Перспективы использования модульного метода в процессе промышленного проектирования изделий легкой промышленности

УДК 687

Л. Л. Никитина, О. Е. Гаврилова, Е. И. Исаева

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДУЛЬНОГО МЕТОДА В ПРОЦЕССЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ключевые слова: модульный метод, проектирование, изделие легкой промышленности, экономичность, перспектива.

Модульный метод давно известен в области проектирования различных технических систем. Наиболее широкое использование он получил в архитектуре и строительстве. В настоящее время популярностью пользуются предметы мебели, разработанные на основе модульного метода. Примерами использования модульного принципа в легкой промышленности могут служить изделия, изготовленные в технике «печворк», вязаные шали, собранные из вязаных модулей и т.п., для которых характерно составление узоров и орнаментов из геометрических фигур (модулей). Однако использование данного метода не ограничивается только использованием геометрических фигур в качестве модулей. Модульный принцип заложен в стандартизации и унификации, используемой в промышленном проектировании практически всех изделий легкой промышленности. В статье рассматривается современное состояние и перспективы дальнейшего использования модульного метода в промышленном проектировании изделий легкой промышленности.

Keywords: modular method, design, light industrial product, economy, perspective.

The modular method has long been known in the design of various technical systems. The most extensive use it received in architecture and construction. Currently, furniture items, developed on the basis of a modular method, are popular. Examples of the use of the modular principle in the light industry can be products made in the "patchwork" technique, knitted shawls assembled from knitted modules, etc., which are characterized by making patterns and ornaments from geometric shapes (modules). However, the use of this method is not limited to the use of geometric shapes as modules. The modular principle lies in the standardization and unification used in the industrial design of virtually all products of light industry. The article considers the current state and prospects for further use of the modular method in the industrial design of light industry products.

Промышленное проектирование охватывает широкий круг изделий массового производства и предполагает выработку проектных (художественных, конструкторских, технологических) решений конкретного изделия на основе синтеза исходной информации из таких областей научного знания как технология, материаловедение, эргономика и эстетика и др., направленных на создание качественных изделий с приемлемой стоимостью для потребителя. В промышленном проектировании различных технических систем: от технически сложных и наукоемких изделий до предметов ежедневного потребления, широкое применение находит модульный метод.

В конструкции (структуре) любого объекта промышленного проектирования присутствует определенное количество элементов или модулей. Модульной называют конструкцию, состоящую из взаимосвязанных единообразных частей и образующих функциональное изделие, способное полноценно эксплуатироваться конечным потребителем. В промышленном проектировании практическую целесообразность модуля как элемента структуры определяют по следующим критериям:

• материалоемкости - расходу материалов в расчете на натуральную единицу или на условный рубль стоимости выпускаемой продукции. Материалоемкость конструкции изделия позволяет определить стоимость материалов в общих издержках производства продукции;

• оптимальности габаритных размеров -предельному очертанию объекта или промежутков между частями конструкции. Оптимальные габаритные размеры также устанавливаются в соответ-

ствии с антропометрическими данными и/или нормативными требованиями;

• ценового качества, включающего сле-

дующие составляющие: ценовую политику; эластичность спроса (степень изменения объема сбыта товара в зависимости от динамики цен на него); ценовую конкуренцию.

В контексте подобного понимания модульный метод в промышленном проектировании предполагает конструктивную, технологическую и функциональную завершенность элементов конструкций (деталей, узлов), называемых модулями, при этом сам модуль может являться законченным изделием или составной частью изделия, в том числе другого функционального назначения, позволяет создавать различные трансформируемые объекты.

Например, в привычном оформлении помещений можно встретить применение модулей (плитки, паркета, мозаики и т.п.), которое позволяет в случае необходимости заменить один поврежденный или изменяемый модуль на другой, не меняя покрытие целиком. Другим примером использования модульного метода в процессе промышленного проектирования является мебельный модуль, когда в состав мебельных комплектов входит определенное число разнообразных повторяющихся элементов. Потребитель может выбрать только модули, которые необходимы в конкретном случае, и которые он может расположить в таком порядке, в каком ему необходимо. Благодаря мобильности элементов добавление элемента или перестановка не вызывает сложностей. Применение мебельных модулей позволяет при максимальной экономии полезной пло-

щади помещения добиться индивидуальности интерьера.

Ярким примером проявления модульного метода проектирования в создании изделий легкой промышленности является орнамент в народном творчестве, в основе которого лежит возможность создания разнообразных произведений из ограниченного количества узоров. Значительная часть народных орнаментов состоит из небольшого числа повторяющихся элементов [1].

Другим широко известным примером применения модулей является пэчворк (лоскутное шитье) -вид прикладного искусства, который предполагает сборку по принципу мозаики (составление узоров и орнаментов из геометрических фигур) цельного изделия из кусочков ткани (лоскутков). Изначально ввиду высокой стоимости текстильных материалов лоскутное шитье использовалось для экономии денежных средств у представителей бедных слоев населения, которые использовали для создания предметов быта остатки текстильного материала, образовавшиеся после изготовления одежды. Однако со временем пэчворк превратился в направление прикладного искусства со своими законами, приемами и художественными особенностями. В настоящее время с использованием техники пэчворк создаются ковры, скатерти, одеяла и другие виды изделий (рис.1, а).

Наглядным примером изделий, разработанных на основе модульного метода, являются вязаные шали и накидки, в которых модули различной конфигурации (квадраты, треугольники, помпоны и другие) «вывязываются» между собой (рис.1, б).

б

Рис. 1 - Изделия легкой промышленности: а -изготовленные в технике пэчворк; б - изготовленные из «вывязанных» модулей

Таким образом, в практике художественного проектирования изделий легкой промышленности модульный метод предполагает создание формы изделия путем соединения одноименных элементов, имеющих одну конфигурацию и размеры, называемых модулями. Различают простые и сложные модули, которые собираются в изделие посредством разъемных и неразъемных соединений. При этом важным условием является соблюдение кратности размеров модулей, размерам готового изделия.

В понимании модульного метода как способа создания изделия из единообразных небольших гео-

метрически относительно простых элементов находит ограниченное применение: только в виде способа создания интересной фактуры изделия заданной несложной формы, что в условиях промышленного производства более трудоемко, чем изготовление изделия из деталей «традиционных» конфигураций и размеров.

Таким образом, выявление возможностей и перспектив использования модульного метода в промышленном проектировании именно изделий легкой промышленности является актуальной задачей для исследований. Отдельные аспекты использования модульного проектирования, применительно к изделиям легкой промышленности, раскрыты в работах В.Г.Бастова [2], В.В.Семеновой [3] и др.

Сегодня в практике функционирования предприятий легкой промышленности только 5-10% решаемых проектных задач направлены на разработку принципиально нового. В большинстве случаев ставится задача усовершенствования уже известного решения, так как любое инженерное решение всегда увязывается с его практической реализуемостью, т.е. оно должно быть, прежде всего, экономичным и технологичным, что позволяют обеспечить принципы стандартизации, унификации и агрегатирования. Однако, обращение к стандартизации, унификации и агрегатированию как к проявлениям модульного метода в промышленном проектировании изделий легкой промышленности переводит его в категорию основы процесса промышленного проектирования.

Принцип стандартизации предполагает разработку конструкции с применением элементов (деталей, узлов и т.п.) со стандартными параметрами. В легкой промышленности примером использования стандартизации могут быть стандартизированные размеры отдельных деталей швейных изделий, например стандартизированные размеры подкладки бокового кармана мужских брюк с отрезным бочком [1].

Принцип унификации предполагает исключение излишнего многообразия путем сокращения перечня допустимых элементов и решений и приведения их к однотипности, тем самым повысить производительность труда и, как следствие, сократить затраты на проектирование и производство и время на его подготовку. Унификация в процессе конструирования изделия предполагает многократное использование в конструкции одних и тех же деталей, узлов, форм поверхностей. Унификация в технологическом процессе - сокращение номенклатуры используемого при изготовлении изделия инструмента и оборудования и т.п. [1].

В конструировании одежды широко используется унификация конструктивной основы изделия при разработке рациональных ассортиментных серий или художественной системы «семейство». В практике художественного проектирования ассортимента изделий из кожи (обуви, кожгалантерейных изделий) принято называть группу моделей, разработанную на одной конструктивной основе, конструктивно-унифицированным рядом. Условиями использования унификации при разработке новых моделей являются обеспечение геометрической и функциональной взаимозаменяемости деталей изделия, учет

конструктивно-технологической преемственности, возможности изготовления в одном технологическом потоке.

Ассортиментное разнообразие моделей семейства или конструктивно-унифицированного ряда достигается путем применения различных материалов по цветовому и фактурному решению лицевой поверхности, так как цвет определяет эмоциональное восприятие модели в целом, а фактура влияет на пропорциональные взаимоотношения отдельных частей и является самостоятельным и активным элементом формы. Например, разнообразие современных способов изготовления деталей низа обуви: подошв, каблуков, декоративных рантов, и их форм, цветовых решений, конструкций и способов отделки позволяет значительно расширить ассортимент обуви благодаря их варьированию даже без изменения формы верха обуви.

Разработка базовых конструкций изделий с максимальным сочетанием унифицированных узлов и деталей позволяет автоматизировать производство изделий на одной конструктивно-технологической базе без сокращения ассортимента и числа типоразмеров изделий, а также значительно увеличить выпуск различных моделей при одновременном снижении их трудоемкости и себестоимости в результате широкого применения поточных методов работы и высокопроизводительного оборудования. Это приводит к совершенствованию процесса проектирования изделий и, в конечном итоге, к улучшению качества продукции. Разработка моделей изделия на основе унификации является одним из способов обеспечения конкурентоспособности выпускаемой продукции.

Принцип агрегатирования предполагает создание изделия сочленением унифицированных агрегатов (узлов) в различном сочетании на общем основании. Комбинируемые агрегаты должны обладать полной взаимозаменяемостью по эксплуатационным показателям и присоединительным размерам для возможности и удобства их сочленения.

При использовании уже имеющихся унифицированных узлов (или других элементов конструкции) проектирование осуществляется на основе модульного метода построения формы, позволяющего производить замену отдельных узлов (деталей) без изменения всего технологического процесса изготовления. Процесс проектирования в этом случае включает в себя следующие этапы:

1) анализ возможных вариаций конструктивных решений с учетом специфики производства изделий;

2) графическая систематизация конструктивных решений;

3) определение унифицировано-функциональ-ных элементов (модулей);

4) поиск оптимального конструктивного решения с использованием модуля;

5) построение моделей многокомбинационного характера (модулирование).

Примером агрегатирования может служить разработка нового ассортимента малодетских сандалий (рис.2): на начальном этапе осуществляется разра-

ботка или выбор базовой формы обуви (колодки), получение разверток поверхностей колодки; на последующих - определение и разработка базовых модулей (или узлов) конструкции и декоративных деталей. При этом учитывается то, что место соединения узлов и его размеры остаются неизменными [1].

Модель 2-А-1

Модель 3-В-Ш

Узел задинки

1 2 3

Г [

Узел союзки

А Б В

К

Узел чересподъемных ремней

I II III

Рис. 2 - Пример использования метода агрегатирования при проектировании сандалей

Таким образом, согласно концепции модульного метода проектирования отдельные части объекта могут быть использованы автономно, что обусловлено относительной самодостаточностью их формы, в том числе и в функциональном отношении. Один модуль может являться завершенной единицей, может быть использован как самостоятельное изделие и как составная часть конструкции, которая при добавлении модулей или наборов модулей усложняется путем наращивания, перекомпоновки в зависимости от экономических возможностей, социальных, эстетических и других запросов потребителя. С этих позиций проявлением модульного метода можно считать трансформацию изделий. В одежде и обуви можно привести примеры трансформации «отделение-присоединение», которая проявляется в наличии съемных элементов (частей) в изделии, тем самым способствуя реализации идеи многофункционального гардероба, основанного на базе одного изделия. Например, съемные рукава, съемная нижняя часть плаща позволяют получить при отделении нижней части куртку (рис.3, а), а при отделении еще и рукавов - жилет. Превращение сапожек в полусапожки или ботильоны осуществляется за счет съемной верхней части голенища (рис.3, б). Отделяемые и присоединяемые элементы конструкции, которые в данном контексте можно назвать модулями, хотя они и не одноименные и имеют различную форму и размеры, образуют относительно завершенную композицию, способную к вариативности, динамичным изменениям [1].

В проектировании изделий легкой промышленности модульный метод используется для решения различных типов задач в процессе конструкторско-технологической подготовки производства: от проектных - создания оригинальной формы изделия, до производственных, направленных на сокращение материальных и трудовых затрат. Однако в большинстве случаев на предприятиях использование

модульного метода проектирования сводится к ограничению элементов форм и конструкций до необоснованно малого количества, что приводит к потере разнообразия внешнего вида изделий, однотипности, а в конечном итоге к снижению конкурентоспособности.

б

Рис. 3 - Пример использования трансформации «отделение-присоединение»: а - в одежде, б - в обуви

Применение модулей в промышленном проектировании изделий легкой промышленности, относящихся к предметам потребления, к эстетическому виду которых потребителем предъявляются повышенные требования, должно нести в себе художественное начало, служить средством гармонизации целого и его частей. Художественная целостность обеспечивает гармонию формы, ее эстетичность. При использовании модулей в процессе формообразования (в процессе проектирования изделий легкой промышленности) необходимо опираться на следующие принципы [4]:

• принцип цельности формы, являющийся основным принципом. Цельность формы реализуется через композиционное, цветовое, образно-смысловое единство элементов. В соответствии с данным принципом модуль должен обладать не только способностью к отдельному существованию, но и способностью к организации, достигаемой за счет продуманных структурных связей с другими элементами. Данный принцип предполагает, что при проектировании части необходимо фокусировать внимание на изделии в целом, чтобы в готовом виде оно воспринималось целостно;

• принцип простоты и лаконичности конструкции, обеспечивающий как удобство проектирования, так и легкость восприятия модульного объекта;

• принцип специализированности формы. Учет данного принципа в процессе проектирования обеспечивает индивидуализацию формы изделия;

• принцип вариативности. В ряде случаев в модульных объектах предусматривается использова-

ние отдельного модуля или нескольких, объединенных в одну композицию, что увеличивает количество возможных вариантов;

• принцип производства всех модульных элементов промышленным способом важен с экономической точки зрения. Чем проще изготовить форму, тем меньше затраты, тем более демократичным является проектное решение;

• принцип полифункциональности предполагает возможность сочетания в объекте различных функций, тем самым изделие становится возможным использовать для различного назначения;

• принцип оптимального количества элементов-модулей обеспечивает оптимальную вариативность исходного объекта.

Применение модульного метода рационально с точки зрения экономии материальных ресурсов, снижения отходов материалов, организации безотходного производства. Направление в проектировании изделий легкой промышленности, называемое Zero Waste Fashion, ориентировано на обеспечение такой конфигурации деталей изделий, при раскладке которых на материале в процессе раскроя не образуются отходы. В этом случае модель может проектироваться как «пазл», элементы ее конструкции представляют собой простые геометрические фигуры (квадрат, прямоугольник, ромб, трапеция, треугольник и другие многоугольники), которые вписываются в прямоугольник с учетом ширины текстильного материала. По такому принципу могут проектироваться модели одежды, кожгалантерейных изделий. Как правило, одежда, полученная таким способом, имеет свободные формы, прямой или полуприлегающий силуэт в зависимости от упруго-пластических свойств материалов при формообразовании посредством прямого кроя.

Другим направлением организации безотходного производства может служить использование отходов дорогостоящих материалов, например, таких как натуральная кожа и мех. В настоящее время предлагаются различные изделия, собранные из модулей, собранных между собой различными способами соединения. При этом может быть образована интересная фактура материала, несвойственная оригинальной (рис.4).

Рис. 4 - Пример образования фактур поверхности изделия, состоящего из модулей и соединенных различными способами

Практическая реализация теоретических положений модульного метода проектирования в рамках исследований, проведенных в ФГБОУ ВО КНИТУ, позволили разработать систему применения модулей различных конфигураций для создания изделий легкой промышленности, рекомендации по подбору материалов по толщине и осыпаемости, по выбору способа соединения модулей [5]. Данная система позволила выявить универсальную сложную конфигурацию модуля, которая позволяет применить бесшовный способ соединения, образовывать большое количество вариантов изделий легкой промышленности. Система может быть внедрена в промышленное производство с учетом ориентации на определенный сегмент потребителей.

Таким образом, модульный метод соответствует современным задачам промышленного проектирования изделий легкой промышленности в условиях крупного, среднего и малого производства, позволяя обеспечить как экономичность, так и разнообразие моделей при минимальных затратах на конструк-торско-технологическую подготовку производства, организовать реализацию безотходной технологии. Применение модулей, имеющих правильную геометрическую форму, при различной их комбинации позволяет получить множество различных изделий или вариантов изделия, а также облегчить безотходную раскладку модулей на полотнах при раскрое.

Дополнительные экономические выгоды использование изделий легкой промышленности, спроектированных на основе принципов модульного метода, дает и потребителю, так например, в случае с трансформируемыми изделиями (плаща, превращаемого в куртку и в жилет, сумки-рюкзака и т.п.) за счет экономии средств на покупку отдельных изделий (куртки, жилета), благодаря использованию разъемных элементов конструкций. Другим преимуществом изделий, спроектированных на основе принципов модульного метода, является то, что физический износ отдельного модуля не приводит к разрушению всей формы изделия, при использовании разъемных соединений замена или исключение поврежденного модуля не составит труда для потребителя.

Развитие практического освоения и эффективного использования модульного метода в организации проектных работ на предприятиях легкой промышленности во многом ограничивается недостаточной методологической подготовкой специалистов, неэффективно использующих возможности модульного метода и узко понимающих его суть, а также не-

желанием самих компаний-производителей сменить ориентацию производства из-за потенциальной возможности утраты фирменного стиля. Перспективными направлениями развития модульного метода для целей промышленного проектирования могут являться: выделение отдельных модульных узлов (модулей), уточнение или разработка методики их проектирования, построение модулей и дальнейшее их пристраивание к элементам базовых конструкций изделий, разработка новых методов обработки модульных узлов.

Таким образом, модульное проектирование можно назвать одним из самых перспективных методов промышленного проектирования, позволяющим решать разнообразные производственные задачи: безотходность производства, сокращение сроков разработки конструкторской документации, реализовать идеи многофункционального гардероба и создания индивидуализированных изделий «сам себе дизайнер». Его применение является эффективной формой деятельности в области стандартизации, унификации и агрегатирования, направленной на разнообразие выпускаемой продукции при минимальном использовании унифицированных элементов (модулей), что позволит предприятиям привлечь потребителей и повысить эффективность маркетинга, т.к. наличие унифицированных узлов и деталей и установка их в различных сочетаниях позволяют преобразовывать одни конструкции изделий в другие как на этапе производства, так и на этапе эксплуатации.

Литература

1. Махоткина Л.Ю. Конструирование изделий легкой промышленности: теоретические основы проектирования: учебник / Л.Ю.Махоткина, Л.Л.Никитина,

0.Е.Гаврилова. - М.: ИНФРА-М, 2016. - 274с.

2. Бастов Г.А. Художественное проектирование изделий из кожи. / Г.А.Бастов. - М.: Легпромбытиздат, 1995. -182 с.

3. Семенова В.В. Теоретические и методологические основы дизайна кожгалантерейных изделий (модульное проектирование): автореф. дисс. ... д-ра тех. наук / В.В.Семенова. - М., 2009. - 48 с.

4. Обеднина С.В. Модульный принцип формообразования в дизайне / С.В.Обеднина, Т.Ю.Быстрова // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. - 2013. - №

1. - С. 85-90.

5. Гаврилова О.Е. Применение перспективных полимерных материалов в легкой промышленности для повышения качества изделий / О.Е.Гаврилова, Л.Л.Никитина // Вестник Казанского технологического университета. -2014. - Т. 17, № 18. - С. 96-99.

© Л. Л. Никитина - канд. пед. наук, доцент кафедры конструирования одежды и обуви КНИТУ, E-mail: naik@bk.ru, О. Е. Гаврилова - канд. пед. наук, доцент той же кафедры, E-mail: oegavrilova@mail.ru, Е. И. Исаева - магистр кафедры конструирования одежды и обуви КНИТУ, E-mail: rina93_09@bk.ru.

© L. L. Nikitina - edging. ped. sciences, associate professor of department «Designing of clothes and footwear», «The Kazan national research technological university». E-mail: naik@bk.ru, O. E. Gavrilova - edging. ped. sciences, associate professor of department «Designing of clothes and footwear», «The Kazan national research technological university». E-mail: oegavrilova@mail.ru; E. I Isaeva - master of department «Designing of clothes and footwear», «The Kazan national research technological university», Email: rina93_09@bk.ru.