Математическая модель представления и алгоритмы формирования выкроек плечевой одежды для САПР швейного производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Проказникова, Елена Николаевна

• Проказникова, Елена Николаевна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Проказникова, Елена Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ' РАЗВИТИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ШВЕЙНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

1.1 Задачи системы автоматизированного проектирования швейной промышленности.

1.2 Развитие систем автоматизированного проектирования швейной промышленности.18»

1.3 Перспективы развития систем автоматизированного* проектирования швейной промышленности.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАДАЧИ ПОСТРОЕНИЯ* ВЫКРОЙКИ ШВЕЙНОГО ИЗДЕЛИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

2.1 Математическое описание задачи построения выкройки детали швейного изделия на основе теории приближений.

2.2 Математическая модель криволинейного контура^ выкройки детали швейного изделия.

2.3 Математическая модель выкройки швейного изделия.

3. ПОСТРОЕНИЕ ВЫКРОЙКИ ДЕТАЛИ ШВЕЙНОГО ИЗДЕЛИЯ С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ, ОСНОВАННОЙ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ КРИВЫХ БЕЗЬЕ.

3.1 Особенности, построения выкройки детали« швейного изделиям в. САПР ШП на основе математического аппарата кривых Безье.

3.2 Формализованные правила поиска координат особых опорных точек.

3.2.1 Формализованные правила поиска координат особых опорных точек для построения линии боковых срезов (2 точки).

3.2.2 Формализованные правила поиска координат особых опорных точек для построения вытачки по линии талии переда юбки (2 точки).

3.2.3 Формализованные правила поиска координат особых опорных точек для построения линии плечевого среза спинки (1 точка).

3.2.4 Формализованные правила поиска координат особых опорных точек для построения линии оката рукава (2 точки).

3.3 Особенности поиска координат опорных точек.

4. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ПОСТРОЕНИЯ ВЫКРОЙКИ ШВЕЙНОГО ИЗДЕЛИЯ С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЫКРОЙКИ, ОСНОВАННОЙ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ КРИВЫХ БЕЗЬЕ.

4.1 Построение выкройки швейного изделия в САПР ШП на основе математического аппарата кривых Безье.

4.2 Построение плана раскроя материала для выкроек швейных изделий в САПР ШП на основе математического аппарата кривых Безье.

5. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ШВЕЙНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

5.1 Структура программного комплекса для швейной промышленности.

5.2 Интерфейс программного комплекса для швейной промышленности.

5.3 Особенности работы в программном комплексе для швейной промышленности «Новый стиль».

5.4 Взаимодействие между подсистемами САПР ШП при использовании в качестве базового конструкторского элемента выкройки детали швейного изделия.

5.5 Оценка эффективности работы программного комплекса для швейной промышленности «Новый стиль».

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическая модель представления и алгоритмы формирования выкроек плечевой одежды для САПР швейного производства»

Актуальность проблемы

Исследование технологического процесса пошива одежды на предприятиях и в частных ателье показывает, что многие из этапов зависят от быстроты и качества построения выкройки. В свою - очередь, этап конструирования выкройки опирается на опыт закройщика-конструктора и его квалификацию. Стоимость высоко квалифицированных кадров и качественных материалов приводит к тому, что частные ателье и предприятия в сфере швейной промышленности становится убыточными. Использование специализированных САПР позволило бы повысить рентабельность швейного производства с малыми объемами. В настоящее время наиболее известными из таких специализированных систем являются программные комплексы «Грация» и «Автокрой». Так же существуют системы, в которых автоматизируется не только процесс создания выкройки швейного изделия, но и примерки. Частные ателье, мелкие и даже средние предприятия» не могут позволить себе приобретение лицензионных версий этих систем.

Большие специализированные системы автоматизированного проектирования, кроме высокой стоимости, имеют еще ряд недостатков. Они опираются на стандартные размеры и не учитывают индивидуальные особенности, что недопустимо в условиях индивидуального пошива. При конструировании выкройки используются методы, которые затрудняют интерактивное внесение изменений. Математические модели выкроек деталей в этих программных комплексах различны на разных этапах технологического процесса. Использование для- построения выкройки детали-швейного изделия в. САПР стандартных геометрических примитивов (прямая, дуга и т.п.) в условиях индивидуального пошива лишь незначительно сокращают время разработки модели одежды. Более широкое применение методов ЗБ-моделирования в программных комплексах для- швейной промышленности так же ограничивается использованием математической модели выкройки, основанной на стандартных геометрических примитивах. Данная проблема связана с необходимостью переходов от 20-модели (чертежа выкройки) к ЗБ-модели (объемному отображению разрабатываемого образца одежды) и обратно. Аффинные преобразования стандартных геометрических примитивов и другие алгоритмы переходов, которые при этом используются, могут давать существенную погрешность. Разработка и исследование способов математического представления выкройки детали швейного изделия является актуальной проблемой. При этом следует учитывать, что математическая модель представления выкройки детали швейного изделие связана со всеми этапами технологического процесса конструирования. Изменение способа представления выкройки в САПР может повлечь за собой изменения в разных по математической и прикладной постановке задачах, решаемых программным комплексом. Исследование возможности применения новых математических моделей в уже существующих алгоритмах без их изменения является так же актуальной задачей.

В литературе среди работ по данной тематике и работ, посвященных решению смежных задач, можно выделить несколько основных направлений: статьи В. Ещенко, В. Светиков, А. Ещенко, Е. Булатова (НПО «Грация», Россия), О. Родионова (НАШ «Лакшми», Беларусь) и других ученых, посвященные вопросам комплексной автоматизации проектирования швейных изделий; в работе В. Киракосяна и в некоторых других литературных источниках большое внимание уделено построению математической модели выкройки на основе антропологических исследований; в области решения задач упаковки (раскладки) геометрических объектов сложных форм (нестинг) известны работы Л.Б. Беляковой, М.А. Верхотурова, В.В. Мартынова, Ю.Г. Стояна, A.A. Панасенко, а в области ортогональной упаковки прямоугольных объектов — Э.А. Мухачевой, А.Ф. Валеева, A.C. Филиппова.

Таким образом, создание гибкой математической модели выкройки, позволяющей ускорить процесс конструирования швейного изделия при индивидуальном пошиве и на предприятиях с малым объемом производства, и разработка на основе этой модели алгоритмов для решения смежных прикладных задач представляет актуальную теоретическую проблему, решение которой позволит повысить эффективность автоматизации технологического процесса пошива одежды.

Объектом исследования в данной работе является легкая промышленность. В качестве предмета исследования выделяется математическая модель представления выкройки' швейного изделия, которая основывается на нестандартных геометрических примитивах, а так же методы и алгоритмы реализации; математической модели выкройкигВ рамках соответствующих САПР.

Цель и задачи исследования; Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов' и процедур построения выкройки швейного изделия- на основе математической модели, не использующей стандартные геометрические примитивы, а также разработка алгоритмов для решения смежных прикладных задач на основе разрабатываемой математической модели.

Для достижения цели работы поставлены и решены следующие задачи:

1) обоснование и выбор метода построения криволинейного контура- выкройки детали швейного изделия без использования стандартных геометрических примитивов;

2) формализация задачи построения*выкройки с учетом выбранной метода;

3) разработка алгоритмов поиска координат особых опорных точек и процедуры-для формирования матрицы опорных точек;

4) разработка процедуры для построения эквидистанты криволинейного контура выкройки детали швейного изделия;

5) исследование возможности применения существующих алгоритмов оптимизации раскладки для выкроек, построенных с помощью аппарата кривых Бе-зье.

Методы исследования. Для изложения теоретических основ в диссертации использовались методы дифференциального и интегрального исчислений, аналитической геометрии, теории приближений, топологии, математического программирования. Основные задачи решены с использованием методологии структурного и объектно-ориентированного программирования, реляционных баз данных.

Научная новизна. В> диссертации предложено использование аппарата кривых Безье для построения криволинейного контура выкройки детали швейного изделия. Предложено использовать выкройки базовых лекал деталей в качестве базового конструкторского элемента. Исследована возможность создания вы I кройки модели одежды на основе аппарата кривых Безье. Разработаны алгоритмы и процедуры для решения смежных задач.

При проведении исследований в рамках диссертационной работы получены новые научные результаты.

1. Формализация задачи построения выкройки с учетом особенностей аппарат кривых Безье.

2. Формализованные правила определения координат опорных точек для построения криволинейного контура выкройки и дана их классификация.

3. Алгоритмы для поиска координат особых опорных точек.

4. Процедуры формирования1 матрицы опорных точек и построения эквиди-станты криволинейного контура выкройки.

5. Программная реализация в виде графического редактора, зарегистрированного в отраслевом фонде алгоритмов г и программ.

Достоверность научных положений1 определяется корректностью предложенных методов и сравнением качественных результатов и временных затрат, полученных на практике при использовании программного1 комплекса «Новый стиль».

Практическая значимость результатов. На основе теоретических исследований разработаны проектные процедуры построения выкройки швейного изделия. Внесены изменения в алгоритмы решения смежных задач. Наибольшее применение результаты работы получили на предприятиях с малыми объемами производства. Программный комплекс продемонстрировал высокую адаптируемость, универсальность при» его использовании на швейных предприятиях и для индивидуального пошива. Легкость освоения программного' продукта* делает возможным его широкое применение. Предлагаемый комплекс алгоритмов отличается от современных аналогов малыми временными затратами на реализацию технологического процесса конструирования выкройки швейного'изделия, что ведет к значительному сокращению финансовых затрат швейного предприятия.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследования были внедрены в ООО «Швейный дом «Стиль-Р» (г. Рязань), ЗАО «Касимовская швейная фабрика (г. Касимов), ОАО «Голубая Ока» - швейная фабрика г. Рязань). В 2008 г. программа, основанная на результатах исследования, стала одним из победителей конкурса Министерства промышленности Правительства Рязанской области на предоставление субсидий за счет средств областного бюджета на государственную поддержку научной или научно-технической деятельности в Рязанской области. Программа зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ (свидетельство №11268 от 31.07.2008 г.).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 12 работ. Основные результаты представлены в работах [52-62]. В число указанных публикаций входят 2 статьи из «перечня ВАК ведущих научных журналов и изданий»; 7 статей в межвузовских сборниках научных трудов; 2 статьи в сборниках по итогам всероссийских научно-технических конференций; 1 программа, зарегистрированная в отраслевом фонде регистрации программ.

Структура работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав основного материала, заключения, библиографического списка и приложений; содержит 162 страницы основного материала. Библиографический список включает 75 наименований.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Проказникова, Елена Николаевна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложено использование аппарата кривых Безье для построения криволинейного контура выкройки, что позволяет применять выкройку детали швейного изделия в качестве базового конструкторского элемента в. системе автоматизированного проектирования. Использование и развитие такого подхода позволяет приблизить процесс создания выкройки швейного изделия с помощью систем автоматизированного проектирования к творческому процессу разработки новой модели одежды конструктором-закройщиком вручную и дает возможность более эффективного использования^ машинных ресурсов. При проведении исследований в рамках диссертационной работы получена формализация^ задачи построения ^выкройки с учетом особенностей аппарат кривых Безье.

2. Предложена классификация опорных точек и сформулированы, формализованные правила поиска координат этих опорных точек.

3. Разработаны алгоритмы, которые отражают особенности формирования матрицы опорных точек и дают возможность использовать аппарат кривых Безье для автоматического построения криволинейного контура выкройки детали швейного изделия.

4. Разработана процедура построения эквидистанты криволинейного контура выкройки и представления эквидистанты набором параметров, сформированным с использованием математического аппарата кривых Безье. Использование этой процедуры упрощает определение взаимного расположения выкроек деталей.

5. Разработан графический редактор «Новый стиль» для построения выкроек швейных изделий, который основан на алгоритмах и процедурах, использующих аппарат кривых Безье. Разработанное программное обеспечение является конкурентоспособным среди систем данной направленности. При' условии расширения и доработки подсистем построения и редактирования выкройки, модели одежды (добавление возможности ЗБ-моделирования и виртуальной примерки) и создания карт раскроя материала (использование экспертной системы для формирования карты раскроя) данный программный продукт в эксплуатации может показать эффективность, превосходящую все имеющиеся аналоги в несколько раз.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Проказникова, Елена Николаевна, 2010 год

1. Киракосян В:К. Конструирование мужской верхней одежды с использованием ЭВМ. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1982. — 120 с.

2. Матузова Е.М., Назарова А.И., Реут Т.Н., Куликова И.А. Швейное производство предприятий бытового обслуживания: Справочник. — М.: Легпромбытиздат, 1998. 416 с.

3. Першина Л.Ф., Петрова C.B. Технология швейного производства. -М.: Легпромбытиздат, 1991. 416 с.

4. Франц В.Я. Оборудование швейного производства. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. 448 с.

5. Франц В.*Я. Швейное производством Справочник по эксплуатации в 2 т. Т. 1- М.: Издательский центр «Академия», 2007. 336 с.

6. Франц В.Я. Швейное производство. Справочник по эксплуатации в 2 т. Т. 2- М.: Издательский центр «Академия», 2007. 336 с.

7. Труханова А.Т. Основы технологии швейного производства. М.: Высшая школа, 2002. - 336 с.

8. Лин Жак. Техника кроя. М.: «Mera», 1992. 80с.

9. Красильникова Г., Самсонов В., Тарелкин С. Автоматизация инженерно-графических работ. СПб.: Питер, 2001. - 256 с.

10. Романычева Э.Т., Сидорова Т.М., Сидоров С.Ю. AutoCAD. Практическое руководство. М.: ДМК, Радио и связь. 1998 - 480 с.

11. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. — М.: Высшая школа, 1986. — 302 с.

12. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. -М.: Высшая школа, 1990. 334 с.

13. Норенков ШШ Разработка систем автоматизированного проектирования. -М.: Издательство МГУ, 1994. — 206 с.

14. Корячко В.П. и др. Теоретические основы САПР. М.: Энергоатомиздаг, 1987. — 400 с.

15. Корячко В.П;, Везенов В.И. Организация программного; обеспечения САПР. Рязань: РРТИ, 1986. - 72 с.

16. Фокс А., Пратт М. Вычислительная геометрия: применение в проектировании и на производстве. /Под ред. К.И. Бабенко. Пер. с англ. Г.П. Бабенко, Г.П. Воскресенского. М.: Мир, 19821 —304 с.

17. Аджиев В.Д;, Пасько A.A., Пилюгин В.В. и др; Машинная; геометрия и графика. М.: Знание, 1990. -48 с.

18. Носач В.В; Решение задач?: аппроксимации с помощью: персональных компьютеров. М.: МИКАП, 1994. - 382 с.

19. Корнейчук Н.П. Сплайны в теории приближения. — М.: Наука, 1984. — 352 с.

20. Гребенников А.И. Метод сплайнов и решение некорректных задач теории приближения. М.: Издательство Московского университета, 1983. - 208 с.

21. Алберг Дж., Нильсон Э., Уолш Дж. Теория сплайнов и ее приложения. — М;: Мир, 1972.-316 с.

22. Гончаров B.J1. Теория интерполирования и приближения функций.,—М.: Государственное издательство* технико-теоретической литературы; 1954. — 327 с.

23. Ахизер Н.И. Лекции по теории аппроксимации. -М.: Наука, 1965. 408 с.24.; Де Бор К.' Практическое руководство по сплайнам. Mi: Радио и связь, 1985.-303 с.

24. Вершинин В.В. и др: Экстремальные свойства сплайнов и задачи сглаживания. Новосибирск: Наука. 1988. ЮГ с.153 ■■'.".

25. Василенко > В;А\. Сплайн- функции: теория- алгоритмы, программы; — Новосибирск: Наука, 1983. — 214 с.

26. Фнхтенгольц F.M. Курс дифференциального и интегрального исчисления. В.трех томах; Том;Г.,-Лань, 1997J -608ic:

27. Голованов H.H., Илыотко Д.П., Носовский Г.В. Компьютерная геометрия: учебное пособие для студ: вузов. — М.: Издательский центр «Академия», 2006.-512 с.

28. Стоян Ю.Г., Панасенко А.А. Периодическое размещение геометрических объектов.- К.: Наукова думка, 1978= — 176 с.

29. Болтянский В .Г., Гохберг И.Ц. Теоремы и задачи комбинаторной геометрии. М.: Наука, 1965.

30. Тот, Л.Ф. Расположение на плоскости^ на сфере и bi пространстве. — М.:Физматгиз, 1958.32.- Гуляницкий Л.Ф., Малышко С.А. Комбинаторный; подход к решению одного класса задач размещения. К, 1988.

31. Стоян Ю.Г., Яковлев C.B. Математические модели и оптимизационные методы геометрического проектирования. — К, 1986.

32. Понтрягин Л:С. Основы комбинаторной топологии. М, 1986.

33. Канторович Л.В. Математические методы организации и планирования производства. Л.: Издательство Ленингр. Ун-та, 1939.

34. Канторович Л.В. Экономический. расчет наилучшего; использования ресурсов. М. : Академиздат, 1959.

35. Канторович Л.В., Залгаллер В А. Рациональный раскрой, промышленных материалов. Новосибирск: Наука; 19741

36. Карманов В;Г. Математическое программирование. -М.: Наука, 1980.

37. Васильев Ф.П: Численные методы решения экстремальных задач. — М.: Наука 1980.

38. Ашманов С.А. Линейное программирование. — М:: Наука; 1981.41.* Мухачева Э:А. Рациональный раскрой промышленных- материалов. Применение в АСУ. М.: Машиностроение; 1984.

39. Мухачева-Э.А., Рубинштейн Г.Ш. Математическое программирование. — Новосибирск. Наука, 1987. 275с.

40. Мухачева A.C., Чиглинцев A.B., Генетический алгоритм- поиска минимума в задачах. двумерного гильотинного раскроя. -М.: Машиностроение. Информационные технологии. 2001, №3. С. 27-32.

41. Мухачева Э.А., Мухачева. A.C. Конструирование алгоритмов локального поиска, оптимума прямоугольной упаковки на базе двойственных задач линейного раскроя. — М.: Новые технологии. Информационные технологии. 2002, №6; С. 25-30.

42. Мухачева Э.А., Мухачева A.C. Задача прямоугольной упаковки: методы локального поиска оптимума на базе блочных структур. М.: Наука. Автоматика и телемеханика. 2004, №1. С. 28-36

43. Чураков Е.П., Филатов Ю.А. Экстремальные задачи с ограничениями. -Уч. пособие. Рязань: РГРТА, 1993. 64 с.

44. Чураков Е.П., Филатов Ю.А. Методы и алгоритмы конечномерной безусловной оптимизации в задачах управления. Уч. пособие. — Рязань: РГРТА, 1993.-48 с.

45. Липский В. Комбинаторика для программистов. — М.: Мир, 1988. 213 с.

46. Валеев А.Ф; Задачи одномерной упаковки рандомизированный метод динамического перебора и метод перебора с усечением: Приложение к журналу «Информационные технологии». — М.: Новые технологии: Машиностроение, 2003. 24 с.

47. Черноруцкий И.Г. Методы оптимизации в теории управления: Учебное пособие. СПб.: Питер, 2004. - 256 с.155 .;'■•■.-'•

48. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф; Базы; знаний интеллектуальных систем. СПб.: Питер, 2001. - 384 с.

49. Проказникова E.H. Математическая модель раскроя материала для САПР легкой промышленности. //Новые информационные технологии. Межвузовский сборник. Рязань: РГРТА. 2001. с. 192-196.

50. Проказникова E.H. Математическое описание выкройки изделия на основе теории приближений. //Математическое и программное обеспечение вычислительных систем: Межвузовский сборник научных трудов. М.: Горячая линия - Телеком, 2006. с. 84-88.

51. Проказникова E.H. Математическое описание поверхности ткани для создания выкройки детали изделия. //Математическое и программное обеспечение вычислительных систем: Мёжвузовский сборник научных трудов. М.: Горячая линия - Телеком, 2007. с. 36-40.

52. Проказникова E.H. Программа «Построение и редактирование выкройки базового лекала текстильного изделия», номер свидетельства об отраслевой регистрации разработки №11268 от 31.07.2008 г., номер государственной регистрации №50200801751 от 08.08.2008 г.

53. Проказникова E.H. Автоматизация процесса построения невыпуклого криволинейного контура на примере выкройки детали швейного изделия. //Программные информационные системы: Межвузовский сборник научных трудов. Рязань: РГРТУ, 2010. - с. 107-111.

54. Кормен Томас X., Лейзерсон Чарльз И., Ривест Рональд л., Штайн Клиффорд. Алгоритмы: построение и анализ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. - 1296 с.

55. Тюкачев Н., Свиридов Ю. Delphi 5. Создание мультимедийных приложений. — М.: Нолидж. 2000. — 384 с.

56. Фаронов B.B. Delphi 5. Руководство программиста. М.: «Нолидж», 2001. - 880 с.

57. Р. Баас, М. Фервай, X. Гюнтер. Delphi 5: для пользователя. К.: Издательская группа BHV, 2000. - 496 с.

58. Фаронов В.В. Система программирования Delphi. СПб.: БХВ-Петербург, 2006 - 912 с.