Актуальность работы. В настоящее время в связи со стремительно развивающимся рынком товаров и услуг большое значение приобретает товарный, фирменный знак или бренд. Каждая компания заинтересована в отличительных особенностях стиля своих сотрудников и своей рекламе. Наличие своего товарного знака на одежде - один из самых распространенных и действенных рекламных методов.

Одним из распространенных способов нанесения фирменного знака на одежду является автоматическая вышивка (АВ). Вышивка приобретает всё большее распространение, благодаря её долговечности и декоративности, а также расширяющемуся рынку оборудования и прикладных материалов.

Однако, на сегодняшний день, вопросы автоматической вышивки в России исследованы недостаточно. Отсутствие единого понятийного аппарата затрудняет коммуникацию дизайнеров логотипов и предприятий-производителей АВ. Практически вся информация непосредственно о технологии АВ в основном связана с конкретными практическими наработками и производственным опытом вышивальных организаций и научно никак не оформлена. В то же время существующие научные труды отечественных и зарубежных авторов в смежных областях (Савостицкий А.В., Меликов Е.Х., Фроловский В.Д., Ландовский В.В. и др.) позволяют подойти к вопросу исследования технологии АВ довольно эффективно.

Цели и задачи исследований. Основной целью работы является классификация и определение связей между проектными параметрами вышивки и её технологичностью и внешним видом в системе "ткань - вышивка".

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Исследование средств и методов технологии АВ, позволяющих повысить скорость и качество производства, обеспечить научную основу для дальнейших исследований. Сюда можно отнести вопросы прогнозирования качества на ранних этапах производства, классификации параметров программ вышивки, классификации физических явлений, происходящих при образовании системы "ткань - вышивка".

2. Исследование средств и методов, позволяющих снизить влияние свойств конкретных материалов на качество вышивки. Иными словами - универсализация технологии АВ. Конкретные вопросы: учет и/или компенсация особенностей материалов основы для вышивки, эффективные средства моделирования процессов АВ и прогноза дефектов.

3. Создание и верификация математического аппарата, моделирующего процессы, происходящие в системе "ткань-вышивка" для прогнозирования возможных дефектов и оптимизации процесса проектирования вышивки.

Объекты исследования.

файлы программ автоматизированной вышивки в проектном и стежковом форматах;

образцы автоматизированной вышивки.

Методы исследования. Работа базируется на использовании методов статистического анализа законченных программ вышивки, визуально-геометрических измерений экспериментальных образцов, методов математического моделирования системы "ткань-вышивка".

В работе использованы линейные методы для решения систем линейных уравнений равновесия узлов упругой сетки в модели ткани. Экспериментальные исследования проводились с применением оптико-электронных измерений. Для сбора и обработки данных использовались автоматизированные системы и алгоритмы машинной логики на базе современных ПЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана универсальная классификация проектных параметров вышивки, основанная на свойствах фактических стежковых заполнений, не зависящая от алгоритмов и методов, применяемых на этапе их проектирования. Предложена классификация факторов технологичности и внешнего вида вышивки (классификация дефектов вышивки и значимых свойств материала основы).

2. Получены статистические данные о конкретных величинах конструктивных параметров вышивки, используемых на практике.

3. Выявлены экспериментальные зависимости между важнейшими конструктивными параметрами (плотность заполнения, направление стежков, переплетение ткани) и параметрами внешнего вида вышивки (деформация заполнения и ткани).

4. Разработана математическая модель деформационной системы "ткань-вышивка" с целью компьютерной визуализации и прогнозирования влияния конструктивных параметров вышивки на её внешний вид и поведение ткани.

Практическая значимость работы. Предложенные в диссертации системы классификаций факторов АВ, результаты анализа проектных параметров и математического моделирования позволяют обеспечить предприятия АВ единым понятийным аппаратом, повысить качество воспроизведения оригинального рисунка средствами вышивки, совершенствовать программные пакеты для проектирования вышивки путём внедрения в них средств прогнозирования сложных параметров внешнего вида, экономить средства при производстве АВ.

Практические результаты работы успешно применяются в деятельности организаций, занимающихся автоматизированной вышивкой: ООО "Интерстич", Россия, Орел; Inter Quality Ltd. Швеция, Солерон.

Апробация работы: Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на Международной научно-практической конференции "Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг" (Орел, 2001), на научно-технических конференциях и семинарах ОрелГТУ, (2002, 2003), Международной научной конференции "Мода и дизайн. Исторический опыт - новые технологии" (Санкт-Петербург, 2003), заседаниях кафедры технологии и конструирования швейных изделий ОрелГТУ (2002-2006) и кафедры конструирования и технологии швейных изделий СПГУТД (2006).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, трех приложений. Текст работы изложен на 120 страницах, содержит 65 рисунков, 5 таблиц. Список использованных источников включает 98 наименований.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цели и задачи исследования, отражается научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе рассмотрено место АВ в системе современного проектного творчества, рекламно-информационная функция АВ, экономические особенности рынка АВ.

Установлено, что АВ, в отличие от ручной и полуавтоматической вышивки, характеризуется отсутствием ручного труда на этапе вышивания, возможностью неограниченного тиражирования результата, оперативностью производства, использованием современных компьютерно-графических средств на этапе проектирования. Таким образом, не лишая АВ качеств, присущих объектам декоративно-прикладного искусства, её удобнее рассматривать в тесной связи с промышленной графикой. Основываясь на анализе деятельности предприятий, установлено, что более 90% производства АВ в сфере малого и среднего бизнеса служит для нанесения товарных знаков и логотипов на швейные изделия и тесно связано с рынком рекламы. Установлено, что современный рекламный рынок отличается производственной дифференциацией своих звеньев, при этом информационные и материальные потоки между звеньями движутся благодаря инфраструктурным связям - средствам телекоммуникации, почте, курьерским службам. Географическая независимость и узкая специализация звеньев требуют абсолютного качества, профессионализма, максимума универсальности и гибкости производства участников схемы. Предприятия АВ в полной мере могут участвовать в подобных отношениях при условии глубокого научного подхода ко всем аспектам проектирования АВ, прогнозирования возможных проблем на ранних этапах планирования и производства. Основой научного подхода является решение совокупности задач, рассмотренных в работе: систематизации факторов АВ, установления экспериментальных и теоретических связей между ними, создания и верификации математического аппарата, описывающего данные связи.

Во второй главе проведено теоретическое исследование конструктивных, художественных и технологических факторов АВ, их систематизация и описание. Установлены особенности изобразительной техники АВ. Произведен статистический анализ значений конкретных величин конструктивных параметров на основе банка программ вышивки.

Полный цикл производства АВ начинается с этапа конструирования вышивки с помощью специализированных компьютерно-графических приложений результатом которого является алгоритм действий вышивального автомата - программа вышивки. Определено, что основным элементом конструкции вышивки являются группы стежков. Анализ литературных источников и программных редакторов вышивки показал, что существующие классификации стежковых заполнений базируются на конкретных программных пакетах и не позволяют установить четких общих закономерностей формирования элементов вышивки. Предложен подход к созданию более универсальной классификации, основанной на функции стежковых заполнений как изобразительных средств, передающих основные художественные элементы композиции - контуры, линии, пятна. При таком подходе рассматриваются геометрические и визуальные свойства законченных стежковых заполнений вне зависимости от средств их конструирования и исполнения.

Предложены три вида основных стежковых заполнений с едиными конструктивными параметрами.

Строчка (рис.1a) по строению не отличается от швейной строчки. Передает контурные элементы вышитой композиции, а также служит для технологических "пробежек" под верхним слоем стежков. Строчка характеризуется длиной стежка (L), раппортом проколов.

Рис.1 - основные виды заполнений и их параметры

Сатин (рис.1b) представляет собой плотный зигзаг из стежков. Передает линейные элементы композиции. Характеризуется длиной стежка (L), шагом заполнения (плотностью) (h), углом наклона стежков к осевой линии (б), наличием или отсутствием укрепляющего слоя (подстила), расстоянием подстила от контура заполнения (g).

Гладь (рис.1c) представляет собой параллельные, плотно прилегающие друг к другу строчки. Передает заполненные площади и пятна. Характеризуется длиной стежка (L), шагом заполнения (h), параметрами подстила, рапортом проколов составляющих строчек.

Рассматривая АВ как технику промышленной графики, предложено в качестве элементарного изобразительного средства рассматривать стежок, имеющий линейную форму, ограниченный проколами размер, рельеф, фактуру. Основываясь на этих свойствах, выделены основные зрительные характеристики стежковых заполнений и установлены их связи с конструктивными параметрами.

Рельеф - обусловлен толщиной нитки, изгибанием стежка в виде вертикальной петли над поверхностью ткани. Различные заполнения по-разному передают рельеф. Сатиновые заполнения обладают большей рельефностью, чем гладьевые. Проявлению рельефа способствует наличие или отсутствие нижележащего слоя стежков или специального материала.

Фактура описывает воспринимаемый характер поверхности заполнения. Она определяется раппортом проколов стежков, плотностью заполнения и свойствами ниток. Предложено различать гладкую, ребристую, рваную, ворсистую, имитирующую текстуры различных материалов и другие фактуры заполнения.

Блеск определяет характер отражения света поверхностью заполнения. Он неразрывно связан с фактурой заполнения, направлением и плотностью стежков, свойствами ниток. Предложено различать шелковистый, восковой, металлический, стеклянный блеск заполнений. Установлено, что заполнения, состоящие из длинных стежков, обладают большей отражающей способностью по сравнению с заполнениями из коротких стежков. Большая плотность заполнений и гладкие фактуры также способствуют лучшему отражению света. Кроме конструктивных параметров на характер блеска влияют свойства ниток.

Цвет вышитых заполнений обусловлен цветом ниток. На восприятие цвета заполнений сильное влияние оказывает блеск. Одноцветные заполнения, благодаря "игре света" могут выглядеть по-разному при естественном и искусственном освещении, при остром и рассеянном свете, при разных углах зрения. Наиболее однородным выглядит цвет гладьевых заполнений при рассеянном естественном освещении.

При создании цветовых растяжек, плавных цветовых переходов используется прием растра, при котором разреженные заполнения различного цвета накладываются друг на друга. Наиболее эффектно растровый приём выглядит на вышивках большого формата. В вышивке логотипов он применяется ограниченно, поскольку связан с трудностями передачи плавности перехода цветов из-за ограниченного размера логотипов.

Во многих редакторах вышивки реализованы функции, позволяющие создавать особый рисунок на поверхности заполнений (рис.2).

Рис.1 - Трафаретные (a) и cетчатые (b) рисунки заполнений

По принципу создания выделены два основных типа рисунков. Сетчатый рисунок характеризуется просвечиванием ткани сквозь заполнение и передаётся группами строчек или стежков. Трафаретные рисунки скрывают ткань и передаются с помощью особого расположения проколов на заполнении. Как правило, рисунки обоих типов реализуются в виде орнаментов.

Установлены особенности изобразительной техники АВ для основных типов заполнений. Гладь площадью до 200 - 400 см² используется для передачи силуэтных объектов, фона, создания растровых эффектов. Сатин составляет 2/3 от используемых заполнений и передаёт линии, контуры, пятна площадями порядка 1см², широко используется для построения шрифтов. Критические размеры сатиновых элементов, при которых они остаются отчетливо читаемы и выглядят целостно, зависят от длинны стежка (L) и диаметра нитки (d). Установлено, что при d = (0,3 ч 0,4) мм, min L_сатина ? (2 ч 3) d, mах L_сатина ? (18 ч 24) d. Строчка передаёт более мелкие и тонкие, чем сатин, элементы с минимальной толщиной линии, равной диаметру нитки, однако менее точно передаёт форму, выглядит прерывисто.

Кроме визуальных качеств заполнений, величины конструктивных параметров влияют на технологические свойства вышивки и могут приводить к возникновению дефектов. Анализ различных источников и производственного опыта предприятий позволил классифицировать основные дефекты вышивки (рис.3).

Деформационные дефекты - связаны с естественной деформацией ткани стежками при их образовании. К этой группе можно отнести: сжатие заполнений вдоль линий стежков (рис.3,a), напуск заполнений поперек линий стежков (рис.3,b), смещение фрагментов вышивки относительно их проектного расположения (рис.3,c), объемная деформация вышивки - вогнутость, выпуклость вышитых заполнений.

Рис.2 - дефекты вышивки.

Визуальные дефекты - связаны с качеством фактур заполнений, гладкостью и целостностью контуров и линий. К этой группе можно отнести: просветы заполнений (рис.3,e), "рваный край" заполнений (рис.3,d), "утопание" стежков в подлежащем слое или ткани.

Дефекты, влияющие на технологичность программы при шитье - связаны с чувствительностью вышивальных автоматов к коротким стежкам (менее 0,4 мм) и скоплениям большого количества стежков в одном месте. К этой группе можно отнести частые обрывы нитки при шитье, прорубание ткани иглой.

Кроме конструктивных параметров заполнений на проявление дефектов влияют следующие свойства материалов, на которых производится вышивка: растяжимость, разреженность, раздвигаемость и прорубаемость структуры, фактура поверхности.

Обзор современного рынка оборудования АВ позволяет выделить специализированные и универсальные вышивальные автоматы. К специальным можно отнести машины, способные изготавливать вышивку в труднодоступных местах готовых изделий и на материалах, сложных для нанесения вышивки, способные шить в особой вышивальной технике. К универсальным относятся машины челночного стежка с координатно перемещаемым пяльцедержателем, которые предназначены для изготовления вышивки нитками на классических материалах и изделиях. Скорости вышивки современных универсальных автоматов составляют порядка 700 - 1400 стежков в минуту. Число рабочих головок от 1 до 24. Количество игл 1 - 16. Размер рабочей зоны (мм) 300х345, 400х500, 495х700 и другие - для плоских пялец; 360х70, 400х75 и другие - для тубулярных пялец. Для вышивки, как правило, используются вискозные высокомодульные и полиэфирные нитки в нитки, комплексные в 2 - 3 сложения пологой крутки, реже - армированные.

Статистический анализ банка программ вышивки позволил получить сведения о конкретных величинах конструктивных параметров вышивки, используемых на практике. Было проанализировано более 3500 программ, коммерчески распространяемых на территории стран СНГ и Северной Европы. В результате анализа было установлено, что стежковые заполнения используются в среднем в соотношениях: строчки - 45%, сатин - 34%, гладь - 45%. Наиболее часто встречаются стежки длиной от 1мм до 4,5мм (около 88% от всех встречающихся длин), близкие по направлениям к нитям системы ткани. Основную долю (80%) составляют вышивки, содержащие от 1000 до 9000 стежков. Габаритные размеры вышивок (мм) 50х10 ч 110х80 составляют основную часть выборки - 77% от всех возможных форматов. Среди них превалируют следующие группы: 100х15 ч 100х35, 80х15 ч 80х35, 70х15 ч 70х30. В среднем характеристики сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Среднестатистические параметры вышивки

Выделено соотношение групп материалов, на которых выполняется вышивка. Разделение по группам основано на различиях конструктивных параметров вышивки, характерных для каждой группы. Вышивка на слаборастяжимых плотных тканях - 29%, на ворсовых и ворсованных тканях - 18%, на трикотаже и эластичных материалах - 24%, на тканях плательно-сорочечной группы - 15%, вышивка головных уборов в тубулярных пяльцах - 14%.

В третьей главе на основании численных значений, полученных в результате статистического анализа, проведен эксперимент с целью выявления закономерностей влияния величин параметров на характер и величины деформации стежковых заполнений. В качестве экспериментального выбрано гладьевое заполнение с длинной стежка 2,8 мм, плотностью от 0,2 мм до 0,6 мм с шагом 0,1 мм (серия экспериментов). Толщина нитки 0,4 мм. Размер области заполнения 100 x 40 мм. В эксперименте использовались ткани с различным переплетением. На рис.4,a изображена экспериментальная зависимость деформации гладьевого заполнения вдоль линий стежков от плотности h заполнения (рис.1,c).

Рис.3 - экспериментальная и теоретическая зависимости

На этой диаграмме можно выделить три интервала плотностей, на которых проявляется характерное поведение кривых. В интервале плотностей h > d (0,6 мм - 0,4 мм) рост плотности (уменьшение шага) заполнения приводит к росту деформации, вызванной естественным процессом образования стежков. В интервале d > h > Ѕ d (0,4 мм - 0,2 мм) проявляется разный характер поведения кривых в зависимости от шага заполнения. В интервале Ѕ d > h (0,2 мм - 0,1 мм) деформация заполнения падает с ростом плотности. Такое поведение объяснено характером взаимодействия соседних строчек заполнения и представлено в виде общей зависимости (рис.4, б). Значения относительных деформации для испытуемых тканей лежат в пределах обратимых (3% - 8%). В диапазонах плотностей h > d отмечен эффект Пуассона. Из этого следует, что в системе "ткань-вышивка" высока доля упругих свойств.

ткань вышивка фирменный знак

В четвертой главе на основании упругого поведения ткани в указанных интервалах плотностей было проведено математическое моделирование процессов деформации ткани стежками. Для моделирования системы "ткань - вышивка" была применена упрощенная формула дискретной модели ткани. Ткань представляется в виде сетки узлов, соединенных упругими связями по закону Гука. Наложение стежков на сетку может быть представлено как вектор силы, приложенной к конкретному узлу сетки. На рис.5 представлена схема дискретной модели ткани с приложенной силой стежка.

Рис.4 - система "ткань вышивка"

По осям отложены индексы узлов упругой сетки i, j. На рис.4 условно обозначены: n₁, n₂ - размерность сетки; x₀, y₀ - расстояния между узлами сетки (шаг сетки); F_ij - вектор силы затягивания стежка, приложенный к узлу (i, j); Fx_ij и Fy_ij - соответственно проекции силы F_ij на оси x и y.

Каждый узел взаимодействует с 4-мя соседними узлами с помощью горизонтальных и вертикальных упругих связей, имеющих жесткости k_x и k_у соответственно. Граничные узлы (лежащие на осях) зафиксированы (ткань зажата в пяльцах). Сила затягивания стежков F_ij постоянна.

Таким образом, для нахождения положения каждого узла при приложении силы затягивания необходимо решить систему уравнений равновесия каждого узла сетки. В общем виде приведенная система линейных уравнений имеет вид:

Предложен алгоритм решения системы с использованием матричного представления и метода разложения Холецкого. Предложена рациональная схема организации хранения элементов матриц в памяти ЭВМ, проведена оценка количества операций по формуле

,

где: E - время расчета, секунд. n₁, n₂ - количество узлов по ширине и высоте сетки (рис.5) соответственно, w - количество стежков, накладываемых на сетку, G - частота математического процессора ЭВМ на которой выполняется расчет.

Проведена оптимизация вычислительного алгоритма, позволяющая достичь приемлемой скорости расчетов на персональной ЭВМ.

В четвертой главе представлены результаты работы вычислительного алгоритма на примере качественного расчета деформации сатинового заполнения: проект рисунка АВ (рис.6,a); экспериментальный образец АВ (рис.6,b); изображение вышитого рисунка, полученное с помощью разработанного алгоритма (рис.6,c).

Приведены рекомендации для разработки швейных изделий и логотипов, адаптированных к АВ.

1. Черненко, Д.А. Автоматизированная вышивка. Новые аспекты технологии дизайна [Текст] / Д.А. Черненко, В.Г. Ерёмин, М.В. Родичева. // Мода и дизайн. Исторический опыт - новые технологии. Материалы международной конференции. - СПб.: СПГУТД, 2003, с.212-213.

2. Черненко, Д.А. Автоматизированная вышивка, как рекламно-информационный носитель [Текст] / Д.А. Черненко, В.Г. Ерёмин, М.В. Родичева // Известия ОрелГТУ. Серия "Легкая и пищевая промышленность" - 2002. - №1-2 - С.82-84.

3. Черненко, Д.А. Всё о машинной вышивке [Текст] / Д.А. Черненко, Б. B. Лавренин, А.Л. Бурмакова // Технология моды. - 2002. - №3 - С.55-57

4. Черненко, Д.А. Материалы для автоматизированной вышивки [Текст] / Д.А. Черненко, Б. B. Лавренин, А.Л. Бурмакова // Технология моды. - 2002. - №4 - С.48-49.

5. Черненко, Д.А. Автоматизированная вышивка, как эффективное средство повышения качества товаров и услуг [Текст]. / Д.А. Черненко, В.Г. Ерёмин, М.В. Родичева. // Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг. Сборник материалов международной научно-практической конференции - Орел, 2001, том №2, с.30-31.

6. Черненко, Д.А. Новые технологии машинной вышивки [Электронный ресурс] / Д.А. Черненко // Игла. - Дубна 2004. http://www.applique.ru/article2. htm.

7. Черненко, Д.А. Исследование проектных параметров автоматизированной вышивки [Текст] / Д.А. Черненко, Ю.Н. Некрасов, Е.Я. Сурженко // Вестник молодых ученых. Серия "Культурология и искусствоведение". - 2005. - №1 - С.36-41.

Размещено на Allbest.ru