Некоторые особенности разработки высокотехнологичных швейных изделий Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Литература

1. Медведева Т.В., Лапина Т.М. Исследование влияния художественно-конструктивных показателей на визуальное восприятие моделей одежды. Вестник МГУС. Технология. 2007, № 3. С. 58—62.

2. Медведева Т.В. Исследование и формирование графической информации для использования в информационных технологиях процесса проектирования конструкций одежды // НАУКА — СЕРВИСУ. Сборник избранных докладов Международных научно-практических конференций. Выпуск «Техника и технология сервиса». М., 2007. С. 117—126.

3. Малыгина Л.П., Медведева Т.В. Формализация процесса художественно-конструктивного анализа // Тезисы международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2007). Иваново, 2007. ч. 1. С. 221.

УДК 546.722

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ШВЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Сучилин В.А.,

доктор технических наук, профессор,

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», г. Москва,

Архипова Т.Н.,

кандидат технических наук, доцент,

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», г. Москва,

Чубаров В.Б., аспирант,

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», г. Москва.

The authors describe the garment design for tourists and people who spend a lot of time in nature such as fishermen and hunters. For example, this group of products can have the solar cells for powering electronic media like cell phones, radios, and navigators. This form of design requires additional procedural decisions.

В статье рассматриваются вопросы особенности разработки швейных изделий для туристов, для проводящих много времени на природе (рыбаков, охотников и пр.). Одной из особенностей данной группы изделий заключается, например, в размещении на внешней стороне их солнечных элементов для питания различных электронных средств (мобильных телефонов, радиоприемников, навигаторов и пр.). Приводятся дополнительные процедурные решения, которые необходимы при проектировании подобных изделий.

Ключевые слова: процедура САПР, высокотехнологические изделия, швейное производство, принцип унификации, принцип технологичности, солнечные батареи, математическая модель, объект проектирования, коммутационная схема, технологический процесс, задача линейного программирования.

Одной из характерных особенностей современного этапа развития экономики является быстрый рост энергопотребления. Электроэнергия представляет собой наиболее совершенный вид энергии, она легко доставляется потребителю и преобразуется в другие виды энергии. Выработка электроэнергии традиционными способами путем сжигания топлива на тепловых и атомных электростанциях сопровождается химическим и радиационным загрязнением окружающей среды. Возможности наращивания энергетиче-

ского потенциала за счет строительства гидроэлектростанций ограничены гидроресурсами, а также необходимостью отчуждения под водохранилища значительных площадей плодородных земель. Решение проблемы управляемого термоядерного синтеза откроет человечеству доступ к неограниченному источнику энергии, однако перечисленные выше недостатки в той или иной степени будут присущи и термоядерным электростанциям. Эти факторы вынуждают активно разрабатывать в настоящее время нетра-

ТЕХНОЛОГИЯ

диционные способы получения электроэнергии, среди которых наиболее перспективным является фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии [1].

Солнечное излучение представляет собой практически неисчерпаемый источник энергии. Оно поступает во все уголки Земли и находится «под рукой» у любого потребителя. Таким образом, солнечное излучение является экологически чистым, доступным источником энергии, обладающим высоким энергетическим потенциалом. Метод преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых солнечных элементов (СЭ) является наиболее разработанным в научном и практическом плане. Он широко используется в системах энергопитания космических аппаратов и получает все большее применение в наземных условиях для обеспечения электроэнергией автономных потребителей (переносная аппаратура, маяки, автоматические метеостанции и т.п.) [1—3].

В настоящее время использование солнечной энергии находит применение и в швейном производстве. Спецодежда, изделия сферы туризма и спорта и даже бытовая одежда, например, снабжаются различными устройствами, обеспечивающими комфорт жизнедеятельности в условиях дальних туристических походов, работы в геологических партиях и других экстремальных видах деятельности человека, вынужденно оторванного от многих возможностей современной цивилизации. Это, прежде всего, средства связи, радио, навигационные приборы, которые требуют электропитания, в данном случае — автономного электропитания. Средства, вырабатывающие его, должны обладать непременно минимальным весом и габаритами. В то же время они должны иметь необходимые электрические параметры, например, по мощности. Такими характеристиками в настоящее время обладают СЭ, собранные в солнечные батареи. Они нашли широкое применение особенно за рубежом.

Солнечная батарея, состоящая из нескольких солнечных элементов, и является тем преобразователем, который превращает солнечный свет в нужное нам электричество. Сейчас появляется достаточно много различных зарядных и питающих устройств на солнечных батареях. Естественно, возникает проблема выбора на основе прилагаемых характеристик. Прежде всего, это выходная мощность, поскольку именно от нее

зависит, насколько быстро солнечная батарея сможет зарядить подключенные к ней аккумуляторы или способна ли питать нагрузку заданной мощности. Хотя структура СЭ постоянно совершенствуется, однако пока солнечные батареи с малой площадью пластин и, следовательно, малой выходной электрической мощностью, реально малоэффективны, особенно в наших погодных условиях.

Поэтому площадь солнечной батареи является тем показателем, который необходимо предусмотреть в исходных данных будущего швейного изделия, поскольку мощность батареи определяет количество планируемых технических средств, размещаемых в карманах изделия. Мощность, как известно, складывается из двух параметров: силы тока и напряжения. Характеристики солнечной батареи могут включать два значения этих величин — максимальные и рабочие. Для напряжения это будет соответственно напряжение без нагрузки и рабочее, для тока — ток короткого замыкания и рабочий. Различие между максимальным и рабочим напряжениями составляет приблизительно 15—20%. При эксплуатации солнечной батареи нужно стремиться к тому, чтобы при подключенной нагрузке ее выходное напряжение было бы равно рабочему, указанному в технических характеристиках. В этом случае мощность, отдаваемая батареей, будет максимальной.

Таким образом, желательно выбирать солнечную батарею или их набор с выходным рабочим напряжением примерно равным или незначительно превышающим то, что требуется нашим потребителям в лице технических средств, используемых одновременно. Нет смысла приобретать солнечную батарею с выходным напряжением много большим требуемого, поскольку при этом мощность будет просто недоиспользована.

При создании высокотехнологичных швейных изделий разработчик, так же, как и при выпуске обычных изделий, стремится не только к оригинальности модели, оформленной по требованиям современного дизайна, к совершенству конструктивного исполнения, к соответствию используемого материала данной модели и учету других необходимых положений проектирования современных изделий, но и вынужден следовать известным промышленным установкам: изделие должно быть изготовлено с минимальными затратами материальных и трудовых ресурсов. В

решении этих задач разработчик руководствуется многими принципами, из которых два — принцип унификации и технологичности — являются весьма существенными.

Принцип унификации предусматривает широкое использование в создании изделия уже освоенных производством сборочных единиц (узлов) и деталей, что позволяет применять отработанные методы технологии и организации. Большую выгоду приносит унификация еще на стадии конструкторской подготовки, позволяя при проектировании изделий использовать имеющиеся чертежи отдельных деталей и сборочных единиц аналогичных изделий, методики расчета и испытаний, входящих элементов и исходных материалов, полученные расчетные данные и результаты исследований параметров и характеристик. От степени унификации конструкции изделия зависит не только затраты на конструкторскую подготовку производства, но и уровень трудовых затрат на само производство. Чем выше коэффициент унификации, тем меньше разница в трудоемкости изделий оригинальной и типовой моделей.

Принцип технологичности конструкции является основой для характеристики изделия в технико-экономическом отношении. Технологичность конструкции определяет такие ее качества, которые обеспечивают возможность изготовления изделий в данных конкретных условиях с наименьшими затратами труда, времени и материалов при использовании наиболее прогрессивных, экономически оправданных методов производства. Требования технологичности конструкции меняются в зависимости от многих производственных условий, в т.ч. от масштаба производства, степени его цикличности, форм организации и пр. Изделие, технологичное в условиях серийного производства, может оказаться совершенно нетехнологичным при ее единичном производстве и наоборот. В любом случае, прежде всего, необходимо добиться максимального упрощения схем обработки и сборки изделия, сокращения числа деталей и эффективного использования принципа унификации, позволяющего упростить сборку и сократить связанные с ней трудозатраты.

Наряду с этим, начиная с выбора материалов, учитывая масштабы и цикличность производства, зная особенности компоновки высокотехнологичных элементов в изделиях, нужно

смоделировать оптимальный способ обработки деталей и узлов, получить необходимый технологический маршрут его реализации, обеспечить требуемую минимальную трудоемкость сборки. Последовательно решая все эти конструктивнотехнологические задачи под углом зрения тех требований, которые диктуются принципом рациональности, разработчик создает предпосылки к тому, что высокотехнологичное изделие как объект производства будет технически совершенен и экономически целесообразен.

Так, при разработке для туриста минимального комплекта изделий с элементами солнечных батарей, которыми являются куртка, рюкзак, сумка и палатка, были выбраны солнечные батареи, обеспечивающие в сумме выходную мощность в 9 Вт. Солнечные батареи при этом унифицировались по силе тока и напряжению, что обеспечивало не только технологичность изготовления изделий (поскольку они были одного размера), но и эффективность их использования в т.н. полевых условиях за счет предусмотренного модульного принципа их размещения на изделиях, когда все солнечные батареи могли легко демонтироваться с куртки, рюкзака и сумки и монтироваться на палатке, обеспечивая максимум эффективности использования при минимальных затратах на их приобретение. Решению подобных практических задач предшествует, как правило, их моделирование на основе математических методов [4].

Под математической моделью (ММ) объекта проектирования (ОП) надо понимать множество уравнений, ограничений, различных условий, геометрических образов и других факторов, описывающих функционирование объекта. В ММ ОП обычно выделяют свойства системы, элементов системы и внешней среды, в которой должен действовать объект. Количественные представления этих свойств называют параметрами. Различают выходные параметры как величины, характеризующие свойства системы; внешние параметры как величины, характеризующие свойства внешней среды; внутренние параметры как величины, характеризующие свойства элементов системы. Например, для солнечных батарей выходными параметрами будут параметры электрического тока (мощность, напряжение, сила тока, КПД); внешними параметрами будут мощность солнечного потока, температура окружающей среды, влажность и т.п.; внутренними

параметрами могут быть параметры отдельных элементов солнечных батарей, схем трассировки проводки и т.п.

Обозначают векторы выходных параметров

У = (У1, У2......,Ут), внутренние параметры

X = (Х1, Х2,........Хп), внешних параметров

Z = (Z1, Z2,..........Zк ). Тогда выражение

У = F(X, Z) (1)

является одним из примеров ММ. Это выражение позволяет определять выходные параметры У по известным векторам X и Z.

В математическом обеспесении (МО) САПР обычно выделяют две глобальные проектные процедуры (ПП) анализа и синтеза. При реализации ПП синтеза происходит разработка искомого объекта проектирования ОП. При реализации ПП анализа оцениваются варианты построения ОП. В рамках этих процедур различают несколько видов математических моделей. Функциональные ММ представляют в виде систем уравнений, связывающих фазовые переменные, внутренние, внешние и выходные параметры. Структурные ММ отражают структурные свойства объекта и делятся на топологические и геометрические ММ. Топологические воспроизводят сведения о составе и взаимосвязи элементов объекта. Геометрические передают информацию

о взаимном расположении объектов, форме и т.п. Технологические ММ отображают свойства, связанные с процессами изготовления ОП. Теоретические ММ получают на основе изучения физических закономерностей функционирования ОП. Эмпирические ММ строят на основе опыта конструктора, технолога при детальном изучении внешних проявлений свойств объекта.

Структурные ММ удобно применять при решении основных конструкторских задач компоновки, размещения и трассировки солнечных элементов и батарей в целом. Эти задачи относятся к классу комбинаторно-логических оптимизационных задач,связанных с большим перебором исследуемых вариантов решений. Известно, что для реализации структурных ММ наиболее приемлемым является представление их в виде графов. Заметим, что структурная, функциональная, принципиальная схемы компановки СЭ или самих батарей на изделии состоят из набора их и соединителей, находящихся между собой в заданном отношении. Поэтому такие схемы можно рассматривать как некоторое множество элементов, в нашем случае, солнечных батарей.

Б = {Б1, Б2,..Бп}, | Б | = N и некоторое множе-

ство соединителей, называемых цепями,

Е = {Е1, Е2,..Ет}, |Е | = М, находящихся в за-

данном бинарном отношении. В схеме имеются внутренние и внешние выводы:

С ={ С 1,1, С1,2,..С 1,К; С 2,1, С 2,2.; С0,1,

С0,2,...С0,Р; }.Внутренние выводы соединяют

элементы схемы между собой, внешние выводы соединяют рассматриваемую схему с другими схемами, например, с аккумулятором. Множество С называется в этом случае множеством контактов. Такое представление схемы именуют схемой сединений или коммутационной схемой (КС).

Рис. 1. Коммутационная схема солнечных батарей на изделии (туристическая палатка)

На рис. 1 показана КС солнечных батарей на туристической палатке, где соединены все батареи, которые имелись у туриста в наличии, обеспечивающие комфорт жизнедеятельности на природе, — это куртка, рюкзак и сумка с солнечными батареями. Солнечные батареи одного типа, это обеспечивает унификацию их применения. Они съемные, это обеспечивает технологичность изготовления швейных изделий, и эффективно работают в разных сочетаниях применения.

Проектирование изделия осуществляется на основе иерархии элементов, заложенных в рис. 1. На основе полученной информации производится топологический синтез положения солнечных батарей (рис. 2).

Далее формируется процесс топологического синтеза солнечных батарей и трассировки соединений (рис. 3). На общей подложке 1 размещаются подложки солнечных батарей 2 и 5, которые могут составлять единое целое с подложкой

1 или разделяться на части по пунктирным линиям. Целое их отображение соответствует принадлежности изделию — туристическая палатка, а разделенное соответственно изделиям вида курт-

Рис. 2. Граф представления проектируемого узла — сборки солнечных батарей (1—8 — топологические элементы)

ка, рюкзак и сумка. Процесс топологического синтеза узла включает также показ возможного размещения солнечных батарей 3, 4, 6—8 и трассировка их соединений. Трассировка для всех батарей, размещенных на туристической палатке, завершается наличием внешних выводов С0,1 и С0,2 (рис. 1) для подсоединения к аккумулятору. При раздельном размещении солнечных батарей соответственно на изделиях вида куртка, рюкзак, сумка внутренние выводы С, например,

С3,4 ....и т.д., становятся внешними и служат

для соединения с помощью проводов с тем же аккумулятором, размещенном в кармане куртки, а в других карманах располагаются потребители электрической энергии в виде мобильного телефона, радиоприемника и других необходимых приборов. Трассировка проводки их в топологический синтез узла солнечных батарей может не входить, т.к. наличие их может меняться.

Рис. 3. Схема топологического синтеза узла — сборки солнечных батарей

На основе топологического синтеза проектируемого узла (рис. 2 и 3), включающего все используемые солнечные батареи, что предусмотрено исходя из планируемой эффективности их применения в одном из изделий — палатки для туриста, выполняется геометрический синтез для других изделий. С использованием диффе-

ренцированного подхода и логики оптимального распределения мощности солнечных батарей на изделиях, где учитывалась возможность получения максимальных параметров на выходе, искомая структура имела вид: три солнечных батареи на съемном воротнике и по одной батареи соответственно на рюкзаке и сумке (рис. 4). Солнечные батареи закреплялись на швейном узле через пленочные подложки, а на изделии с помощью кнопок.

Рис. 4. Структура размещения солнечных батарей на швейных изделиях: (1 — на съемном воротнике куртки, 2 — на рюкзаке, 3 — на сумке)

Топологический синтез проводился исходя из учета конкретных параметров солнечных батарей, отмеченных выше и имеющихся в продаже, поэтому была принята коммутационная схема с последовательным расположением солнечных батарей. Естественно, при других параметрах солнечных батарей рациональной может стать КС с параллельным или со смешанным расположением. В целом это не существенно влияет на процесс изготовления выбранных изделий.

В настоящее время имется большое разнообразие солнечных батарей, выпускаемых как отечественными, так и зарубежными производителями. Кроме того, эта продукция относится к товару, подверженному непрерывному совершенствованию. Так в последнее время приводятся данные достижения КПД солнечных батарей 45%, хотя три года назад он был равен примерно 25—30%. Значительные успехи достигнуты в сокращении толщины и веса солнечных батарей. Солнечную батарею толщиной в бумажный лист, которую можно гнуть и сворачивать, создала японская электротехническая компания Sharp.

Как сообщает сегодня токийская печать, батарея в виде пленки имеет толщину от 1 до 3 микрометров, т.е. от одной до трех тысячных миллиметра. Это меньше современных аналогов примерно в 100 раз. Компания собирается начать промышленное производство новики уже в этом году. Пленка площадью в две визитные карточки весит всего один грамм и обладает мощностью в 2,6 ватт. По словам разработчиков, этого уже достаточно, чтобы обеспечить электропитанием велосипедный фонарь. Учитывая, что пока подобные материалы еще не стали рыночным товаром, данную задачу решали на основе солнечных батарей фирмы ^игауа, параметры солнечных батарей следующие: выходное напряжение 6 В, сила тока 200-300 мА (выходная мощность до 1.8 Вт), размеры 115x215x9мм, вес 270 г, пластиковый корпус.

Следующим отличительным этапом разработки высокотехнологичных изделий связан с оптимизацией производства высокотехнологичного узла, каким является узел солнечных батарей. Работа САПР технологического процесса (ТП) подобных узлов также основывается на использовании ММ. Отметим, что формальное описание тП и является его моделью, которая необходима для создания и функционирования САПР ТП. Известно, что в общем виде ММ ТП представляет собой уравнения, неравенства, логические схемы и т.п., которые определяют зависимость между входными, выходными и управляемыми параметрами ТП, параметрами материалов, полуфабрикатов, технологического оборудования. Часто применяются следующие модели ТП: описательные, графические, аналитические. Наиболее приспособленными для использования в САПР ТП являются аналитические ММ. Задачи определения значений параметров, обеспечивающих экстремум (максимум или минимум) функции при заданных ограничениях на аргументы, называются задачами математического программирования (ЗМП). При этом большинство оптимизационных производственных задач решается методами линейного программирования (ЗЛП). Так, в нашем случае при п различных швейных изделий и т солнечных

батарей, включенных в данные изделия, при известном количестве этих солнечных батарей в изделиях необходимо провести расчет ТП с целью получения минимальных затрат. Обозначим: Uij — содержание в весовых единицах j-го узла солнечных батарей в единице веса i-го изделия, Vj — минимальная суточная потребность j-м узле. Пусть Xi — искомое суточное производство i-го изделия, тогда:

П

Xi > 0 и V Uij Xi — общее содержание j-го i=1

узла в изделии, которое должно быть не менее минимальной потребности Vj :

П

VUi,jXi > Vj ( j = 1,2....m),

” (2)

Xi> 0 (i =1,2,...n ).

Если Ci — стоимость единицы i-го изделия, тогда математическая формулировка ЗЛП определить:

П

min V Ci Xi при выполнении условий (2). i=l

Таким образом, малые швейные предприятия могут успешно решать вопрос выпуска швейных изделий, относящиеся к высокотехнологичным изделиям, т.к., например, подбор параметров солнечных батарей не требует специальных знаний, и они не относятся к устройствам, требующих соблюдения особых правил эксплуатации, а с учетом принципа унификации и технологичности конструктивного исполнения изделий, особенности проектирования и производства их незначительно изменяют процесс изготовления, но зато выводит на рынок новую, перспективную продукцию, которая наверняка будет иметь спрос у населения. Представленный в статье материал не включает общих вопросов проектирования и технологии производства предложенных швейных изделий, т.к. они практически не подвергаются изменениям, поскольку высокотехнологические узлы — солнечные батареи для предложенных изделий комплектуются на этапе уже готовых изделий.

Литература

1. Андреев В. М., Грилихес В. А., Румянцев В. Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Л.: Наука, 1989. 310 с.

2. Солнечные батареи\poгtadetnews.phtml.htm

3. Солнечные батареи\РиЬЦсайоп_103.Ыт1

4. Курейчик В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1990. 352 с.

УДК 687.016:687.12

разработка классификации зрительно-подобных типовых фигур мужчин методом кластеризации

Таран А.Н.,

доцент, кандидат технических наук,

ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», г. Москва.

The research is part of a project aimed at the development of information technology for performing creative work in clothing design. The classification of visual-standard male figures should serve as graphical models for all the male population. The author offers a new objective method for this purpose. The classification of visual-standard men figures can be used in the service fieldfor the integrated approach to register parameters of the external image of consumers in the area of clothing design. The formality and accuracy in value assignment of male figures makes the classification adaptable to any information technologies.

В статье приведены результаты научно-исследовательской работы, входящей в состав исследований по тематике «Разработка информационных технологий выполнения работ творческого характера процесса проектирования конструкций одежды (ППКО)». Объектом исследования являлись мужские типовые фигуры по ОСТ 17325—86, а целью исследования — создание классификации зрительно-подобных мужских типовых фигур, способной заменить всю совокупность фигур мужского населения эталонными с их визуализацией в виде графических моделей, что потребовало разработки объективного метода их задания. Применение классификации зрительно-подобных мужских фигур в сфере сервиса позволит реализовать комплексный подход по учету параметров внешнего образа потребителя в ППКО, а формальность и точность задания мужских фигур обеспечивает возможность ее включения в любые информационные технологии.

Ключевые слова: мужские типовые фигуры, графические модели, визуализация, зрительное подобие, кластеризация.

Перспективы развития новых информационных технологий проектирования конструкций одежды связаны с комплексным учетом внешних параметров потребителя. Для решения этой задачи впервые специалистами РГУТиС разработана, а затем усовершенствована классификация зрительно-подобных женских типовых фигур [1, 2]. В МГУДТ создана классификация типовых мужских фигур [3] на основе принципа подобия пропорций, в которой 172 типовые фигуры ОСТ 17325—86 сгруппированы в 11 классов. При этом были использованы диаметры только корпусной части мужской фигуры, что недостаточно для объективного объединения фигур в классы; отсутствие в классификации [3] графической ви-

зуализации эталонных мужских фигур делает ее неэффективной для практического использования в традиционных (ручных) и информационных технологиях проектирования конструкций одежды.

В настоящее время существует множество методов графической визуализации женских фигур [4, 5, 6 и т.д.]. Однако объективных методов графической визуализации мужских фигур не разработано. С целью создания объективного метода задания графических моделей мужских фигур необходимо иметь состав проекционных размеров, описывающих фигуру в полный рост с высокой точностью. В действующей размерной типологии, характеризующей мужскую часть населения