Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Розробка систем автоматизованого проектування конструкцій і технології дрібних шкіргалантерейних виробів

Омельченко Павло Вікторович

УДК 688.3:004

Спеціальність 05.19.06 - технологія взуттєвих та шкіряних виробів

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор,

Коновал Віктор Павлович,

Київський національний університет технологій та дизайну,

завідуючий кафедрою конструювання та технології виробів із шкіри.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор,

Нестеров Владислав Петрович,

Українська Технологічна Академія,

президент;

- кандидат технічних наук, доцент,

Баклан Ігор Всеволодович,

Навчально науковий комплекс “Інститут прикладного системного аналізу” (НТУУ “КПІ”), старший науковий співробітник.

Провідна установа: Хмельницький національний університет, Міністерство освіти і науки України, м. Хмельницький

Захист відбудеться “24” червня 2005 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01601, м. Київ - 11, вул. Немировича - Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського національного університету технології та дизайну за адресою: 01601, м. Київ - 11, вул. Немировича - Данченка, 2.

Автореферат розісланий “20” травня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Н.В. Первая

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

шкіргалантерейний автоматизований проектування

Актуальність теми. В зв`язку з ростом науково-технічного прогресу на споживчому ринку товарів з`явився цілий ряд нових виробів широкого вжитку, до яких, зокрема, можна віднести мобільні телефони. Відомо, що споживачі України зараз користуються 3,5 мільйонами мобільних телефонів, для зберігання яких потрібні різноманітні захисні засоби (наприклад, чохли або сумочки). До цього слід додати, що асортимент мобільних телефонів дуже швидко змінюється, що сприяє також частій зміні асортименту їх захисних засобів. Тому потрібно при проектуванні та виготовленні цієї групи шкіргалантерейних виробів впроваджувати сучасні прогресивні методи.

Найбільш прогресивною та перспективною умовою удосконалення процесу проектування є створення і впровадження в практику систем автоматизованого проектування (САПР), забезпечених сучасними ПЕОМ з розвиненими термінальними системами.

Зниження матеріальних та трудових витрат на виробництво тих чи інших товарів завжди мало велике значення, особливо сьогодні, коли ускладнилась економічна ситуація в країні, а попит на предмети повсякденного вжитку, до яких відносяться і шкіргалантерейні вироби, дещо знизився через низьку купівельну спроможність більшості населення. При цьому отримання вихідної інформації для проектування, викреслення лекал виробів, розкрій тощо виконуються вручну. Часто вироби, що проектуються, морально застарівають до моменту їх впровадження в виробництво, а сам процес виробництва не завжди є оптимальним, тобто не відповідає вимогам сьогодення.

Створення високоефективного методу отримання інформації та проектування дрібних шкіргалантерейних виробів з використанням сучасних технічних засобів дозволить суттєво зменшити термін виконання робот, підвищити продуктивність праці, поліпшити якість проектних рішень та ефективність виробництва.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота безпосередньо пов`язана з реалізацією комплексної програми науково-технічного розвитку галузей легкої промисловості: “Удосконалення методів проектування і технологій виготовлення одягу та взуття з метою зниження їх трудоємності та матеріалоємності, підвищення якості” - та відповідає науковому напрямку досліджень Київського національного університету технологій та дизайну: “Розробка теоретичних основ створення комп`ютерної системи оперативного управління технологічними процесами виготовлення високоякісного одягу та взуття в умовах інтенсифікації виробництва”.

Мета і завдання дослідження. Основною метою даної роботи є вдосконалення технічної підготовки виробництва, розробка автоматизованої методики отримання вихідної інформації про контури деталей та методики проектування дрібних шкіргалантерейних виробів, які дозволять підвищити техніко-економічні показники роботи підприємств та якість виробів. Для досягнення даної мети в дисертації поставлені і вирішуються такі завдання:

- провести аналіз методів проектування виробів в легкій промисловості з метою визначення основних принципів їх створення;

- розробити методологію автоматизованого проектування дрібних шкіргалантерейних виробів;

- розробити класифікацію дрібних шкіргалантерейних виробів (зокрема, чохлів до мобільних телефонів) з метою подальшого використання її при автоматизованому проектуванні та виготовленні вказаних виробів;

- розробити прогресивний спосіб отримання вхідної інформації про контури деталей дрібних шкіргалантерейних виробів;

- розробити високоефективний метод проектування конструкцій дрібних шкіргалантерейних виробів;

- розробити раціональні схеми розміщення шаблонів деталей на рулонних та на натуральних матеріалах складної конфігурації.

Об`єктом дослідження є процес вирішення проблемної ситуації підвищення конструкторсько-технологічної підготовки виготовлення дрібних шкіргалантерейних виробів (зокрема, чохлів для мобільних телефонів).

Предметом дослідження є розробка систем автоматизованого проектування конструкції та технології дрібних шкіргалантерейних виробів.

Методи дослідження. В роботі враховані результати досліджень вітчизняних та закордонних вчених в області автоматизації проектно-конструкторських робіт у взуттєвій, шкіргалантерейній та ін. галузях промисловості. Для досягнення поставленої в роботі мети були використані методи обчислювальної математики, математичної статистики, теорії алгоритмізації та програмування, експертних оцінок (апріорне рангування факторів) тощо.

Наукова новизна одержаних результатів. За допомогою математичних методів вперше в шкіргалантерейній галузі розроблені теоретичні передумови автоматизованого проектування дрібних шкіргалантерейних виробів, а саме:

- математична модель процесу проектування технологічних контурів деталей та інтерактивного проектування раціональних схем розміщення шаблонів деталей на рулонних і на натуральних матеріалах складної конфігурації;

- структурно-інформаційна та функціональна моделі процесів проектування;

- класифікатор даної групи виробів;

- алгоритми для автоматизованого отримання контурів деталей, апроксимації контурів деталей за допомогою параметричних В-сплайнів, корегування контурів, скруглення кутів, згладжування контурів, визначення їх периметрів, площ, додавання технологічних припусків, виводу креслень деталей на друк тощо.

Практичне значення одержаних результатів. На основі запропонованих алгоритмів розроблене програмне забезпечення для автоматизованого проектування нових моделей дрібної шкіргалантереї та автоматизованого креслення лекал деталей різних конструкцій цих виробів. Розроблена технологія виготовлення дрібних шкіргалантерейних виробів з урахуванням автоматизованого їхнього проектування та схеми розміщення шаблонів деталей на матеріалі. Впровадження результатів роботи дозволить поліпшити техніко-економічні показники проектів, скоротити строки проектування та виготовлення нових моделей.

Особистий внесок здобувача. В дисертації використані ідеї та розробки, які належать здобувачу особисто. В надрукованих статтях сумісно зі співавторами здобувачем виконано: постановка задач, проведення досліджень та аналіз отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні і експериментальні положення, результати роботи були повідомлені та отримали позитивну оцінку на семінарах кафедри конструювання та технології виробів із шкіри, на наукових конференціях аспірантсько-студентського та професорсько-викладацького складу Київського національного університету технологій та дизайну (2000 - 2004 р.р.), Хмельницького технологічного університету Поділля (2003р.) та Південноросійського університету економіки та сервісу (м. Шахти, 2002 - 2004 р.р.). Результати роботи впровадженні на Смілянському відділенні ЗАТ “Воскресіння”, МПП ТОВ “Імідж” та в навчальному процесі для студентів спеціальностей 6.080402, 7.080402 (“Інформаційні технології проектування”), 6.091820 та 7.091820 (“Взуття, шкіргалантерейні та лимарні вироби”).

Структура і об`єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Робота викладена на 120 сторінках тексту, має 37 рисунків і 5 таблиць. Бібліографія включає 166 найменувань. Додатки мають 56 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, поставлені мета та задачі досліджень, приведено наукову новизну та практичну значення отриманих результатів.

У першому розділі проведено аналіз існуючих систем автоматизованого проектування (САПР) в легкої промисловості та їх основних функцій. Аналіз досліджень з питань проектування виробів легкої промисловості дозволив виявити особливий вплив прийнятих рішень проектування на стадіях конструкторської та технологічної підготовки виробництва на основні техніко-економічні показники підприємства: собівартість, прибуток, рентабельність.

Розробка САПР та їх використання провідними світовими фірмами дозволила досягнути значних результатів у виробництві продукції. Висока вартість спеціалізованих закордонних програмних пакетів САПР типу CAD/CAM, специфіка процесів проектування та виготовлення виробів виявились несумісними з їх використанням у вітчизняному виробництві. В той же час інтенсивний розвиток комп'ютерної техніки, зростання її доступності, наукові розробки колективів в Росії, Україні та інших країнах, поява фахівців, які мають досвід роботи з ЕОМ, є передумовами розробки вітчизняних САПР взуття та шкіргалантерейних виробів. Широко відомі роботи в цьому напрямку Березненка М.П., Щербаня В.Ю., Щербаня Ю.Ю., Орловського Б.В., Коновала В.П., Фукіна В.О., Либи В.П. та ін.

В розділі дисертації проведений аналіз методів проектування шкіргалантерейних виробів, який показав, що сучасне проектування пов`язане не тільки з потребою ефективної розробки нових моделей раціональних конструкцій та оптимального асортименту, але й з вдосконаленням методів їх моделювання та проектування. Для цього, з метою впровадження сучасних комп`ютерних технологій в цю сферу виробництва, був також проведений аналіз існуючих методів отримання вхідної інформації про контури деталей виробів легкої промисловості.

Показано, що існуючі в наш час методи отримання інформації про контури деталей не задовольняють вимогам науково-технічного прогресу й потребують подальшого розвитку та вдосконалення. Найбільш перспективним в цьому напрямку є автоматизований спосіб отримання інформації (за допомогою, наприклад, сканера, цифрової фотокамери тощо), який дозволяє в короткий час отримати проектну документацію на модель, що значно збільшує ефективність виробництва в умовах жорсткої конкурентної боротьби за ринки збуту продукції.

На основі аналізу вітчизняних та закордонних літературних джерел, а також досвіду роботи підприємств шкіргалантерейної промисловості був зроблений висновок, що питаннями автоматизованого проектування дрібних шкіргалантерейних виробів до нашого часу ніхто не займався, хоча вказані вироби є значним прошарком товарів легкої промисловості.

Для виконання різних підпроцесів автоматизованого проектування виробів необхідно здійснювати апроксимацію контурів деталей за допомогою більш зручних математичних методів. Як показав проведений аналіз літературних джерел з питань існуючих в наш час методів апроксимації контурів, найбільш придатним до задач, поставлених в даній дисертації, є метод апроксимації контурів деталей за допомогою В-сплайнів.

Аналіз науково-технічної літератури з питань раціонального розкрою матеріалів та отримання оптимальних схем розміщення шаблонів на матеріалі дозволив виявити актуальність обраних в даній дисертації напрямків досліджень.

З урахуванням вище перерахованого в даній дисертації проводилися дослідження за такими напрямками:

? розробити класифікацію дрібних шкіргалантерейних виробів (зокрема, чохлів до мобільних телефонів);

? розробити структурну модель проектування та структурну схему етапів конструкторської підготовки нових моделей чохлів до мобільних телефонів;

? розробити теоретичні передумови до автоматизованого проектування дрібних шкіргалантерейних виробів (алгоритми автоматизованого вводу інформації, апроксимації контурів деталей за допомогою параметричних В-сплайнів, корегування контурів, скруглення кутів, згладжування контурів, побудови технологічних припусків, розрахунків площ деталей, вивід креслень деталей на друк тощо );

? розробити програмний комплекс автоматизованої конструкторської та технологічної підготовки виготовлення дрібних шкіргалантерейних виробів;

? розробити раціональні схеми розміщення шаблонів деталей на рулонних та натуральних матеріалах складної конфігурації;

? розробити практичні рекомендації до використання програмного комплексу на етапі конструкторської підготовки виготовлення дрібних шкіргалантерейних виробів.

У другому розділі на основі аналізу більш як 500 моделей чохлів до мобільних телефонів провідних вітчизняних та закордонних фірм-виробників розроблена класифікація чохлів за різними класифікаційними ознаками, яка є одним з перших етапів автоматизації процесів їх проектування та виготовлення (рис.1). Також в даному розділі була розроблена структурна схема етапів конструкторської підготовки виробництва нових моделей чохлів та структурна модель процесу їхнього проектування.

Для визначення переваг автоматизованого проектування дрібних шкіргалантерейних виробів в порівнянні з типовим проектуванням була розроблена загальна номенклатура показників якості (табл.1), на основі якої із застосуванням методу експертних оцінок, були визначені дев'ять найбільш вагомих показників, які залежать від методу проектування (типового - наприклад, за допомогою клейкої стрічки, або автоматизованого - за допомогою ПК), а саме: 1 - розміри виробу; 2 - відповідність конструкції виробу параметрам та формі телефону; 3- трудоємкість розробки конструкторської підготовки виробництва (отримання умовних розгорток поверхні телефону); 4 - трудоємкість розробки конструкторської підготовки виробництва (лекал деталей чохла); 5 - трудоємкість розробки конструкторської підготовки виробництва (розробки асортименту виробів); 6 - трудоємкість розробки технологічної підготовки виробництва (отримання схем розміщення шаблонів деталей); 7 - трудоємкість виготовлення виробів (скорочення технологічних операцій); 8 - матеріалоємкість виробу (% використання основних матеріалів); 9 - матеріалоємкість виробу (% використання допоміжних матеріалів).

Табл. 1

Загальна номенклатура показників якості чохлів для мобільних телефонів

Розрахований коефіцієнт конкордації () показав на узгодженість думок експертів, тому за наведеними вище параметрами якості дрібних шкіргалантерейних виробів було проведено їх експертний рейтинг (рис.2)., який показав на значні переваги автоматизованого методу проектування в порівнянні з звичайним.

Крім того, в другому розділі був розроблений технологічний процес виготовлення чохлів для різних типів мобільних телефонів з використанням автоматизованого їхнього проектування, який дозволив скоротити 23 операції в порівнянні з використанням типового проектування.

У третьому розділі розроблені алгоритми автоматизованої підготовки конструкторської документації для нових моделей шкіргалантерейних виробів.

Запропоновано контур деталі S апроксимувати ламаною лінією з вершинами в послідовно вибраних точках (рис. 3). Кількість цих точок повинна забезпечувати потрібну точність апроксимації. Тоді деталь S можна представити координатами точок вершин апроксимуючого опуклого - ввігнутого многокутника, тобто масивом , i=1..n, де Xi,Yi - координати i-ї вершини та n - кількість вершин апроксимуючого многокутника. Таке представлення надає можливість дати аналітичне описання контурів у вигляді систем рівнянь відрізків, з яких складаються ці контури. В параметричній формі запису ця система матиме вигляд:

 (1)

де, k=1..n, - точки на контурі деталі, вибрані при апроксимації, або вершини многокутника, - параметр, .

Маючи цифрову фотографію, ми можемо завжди її вивести на екран монітора. Потім можна ввести зовнішні контури проекцій в натуральну величину у вигляді вершин , i=1..n апроксимуючого многокутника, визначивши масштабні множники по осям координат.

Одержані контури проекцій необхідно відкоригувати. Для корегування зовнішнього контуру такого многокутника запропоновані наступні алгоритми: вилучення будь-якої вершини; зміна значення будь-якої вершини; введення між двома сусідніми вершинами додаткової вершини на контурі.

Більшість деталей шкіргалантерейних виробів являють собою чотирикутники або прямокутники, трапеції та інші із закругленими кутами. Для автоматизованої побудови контурів таких деталей розроблений алгоритм закруглення необхідних кутів заданим радіусом r. Задача закруглення кутів зводиться до задачі спряження двох прямих заданим радіусом r. Для закруглення деякого кута необхідно виконати послідовність таких дій:

· знайти центр кола, дугою якого буде з'єднано дві прямі;

· визначити дугу кола, яка з'єднує дві прямі;

· обчислити координати точок дуги.

Апроксимація окремих ділянок контуру не завжди задовольняє потребам. Для одержання нової ділянки контуру запропоновано застосувати параметричний сплайн (В-сплайн та інтерполяційний сплайн).

Тоді будь-яка точка на кривій між двома послідовними точками Аi та Аi+1 має координати:

 (2)

де t збільшується від 0 до 1.

Ці рівняння для параметричного В-сплайну мають такі коефіцієнти:

Ai3=(-Xi-1+3Xi-3Xi+1+Xi+2)/6; Bi3=(-Yi-1+3Yi-3Yi+1+Yi+2)/6;

Ai2=(Xi-1-2Xi+Xi+1)/2; Bi2=(Yi-1-2Yi+Yi+1)/2;

Ai1=(-Xi-1+Xi+1)/2; Bi1=(-Yi-1+Yi+1)/2; (3)

Ai0=(Xi-1+4Xi+Xi+1)/6; Bi0=(Yi-1+4Yi+Yi+1)/6.

А для рівняння параметричного інтерполяційного сплайну мають такі коефіцієнти:

Ai3=(-Xi-1+3Xi-3Xi+1+Xi+2)/2; Bi3=(-Yi-1+3Yi-3Yi+1+Yi+2)/2;

Ai2=(2Xi-1-5Xi+4Xi+1 -Xi+2)/2; Bi2=(2Yi-1-5Yi+4Yi+1-Xi+2)/2;

Ai1=(-Xi-1+Xi+1)/2; Bi1=(-Yi-1+Yi+1)/2; (4)

Ai0=Xi ; Bi0=Yi.

Для згладжування відповідної ділянки зовнішнього контуру деталі розроблений алгоритм, який включає наступні пункти: