Міністерство освіти і науки україни

Київський національний університет технологій та дизайну

Омельченко Павло вікторович

УДК 688.3:004

Розробка систем автоматизованого проектування конструкцій і технології дрібних шкіргалантерейних виробів

Спеціальність 05.19.06 – технологія взуттєвих та шкіряних виробів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

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

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

Споживчі | Соціальні | Суспільна доцільність | Суспільний попит в даному виробі

Гострота споживання, об’єм незадоволеного попиту

Соціальна адреса | Реальні та потенціальні споживачі

Особливості споживання | Відповідність оптимального асортименту

Моральний знос

Функціональні | Відповідність основному функціональному призначенню | Відповідність конкретним умовам використання

Відповідність матеріалів і фурнітури призначенню виробу

Відповідність чохла роду діяльності людини

Відповідність статєвікової групі населення | Відповідність статтєвіковим психологічним особливостям людини

Відповідність зовнішньому вигляду людини

Естетичні | Відповідність сучасному стилю та моді | Силует виробу

Конструктивні членування форми виробу

Кольорове рішення моделі

Розміри та форма виробу

Ступінь досконалості композиції моделі | Архитектоніка форми виробу

Пластична виразність моделі

Тектоніка моделі

Товарний вигляд моделі | Рівень виготовлення та оздоблення виробу

Виразність фірмових знаків

Фактура матеріалу | Колір матеріалу

Характер поверхні

Ергономічні | Антропометрична відповідність моделі | Відповідність конструкції розмірам тіла людини

Відповідність конструкції розмірам і формі телефону

Відповідність біомеханіки людини

Психофізіологічна відповідність моделі | Зручність використання

Зручність закривання

Зручність закріплення (носіння)

Маса чохла

Гігієнічна відповідність моделі | Повітропроникність виробу

Паропроникність виробу

Водопроникність виробу

Надійність | Стійкість матеріалів та швів до дії розривних навантажень | Розривне навантаження основних матеріалів

Розривне навантаження швів виробу

Розривне подовження основних матеріалів

Розривне подовження швів виробу

Формостійкість виробу | Остаточне подовження

Жорсткість конструкції

Зносостійкість виробу | Стійкість конструкції до тертя

Стійкість конструкції до багатократного згинання

Стійкість конструкції до розтягування

Стійкість конструкції до атмосферних впливів

Експлуатаційна технологічність | Ремонтоздатність конструкції

Стійкість при зберіганні (до старіння)

Техніко – економічні | Виробнича технологічність | Раціональність конструктивного рішення | Кількість деталей та з’єднань

Ступінь використання нових матеріалів

Коефіцієнт механізації

Можливість автоматизації виробництва

Трудоємкість розробки та виготовлення виробу | Трудоємкість розробки конструкторської підготовки виробництва

Трудоємкість розробки технологічної підготовки виробництва

Трудоємкість виготовлення моделі чохла

Матеріалоємність виробу | Площа лекал деталей чохла

Ступінь використання основних матеріалів

Ступінь використання допоміжних матеріалів

Витрати на виробництво, збут, використання | Витрати на конструкторську підготовку виробництва

Витрати на технологічну підготовку виробництва

Витрати на реалізацію технологічного процесу виготовлення

Витрати в сфері обігу

Експлуатаційні витрати

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.

Рис. 2. Співставлений аналіз показників якості чохлів для різних методів 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, .

Рис. 3. Кусково-лінійна апроксимація

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:

-

-

-

- за допомогою параметричного В-сплайну;

- за допомогою параметричного інтерполяційного сплайну;

-

-

-

Часто необхідно отримати деталь із віссю симетрії, маючи вихідну деталь. Для цього розроблений алгоритм, який включає таку послідовність дій:

-

-

-

- ідентифікувати зовнішню границю цієї області;

-

- ідентифікувати зовнішню границю шуканої деталі із віссю симетрії.

Для отримання остаточних контурів деталей на них необхідно нанести технологічні припуски. Для цього запропонований наступний алгоритм.

Вершини апроксимуючого многокутника, в яких відомі значення технологічних припусків є технологічними точками. Величину технологічного припуску у цих точках позначимо через Xi=Xi-xi, Yi =Yi-yi.

Припустимо, що контур деталі із технологічними припусками між двома сусідніми конструктивними точками буде подібним відповідному контуру вихідної деталі без технологічного припуску та його можна отримати із відповідного контуру цієї деталі шляхом лінійних перетворень: паралельного переносу, розтягу або стиску на відповідний коефіцієнт та повороту невідповідний кут ? .

Процес перетворення можна представити у вигляді наведеної нижче послідовності:

1.

Рис. 4.

2.

3.

Тоді координати вершин зовнішнього контуру деталі із технологічним припуском можуть бути визначені за допомогою формул (5) та (6).

, (5)

де (6)

На основі вище викладених алгоритмів розроблений програмний продукт для автоматизованої конструкторської підготовки шкіргалантерейного виробництва. Функціональна схема цього програмного продукту представлена на рис.5.

Рис. 5

У четвертому розділі розроблені алгоритми автоматизованої підготовки раціональних схем розкрою на деталі шкіргалантерейних виробів.

Задачу розміщення деталей виробів дрібної шкіргалантереї на натуральних матеріалах представляємо таким чином: є множина комплектів деталей і обмежена область , у якій задані зони заборони (рис.6). Необхідно в області розмістити деталі так, щоб досягти найбільше значення коефіцієнта заповнюваності області . Орієнтація деталей визначається розкрійними властивостями матеріалу, наприклад, лінією тягучості. На формування набору деталей накладаються обмеження дотримання комплектності деталей.

Рис. 6. Зовнішній контур натурального матеріалу із дефектами

Для опису зовнішнього контуру матеріалу, дефектів, деталей застосовувано кусково-лінійну апроксимацію. Границя області задавалася вершинами опукло-ввігнутого многокутника Дефекти задавалися також вершинами апроксимуючого многокутника (рис.4.1),

де – кількість вершин опукло-вгнутого апроксимуючого многокутника для -го дефекту;

– кількість дефектів;–

кількість вершин опукло-вгнутого апроксимуючого многокутника для зовнішнього контуру шкіри;

Для опису зовнішнього контуру деталей також застосували кусково-лінійну апроксимацію. При такій апроксимації будь-яка деталь буде задана координатами вершин опукло-ввігнутого многокутника, тобто , i=1..m.

Визначимо приблизну кількість комплектів, яку можна розмістити на матеріалі.

Нехай – найменше допустиме значення коефіцієнта заповнюваності області , q – шукана кількість комплектів, S0 – площа області , Sgі – площа і-го дефекту, Si – площа і-ої деталі.

Дефекти представимо як деталі із від’ємною площею, тобто Sm+i=- Sgі, i=1..r.

Кожний дефект на матеріалі матиме свої значення параметрів: Ni, Xpi, Ypi, i, i=1..r.

Тоді q можна знайти із слідуючого співвідношення:

, (7)

де – ціла частина від виразу, який знаходиться в дужках. Площу області (рис.5), пороків та деталей визначимо із співвідношення для площі будь-якого опукло-ввігнутого многокутника заданого координатами вершин , тобто масивом {xi, yi}, i=1…n, де xi, yi координати i-ої вершини, а n – кількість вершин апроксимуючого многокутника:

(8)

Очевидно, що площа може бути наближено визначена за допомогою співвідношення (8) як площа апроксимуючого многокутника. При цьому точність залежить від кількості точок апроксимації.

Для контролю неперетину розміщених деталей із зовнішньою границею матеріалу, дефектами і іншими деталями та для вилучення необхідних деталей із розкрійної схеми скористаємося запропонованим вище алгоритмом інтерактивного розкрою, який базується на методі кутів.

Для оцінки ефективності одержаної схеми розкрою маємо співвідношення для визначення коефіцієнта заповнюваності матеріалу:

= , (9)

де qj - кількість деталей Sj, що розмістились на матеріалі.

Задачу розкрою матеріалів з урахуванням постійного міжшаблонного містка найпростіше розв’язувати в два етапи. На першому етапі побудувати еквідистанти до зовнішніх контурів деталей на відстані /2, а потім будувати схеми розкрою для нових деталей, зовнішнім контуром яких є еквідистанта. Для побудови еквідистанти був використаний алгоритмом отримання технологічних припусків, який був запропонований у третьому розділі. При відображенні схем розкрою заміняємо деталь з еквідистантою відповідною вихідною деталлю.

Всі запропоновані вище алгоритми реалізовані в програмний продукт для інтерактивної побудови схем розкрою натуральних матеріалів на деталі дрібної шкіргалантереї в інтегрованому середовищі програмування Delphi для операційної системи Windows. Програмний продукт має зручний інтерфейс і не потребує спеціальних знань із комп’ютерних наук для роботи з ним. Він може бути використаний при побудові розкрійних схем для рулонних та листових матеріалів. Функціональна схема програмного продукту представлена на рис. 7.

Рис. 7. Функціональна схема програмного прподукту автоматизованої побудови розкрійних схем

Основна форма програмного продукту представлена на рис. 8. Основні режими роботи програми: - розміщення нової деталі на матеріалі в одному із чотирьох положень:

- із поворотом на 900, із поворотом на 1800, із поворотом на 2700 (основне);

-

-

-

Рис.8. Основна форма програмного продукту автоматизованої побудови розкрійних схем

Програмий продукт можна використовувати для автоматизованої побудови розкрійних схем натуральних матеріалів з урахуванням складної конфігурації матеріалу та наявності дефектів, а також для матеріалів прямокутної форми. Використання даного програмного продукту дозволяє одержати розкрійні схеми з процентом використання матеріалу на 1,5%-2,5% вище чим при неавтоматизованій побудові. Використання даного програмного продукту спростить підготовку інформації для системи технологічної підготовки розкрійного виробництва при розкрої натуральних матеріалів на деталі взуття та шкіргалантерейних виробів, забезпечить необхідну мобільності виробництва.

Із використанням даного програмного продукту з’являється можливість автоматизувати процес розкрою із застосуванням розкрійних пристроїв із програмним управлінням.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз літературних джерел, досвіду роботи шкіргалантерейних підприємств показав на необхідність розробки автоматизованої конструкторської підготовки виробництва ( а саме дрібних шкіргалантерейних виробів, так як їх асортимент змінюється дуже швидко), метода автоматизованого проектування деталей, отримання вхідної інформації про їхні контури та розробки схем автоматизованого розкрою. При цьому найбільш придатним методами апроксимації є: кусково-лінійний та за допомогою параметричних сплайнів, які і були використані в даній роботі.

2. Була розроблена класифікація чохлів за різними класифікаційними ознаками, яка дозволить в подальшому автоматизувати процес їхнього проектування та виготовлення. Розроблена структурна схема етапів конструкторської підготовки виробництва нових моделей чохлів для мобільних телефонів та структурно-логічна модель процесу їхнього проектування.

3. Для визначення переваг автоматизованого проектування дрібних шкіргалантерейних виробів в порівнянні з типовим проектуванням була розроблена ієрархічна структура показників якості даної групи виробів, на основі якої із застосуванням методу експертних оцінок були визначені показники якості, котрі залежать від методу проектування. Експертне опитування спеціалістів показало на значні переваги автоматизованого методу проектування в порівнянні зі звичайним загальноприйнятим.

4. Розроблена математична модель процесу автоматизованого проектування лекал деталей чохлів та описані її структурні компоненти, в тому числі: корегування контурів, згладжування необхідної ділянки контура, скруглення кутів, побудова дзеркально відображеної деталі та деталі з віссю симетрії, визначення периметру та площ деталей тощо.

5. Розроблений алгоритм автоматизованого вводу інформації про контури деталей безконтактним методом (за допомогою сканера або цифрової фотокамери) та алгоритм виведення креслень деталей шкіргалантерейних виробів в натуральну величину за допомогою принтера, а також алгоритм розміщення деталей та побудови раціональних схем розкрою: автоматичного контролю неперетину деталі із деталлю; автоматичного контролю неперетину деталі із зовнішньою границею матеріалу будь-якої складної форми та із зонами пороків; вилучення будь-якої деталі із розкрійної схеми; обчислення площі для матеріалу будь-якої складної форми із пороками.

6. Розроблений програмний продукт для автоматизованої конструкторської підготовки шкіргалантерейного виробництва та автоматизованого проектування раціональних схем розкрою для рулонних та натуральних матеріалів складної конфігурації в середовищі програмування Delpi для операційної системи Windows.

7. Результати даної дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес з спеціальностей 6.0918.20 та 7.0918.20 “Взуття, шкіргалантерейні та лимарні вироби” та “Інформаційні технології проектування” (дисципліни “Основи проектування виробів складних конструкцій та оснастки”, “Спецрозділи по КВШ” та “САПР в легкої промисловості”), а також на Смілянському відділенні ЗАТ “Воскресіння”, МПП ТОВ “Імідж”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Чупринка В.І., Омельченко П.В. Розрахунок площі деталей, зовнішні контури яких апроксимуються В-сплайном // Вісник ДАЛПУ. – 2000. - № 1. – С. 89-90.

2. Омельченко П.В., Коновал В.П. Розробка класифікатора чохлів до мобільних телефонів // Легка промисловість. – 2003. - № 2. – С.69.

3. Омельченко П.В., Коновал В.П., Чупринка В.І. Опис поверхні зовнішніх контурів деталей шкіргалантерейних виробів та колодки за допомогою параметричного В-сплайну // Вісник ТУП. – 2003. – № 5. – С.36-38.

4. Омельченко П.В., Коновал В.П., Чупринка В.І.Автоматизована підготовка інформації про деталі із технологічними припусками // Вісник ТУП. – 2004. - № 1. – С. 135-137.

5. Омельченко П.В., Коновал В.П., Чупринка В.І. Алгоритм автоматизованої підготовки інформації про деталі шкіргалантерейних виробів // Вісник КНУТД. – 2004. – № 1. – с.85-89.

6. Омельченко П.В., Коновал В.П., Чупринка В.І. Алгоритм підготовки та корегування інформації про контури деталей щкіргалантерейних виробів // Вісник ТУП. – 2004. - № 2. – С. 217-220.

7. Омельченко П.В., Коновал В.П., Чупринка В.І. Автоматизована підготовка інформації про контури деталей шкіргалантерейних виробів // Вісник КНУТД. – 2004. - № 4. – С. 138-142.

8. Омельченко П.В., Коновал В.П., Щербань В.Ю. Математическая модель колодки чехла для мобильного телефона // Матер. Междунар. Научно-практич.конф. “Новое в дизайне, моделировании, конструировании и технологии изделий из кожи”. – Шахты: ЮРГУЭС. – 2003. – С. 66-70.

9. Омельченко П.В., Коновал В.П. Теоретические предпосылки автоматизированного проектирования мелких кожгалантерейных изделий // Матер. Междунар. сб. научн. тр.“Проблемы создания гибких технологических линий производства изделий из кожи”. – Шахты: ЮРГУЭС. – 2004. – С. 26-29.

10. Оmielczenko P.W., Perwaja N.W., Rudecka J. Аlgorytm przygotowania informacji dla automatycznego projektowania drobnych wyrobow galanterii skorzanej // Monograficzna seria wydawnicza. Proektowanie, materialy, technologia skory, odziezy i obuwia. Ksztaltowonie jakosci odziezy i obuwia. – Radom : Politechnika radomska. – 2004. – Tom IX. – s. 99-103.

11. Омельченко П.В., Коновал В.П., Чупринка В.И. Разработка метода автоматизированного проектирования чехлов для мобильных телефонов // Актуальные проблемы науки, техники и экономики производства изделий из кожи. – Витебск: ВГТУ, 2004, С. 131-132.

12. Омельченко П.В., Коновал В.П., Мантула Г.П. Чохли до мобільних телефонів : Зб. наук. пр. – К.: КНУТД, 2002. – с. 37.

13. Мелещенко О.А., Омельченко П.В., Чупринка В.І. Апроксимація оснастки взуттєвого виробництва В-сплайнами: Зб. наук. пр. – К.: КНУТД, 2002. – с.48.

14. Мелещенко О.А., Омельченко П.В., Чупринка В.І. Апроксимація деталей чохлів до мобільних телефонів: Зб. наук. пр. – К.: КНУТД, 2003. – с.66.

15. Омельченко П.В., Якубова Л.І., Коновал В.П. Використання знакозмінних температур при формуванні чохлів до мобільних телефонів: Зб. наук. пр. – К.: КНУТД, 2003. – с.67.

В публікаціях 3, 13 та 14 автором проаналізовані переваги та обґрунтовано застосування сплайн-апроксимації контурів деталей. В статті 1 автором наведений алгоритм розрахунків площ деталей. В роботах 2, 9 та 11 представлені теоретичні передумови до автоматизованого проектування дрібних шкіргалантерейних виробів (розробка класифікатора чохлів, структурно-логічної моделі автоматизованого проектування тощо). В статті 8 автором представлена математична модель поверхні колодки чохлів до мобільних телефонів. В роботах 5, 6 та 7 наведені алгоритми вводу інформації про контури деталей за допомогою цифрової фотокамери, згладжування та корегування контурів, нанесення технологічних припусків тощо. В статті 4 приведений алгоритм побудови інтерактивних розкрійних схем.

АНОТАЦІЯ

Омельченко П.В. Розробка автоматизованого проектування і технології виготовлення дрібних шкіргалантерейних виробів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.06 - технологія взуттєвих та шкіряних виробів. - Національний університет технологій та дизайну, Київ, 2005.

Дисертація присвячена вирішенню питань автоматизованої конструкторської та технологічної підготовки виробництва дрібних шкіргалантерейних виробів ( напр., чохлів і сумочок для мобільних телефонів тощо).

Проведений аналіз науково-технічної літератури з питань автоматизованого проектування виробів легкої промисловості дозволив виявити загальні принципи побудови САПР, послідовність та шляхи вирішення кола завдань, які тільки частково можуть бути використані у виробництві дрібних шкіргалантерейних виробів. Аналіз показав, що питання розробки методу автоматизованого проектування та виготовлення вказаних виробів не вирішені.

Для вирішення цих питань в роботі на основі аналізу більш як 500 різноманітних моделей чохлів для мобільних телефонів провідних закордонних та вітчизняних фірм-виробників була запропонована їхня класифікація за різними класифікаційними ознаками, яка є одним з перших кроків на шляху виконання питань автоматизації. Крім того, була розроблена структурна схема етапів конструкторської підготовки виробництва нових моделей чохлів до мобільних телефонів та структурно-логічна модель процесу їхнього проектування.

З метою визначення переваг автоматизованого проектування в порівнянні з типовим була розроблена ієрархічна структура показників якості дрібних шкіргалантерейних виробів, на основі якої визначені показники якості, котрі залежать від методу їхнього проектування.

За визначеними показниками якості проведене експертне опитування спеціалістів в даній сфері виробництва; отримані дані оброблені методом експертних оцінок. Величини коефіцієнтів конкордації (w=0,95) свідчать про узгоджуваність думок експертів. Був розрахований сумарний рейтинг виділених показників якості та побудована гістограма їх розподілення, які підтвердили переваги автоматизованого методу проектування в порівнянні з загальноприйнятим.

Проведений аналіз науково-технічної літератури про методи апроксимації контурів деталей показав, що для автоматизованого проектування виробів найбільш привабливими є кусково-лінійний метод та за допомогою параметричних сплайнів, які і були використані в роботі.

Розроблена математична модель процесу автоматизованого проектування лекал деталей чохлів та описані її структурні компоненти: корегування контурів, згладжування деякої ділянки контуру, скруглення кутів, побудова дзеркально відображеної деталі та деталі з віссю симетрії, визначення периметру та площ деталей тощо.

Розроблений алгоритм автоматизованого вводу інформації про контури деталей безконтактними методами (за допомогою сканера або цифрової фотокамери) т а алгоритм виведення креслень деталей шкіргалантерейних виробів в натуральну величину за допомогою принтера. Крім того, розроблені алгоритми, які дозволяють автоматизувати підготовку раціональних схем розкрою матеріалу на деталі шкіргалантерейних виробів (автоматичного контролю неперетину деталі із деталлю, деталі із зовнішньою границею матеріалу та із зонами пороків, вилучення будь-якої деталі із розкрійної схеми, обчислення площі матеріалу із пороками).

Перераховані алгоритми були реалізовані в програмний продукт для автоматизованої технічної підготовки шкіргалантерейного виробництва в середовищі програмування Delpi для операційної системи Windows.

Результати даної роботи впроваджені при проектуванні та виготовленні чохлів до мобільних телефонів на Київському ПП "Імідж" та Смілянському відділенню ЗАТ "Воскресіння", а також в навчальному процесі КНУТД.

Ключові слова: дрібні шкіргалантерейні вироби, класифікація виробів, програмована технічна підготовка виробництва, автоматизоване проектування деталей, математична модель, програмний продукт.

АННОТАЦИЯ

Омельченко П.В. Разработка автоматизированного проектирования и технологии изготовления кожгалантерейных изделий. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.06 - технология обувных и кожевенных изделий. - Национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2005.

Диссертация посвящена решению вопросов программированной технической подготовки производства мелких кожгалантерейных изделий (например, чехлов и сумочек для мобильных телефонов и т.п.).

Проведенный анализ научно-технической литературы по вопросам программированного проектирования изделий в легкой промышленности позволил выявить, что вопросы автоматизированного проектирования данных изделий до настоящего времени не решены. Для решения поставленных задач на основе анализа более 500 различных моделей чехлов для мобильных телефонов ведущих отечественных и зарубежных фирм-изготовителей разработана классификация чехлов по различным классификационным признакам. С целью определения преимуществ автоматизированного проектирования была разработана иерархическая структура показателей качества данной группы кожгалантерейных изделий, на основе которой определены показатели, зависящие от метода проектирования изделия. Проведен экспертный опрос специалистов, данные которого обработаны методом експертных оценок и графическим, которые показали преимущества автоматизированного метода проектирования над общепринятым.

Разработаны алгоритмы: корректировки и сглаживания контуров, скругления углов, построения детали с осью симметрии, определения периметров и площадей деталей, автоматизированного ввода информации и др., которые реализованы в программный продукт для операционной системы Windows.

Ключевые слова: мелкие кожгалантерейные изделия, классификация изделий, программированная техническая подготовка производства, автоматизированное проектирование деталей, математическая модель, программный продукт.

THE SUMMARY

Omelchenko P.V. Development of the automated designing and manufacturing techniques of leather-galanterie products. - the Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Candidate of Technical Sciences in a speciality 05.19.06 - technology of shoe and tanning products. - National university of technologies and design, Kiev, 2005.

The dissertation is devoted to the decision of questions about programming of technical training of manufacture fine leather-galanterie products (for example, covers and handbags for mobile phones etc.).

The carried out(spent) analysis of the scientific and technical literature on questions of programmed designing of products in light industry has allowed to reveal, that questions of the automated designing of the given products till now are solved.

For the decision of tasks in view on the basis of the analysis more than 500 various models of covers for mobile phones of conducting domestic and foreign firms - manufacturers the Classification of covers by various classification attributes are developed.

With the purpose of definition of advantages of the automated designing the hierarchical structure of parameters of quality of the given group of leather-galanterie products on the basis of which the parameters dependent on a method of designing of a product are determined was developed. It is carried out interrogation of the experts, given which are processed by a method of ranging and graphic which have shown advantages of the automated method of designing above standard.

Algorithms are developed: correcting and smoothings of contours, roundings off of corners, constructions of a detail with an axis of symmetry, definition of perimeters and the areas of the details, the automated input of the information etc. which are realized in software for operational system Windows.

Key words: fine leather-galanterie products, classification of products, programmed technical training of the manufacture, the automated designing of details, mathematical model, software.