ПРИНЦИПЫ, ЗАЛОЖЕННЫЕ В ОСНОВУ СИСТЕМЫ "ЛЕКО"

Качество конструирования и моделирования одежды - один из наиболее важных факторов быстрой реализации и высокого спроса на продукцию швейного предприятия. Автоматизация конструирования одежды позволяет ускорить разработку новых моделей, сократить число рутинных операций, повысить качество посадки, соответствие размерным признакам и является необходимым элементом САПР современного швейного предприятия. 

Система "ЛЕКО" - первая САПР модельера-конструктора, в которой предлагается целостный проработанный теоретически и реализованный практически подход к конструированию одежды с использованием компьютера. Систему "ЛЕКО" отличает от используемых в настоящее время отечественных и зарубежных САПР то, что она автоматизирует именно создание конструкции и лекал. Результатом работы конструктора в системе является оцифрованное представление комплекта лекал, которые могут быть вычерчены на плоттере, принтере или могут передаваться в другие САПР для дальнейшей раскладки и раскроя. В этом отношении система "ЛЕКО" является совместимой практически с любой САПР, дополняя и расширяя ее возможности. 

В основу системы конструирования САПР "ЛЕКО" заложен новый подход к решению задачи автоматизации работ модельера-конструктора - максимально автоматизировать рутинные типовые действия конструктора при построении лекала, дать конструктору принципиально новые возможности построения лекал, предоставить возможность накопления и повторного использования опыта конструктора. Для решения этих задач в основу системы было заложено использование формализованного текстового представления методики (алгоритма, программы) построения лекала, записываемое на специализированном языке описания геометрических построений (языке программирования). 

Ориентация на описание алгоритма конструирования в виде компьютерной программы позволяет по-новому решить многие производственные задачи, связанные с конструированием и моделированием одежды: 

- накопление опыта, обучение; 

- автоматизация расчетных работ и построения комплекта лекал; 

- полностью автоматическая градация лекал; 

- параметризация серии моделей; 

- стандартизация методов построения и описания; 

- ведение базы данных по моделям; 

- обмен и продажа лекал на уровне алгоритмов; 

- отработка модели на уровне описания; 

- ускорение разработки новых моделей. 

Рассмотрим некоторые из них: 

накопление опыта, обучение 

Накопление опыта, его передача и использование является одним из важнейших технологических требований при промышленном производстве любых изделий, и швейная промышленность не является исключением. Существовавшие методы накопления опыта в конструировании и моделировании одежды позволяли эффективное накопление только индивидуального опыта, который обобщался и передавался в основном в виде методик, статей и книг. Это достаточно трудоемкий и долгий путь, и конечное представление - статьи и книги - являются пассивной формой накопления знаний, в то время как алгоритм, записанный в виде программы и позволяющий просмотреть порядок построения, а также построить и модифицировать лекало, является более активной формой накопления опыта. Словесное описание допускает неоднозначность и неточность выражения, что можно увидеть во многих методиках; программа - это только однозначное толкование, причем для оценки правильности работы программы достаточно нескольких секунд (время построения лекал). 

Существует и чисто психологический фактор: при написании текста человек обычно дополнительно проверяет его правильность и обоснованность. Эта проверка иногда может изменить взгляд разработчика на описываемые действия. Поэтому запись текста алгоритма можно назвать дополнительной самопроверкой. Кроме того, текст программы не допускает описок, неточностей и недоговорок, что очень часто встречается при описании методик "ручного" построения лекал. Любая неточность в программе приведет к синтаксической ошибке или к явному изменению формы лекала. 

Обучение на основе программы позволяет не только просмотреть последовательность конструирования, но и самостоятельно внести изменения в порядок построения и сразу увидеть, к каким изменениям формы лекала это приводит. 

автоматизация расчетных работ и построения комплекта лекал 

Использование расчетов необходимо при конструировании одежды на типовые фигуры. Конструктор всегда использует более или менее сложные расчеты при построении комплекта лекал. "Ручные" методы построения лекал требовали упрощенных методов расчета, причем упрощения не всегда были обоснованы. Точные расчеты, проводимые с использованием тригонометрии и планиметрии, могут помочь в выборе исходных данных для построения (размерных признаков и методов) и коэффициентов, используемых при построении лекал. Однако до сих пор расчетные методики не были непосредственно связаны с физическим построением комплекта лекал (при ручном построении всегда что-то в большей или меньшей степени дорабатывается "на глаз"). Это отрицательно сказалось на расчетных методах разработки и конструирования лекал. В методиках, ориентированных на ручное построение, расчет параметров лекал ведется в основном при помощи набора заранее подобранных коэффициентов, и модификация построения лекал в таких методиках достаточно трудна. 

В системе ЛЕКО основные инструменты ручного построения - линейка и циркуль - заменяются линиями и дугами, дополняются центральной и осевой симметриями, параллельным переносом и поворотом вокруг точки, а также эффективной работой с угловыми величинами, обеспечивающими согласование и сопряжение углов. Расширение инструментальных средств (расчет по формулам, сплайны, работа с угловыми величинами, геометрические преобразования) позволяет по-новому решать многие технические задачи построения лекала. 

автоматическая градация лекал 

Построение лекала на основе алгоритма позволяет значительно проще решить задачу градации лекал, а именно - просто строить лекала на любой требуемый размер/рост. При этом не нужно задавать направления изменения положения точек при изменении размера/роста (градиент), так как эти изменения формируются системой самостоятельно и определяются алгоритмом построения и размерными признаками. 

При включении системы ЛЕКО в состав действующих САПР, допускающих хранение только лекал на базовые размеро-роста и матрицы правил размножения, при помощи ЛЕКО можно рассчитывать и строить лекало на базовый размеро-рост и формировать точную матрицу правил размножения основных конструктивных точек, полученную по заданным приращениям по размеру и росту. 

параметризация серии моделей 

Использование записи алгоритма в виде программы позволяет параметризовать построение комплекта лекал модели, то есть не жестко задавать размеры деталей и положения линий членения, а вести построение, считая, что эти размеры могут меняться в определенных пределах, и затем в зависимости от требуемых характеристик модели задавать эти параметры. Например, в зависимости от используемой ткани (ее ширины или физических свойств) можно задавать различную величину посадки или сборки, в зависимости от цвета ткани - увеличивать или уменьшать высоту кокетки, делать изделие более или менее приталенным и т.д. Параметризация построения лекал позволяет разрабатывать не одно, а одновременно целую серию изделий, отличающихся величинами прибавок, коэффициентами посадки, высотой и шириной деталей, сохраняя количество и взаимное расположение деталей неизменным. 

стандартизация методов построения и описания 

Отдельные методы построения на предприятии могут быть стандартизованы, исходя из вида швейных изделий, оборудования и технологии применяемой на предприятии. Например, предприятие, специализирующееся на выпуске мужских костюмов и имеющее специальное оборудование, для выполнения отдельных операций может заложить их специфику в программу при помощи коэффициентов, припусков и преобразований. 

ведение базы данных по моделям 

Хранение моделей в виде алгоритма позволяет в любой момент построить требуемое лекало или скопировать элементы построения этого лекала для создания новой модели. Хранение может осуществляться на дискетах или жестком диске; в этом случае оно практически не занимает места и всегда доступно при работе с машиной. Алгоритмы могут быть распечатаны и сшиты в брошюру, в таком виде они будут подобны существующим методикам. Используя распечатанные алгоритмы, можно создавать новые модели, выбирая необходимые фрагменты существующих построений и дополняя их необходимым техническим моделированием. 

обмен и продажа лекал на уровне алгоритмов 

Обмен и продажа лекал возможны на уровне алгоритмов, что упрощает саму физическую передачу лекал и повышает заинтересованность приобретающей стороны. Возможна коммерческая разработка алгоритмов построения в виде программ. 

отработка модели на уровне описания 

Мощная вычислительная база системы позволяет отрабатывать посадку модели на уровне описания алгоритма. Используемые ранее при построении аппроксимационные формулы теперь могут быть заменены на точные, причем использование точных формул может упростить запись алгоритма. 

Если при ручном построении необходимо дополнительно проверять согласованность отдельных участков, то в системе "ЛЕКО" можно убрать эту проверку, обеспечив согласование участков "по построению", на уровне алгоритма. При построении можно задать и точно учесть коэффициенты посадки, припуски, согласовать длины прямолинейных и криволинейных участков. Использование тригонометрических вычислений и планиметрии позволяет согласовывать расположение точек и линий в пространстве. 

ускорение разработки новых моделей 

Автоматизация расчетов и построения значительно ускоряют работу по созданию моделей. Использование типовых построений и преобразований при техническом моделировании позволяют "собирать" модель из готовых элементов построения, внося лишь отдельные изменения и доработки по соединению этих элементов в единую модель. 

При работе с системой ЛЕКО происходит перераспределение трудозатрат конструктора. При существующей технологии разработки конструктор разрабатывает лекала (по основе или подобной модели), вносит модельные особенности, дорабатывает лекала (проверяет сопряжения углов, согласованность длин, технологические требования и т.д.), а затем следует этап технического размножения лекал по размерам/ростам. Работая с системой ЛЕКО, конструктор закладывает сопряжение углов и согласованность длин на этапе конструирования и затем может не проверять соотношения,- система сама при любых размерных признаках и прибавках обеспечит согласованность участков. Разработав основные членения лекал, конструктор начинает выбирать прибавки (распечатывая, вычерчивая все или отдельные лекала), положение линий членения для получения требуемого внешнего вида лекал. Размножение по размеро-ростам полностью автоматическое и практически не требует труда. 

Рассмотрение алгоритмов конструирования и моделирования лекал как программы для ЭВМ позволяет перенести большой опыт разработки программного обеспечения на область конструирования и моделирования одежды. Существует много методов ускорения разработки программного обеспечения, повышения качества, отработки, организации коллективной разработки, документирование, отчуждение от исполнителя, стандартизация методов разработки и т.д. Рассмотрим некоторые из них в приложении к конструированию одежды.

самодокументируемость 

Хорошо написанная программа, как правило, не требует дополнительных материалов для пояснения действий, производимых в ней. Это достигается удачно составленной последовательностью операций, выбором понятных обозначений объектов, подробными комментариями. Дополнительно может документироваться основание для этих действий. Например, если в программе рассчитывается коэффициент посадки ткани и проводится построение на основе этого коэффициента, то порядок использования коэффициента в дополнительных комментариях не нуждается, а основание для его расчета (статья, методика, диссертация и т.д.) могут быть указаны в ссылке перед расчетом формулы. 

ориентация на групповую разработку серии моделей 

Использование текстового представления алгоритма построения лекала позволяет вести коллективную разработку отдельных деталей моделей и соединять их на алгоритмическом уровне, согласуя параметры соединения. 

Использование определенной дисциплины записи алгоритмов позволяет эффективно организовывать коллективную разработку моделей одежды. Дисциплина включает в себя правила наименования и использования объектов, унификацию обозначений, выработку единых методов построения и т.д. 

отчуждаемость от исполнителя 

Разработанные и отработанные алгоритмы построения становятся отчуждаемыми от их создателя. Любой человек, используя эти алгоритмы, может построить лекало, внести изменения в настраиваемые параметры. Это позволяет легче переносить временное отсутствие или уход специалиста, даже если он специально никого не обучал. 

В систему "ЛЕКО" были заложены принципы построения, используемые в инструментальных системах разработки программного обеспечения: 

- интегрированная среда; 

- специализированный язык программирования; 

- встроенные функции; 

- визуализация вычислений и аналитический контроль; 

- дружественность интегрированной среды. 

интегрированная среда 

Интегрированная среда разработки программного обеспечения включает в себя все необходимые для работы компоненты, обеспечивая быстрый и удобный вызов необходимых функций. Как правило, помимо этой среды не требуется дополнительных сервисных программ. Знание возможностей среды позволяет проводить всю разработку ее средствами. 

специализированный язык программирования 

Для решения задач программирования в специализированных областях, как правило, создают специализированные объектно-ориентированные языки программирования, обладающие свойствами языков программирования, но использующие понятия рассматриваемой области. Как было сказано, для системы "ЛЕКО" был разработан оригинальный специализированный язык геометрических построений, дополненный эффективными правилами синтаксиса и семантики, касающимися правил записи операторов, квалификаторов, генерации названий идентификаторов. Основу языка составляет метод задания координат геометрических объектов через расчетные формулы. Язык содержит элементы объектно-ориентированного подхода, обеспечивает компактную и понятную запись геометрических построений. 

встроенные функции 

Для упрощения записи и увеличения возможностей языка программирования в него вводится набор встроенных функций, которые формально не являются элементами языка программирования, но используются наравне с этими элементами. Практически все функции можно реализовать через основные элементы языка (расчет координат точек). В системе встроенные функции позволяют упростить запись алгоритма, повысить его наглядность и читабельность. 

визуализация вычислений и аналитический контроль 

Визуализация вычислений - графическое представление конечных и промежуточных результатов расчета - в данном случае является и целью разработки, и дополнительным средством отработки программ. В системе предусмотрен визуальный контроль построения, позволяющий с любой степенью детализации просмотреть все геометрические объекты, и аналитический контроль построения, позволяющий просмотреть порядок определения геометрических объектов, их координаты и другие параметры. 

дружественность интегрированной среды 

Одной из основных характеристик интегрированных сред разработки программ считается "дружественность", включающая эргономические требования, удобство, простоту работы. Система "ЛЕКО" имеет русскоязычный интерфейс, выбор команд при помощи меню, однотипную организацию всех составляющих подсистем. Достаточно низкоуровневый язык позволяет записать любые преобразования и построения, что не накладывает на пользователя каких-либо ограничений в использовании системы. 

Аналогия производства алгоритмов моделей одежды с производством программного обеспечения позволяет и спрогнозировать эффект от внедрения системы, и определить дальнейшие пути развития. Эффект внедрения на уровне одного предприятия описан выше. Использование системы на нескольких предприятиях позволяет перейти на новый уровень разработки: от работы высококвалифицированных модельеров-одиночек к коллективному развитию методов конструирования. Расчетно-аналитические методы конструирования, использование геометрических преобразований и объектно-ориентированный подход, подкрепленные соответствующим программным обеспечением, могут существенно изменить работу модельера-конструктора, повысить качество и скорость его работы. 

Система "ЛЕКО" предоставляет конструктору новые возможности, позволяющие реализовывать его замыслы. Можно использовать ее традиционным образом, повторяя построения, выполняемые вручную. Но более значительный эффект дает использование новых возможностей системы, изменение "ручных" методов построения лекал по следующим основным направлениям: 

- упрощение построения за счет уменьшения количества промежуточных построений (например, работа с прямоугольной сеткой), объединения нескольких действий в одно (например, поиск пересечения дуг) и замены на более общие преобразования (практически не требуется каких-либо промежуточных линий, отрезков, дуг; все они заменяются на команды "отложить", "поворот" и т.д.); 

- повышение точности построения за счет использования полных формул расчета, а не аппроксимационных коэффициентов, использования точной таблицы размерных признаков, исключения ошибок инструмента; 

- использование новых возможностей построения (сплайны, использование угловых величин, тригонометрические вычисления, встроенные функции: симметрия, перенос, коническое разведение, реализация усовершенствованного "метода гибкой линейки" и т.д.); 

- разработка конструкции в пропорциях, использование базы данных размерных признаков и как следствие - автоматическая градация лекал на любой размеро-рост и полнотную группу; 

- создание простых и легко модифицируемых методик, возможность учета каждого фактора, влияющего на построение, параметризация разрабатываемых моделей, создание базы данных методов построения и моделей; 

- учет технологии изготовления изделия и технических свойств используемых тканей на уровне конструкции ("сжатие" участков выкраиваемых по косой для учета последующего их растяжения, "растяжение" при использовании клеевых прокладок, установка предельных коэффициентов посадки ткани и т.д.). 

При работе в системе "ЛЕКО" происходит смещение акцентов и изменение содержания основных понятий. Так, например, понятие лекала-основы как эталонного лекала, вырезанного из бумаги, на базе которого происходят все дальнейшие построения, теряет смысл. Основное в системе "ЛЕКО" - методика построения, задавая для которой различные припуски (модельные, на свободу облегания, на технологическую обработку), варьируя параметры, заложенные в построение, можно получить различные варианты лекала-основы, с которой затем будет проводиться техническое моделирование. 

При ручном способе построения лекал конструктор вынужден вручную согласовывать участки лекал, проверяя длины, условия сопряжения (углы) и, как следствие, на эту работу тратится много времени и усилий. В системе "ЛЕКО" конструктор задает один раз на уровне методики условия согласования различных деталей и затем может больше не проверять это согласование: все условия будут выполняться при любых размеро-ростах, припусках и прочих параметрах. 

При создании лекал в системе "ЛЕКО" работа конструктора распадается на два этапа: 

- запись последовательности построения, обеспечивающей согласование всех участков лекал (может выполняться автономно, без получения лекала в натуральную величину); 

- выбор припусков, формы линий, размеров деталей и т.д. исходя из требований художника, эстетических, технологических и прочих требований (на этом этапе возможно получение большого количества лекал для выбора наилучшей по какому-либо критерию формы). 

При ручном построении эти два этапа выполняются одновременно, что усложняет внесение изменений в построение и модификацию лекал. При работе с системой механическая работа конструктора по корректировке лекал сменяется концептуальным построением описания зависимостей и взаимосвязи участков лекал. Повторяемость и возможность модификации любых построений позволяют по-новому посмотреть на процесс конструирования.

Конструирование -это искусство, но, в отличие от рисования, в нем существуют более четкие и определенные правила, несоблюдение которых не позволяет получить конечный результат. Практически по любым отдельным конструктивным узлам можно получить конкретные соотношения (длин, углов и в целом формы), которые должны всегда выполняться независимо от желания конструктора. В основном это тригонометрические соотношения, которые на практике воспринимаются как соответствие длин, пропорции, "гладкость" линий. Все эти соотношения (закономерности) присутствуют во всех расчетных методах построения лекал, но не всегда в явной форме, а иногда как скрытые методом построения и заранее рассчитанными коэффициентами. 

Система "ЛЕКО" представляет собой мощный аналитический вычислительный инструмент, позволяющий при построении вычислять формулы любой степени сложности. Возможность вычислять формулы позволяет использовать не приближенные формулы расчета, основанные на заранее рассчитанных коэффициентах, а вводить и рассчитывать полные формулы расчета. Основной вопрос: откуда брать эти формулы? При обучении в учебных заведениях и в существующих методиках, как правило, приводятся только приближенные формулы (и, как правило, не поясняется как эти формулы были получены). Точные формулы можно получить из взаимозависимостей при построении лекала и расположения линий швов изделия в пространстве. Такой подход может потребовать знания тригонометрии, соотношений сторон и углов в треугольнике, планиметрии, и это может разочаровать в нем. Однако спешим заверить: 

независимо от желания конструктора, все соотношения будут выполняться, однако путь к этому - через расчет по формулам или подбором и отшивом пробных образцов - каждый может выбрать сам. Законов тригонометрии и планиметрии никто не отменит. 

Учесть эти законы явно при построении лекал позволяет система "ЛЕКО", предоставляя вычислительный инструмент. 

Использование некоторых законов тригонометрии позволяет сократить запись алгоритма и сделать программу более понятной. Среди них: 

- перевод линейных величин в угловые и наоборот; 

- использование поворотов; 

- соотношения в прямоугольном треугольнике; 

- линейные функции. 

Конструирование в системе "ЛЕКО" практически не требует применения и знания конкретной числовой информации. Конструктор использует обозначения размерных признаков, выбираемых из базы данных, и может не знать их значения для конкретной фигуры с выбранным размеро-ростом. В расчетных формулах используются величины размерных признаков, получающиеся длины отрезков и криволинейных участков лекал, конкретные значения которых конструктор также может не знать. Задача конструктора - установить порядок определения этих величин и указать конкретный вид зависимостей между ними (например, при построении бокового среза полочки использовать длину бокового среза спинки, которую рассчитает машина). 

Опыт общения с конструкторами выявил, что далеко не все готовы преодолеть психологический барьер общения с машиной. Этому мешают: 

- сложность в самостоятельной формализации конструкторских знаний и опыта; 

- отсутствие методик, ориентированных на машинную обработку; 

- отсутствие какого-либо математического аппарата, ориентированного на работу модельера-конструктора. 

Почему-то считается, что широкое использование математики невозможно для проектирования лекал одежды. Это может быть верно для проектирования лекала в целом, но не верно для отдельных узлов. При согласовании отдельных узлов модели конструктор зачастую вручную пытается получить зависимость, явно описываемую математической формулой, причем часто достаточно простого вида. 

Опыт работы с системой показал, что использование системы ЛЕКО при разработке лекал позволяет значительно сократить затраты времени при создании новых моделей, а при модификации существующих свести затраты до минимума. Накопление методик построения по отдельным узлам позволяет быстро и качественно получать любые модели. 

Фирма "ВИЛАР" разрабатывает методы конструирования, ориентированные на возможности системы "ЛЕКО". При поставке системы предоставляются готовые методики построения на различный ассортимент, использующие различные методы построения (индивидуальные методики, методики домов моделей, ЕМКО СЭВ и, конечно, методики фирмы "ВИЛАР"). Подробное описание системы с примерами и рекомендациями позволяет освоить основные приемы работы с системой за несколько дней. Достоинство системы "ЛЕКО" в том, что предлагается не только техническая система, способная решать конструкторские задачи, но и технология работы, новые принципы работы, ориентированные на возможности системы. 

Система "ЛЕКО" разрабатывается с 1989 года по собственной инициативе фирмой "ВИЛАР", занимающейся разработкой программного обеспечения. Разработкой языка записи методики построения (языка программирования) занимались специалисты конверсионных предприятий, специализирующиеся в этой области. Система "ЛЕКО" работает как автономно, так и вместе с САПР раскладки лекал.