-Iершенетвовации методики проектирования внутренней формы обуад, :окрм;илии доли ручного труда и сроков при проектировании но-

вюс моделей колодок при одновременном повышении качества раз-" работок. Разработаны алгоритмы а составлен пакет программ для ШКШ "Искра-2^6" а о проектировалию и построению поверхности ксхдодки с использованием средств машинной графики.

Внедрение результатов работы в НЛИ резиновых и латексных изделий предполагает получение экономического эффекта в 15,5 тыс. руб. при разработке 12 моделей ц год.

Публикации. Материалы теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в трех печатных работах, доложены е. одобрены на ХУ1 научно-технической конференции "Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов предприятий бытового ободуливания" в лТИБО в 1984 году ; на ХУ1 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ЯФ ММШ в 198о году и на научно-методической конференции преподавателей и студентов З'ШЫ в 1985 году.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложения. Работа изложена на 192 страницах, в том числе Юо страниц машинописного текста 69 рисунков, 8 таблиц. Список литературы содержит 131 наименование. 11ршюжз"ие приведено на 75 страницах.

содашш РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены це-

А

ли и задачи исследовании. "

В первой тлаые дан обзор и анализ отечественных, а также зарубежных исследований, отражающих'круг вопросов, связанных непосредственно с совершенствованием методов проектирования внутренней формы ооуви.

Процесс проектирования поверхности обувкой колодки связан с определенными трудностями, а силу того, что колодка представляет собой стилизованною модель стопы и имеет сложнун пространственную форму, исходили при гроектароланаи являются данные о форма и размерах столы и голики, которые определяит-ся в результате антропометра-чеиких кесдедсаанкй.

Хорошее результаты антропометрических исследовании получается при комбинировании контактных и басконтиктних способов обмера. Контактные способы позволяют при помоги простых а дешевых приборов & инструментов ь коротки? срош вчлпить для всего обследуемого коллектива ЛЗОО + ЬОО человек/ среднетипич-ные параметры стоп. Затем бесконтактным способом обследуются более детально стопы с так или параметрами.

3 настоящее время одним из совершенных среди бесконтактных является сгереофотограммагриче'-кий способ, позволяющий с высокой точностью охарактеризовать пространственную форму отс-ш и голени каркасом сачений в различных плоскостях.

Переход от геометрических параметров стопы к параметрам колодки является на сегодняшний день самым сложным вопросом ара проектировании внутренней $ориы обуви. Анализ литературных лсточникоь, по'оквдекных решению данного вопроса, показал, что и процессе преобразования форморазмеров стопы в параметры ко-гюдки необходною учитывать анатомическое строение стопы, физи-ко-ьеханлческие свойстза обувных материалов и допустимую аоль-мну деформация штшх <гкалей. стопы в обуви. Так, а (АТЖП глто-лаш Лыбой 3.11. л. Фукияым В.А. был разработан расчетный метод преобразования параметров стопы в параметры колодки,, ооновашмй силовом взаимодействия стопы с обувью, и предложена завгои-лость для-определения периметра проектируемого сечения колодля

-Пста-о.ам ,г/

к ас (!♦ о.ом) /г/

гда Пет - периметр одноплекного сечения стопи ;

- относительная деформация стош обуьь» ; £ - относительная де<}ормация материала верха обуви . при том же усилии, которое вызывает деформацию V ;

Кус - коэф^надент усадки материала верха обуви после ее снятия с колодки.

Таким образом, при расчете периметра сечения /например, поперечно-вертикального/ проектируемой колодки необходимо знать периметр одноименного сечения стош, допустимую величину деформации стош обувь») на уровне данного сечения и деформационные свойства материала верха обуви.

В .-.ашой главе выполнен, также обзор современных методов проектирования внутренней формы обуви с использованием вычислительной техники и средств ишаиняок графики. Наиболее разработанным методом, обзепечивавдиы достаточную точность вое троений и позвешшцим алгоритмизировать процесс конструирования, является радиусографический мзтод.

Предпосылкой для автоматизации процесса проектирования может послужить унификация внутренней формы обуви. При этом наиболее приемлемым дая легкой промышленности является "базовый" метод проектирования, согласно которому разработка различных вариантов .конструкций в пределах одной половозрастной «

группы ведется на основе оптимального конструктивно-технологического решения. Проведение работы но унификации целесообразно начать с наиболее стабильного ассортимента. В промышленности, выпускающей полимерную ооувь, таким ассортиментом являются мужские сапоги.

Дадье в глсШе обосновано проведение разработки базовой

конс/рукцяп колодки для мужских полимерных салог, оостоящэй из следующих этапов:

проведение биомехашчёоких исследований для установления соразмерности стопы я существующих моделей палинарных сапог о целью определения их удобствц ;

провидение алтронометричвскл^: исследований для получения исходно« геометрической инфориац-л в виде каркаса горизонтальных сечений уолувнои средней стоки и голени ;

анализ фэри суцестьующих ка.одок для полимерных сапог о целью соблюдения принципа преемственности и характеристика разрабатываемой ^орш колодки;

проектирование поверхности колодки с использованием автоматизированных средств.

Форма базовой конструкции будет являться хранилищем информации л отправные пунктом построения колодок в пределах дон-юи родовой группы.

Вторая глава посаящена практическим исследованиям по оа-)вделини.о исходных данных для проектирования внутренней фодзмы юлнмеркых сш1'ог.

Анализ результатов биомеханических исследований показал, ¡то давление полимерной обуви на стопу распределено по поверх-юсти неравномерно, а в некоторых точках превосходит пороговое шачение, при котором возникают болевые ощущения. Кроме того, 1аадение обуви на стопу на некоторых участках, в частности, в )бласти пяточного закругления практически отсутствует. ягэ не ¡пособствует удержанию обуви на стопе. Из зеего этого следует, но внутренняя форма существующих полимерных сапог «е соответствует требованиям, предъявляемы л, к удобству обуви, з овязи о [ем необходило разработать рациональную внутренним форму обува.

Далее в главе рассматриваются особенности деформационных свойств полимерных материалов ьерха обуви, из чего следует, что в процессе носки полимерной обуви ее верх плохо приформо-вывавтся к стопе. В связи с этом, проектируемая рациональная внутренняя форма полимерной обуви должна быть по возможности приближенной к форме стопы, в особенности, на уровне линии габарита.

3 данной главе также рассматриваются антропометрические .следования стопы и голени мужского населения. На основе сте-реофотограмметрического метода был получен каркас условной средней стопы и голени, представленный набором точек на уровне горизонтальных сечений.

В третьей главе изложены теоретические положения по предлагаемой методике проектирования поверхности обувной колодки с ««¡пользованием средств вычислительно', техники и машинной графики. Согласно данной методики процесс проектирования складывается из двух основных этапов, Яа первом этапе аппроксимируются контуры поперечно-вертикальных сечений стопы на основе дискретного каркаса условной, средней стопы и голени, определяв ится периметры для проектируемых одноименных поперечно-вертикальных течений колодки /по формуле /I// и предварительно проектируются контуры продольно-осевого сечения, следа, горизонтального сечения на границе стопа-голень и проекций линии габарита колодки,- На втором этапе непосредственно проектируются контуры поперечно-вертикальных сечений и формируется математическая модель технической поверхности колодки.

В главе дано обоснование выбора метода сопряженных дуг окружностей для описания контуров поперечно-вертикальных сече-■ кий стопы и колодки. Так, контуры сечений в интервале 0,07 +

0,41 Дст описываются пятью, в интервале 0,5*0,73 Д^ - шестью, а в интервале 0,8+0,9 ^ - четырьмя^дугалш окружностей.

Аппроксимация контуров сечений стопы проводится следующим образом. Большие дуги окружностей /например, дуги окружно-

»•ч »ч

стей 7А и 83 см. рис. I/ находятся из дискретного каркаса точек методом наименьших квадратов. Затем в лроцессе итераций подбираются дуги окружностей, сопрягающиеся с найденными. При этом должны соб^вдаться комбинации условия /общее число условий равно трем/ необходимости и достаточности: сопряжение искомой дуги окружности с известной дугой и ее прохождение через две известные точки, либо сопряжение искомой дуги окружности с двумя известными дугами и ее прохождение через одну известны точку.

Контуры горизонтальных сечений стопы и голени аппроксимируются аналогичным способом восемь« сопряженными дугами окружностей /см. рис. 2/. Отличие предлагаемого способа аппроксимации контуров от ранее предложенных 'заключается а той, что часть дуг окружностей находится методом наяманыиах квадратов, а другая часть дуг окружностей подбирается в процессе итераций с совладением рассмотренных выше условий, причем точки сопря-¿сенлй дуг .окружностей, определяющие границы участков, являются не§ иксированнььли.

При построении контуров проектируемых поперечно-вертикальных сечений исходными являются точки с контуров продольно-осевого сечения, следа, горизонтального селения на границе стопа-голень, фронтальной проекции линии габарита колодки в плоскостях проектируемых сечзний. Вначале определяются дугл окружностей, цримыкаюдде к линии следа контуоа из условия про-хо-дендя через две известные точи, из которых одна является точкой габарита, дуги окручнсстей, характеризующие линию следа

0(

а

Рис<.1, Сдала вах'оадения дуг окружностей- -при .аппроксимаций' контуров сечений стопы :а> в интервале 0,07*0,41 . Дст на участка. 12А.; б - в интервала 0,5 * 0,73 Ист учасисв. .738 - '

!ЛС. 2. Аллro::c;L'.aaíi¿ коятуроз горизонтальных «подо ' . гол ели: а - на уоозпе 320 ;.,•<; б -на уровне 95 мл ОТ :¡.SCÍ0Í!OCT:Í. ORO ПН ' . '

из условия проховдения искомой дуги ч£рез три известные точки " и для сечений в интервале 0,5+0,73 Дст также находится дуга окружности в гребневой части контура из условия ее прохождения через три точки, две из которых задаются произвольно /точки 7 и 8/. Затем итерационным поиском /как при аппроксимации контуров сечений стопы/ определяются остальные дуги окружностей.

До дискретному каркасу спроектированных поперечно-вертикальных сечений формируется непрерывно-топографическая поверхность колодки, где линиями "уровня" являются контуры поперечно-вертикальных сечений, Для описания семейства линий "уровня" (¡1 /см. рис. 3/ и проекции пространственных направляющих pj на горизонтальную и фронтальную плоскости используется кусочно-гладкая интерполяция дугали окружностей с весами дискретного каркаса узловых точек Ну . Уравнение интерполяционной кривой на элементарном участке мезду С и С* 1 -ой точками имеет вид:

У г (х) = Ут+1 ФьгМоЬ-х)*';

Здесь

- аргумент, а

- параметры двух дуг окружностей, проходящих через точки ¿-1,1,1+1 и £,£* 1,1+2 с координатам 1

При интерполяции данной кривб'й контуров поперечно-аерти-

где

Е А

0,9Дс7><?

Рис. 3. Дискретный каркас топографической поверхности колодка

кальных сечений, участки которых описаны сопряженными дугами окружностей, исходного для построения набора точек недостаточно. Поэтому ьводится дополнительный набор точек, бдизкоотстоя-ищх от точек исходного набора.

Таким образов, уравнение элементарного участка непрэрыв-но-гопогра4ическои поверхности колодки /например, участка можно представить в о баем виде

У» • Г(Х, X*. У1, Хг> У и Уз, Уз»»УЙ; г! - 4*{х%хи2и X», г], Хз, г}, *«» гЪ;

у/> У,8 , х*.

Уо « /В(Х,Х1, й, *а. А Уз, *4. Фг гг*г?); Уа •/А(х,*1, у/, х2)уг\х„ у3а.х*,у?); . г* г х^, хг, гДхз^з,х<„2^>

где Хс[Хг,Х53; УсСУгМ - текущие значе-

ния координат точек поверхности ; XI, У/, У 3,^3

X*, Уа ,211 - координаты узловых точек 1«»1г»

Данный способ описания поверхности позволяет дополнить дискретный каркас поперечно-вертикальных сечений колодкд до •непрерывного.

Б четвертой главе подробно излагается методика проектирования на примере колодки для мужских полимерных сапог.

На основе теоретических положений, рассмотренных в третьей главе, были разработаны алгоритмы и составлены программы на языке программирования "Бейсик 02" для ПЭКЗМ "Лскра-х>26", снабженной средствами машинной графики.

В процессе аппроксимации контуры поперечно-вертикальных сечений стопы /сечения в интервале 0,07 +0,9 ДСТУ строились на экране графического дисплея ¿Ш и запоминались в памяти машины. ■

Периметр контура сечения, составленного из сопряженных дуг окружностей, определяется как сумма длин дуг окружностей

n^IjIt^Ri-eU , /2/

где Ri - радиус i -ой дуги окружности, стягиваемой централь- • ш углом J i , а А/ - число дуг окружностей

С учетом Т0Л4ЯНЫ внутренней обуви - Ô длина участка контура /например, дуги окружности l'A'см. рас. 4/ вычислялась в соответствии с /2/ по формуле

где

Vi.Viсоответственно координаты точек I и А ;

*0ьУ0ьД1" координаты центра и радикс дуги окружности

Тк.

■ Найдешше таким образом периметры сечений стопы подставлялись в формулу /I/, по которой определялись периметры для одноименных сечений колодки с учетом данных*о допустимой деформации стопы обувью я деформационных свойств полимерного материала верха ооуви.

Проектирование контуров' поперечно-вертикальных сечений колодки представляло собой итерационный процесс. Если периметр варианта контура проектируемого сечения не соответствовал требуемому значешы, то строился новый вариздт контура. При эток варьироватось положение исходных точек, вместе с чем корректировались контуры продольно-осевого сечения, следа, горизонтального сечения стопа-голень й. проекций линии габарита. Зари-

Рис. 4. Схема к определению периметра сечения стопы с. учетом толщины внутренней обуви

анты контуров отроились на экране графического дисплея и запоминалась, что давало возможность визуально сравнивать их между собой и с контурами одноименных сечений стопы. Выбирался тот вариант, который соответствовал предъявляемым требованиям. Главное из этих требований - значение периметра контура сечения.

Далее на основе полученного дискретного каркаса поперечно-вертикальных сечений колодки были в качестве примера восстановлены контуры нескольких промежуточных сечений меяду сечениями 0,18 и 0,3 Дсг. /

Предлагаемая в данной работе методика проектирования внутренней форма полимерной обуви может быть использована при проектировании колонок для других видов обуви. При этом составленная математическая модель поверхности колодки может послужить базой при разработке управляющей программы дош автоматизированного изготовления колодок на станках с ЧПУ.

Предполагаемый экономический эффект от внедрения данной методики проектирования составляет 15528 руб. при разработке 12 моделей в год.

0Б|ДЛЕ вывода ПО РАБОТЕ

1. Анализ исследован, л в области машинного проектирования внутренней формы обуви показал необходимость совершенствования существующих методов проектирования с целью повышения удобства обуви и качества проектных разработок.

Построение внутренней формы обуви проведено на основе антропометрических и биомеханических данных о стопе, исходя из последних достижений науки в этих областях.

2. В работе получен необходимый при, проектировании формы

колодки для сапог набор горизонтальных и поперечно-вертикаль- "" ных сечений стопы и голени стереофотограмметрическим методом.

Контуры полученных поперечно-вертикальных сечений стопы аппроксимированы методом сопряженных дуг окружностей: в интервале 0,07+0,41 Дст - пятью дугами окружностей ,в интервале 0,о+0.73 Дцр - шестью, а в интервале 0,8+0,9 ^ - четырьмя. Горизонтальные сечения голени аппроксимированы с помощью 8 дуг окружностей.

3. Проведение теоретических и экспериментальных исследований распределения давления полимерной обуви на стопу показало нерациональность существующей внутренней формы обуви в необходимость разработки метода проектирования данного вида обуви с учетом биомеханического критерия удобства обуви.

4. Разработан метод машинного проектирования поверхности колодки для полимерных садог. При построении сечений колодки учтены форморазмеры стопы, периметры сечений стопы, величина относительной деформации стопы обувью и физико-механические показатели материала, что позволило установить оптимальные параметры сечений колодки.

5. ¡.'¡етод задания контуров сеченйй колодки сопряженными дугами окрулшосгей, связывающий мевду собой три проекции колодки в единую систему., позволяет добиться высокой точности , построения при минимуме исходной информации. Сократилась длительность процесса проектирования по сравнению с ручным, используемым в настоящее время в промышленности, выпускающей по' лимерную обувь.

о. Предложен способ задания формы колодки каркасной поверхностью зависших линий, дающий возможность воспроизведения большого количества сечений, необходимых, для точного по-

отроения КОЛОДКИ.

7. Разработан пакет программ по автоматизированному проектированию поверхности колодки, реализованных на ЭВМ "Искра-226" для версии "Бейсик 02", Полученная информация представлена а цифровом и графическим виде.

8. Предложено построенную форму колодки для полимерной обуви принять за базовую конструкцию и проводить на ее основе разработку мужского ¡-¿сортимента колодок в промышленности, вы-щзкаюцей полимерную обувь. Унификация конструкции колодки позволит сократить время подготовки конструкторской документации и уменьшить влияние субъективного фактора при проектировании.

9. Разработанный метод проектирования формы колодки является универсальным и может быть использован при проектировании сечений колодок других половозрастных групп с учетом соответствующих значений величины допустимого давления обуви на стопу а физико-механических свойств материала. ..

10. Внедрение метода проектирования внутренней формы полимерной обуви с использованием ЭВМ и средств машинной графики в НА1Р обеспечат экономический эффект 15528 руб. при разработке 12 моделей колодок в год.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ

I.Некоторые вопросы унификации внутренней формы и размеров полимерной обуви //Каучук и резина, 1986, № 3.- С. 29-30/ соавторы Дыба В.П., фукин В.А., Федакия Д.Д.

, 2. Исследование давления полимерной обуви на стопу // Сборник научных трудов МТЩ1. Совершенствование методов конструирования и технологии, изделий из кожи,.- М.: МТШШ, 1987.160 е./ соавторы Дыба В.П., Фукин В.А.

3. Проектирование сложных пространственных тел о использованием ЭШ. Информационный листок А 163-88, ДНГИ, Новосибирск. Л!оаатор Фукин В. А.

&—-