КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

КЕРНЕШ ВІКТОРІЯ ПИЛИПІВНА

УДК [685.341.852+685.341.853]

УДОСКОНАЛЕННЯ ГАРМОНІЙНОСТІ ВНУТРІШНЬОЇ ФОРМИ І КОНСТРУКЦІЙ ЮНАЦЬКОГО І ДІВОЧОГО ВЗУТТЯ

Спеціальність 05.19.06 - технологія взуттєвих та шкіряних виробів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Омельченко Надія Миколаївна, Київський національний університет

технологій та дизайну, професор кафедри конструювання та технології виробів із шкіри

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Либа Володимир Петрович, Хмельницький національний університет, завідуючий кафедри технології та конструювання виробів із шкіри

кандидат технічних наук, доцент

Катрич Валентина Миколаївна, Донецький національний університет економіки і торгівлі ім. Михайла Туган-Барановського, доцент кафедри товарознавства, митної справи та експертизи непродовольчих товарів

Захист відбудеться “ 27 ” вересня 2007р. о 14 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 у Київському національному університеті технологій та дизайну (КНУТД) за адресою: 01011, м. Київ – 11, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці КНУТД за адресою:

01011, м. Київ – 11, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий “22” серпня 2007р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., доцент Т.О. Полька

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах ринкової економіки проблема якості стає найактуальнішою проблемою промислового виробництва взуття. Якісні та кількісні характеристики, якими визначаються споживчі та виробничі вимоги здебільшого закладаються на етапі художнього та інженерного проектування взуття. Але кількісні критерії характеристик естетичних властивостей, пов’язаних з анатомією стоп, які можна було б одержати за допомогою математичних методів, поки не пропонуються.

Основними завданнями на етапі художнього, а потім інженерного проектування дитячого взуття є: пошук відповідних зовнішніх та внутрішніх параметрів, окремих деталей та їх елементів і виробу взагалі, а також пошук відповідних гармонійно пов’язаних між собою конструктивно-декоративних та функціональних ліній членувань виробів тощо. При цьому враховується, що всі частини у взутті повинні бути узгодженими між собою, мати гармонійний вигляд та бути пропорційно виваженими. Але при зміні панівної в світі моди стильового образу у підлітковому взутті відбувається перебудова форми за рахунок зміни її пропорційних співвідношень, при цьому антропометричне членування стопи юнаків та дівчат не завжди відповідатиме цим змінам, тому при розробці даного взуття найбільш вагомим компонентом гармонізації форми буде пропорційність.

У зв’язку з цим виникає необхідність розробки раціональної та гармонійної внутрішньої форми та конструкції взуття з врахуванням антропометричних та морфофункціональних особливостей стоп юнаків та дівчат віком 15-16 років, які пов’язані з підвищенням естетичних властивостей взуття.

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 процесу проектування колодок та взуття на основі використання сучасних комп’ютерних технологій та об’єктивної числової характеристики гармонійності взуття. Для досягнення даної мети в дисертації поставлені і вирішуються такі завдання:

- провести антропометричні обстеження стоп дітей-старшокласників (юнаків та дівчат віком 15-16 років) з подальшою обробкою отриманих даних математично-статистичним та графічним методами;

- виявити морфофункціональні та антропометричні особливості їхніх стоп;

- встановити закономірності в розмірних параметрах стоп, які необхідно враховувати при проектуванні внутрішньої форми взуття;

- проаналізувати пропорційну будову скелету стопи для подальшого розрахунку критерію гармонійності взуття;

- на основі отриманих антропометричних даних з урахуванням біомеханічних та фізіологічних особливостей і аналізу пропорційної будови скелету стопи розробити основні її перетини та контури раціональних колодок до взуття;

- провести кількісну оцінку інтегрального критерію гармонії сучасного взуття;

- розробити методику автоматизованого проектування та виготовлення на станках з ЧПУ колодок з використанням програми Pro/ENGINEER;

- розробити алгоритм та програму автоматизованих розрахунків коефіцієнта гармонійності взуття на етапі передпроектних досліджень;

- вдосконалити методику проектування верху взуття з урахуванням коефіцієнтів “золотих пропорцій”;

- виготовити дослідну партію колодок та взуття та передати їх на апробацію.

Об’єктом дослідження є підвищення якості взуття для юнаків та дівчат з урахуванням законів гармонійності.

Предметом дослідження є удосконалення гармонійності внутрішньої форми і конструкцій взуття для юнаків та дівчат.

Методи дослідження. В роботі враховані результати досліджень вітчизняних та закордонних вчених в області автоматизації проектно-конструкторських робіт у взуттєвій та ін. галузях промисловості. Для досягнення поставленої в роботі мети були використані антропометричні методи, математичної статистики, графічний метод, метод синтезу та аналізу, метод системного підходу, експертних оцінок (апріорне ранжування факторів) тощо.

Наукова новизна одержаних результатів. Під час аналітичних та експериментальних досліджень вперше в галузі були отримані такі результати:

· встановлено, що кісткова будова стоп юнаків та дівчат за своїми розмірами підпорядковується числам ряду Фібоначчі, а співвідношення розмірів кісток відповідають коефіцієнтам “золотого перетину”;

· встановлено основні закономірності між різними параметрами стоп;

· розроблено алгоритм автоматизованого розрахунку критерію гармонійності взуття на стадії його ескізного проектування;

· розроблена методика автоматизованого проектування колодок до юнацького та дівочого взуття;

· вдосконалена методика проектування верху взуття з використанням коефіцієнтів “золотих перетинів”.

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи полягає в тому, що:

· на основі проведених антропометричних досліджень стоп юнаків та дівчат створені вихідні дані для проектування колодок до взуття;

· у отриманні закономірностей між різними параметрами стоп з використанням коефіцієнтів гармонійності;

· розрахунку основних параметрів колодок до взуття для юнаків та дівчат;

· розробці комп’ютерної програми розрахунків коефіцієнта гармонійності моделей взуття;

· проектуванні та виготовленні колодок на верстатах з ЧПУ з використанням програми Pro/ENGINEER;

· запропоновано пропорційну сітку проектування верху взуття на базі коефіцієнтів “золотих перетинів”.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці та вирішенні основних теоретичних та практичних задач роботи, виконанні експериментальних досліджень, обробці результатів, сформулюванні висновків тощо. За безпосередньою участю автора розроблена програма розрахунків коефіцієнта гармонійності моделей взуття на стадії їх ескізного проектування. Автору належать основні ідеї, узагальнення та висновки.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні і експериментальні положення, результати роботи були повідомлені та одержали позитивну оцінку на семінарах кафедри конструювання та технології виробів зі шкіри, на наукових конференціях аспірантсько-студентського та професорсько-викладацького складу Київського національного університету технологій та дизайну (2000-2007рр.), Хмельницького технологічного університету Поділля (2001р. та 2006р.) та Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса (г.Шахты, 2004р.). Результати роботи впроваджені на ПП “Джентельмен”, ПП Сокальський, МПВКП “Пегас” та в навчальному процесі при підготовці студентів за спеціальністю 6.091820 та 7.091820 (“Взуття, шкіргалантерейні та лимарні вироби”).

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 13 друкованих робіт, серед них 5 у виданнях рекомендованих ВАК України, 2 статті опубліковані за кордоном (1- в Польщі, 1- в Росії, м. Шахти).

Структура та об’єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Робота викладена на 140 сторінках тексту, містить 22 рисунки і 21 таблицю. Бібліографія включає 150 найменувань. Додатки складають 65 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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

У першому розділі проведено огляд наукових робіт та джерел інформації з питань естетичних властивостей взуття.

Естетичність, як властивість взуття, входить до складу поняття якості взуття, і у цьому полягає актуальність проведення робіт з підвищення естетичності взуття паралельно з роботами по удосконаленню інших властивостей виробу. Особливо важливим за даними соціологічних досліджень це питання є для дітей-старшокласників.

Естетично привабливими вважаються ті предмети, розміри яких підлягають “золотим пропорціям”. В результаті проведеного огляду літературних джерел виявлено, що “золоті пропорції” спостерігаються у різних сферах життя: рослинних і тваринних організмах, пропорціях тіла людини й окремих його органів, біоритмах головного мозку людини, будові земної кулі, планетарної системи, енергетичної взаємодії на рівні елементарних часток, аналогових ЕОМ, творах мистецтв, явищах резонансу та ін. В роботі Латишевої Л.М. показана наявність “золотих пропорцій” в конструкції жіночих туфель типу “човник”. Дослідженнями гармонійності інших конструкцій взуття для інших груп населення, а також дослідження пропорцій кісткової будови стопи до нашого часу ніхто не займався.

Проведений аналіз методів визначення естетичних властивостей взуття показав, що найбільш привабливим є експертний метод з подальшою математичною обробкою результатів методом ранжирування факторів. Питання визначення найбільш вагомих естетичних показників взуття для кількісної характеристики гармонійності взуття залишається відкритим. Автоматизовані розрахунки даних показників на стадії ескізного проектування взуття дозволять скоротити термін та собівартість розробки конструкторської та технологічної документації на взуття, а також виключити можливі похибки конструкції на попередніх стадіях його проектування.

Таким чином, завдяки проведеному літературному огляду була визначена проблема та шляхи її вирішення.

У другому розділі наведені результати проведеного на Україні антропометричного дослідження стоп дітей-старшокласників (юнаків та дівчат). Для цього був розрахований безповторний обсяг вибірки (з вірогідністю Р=0,95), за яким необхідно та достатньо дослідити 119 юнаків та 112 дівчат.

Обміри стоп дітей-старшокласників проводилися в м. Києві за контактною методикою та вдосконаленою програмою. З кожної обміряної стопи визначалося біля 100 параметрів (довжинних, широтних - на стопомірі і за плантограмою, висотних та обхватних). Всього було обміряно біля 300 стоп юнаків та біля 300 стоп дівчат. Обробка отриманих даних проводилася статистично-математичним методом з використанням ПК (програм Excel, “ANTHRO-FOOT”). По кожному розмірному параметру визначались: середнє арифметичне значення Мх, середнє квадратичне відхилення ?х, статистична помилка середніх mх, асиметрія А, ексцес Е, коефіцієнт варіації та ін. В табл. 1 наведені статистичні характеристики середніх значень основних розмірних параметрів стоп юнаків та дівчат.

Крім того, була проведена графоаналітична обробка даних, у результаті чого були отримані контури основних перетинів УСТС (умовна середньо-типова стопа) юнаків та дівчат.

Проведений порівняльний аналіз розмірних ознак стоп юнаків та дівчат, отриманих Фарнієвою О.В. на Україні в 1980 році, з нашими даними показав суттєві та специфічні відмінності, що обумовлюють необхідність проектування колодок та взуття з їх врахуванням. Зокрема: зріст юнаків збільшився на 10,7 см (тобто на 6,4%), а дівчат на 8,3 см (тобто на 5,2%); ширина п’ятки стопи по контуру зменшилась у юнаків на 3,9 мм (5,5%), а у дівчат – 3,9 мм (6,0%); а по відбитку зменшилась відповідно на 1,7 мм (3,2%) у юнаків, та 1,3 мм (2,7%) у дівчат; висоти: першого пальця стопи зменшилися у юнаків на 4,0 мм (17,5%), у дівчат – 4,1 мм (19,3%); головки першої плеснової кістки зменшилися у юнаків на 3,3 мм (9,3%), у дівчат на 4,2 мм (12,7%); точки згину збільшилися на 5,8 мм (7,7%) у юнаків та на 2,9 мм (4,1%) у дівчат; склепіння – збільшилися на 3,6 мм (9,2%) у юнаків; обхвати по внутрішньому пучку збільшилися у юнаків на 11,9 мм (5,0%), у дівчат на 3,5 мм (1,6%); обхвати по зовнішньому пучку збільшилися у юнаків – 11,3мм (4,7%), у дівчат – 5,3 мм (2,4%); обхвати через п’ятку і згин стопи збільшилися у юнаків на 11,7 мм (3,5%) і т.д.

Все вищесказане також підтверджує гіпотезу про дію затухаючого процесу акселерації, який характеризується зменшенням широтних та основних висотних параметрів при збільшенні довжинних параметрів тіла. Цю гіпотезу підтверджують також дослідження вчених різних країн (Коновала В.П., Ізраілян Л.Т., Годіна Е.С., Dr. Wolfgang Werner, Schmel F.) Крім того, констатоване збільшення обхватних параметрів пучків при збільшенні висоти склепіння (нижнього бугра човноподібної кістки) та точки згину стопи.

Виявлена морфологічна адаптація кісткової та м'язової систем стоп юнаків та дівчат (збільшення м’язів латерального краю склепіння стопи (45,9 - 51,8%), гіпертрофія головок першої та п'ятої плеснових кісток (29,2 – 47,2%), поперечна плоскостопість (92%), що мають характер набутої гіпертрофії. Біля 90% обміряних мають деформацію – “кігтьоподібний п’ятий палець”, що змінює конфігурацію переднього відділу стопи та потребує відповідного корегування носкової частини колодки.

Крім того, були проведені дослідження змінення положення характерних анатомічних точок стоп юнаків та дівчат, які показали зміщення їхнього розташування вперед в сторону носкової частини, що потрібно враховувати при проектуванні колодок та взуття для даної групи

населення.

За результатами антропометричного дослідження були встановлені закономірності в розмірних параметрах стоп юнаків та дівчат.

Розподілення частот параметрів довжини стопи й довжинних, висотних та поперечних (широтних та обхватних) параметрів з максимальною імовірністю виражається законом нормального розподілення. На рис.1 як приклад наведено емпіричне та теоретичне розподілення довжини стоп у юнаків (за формулою Гауса). Перевірка гіпотези нормальності розподілу здійснювалася за аналізом показників асиметрії (А), ексцесу (Е) та за ?2 -критерієм Пірсона.

Рис.1. Емпіричне та теоретичне розподілення довжини стоп у юнаків:

, (1)

де Y – кількість стоп визначеної довжини Д в даному колективі; N об’єм сукупності; - квадратичне відхилення; Д довжина стопи ( змінна величина, яка задається); - середня довжина стопи для даного колективу.

Крім того, було встановлено, що середні поперечні (обхватні - Оп та широтні - Шп) розміри стоп юнаків та дівчат віком 15-16 років пов’язані з їх довжиною (Дст) ортогональною регресійною залежністю, яка у нашому випадку має вигляд: у =tg?· х + b.

(2)

(3)

На рис.2 як приклад наведено графік залежності довжини стопи з обхватом у пучках юнаків.

У табл. 2 наведені рівняння ортогональної регресійної залежності основних поперечних розмірних ознак стоп юнаків та дівчат. Величини коефіцієнтів коре-ляції при цьому мали значення від 0,58 до 0,76, що підтверджує тісну кореляційну залежність.

Перевірка третьої та четвертої закономірностей показала, що у

Рис.2 - Графік залежності довжини стопи (мм)

з обхватом у пучках (мм) юнаків.

Таблиця 2

Рівняння ортогональної регресії основних параметрів стоп юнаків та дівчат

Параметри

стопи | Юнаки | Дівчата

Рівняння ортогональної регресії | Рівняння ортогональної регресії

Ширина по середині пучків (Шп) | Шп=0,32Дст+10,8 | Шп=0,31Дст+12,8

Ширина п’ятки

(Ш п`ят) | Ш п`ят=0,27Дст -6,65 | Ш п`ят=0,26Дст -3,29

Обхват пучків (Оп) | Оп=0,80Дст+34,73 | Оп=0,94Дст -1,26

Обхват по прямому підйому (Опр.під) | Опр.під.=0,9Дст +25,4 | Опр.під.=1,1Дст-26,7

Висота до точки головки 1-ої плеснової кістки

(В г1п/к) | В г1п/к =0,18Дст -16,5 | В г1п/к = 0,19Дст -18,1

Висота до точки згину стопи (В т.зг.) | В т.зг. =0,37Дст -19,4 | В т.зг. =0,41Дст -27,8

юнаків та дівчат всі однойменні розміри стоп: довжинні - з довжиною стопи, а поперечні - з обхватом у пучках, - мають між собою тісну пропорційну залежність та визначаються коефіцієнтами, які підлягають ряду “золотих пропорцій”. У табл. 3,4 наведені рівняння пропорційної залежності основних розмірних ознак стоп юнаків та дівчат. Як показали проведені дослідження, коефіцієнти їх відповідають числам “золотого перетину”.

Таким чином, були отримані аналітичні залежності для проектування колодок та взуття для юнаків та дівчат.

Таблиця 3

Співставлений аналіз розташування характерних анатомічних точок юнаків та дівчат по довжині стопи в порівнянні з “золотими пропорціями”

Характерні анатомічні точки стоп | коефіцієнт “золотого перетину” | Юнаки | Дівчата

по контуру | по відбитку | по контуру | по відбитку

Україна, 2006р. | відхиле-

ння | Україна, 2006р. | відхилення | Україна, 2006р. | відхилення | Україна,

2006р. | відхилення

абс.,мм | % | абс.,мм | % | абс.,мм | % | абс.,мм | %

Відстань від крайньої точки п’ятки до:

найширшого місця п’ятки | 0,146 | 0,169 | 6,23 | 2,3 | 0,141 | -1,25 | 0,5 | 0,166 | 4,9 | 2,0 | 0,14 | -1,38 | 0,6

точки зовнішнього пучка | 0,618 | 0,622 | 0,54 | 0,2 | 0,6175 | -0,13 | 0,05 | 0,616 | -0,49 | 0,2 | 0,6176 | -0,09 | 0,04

середини пучків | 0,6823 | 0,6746 | -2,0 | 0,8 | 0,674 | -2,0 | 0,9 | 0,671 | -2,79 | 1,1 | 0,6731 | -2,0 | 0,9

внутрішнього пучка | 0,7245 | 0,7274 | 0,79 | 0,3 | 0,7295 | 1,25 | 0,5 | 0,7266 | 0,52 | 0,2 | 0,7286 | 0,9 | 0,4

кінця п’ятого пальця | 0,809 | 0,8013 | -2,09 | 0,8 | 0,8108 | 0,45 | 0,2 | 0,798 | -2,72 | 1,1 | 0,781 | 0,67 | 0,3

центру відбитка першого пальця | 0,90 | 0,9036 | 1,1 | 0,4 | 0,9115 | 3,0 | 1,3 | 0,898 | -0,49 | 0,2 | 0,9085 | 2,0 | 0,9

Таблиця 4

Співставлений аналіз коефіцієнтів взаємозв’язку між характерними широтними та обхватними параметрами стоп юнаків та дівчат в порівнянні з “золотими пропорціями”

Розмірні ознаки

стоп /у/, які визначають-

ся | Юнаки | Дівчата

коефіцієнт

пропорційності /к/ | розміри

стоп /х/ | відхилення | коефіцієнт /к/

пропорційності | відхилення“

золотого

перетину”

за НТІ | розра-хунковий | абс., мм | % | розрахунковий | абс., мм | %

Ш п`ят | 0,691 | 0,691 | Ш з.п. | 0 | 0 | 0,694 | 0,2 | 0,3

Ш п`ят | 0,691 | 0,670 | Ш в.п. | -2,08 | 2,1 | 0,666 | -2,3 | 2,5

Ш п. | 0,191 | 0,191 | Оп`ят/ згин | 0 | 0 | 0,193 | 0,63 | 0,2

Ш в.п. | 0,382 | 0,390 | О з.п. | 2,03 | 0,8 | 0,396 | 3,2 | 1,4

Ш в.п. | 0,382 | 0,372 | О пр.під. | -2,7 | 1,0 | 0,373 | -2,2 | 0,9

Ш з.п. | 0,382 | 0,379 | О з.п. | -0,76 | 0,3 | 0,381 | -0,23 | 0,1

Ш з.п. | 0,382 | 0,384 | О в.п. | 0,5 | 0,2 | 0,384 | 0,46 | 0,2

Ш з.п. | 0,382 | 0,382 | О с.п. | 0 | 0 | 0,380 | -0,46 | 0,2

О с.ст. | 2,618 | 2,616 | Ш з.п. | -0,19 | 0,2 | 2,633 | 1,32 | 1,5

О з.п. | 2,618 | 2,637 | Ш з.п. | 1,82 | 1,9 | 2,626 | 0,7 | 0,8

Оп`ят/ згин | 3,618 | 3,618 | Ш з.п. | 0 | 0 | 3,589 | 2,5 | 2,9

О з.п. | 0,725 | 0,729 | Оп`ят/згин | 1,7 | 0,5 | 0,732 | 2,5 | 0,8

О в.п. | 0,725 | 0,719 | Оп`ят/згин | 1,39 | 0,4 | 0,726 | 0,56 | 0,2

У третьому розділі проведено дослідження гармонійності будови стоп і взуття для юнаків і дівчат 15-16 років.

Метою цього розділу було дослідження відповідності закону гармонійного розвитку скелетної будови стоп дітей-старшокласників, яке є першим етапом в розробці гармонійного і функціонального взуття для цієї групи споживачів.

Дослідженнями відповідності закону гармонії в різних предметах і явищах займалися більше 100 вчених. Було встановлено, що якщо відрізок прямої АВ поділити таким чином, щоб відношення більшої частини АС до меншої СВ дорівнювало відношенню всього відрізка АВ до більшої частини АС, то результатом рішення цієї задачі є іраціональне число, яке дорівнює приблизно 1,618. Ряд пропорцій золотого перетину виражається цифрами:0,09; 0,146; 0,236, 0,382, 0,618,1,0, 1,618, 2,618 і т.д. Якщо цей ряд приблизно виразити в цілих числах, то вийде 1;2;3;5;8;13;21;34 і т.д. (так званий ряд Фібоначчі). Причому розміри людського тіла протягом багатьох століть були основою всіх пропорційних вимірів.

У людини все тіло за кінематичними особливостями будови складається із різних трьохчленних блоків: трьохфалангові пальці рук і ніг, трьохчленні кінцівки (плече-передпліччя-кисть і стегно-гомілка-стопа) і ін. Пєтуховим С.В. констатовано, що величини вурфів всіх блоків в розпрямленому стані групуються біля значення 1,3. Вказане значення 1,3 є так званим “золотим вурфом”. Але його дослідження не торкалися досліджень кісткової будови стоп.

Дослідження морфофункціональних особливостей кісткової будови стоп, які належать до групи трьохчленних кінематичних блоків, на підпорядкованість симетріям вищого типу проводилося нами на рентгенівських знімках стоп юнаків та дівчат в сагітальній та профільній проекціях (рис.3 а й б відповідно) на базі Київського інституту ортопедії та травматології. Для досліджень були взяті стопи з розмірами 270±2,5 мм у юнаків та 245±2,5 мм у дівчат, без патологічних відхилень. При цьому досліджувалися: параметри різних кісток стопи за абсолютною величиною та пропорційні відношення між різними ділянками стопи (зокрема, плесни і фалангами пальців) за формулою (4). Отримані дані оброблялися за допомогою методів математичної статистики. При цьому похибка досліду не перевищувала 5%. Було встановлено, що кісткова будова переднього відділу стопи у юнаків та дівчат має значення біля 1,3. Якщо розглядати відділи заплесни та плесни стопи, то три відрізки між чотирма точками довжини кісток першої плеснової, першої клиноподібної, човноподібної; кісток третьої плеснової, третьої клиноподібної, човноподібної; кісток кубоподібної, п’яткової, таранної - будуть мати значення, яке приблизно дорівнює теж числу 1,3 (золотий вурф).

Крім того, було встановлено, що абсолютні довжини кісток стопи належать до чисел ряду Фібоначчі; а співвідношення між їх довжинами - до чисел “золотого перетину”.

а) б)

Рис. 3. Рентгенограма кісткової будови стопи

, (4)

де W – вурф чотирьох точок А, В, С, Д.

АВ, ВС та СД – довжини відповідних відрізків, мм. ; -граничне значення вурфової послідовності.

На рис. 4 наведено кісткова будова юнацької стопи та співвідношення між кістками стопи, які потрібно враховувати при проектуванні колодок та взуття.

Рис.4. Співвідношення між кістками юнацької стопи за числами “золотого перетину”

На наступному етапі роботи досліджувалися найбільш вагомі показники естетичних властивостей взуття. Попередніми дослідженнями (Азгальдовим Г.Г. та ін.) встановлено, що послідовність визначення закономірностей утворення форм обумовлена різними формоутворюючими факторами, які можна виразити відповідним кількісним критерієм (через критерії функціональності, гармонійності, економічності). Тобто критерій інтегральної якості К? було запропоновано представити у вигляді функції:

К? = f (Кф,Кг,Ке), (5)

де К?, Кф, Кг, Ке – критерії інтегральної якості, функціональності, гармонійності, економічності відповідно.

Для розрахунків критеріїв функціональності та економічності існують різні відомі методи. Аналіз попередніх досліджень показав, що дана група споживачів ставить на одне з перших місць естетичні показники взуття. З метою встановлення найбільш вагомих з естетичних показників взуття була розроблена анкета для експертного опитування фахівців. До анкети були включені такі показники: форма, силует, колір, фактура, конструкція, симетрія і асиметрія, відношення і пропорції та ін. Кількість респондентів-фахівців склала 25 чол. При цьому коефіцієнт конкордації дорівнював 0,7. Встановлено, що до шести найбільш вагомих естетичних показників взуття увійшли: конструктивні лінії, відношення і пропорції, симетрія і асиметрія, колір, фактура матеріалу, декор. Це підтвердило дані, раніше отримані дослідниками Бекк Н.В., Безусяк О.В., Головановою А.Н. та ін.

Наступним етапом досліджень було розрахунок критерію гармонійності у взутті на етапі ескізного проектування моделей.

В КНУТД (Коваленко І.М.) була запропонована формула для розрахунку критерію гармонійності, за якою:

Кг = Кп + Кс +Кр + Км + Ксуп +Кпог, (6)

де Кг, Кп, Кс, Кр, Км, Ксуп, Кпог – критерії гармонійності, пропорційності, симетричності, ритмічності, масштабності, супідрядності, погодженості.

Виходячи з результатів анкетування, було встановлено, що найбільш вагомими критеріями естетично привабливих виробів є - критерії пропорційності (Кп) та симетричності (Кс).

Кг= Кп+ Кс (7)

Для попереднього проведення розрахунків критерію гармонійності та наявності коефіцієнтів “золотих пропорцій” нами були проведені дослідження біля 300 моделей юнацького та дівочого взуття (туфель, напівчеревиків та черевиків з настрочними берцями, союзками та типу “лаофер”) провідних закордонних фірм-виробників. В табл.5, як приклад, наведено співвідношення параметрів конструкцій юнацьких напівчеревиків з настрочними берцями.

Таблиця 5

Співвідношення параметрів конструкцій юнацьких напівчеревиків з настрочними берцями

Відстань, мм | Відношення параметрів

/коефіцієнт пропорційності Пі/

Від середини носкової частини до початку точки закріпки | Від точки закріпки до п’яткового шва | Довжина заготовки по геодезичній лінії |

Зовнішня сторона |

Внутрішня сторона

з зовніш-ньої сторони азов | з внутріш-ньої сторони

авн | з зовніш-ньої сторони

bзов | з внутріш-ньої сторони

bвн | з зовніш-ньої сторони сзов | з внутріш-ньої сторони свн | теоретичне | теоретичне | теоретичне | теоретичне

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10

130,0 | 131,0 | 205,0 | 209,0 | 335,0 | 340,0 | 1,62 | 1,63 | 1,62 | 1,58 | 1,62 | 1,63 | 1,62 | 1,60

128,0 | 134,0 | 206,0 | 208,0 | 334,0 | 342,0 | 1,62 | 1,61 | 1,64 | 1,55

127,0 | 129,0 | 209,0 | 215,0 | 336,0 | 344,0 | 1,61 | 1,65 | 1,60 | 1,67

… | … | … | … | … | … | … | … | … | …

128,0 | 128,0 | 209,0 | 210,0 | 337,0 | 338,0 | 1,61 | 1,63 | 1,61 | 1,64

127,0 | 133,0 | 207,0 | 210,0 | 334,0 | 343,0 | 1,61 | 1,63 | 1,63 | 1,58

127,0 | 129,0 | 206,0 | 214,0 | 333,0 | 343,0 | 1,62 | 1,62 | 1,60 | 1,66

Середнє арифметичне значення | 1,618 | 1,619 | 1,618 | 1,618

Як видно з табл.5, співвідношення параметрів і та їх середньоарифметичні значення являють собою величину 1,62 (чи близькі до неї значення), що є одним з чисел ряду “золотих пропорцій”. Була проведена статистична обробка отриманих даних з використанням законів математичної статистики. Аналогічні співвідношення параметрів були розраховані для інших деталей вказаних конструкцій взуття для юнаків та дівчат, які також відповідають коефіцієнтам “золотих пропорцій”.

Порівнюючи кожну пропорцію сімейства з класичною пропорцією золотого перетину, одержуємо коефіцієнт пропорціювання (Кп). Експериментально встановлено, що він знаходиться в межах 0<Кп ?1,62. Згідно Кп відбирається вихідна пропорція і формується пропорційна сітка.

Наступним етапом було визначення коефіцієнту симетрії (Кс) за відомою формулою:

Кс =1-Фм/Фб, (8)

де Фм – кількість вузлів зорової напруги (кількості фіксацій або зупинок зору), що, характеризує таку з геометричних частин взуття, що привертає меншу увагу; Фб - кількість зорової напруги, що характеризують ту з геометричних частин взуття, яка привертає найбільше уваги.

При цьому, якщо Фм=Фб, то С=0, що дорівнює випадку ідеальної симетрії. При Фм=0, С=1 – випадок ідеальної асиметрії. Експериментально встановлено, що значення Кс знаходяться в межах 0?Кс?1,5.

Потім за формулою (7) розраховується Кг який знаходиться в межах 0<Кг?3,12.

На рис. 5 наведено умовну гармонійну конструкцію закритого взуття (напівчеревиків з настрочними берцями).

Для скорочення терміну розрахунків Кг запропоновано алгоритм оціню-вання критерію гармонійності, який покладено в основу розробки програмного забезпечення автомати-зованого його розрахунку.

Рис. 5. Умовна гармонійна конструкція

напівчеревиків з настрочними берцями

На рис. 6 наведено функціонально-блочна схема автоматизованого розрахунку Кг. Розроблена програма, крім того, дозволяє отримати координати вузлових точок деталей моделей взуття з урахуванням коефіцієнтів “золотих пропорцій”. До переваг автоматизованих розрахунків Кг відносяться також зменшення собівартості розробки нових моделей взуття (зокрема, за рахунок виключення етапу виготовлення макету-зразка моделі), а також уникнення можливостей похибок на стадії їх проектування.

В четвертому розділі роботи спроектовані колодки та взуття для юнаків і дівчат. На основі отриманих даних антропометричних обстежень стоп спочатку були розраховані основні параметри і побудовані контури основних перетинів колодок до взуття для юнаків та дівчат за стандартною методикою. Порівняльний аналіз отриманих даних зі стандартними параметрами показав наявність великих відхилень у вихідних даних, зокрема (ширина устілки в перетині 0,18Д для дівчат за нашими даними менше стандартної на 2,2 мм; а у юнаків – на 3,6 мм; ширина устілки по середині пучків у юнаків менша стандартної на 2,1 мм; при цьому обхват по середині пучків у дівчат на 8,5 мм, а у юнаків – на 8,6 мм більше стандартного; величини обхватів у перетині 0,55Д дівчат на 4,9 мм, а у юнаків – на 17,3 мм більше стандартних).

Графічне співставлення контурів експериментальних колодок з відповідними контурами стандартних колодок підтвердило вище зроблені висновки про зменшення ширини в основних контрольних перетинах та деяке збільшення ширини устілки в зоні 0,5Дст - 0,62Дст (зокрема, для юнаків - 2,5 мм). На необхідність розробки спеціальних колодок для даних груп споживачів вказує також збільшення обхватних параметрів у сучасних дітей – старшокласників та деяка “закрученість” їхніх стоп.

Рис. 6. Функціонально-блочна схема автоматизованих розрахунків Кг

Результати експериментальних даних були використані при автоматизованому проектуванні колодок для юнацького та дівочого взуття з використанням програми Pro/ENGINEER та коефіцієнтів “золотого перетину”. На рис.7, як приклад, наведено побудову устілки колодки для юнацького взуття.

В останній час в інших галузях промисловості широко використо-вується програма Pro/ENGINEER (яка має достатні переваги перед іншими відомими програмами: на 30-70% скорочення часу розробки виробу, скорочення витрат на підготовку виробництва – на 50%, прискорення виходу продукту на ринок – до 90% та ін.), за допомогою якої в роботі були

Рис. 7. Побудова устілки колодки для

юнацького взуття.

Рис. 8. Побудова поверхні колодки до юнацького взуття.

спроектовані та виготовлені на верстатах з ЧПУ дослідні зразки колодок для юнацького та дівочого взуття. На рис.8 наведено як приклад етапи побудови каркасу та нанесення поверхні колодки до юнацького взуття. Після проектування та виго-товлення колодок на них було здійснено проектування деталей верху взуття для юнаків та дівчат з використанням Кг.

Рис. 9. Побудова деталей верху напівчеревиків

з настрочними берцями.

На рис.9, наведено побудову деталей верху напівчеревиків з настрочними берцями.

Оскільки традиційна методика проектування верху взуття базується на коефіцієнтах, запропонованих в 30-ті роки минулого століття, було здійснено корегування коефіцієнтів розташування базисних ліній з урахуванням пропорцій “золотого перетину” (табл. 6).

Таблиця 6

Коефіцієнти розташування характерних анатомічних точок стопи по відношенню до Lp для юнаків та дівчат

Характерні анатомічні точки стопи | Величини коефіцієнтів по відношенню до

Lp (довжина середньої копії)

за традиційною

методикою | юнаки | дівчата

з урахуванням пропорцій “золотого перетину”

Точка центру зовнішньої щиколотки | 0,23 | 0,224 | 0,224

Точка згину стопи у гомілково-стопному суглобі | 0,41 | 0,404 | 0,404

Точка середини стопи | 0,48 | 0,472 | 0,472

Точка середини пучків | 0,62 | 0,618 | 0,618

Точка внутрішнього пучка | 0,68 | 0,674 | 0,674

Точка кінця мізинця | 0,78 | 0,786 | 0,774

На основі вказаних коефіцієнтів на спроектованих колодках була виготовлена дослідна партія взуття, яка була передана в школу №5 м. Броварів для проведення дослідного носіння та отримала позитивні відгуки.

ВИСНОВКИ

1. Проведені антропометричні дослідження біля 600 стоп юнаків та дівчат віком 15-16 років у різних навчальних закладах м. Києва та порівняльний аналіз отриманих даних з даними 1980 р., який підтвердив гіпотезу про дію затухаючого процесу акселерації. Виявлені морфологічні особливості кісткової будови стоп юнаків та дівчат, що потрібно враховувати при проектуванні для них раціональних колодок та взуття.

2. Встановлені закономірності між різними параметрами стоп юнаків та дівчат:

· розподілення частот довжинних, висотних та поперечних (широтних та обхватних) розмірів стоп юнаків та дівчат з достатньою імовірністю виражається законом нормального розподілення;

· середні обхватні та широтні розміри стоп дітей - старшокласників пов'язані з їх довжиною ортогональною регресійною залежністю;

· всі однойменні розміри стоп: довжинні - з довжиною стопи, поперечні - з обхватом у пучках, - мають між собою тісну пропорційну залежність та визначаються коефіцієнтами, які відповідають ряду “золотих пропорцій”.

3. Дослідження кісткової будови стоп юнаків та дівчат показало, що кісткова будова стопи та довжини їх кісток співвідносяться одна до одної за правилом “золотої пропорції” або чисел ряду Фібоначчі, тобто таким чином обґрунтовано проектування гармонійної форми колодки і конструкції взуття для даних груп.

4. Розроблений програмний продукт для автоматизованих розрахунків коефіцієнту гармонійності взуття в середовищі програмування Delphi для операційної системи Windows, який дозволяє скоротити термін та собівартість розробки нових моделей взуття.

5. Розраховані основні параметри і побудовані контури основних перетинів колодок до взуття для юнаків та дівчат: за стандартною методикою, а також за допомогою програм AutoCAD та Pro/ENGINEER. Спроектовані та виготовлені на верстатах з ЧПУ дослідні зразки колодок.

6. Запропоновано корегування коефіцієнтів розташування базисних ліній проектування верху взуття для даних груп споживачів з урахуванням пропорцій “золотого перетину”.

7. Результати роботи пройшли апробацію на ПП Сокальський, ПП “Джентельмен”, МПВКП “Пегас” та в навчальному процесі кафедри КТВШ КНУТД з дисциплін “Формоутворення і колористика виробів” та “Основи художнього проектування і конфекціонування виробів із шкіри”, підготовлена технічна документація до впровадження колодок та розрахована економічна ефективність в цінах 2007р. від впровадження автоматизованого проектування колодок з використанням програми Pro/ENGINEER, яка складає 45081 грн на одне підприємство.

список опублікованих праць за темою дисертації

1. Кернеш В.П., Омельченко Н.М., Коновал В.П. Дослідження особливостей морфології ступнів юнаків та дівчат віком від 14 до 16 років. Повідомлення 1 //Вісник ДАЛПУ.-2000.-№1.-С. 122-126.

2. Кернеш В.П., Омельченко Н.М., Коновал В.П. Проектування взуттєвих колодок для дітей-старшокласників на основі антропометричних досліджень ступнів //Вісник ДАЛПУ.-2000.-№1.-С.29-31.

3. Кернеш В.П. Піляєв О.В. Омельченко Н.М. Дослідження критерія гармонії у дівочому взутті // Вісник Технологічного університету Поділля.- 2001.-№5.-С.115-117.

4. Кернеш В., Резнік Н., Первая Н., Чертенко Л., Омельченко Н., Коновал В. Антропометричні дослідження ступнів дітей України з метою проектування раціональних колодок та взуття// PRZEMYSL LEKKI NA PRZELOMIE TYSIACLECI. – Radom, 2001.-№20.- Р.282-285.

5. Кернеш В.П., Омельченко Н.М., Коновал В.П. Розробка раціонального взуття для старшокласників //Легка промисловість.-2003.-№2.-С.63.

6. Кернеш В.П., Омельченко Н.М., Коновал В.П. Еволюція каблука //Легка промисловість.-2006.-№2.-С.52-53.

7. Кернеш В.П., Омельченко Н.М., Коновал В.П. Дослідження вурфових пропорцій трьохчленних кінематичних блоків стоп старшокласників//Вісник Хмельницького національного університету.- 2006.-№5.-С.162-164.

8. Кернеш В.Ф. Омельченко Н.Н. Исследование гармоничности в строении стоп старшеклассников// Совершенствование процесса изготовления обуви и кожгалантерейных изделий: Международный сб. науч. трудов. - Шахты: ЮРГУЭС, 2004.- С.5-8.

9. Кернеш В.П., Омельченко Н.М., Коновал В.П. Дослідження естетичних властивостей взуття методом опитування та ранжування// Вісник Хмельницького національного університету.- 2005.- №6.- С.209-212.

10. Кернеш В.П. Розробка асортименту взуття для дітей-старшокласників: Зб. наук. пр. – К.: КНУТД, 2000. – с.37.

11. Кернеш В.П. Дослідження сучасних приборів та методів для антропометричних та біомеханічних обстежень нижніх кінцівок: Зб. наук. пр. – К.: КНУТД, 2005. – с.80.

12. Кернеш В.П. Порівняльна ефективність методів, які використовуються при оцінці склепіння стопи людини: Зб. наук. пр. – К.: КНУТД, 2005. – с.79.

13. Кернеш В.П. Омельченко Н.М. Автоматизоване проектування колодок до взуття для старшокласників: Зб. наук. пр. – К.: КНУТД, 2007. – с.62.

В публікаціях [1,4,11-12] автором наведені антропометричні обстеження стоп та обробка отриманих даних. В статті [2] наведено співставлений аналіз побудованих контурів колодок для юнаків та дівчат з існуючими контурами колодок. В роботі [3] наведено алгоритм розрахунку критерію гармонійності. В статті [5, 10] запропонована розробка моделей комфортного взуття з використанням критерію гармонійності. В роботі [6] проаналізовано інваріантну закономірність розвитку форми каблука. В публікаціях [7,8] наведено дослідження пропорцій в скелетній будові стопи. В статті [9] досліджено вагомі основні показники естетичності взуття. В публікації [13] наведено опис автоматизованого проектування колодок в програмі Pro/ENGINEER.

Анотація

Кернеш В.П. Удосконалення гармонійності внутрішньої форми і конструкцій юнацького і дівочого взуття. – 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, 2007.

Дисертація присвячена підвищенню якості юнацького і дівочого взуття за рахунок питань автоматизованого проектування внутрішньої форми і гармонійності його конструкцій.

В роботі були проведені антропометричні дослідження біля 600 стоп юнаків та дівчат віком 15-16 років. Обміри проводилися в школах м. Києва за типовою програмою. Дані антропометричного дослідження стоп дітей-старшокласників оброблялися математично-статистичними та графоаналітичними методами. Також були виявлені основні морфофункціональні