Введение к работе
Актуальность работы. Интеграция российской экономики в международную (вхождение России во Всемирную торговую организацию) выявляет преобразования в промышленности и экономике. Данные преобразования поставили задачу применения накопленных научно-технических разработок в области дизайна изделий для повышения качества, уменьшения временных сроков проектных разработок и внедрения их результатов в производство.
Актуальной проблемой современного серийного производства изделий является совершенствование дизайна изделий. Решение данной проблемы непосредственно связано с развитием и применением инновационных технологий, в том числе – методов быстрого моделирования и прототипирования, уменьшающих временные сроки разработки, подготовки производства и воспроизводства готовых изделий. Повышаются требования и к качеству выпускаемой продукции, характеризующиеся повышенной конструкторской сложностью, большим количеством оригинальных и уникальных проектных решений. Усложнение технических процессов и задач выявило противоречие с традиционными принципами проектирования, которые увеличивают финансовую стоимость процессов и временные сроки их реализации, уменьшая эффективность традиционных методов проектирования. Существующая традиционная методология проектирования и изготовления изделий не учитывает возможности современных методов проектного моделирования, которые позволят повысить конкурентоспособность отечественных изделий из металла.
В условиях соответствия быстроизменяющегося спроса потребителей современного рынка посредством увеличения темпов смены ассортимента изделий необходимо постоянно обеспечивать выпуск новых высококачественных изделий в минимальные временные сроки разработок. Внедрение и применение инновационных технологий в процессе проектной деятельности обеспечит совершенствование методик дизайна. Этап разработки изделия закладывает высокие потребительские свойства конкурентоспособности изделия в целом (экономичность, качество и пр.).
В настоящее время большинство зарубежных предприятий применяют технологии быстрого прототипирования (Rapid Prototyping – RP), основой которых является создание электронной геометрической модели изделия с последующей ее материальной реализацией на технологическом оборудовании. Данные технологии позволят изготовлять художественные изделия сложных форм в качественном и точном исполнении, уменьшая временной срок НИОКР посредством сквозного изготовления опытных образцов (прототипов), компонентов, технологической оснастки и пр. При художественной обработке металлов разработка и подготовка производства входит в сферу деятельности дизайнера (важный аспект при изготовлении малых серий проектируемых изделий).
В разработку и внедрение методологий проектного моделирования в дизайне изделий из металла внесли вклад ученые: Грашин А.А., Джонс Дж. К., Жукова Л.Т., Зимин Ю.А., Куманин В.И., Лазарев Е.Н., Минервин Г.Б., Пузанов В.И., Соколова М.Л., Соловьев Ю.Б., Сомов Ю.С., Тьявле Э. и др.
Для воплощения проектной концепции при художественной обработке металлов дизайнер должен учитывать его технологические возможности. Традиционные методы художественной обработки металлов обладают малой производительностью при мелкосерийном изготовлении художественных изделий. Художественные задачи решались в том числе кустарными производственными технологиями. Современные производственные и информационные технологии для достижения художественной выразительности изделия требуют от дизайнера их правильной квалифицированной организации. Изложенное выявляет проблему систематизации и организации современных информационных технологий, средств моделирования и производства в проектном моделировании художественных изделий.
Выявляется необходимость в разработке новых методик проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования. В России НИОКР данного направления ведутся недостаточно интенсивно, отсутствуют методические рекомендации по их технологическим возможностям для дизайна изделий из металла, что и выявляет актуальность темы диссертационной работы.
Объектом исследования являются декоративные изделия из металла. Предмет исследования – методики проектного моделирования в дизайне изделий из металла.
Целью исследования является совершенствование процесса проектного моделирования изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования.
Задачи исследования:
– исследовать и систематизировать традиционные и инновационные формы проектного моделирования изделий;
– провести анализ технологий быстрого прототипирования и разработать методические рекомендации по их применению в дизайне изделий из металла;
– разработать методические рекомендации по проектному моделированию рельефа изделия из металла с применением пуансона растрового типа и современных информационных технологий;
– апробировать методические рекомендации в разработке и изготовлении декоративных изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования.
Границы исследования. Границы исследования определяются рамками его тематической направленности. Исследуются методические вопросы этапов проектного моделирования изделий из металла с применением технологии стереолитографии (технология быстрого прототипирования на основе фотополимеризации) и растрового рельефа изделий из металла для обеспечения формовки в аппликационных штампах для мелкосерийного производства.
Методы исследования. Теория анализа и синтеза систем; методы математической статистики; методы аналитической геометрии; теория принятия решений; теория системного подхода к проектированию.
На защиту выносятся:
– методические принципы выбора процесса проектного моделирования изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования и аппликационного штампа растрового типа;
– требования к процессу проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования, современных информационных технологий и аппликационного штампа растрового типа;
– технология быстрого прототипирования стереолитография с толщиной слоя построения 0,05 мм (точность ± 0,005 мм) является рациональной при обеспечении прочной, надежной технологической оснастки для последующего изготовления художественных изделий из металла и качественного исполнения художественной модели для повышения эстетических характеристик.
Научную новизну исследования представляют:
– классификация технологий быстрого прототипирования для выбора процесса технологии прототипирования в дизайне изделий из металла;
– методика проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологии стереолитографии, заключающаяся в подготовке производства изделий для технологий литья и рельефной формовки;
– методика проектного моделирования в дизайне растрового рельефа изделий из металла с применением современных информационных технологий, заключающаяся в модульном (модулем является окружность определенного диаметра) принципе набора и позволяющая учитывать технологические характеристики формального решения декоративного изделия на этапе дизайна.
Практическая значимость. Разработанные методики проектного моделирования позволяют дизайнеру и конструктору применять инновационные RP-технологии в проектировании и подготовке производства изделий из металла для увеличения качества проработки эстетических характеристик изделия.
Апробация работы и внедрение результатов. В период 2002-2008 гг. автор диссертации в Научно-производственном центре высокоточной техники «Ижмаш» (Центр быстрого моделирования) и ООО «Инженерный центр «i-дизайн» принимал участие в проектных работах по созданию новых моделей художественных изделий в соответствии с проектом «Онтология художественной культуры Западного Приуралья» в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» Министерства образования и науки РФ (код рНП 2.1.3.7795). Материал и выводы исследования применяются в учебном процессе по специальности 052400 «Дизайн» в ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» и в Школе оружейного мастерства им. А.Ф. Дерябина при ДОАО «Ижевский оружейный завод», ГОУ «Машиностроительный лицей № 8» (Ижевск) по специальностям: 0514 «Дизайн», 12485 «Изготовитель художественных изделий из металла».
В процессе исследования выполнены в достаточном объеме поисковые и опытно-конструкторские работы по изготовлению художественных изделий (сувениров) к празднованию 200-летия Ижевского оружия, 450-летия добровольного вхождения Удмуртии в Россию, 500-летия добровольного вхождения Башкортостана в Россию, проводимыми в Научно-производственном центре высокоточной техники «Ижмаш» (Центр быстрого моделирования).
Основные положения настоящего исследования изложены в научных докладах на следующих конференциях: международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в инновационных проектах» (ИжГТУ, 2003); межрегиональная конференция «Проектно-технологические и социально-технологические аспекты современного производства» (ИжГТУ, 2004); региональная конференция «Графические технологии в дизайне среды» (СыктГУ, 2006), международный Северный социально-экологический конгресс «Горизонты экономического и культурного развития» (СыктГУ, 2006), всероссийская научно-практическая конференция «Информатизация и информационные технологии в устойчивом развитии региона» (СыктГУ, 2007); II всероссийская конференция «Теория динамических систем в приоритетных направлениях науки, технологии и техники» (ИжГТУ, 2007), II международная научно-практическая конференция «Развитие современного искусства: проблемы и перспективы дизайн-образования» (СПГУТД, 2008).
Подана заявка на полезную модель. По теме диссертации опубликовано 10 научных статей (3 входят в перечень научных журналов, рекомендованных ВАК РФ).
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и результатов, списка литературы (214 наименований), приложения и содержит 145 страницы, 36 рисунков, 7 таблиц.
