|
|
 |
Парусная мастерская "СТРОПАС" |
|
 |
Системы автоматизированного проектирования парусов
|
Парусами определяется половина ходовых качеств и внешнего вида яхты. В то же время, паруса изнашиваются и теряют внешний вид и эксплуатационные качества намного быстрее, чем корпус и рангоут. Если средства позволяют, паруса гоночной яхты меняют раз в сезон, прогулочной - раз в два - три года. Хотя стоимость комплекта парусов намного меньше стоимости яхты, в течение жизни яхты затраты на пошив и ремонт парусов оказываются сравнимыми с первоначальной стоимостью яхты.
Парусная мастерская - в некотором роде уникальное образование, напоминающее ателье дорогого портного во времена, предшествующие эпохе готового платья. В отличие от современных предприятий, где центральными фигурами являются финансовый директор и директор по менеджменту, которым все равно, что производить и чем торговать - от ракет до подгузников - здесь главной фигурой, а обычно и владельцем мастерской, является парусный мастер, который сам проектирует и испытывает паруса, а нередко и сидит за машинкой. Как и портной, парусный мастер шьет парус "на заказ”, для конкретной яхты. Как и портной, парусный мастер не всегда должен следовать пожеланиям клиента, а иногда навязывать тому правильные решения. Для этого парусный мастер должен обладать определенным авторитетом. Обычно он яхтсмен - гонщик международного уровня. Аналогично салону кутюрье, парусная мастерская носит имя парусного мастера - North Sails, Shore Sails, Hood Sails и т.д.
Возможно, классическая парусная мастерская и парусный мастер скоро уйдут в прошлое. Во-первых, в мире все большее распостранение получают яхты - монотипы со стандартными парусами, поставляемыми той же фирмой, что и яхта. Во-вторых, паруса супергоночных яхт уже сейчас не шьются, а выклеиваются на специальном болване с перестраиваемой формой. Эти болваны очень дороги и требуют укрупнения фирмы и поточного производства. К счастью, из-за дороговизны и трудностей с ремонтом клееные паруса пока не распостраняются на самые массовые типы яхт. Остается надеяться, что на нашем веку это не произойдет.
Рассмотрим типичные схемы взаимодействия парусного мастера с заказчиком. Идеальный клиент приглашает парусного мастера на борт своей яхты и предлагает ему самому решить, какие новые паруса необходимы или требуют замены, и снять все размеры. Если такой вариант невозможен, клиент заполняет специальный бланк заказа фирмы, где указываются размеры паруса и его предназначение, диаметр ликпаза и т.п. Фирма Shore Sails, например, требует дополнительно указания для стакселей натяжения штага, а для гротов - прогиба мачты в 10 точках, для спинакеров - условий эксплуатации - универсальный, для полных или острых курсов. Часто в бланке клиент указывает тип кроя - горизонтальный, радиальный, заказывает номера, линии формы и т.п. Иногда клиент приносит мерительное свидетельство и просит изготовить парус максимальной площади, не выходящий за обмерные ограничения. Худший клиент приносит зимой записанные на бумажке размеры переднего треугольника и длины шкаторин грота. Весной оказывается, что он списал не те размеры, так что шкотовый угол стакселя ложится на палубу, нижняя шкаторина грота вылезает из ликпаза и т.д.
После получения заказа мастер делает предварительный проект паруса, по согласованию с заказчиком выбирает ткань, рассчитывает стоимость паруса, и предъявляет эти расчеты клиенту. Заметим, что правильный выбор ткани - необходимое условие хорошего паруса. Номенклатура современных парусных тканей ведущих производителей достигает сотен единиц, так что лучше предоставить выбор парусному мастеру. Стоимость пошива зависит от кроя и обычно измеряется в цене 1 кв.м. готового паруса. На Западе отношение стоимости ткани и работы составляет примерно 1:3. В России это отношение 1:2 - 1:1. Окончательное проектирование и пошив паруса занимает от нескольких дней до нескольких недель. Перед передачей заказчику парус обычно испытывается на борту яхты парусным мастером. При этом мастер показывает клиенту основные принципы настройки паруса. Иногда, особенно если размеры указывались клиентом, после испытаний проводится коррекция формы или длин шкаторин паруса.
Еще лет 10 - 15 назад большинство парусов имели горизонтальный крой, не требующий высокой точности сборки панелей. Парусные мастера проектировали такие паруса "на глаз", основываясь на своем богатейшем опыте и тетрадке с записями закладок, а при раскрое использовали шилья и гибкую рейку. Сейчас все более популярными становятся паруса радиального и трирадиального кроя. Радиальный крой используется для того, чтобы парус лучше держал форму. Поскольку ткань больше тянется по диагонали, чем по утку и основе, на участках наибольших нагрузок панели паруса ориентируют так, чтобы главные направления напряжений приходились на уток и основу. Для достижения возможности гибкой настройки паруса к изменениям ветра некоторые панени в районе передней шкаторины иногда намеренно ориентируют по диагонали к основной нагрузке. Иногда радиальный крой стакселей прогулочных яхт выбирается для того, чтобы парус плотнее наматывался на штаг. Радиальный крой требует намного более высокой точности сборки. Поэтому в настоящее время повсеместно используются компьютерные системы геометрического проектирования парусов и установки лазерного раскроя. Кроме того, для повышения точности сборки парус обычно собирают на двусторонней клейкой ленте.
Какой, с учетом сказанного выше, должна быть система компьютерного проектирования парусов? Прежде всего, она должна работать на персональном компьютере, быть удобной в использовании, с развитым графическим интерфейсом, нужным как для собственно проектирования, так и для демонстрации предлагаемых решений заказчику. Система должна быть достаточно гибкой, чтобы давать свободу творчества парусному мастеру, и в то же время достаточно специализированной, чтобы ее настройка не требовала слишком много времени. Система должна выдавать результаты в форматах как автоматического, так и ручного раскроя. Наконец, она должна поддерживать базу данных по ранее спроектированным парусам.
Системы проектирования парусов используют в основном геометрическое проектирование, т.е. находятся на более низком уровне развития, чем системы проектирования корпуса и подводных частей яхты, которые в большинстве являются комплексными системами оптимизации аэрогидродинамических и прочностных характеристик конструкции. Отставание обусловлено двумя причинами. Во-первых, парусный мастер - владелец маленькой мастерской, не имеющий высшего образования в области математики и механики, просто не в состоянии разобраться в изощренных математических методах моделирования. Во-вторых, в системах проектирования корпусов можно опираться на весь богатейший опыт и наработки программного обеспечения аэрокосмической и судостроительной промышленности, на которые в последние 30 лет затрачены сотни миллионов долларов. Гибкие оболочки, подобные парусу, используются только для яхт и парашютов, так что программное обеспечение приходится разрабатывать практически с нуля. Комплексные системы проектирования парусов стали появляться в больших фирмах типа North Sails лишь в самое последнее время, в связи с резким ростом интереса к коммерческим мероприятиям типа гонок на Кубок Америки.
|
В процессе геометрического проектирования решаются следующие задачи:
| 1. | Выбор формы.
Яхтсмены характеризуют геометрию парусов на своем специфическом языке, используя такие словестные характеристики паруса, как "открытый", "закрытый", "лобастый" и т.п. Система проектирования парусов должна включать формализацию этих характеристик.
|
| 2. | Выбор размеров.
Парус должен не только правильно стоять на рангоуте, но и не выходить за обмерные ограничения класса или мерительного свидетельства. Поэтому программа должна поддерживать правила обмера парусов IYRU, принятые в России и в мире.
|
| 3. | Выбор кроя.
Парус имеет пространственную, обычно выпуклую, форму, но сшивается из плоских кусков ткани, называемых панелями. Проектирование паруса включает выбор кроя, т.е. разбиения паруса на панели. Программа должна включать аппарат, позволяющий парусному мастеру создавать и редактировать разбивку на панели.
|
| 4. | Выбор геометрии кромок панелей.
Проще всего задать крой паруса, задав разбиение его проекции на некоторую, например вертикальную, плоскость, а затем перенеся разбиение на парус. Однако эта схема дает парадоксальные результаты, которые лучше всего проиллюстрировать для "паруса" - половинки кругового конуса. Проекция конуса на вертикальную плоскость представляет собой треугольник. Разобьем последний на секции горизонтальными секущими. Соответствующие панели паруса - кольца на конусе. При раскладке их на плоскость получаются панели, кромки которых являются дугами окружностей, причем одна выпуклая, а вторая вогнутая. Ясно, что изготовление таких панелей из тканого материала не приведет к хорошему результату. Однако известно, что конус разворачивается на плоскость, так что этот парус можно изготовить из единственной треугольной панели, или нескольких четырехугольных панелей с прямолинейными сторонами! На математическом языке линии, которые при разворачивании на плоскость превращаются в прямые, называются геодезическими. Программа должна уметь выпрямлять кромки панелей на парусе, приближая их геодезическими.
|
| 5. | Перенос панелей на ткань.
После того, как парус спроектирован, его панели должны быть перенесены на ткань. Сначала ширина панелей увеличивается на ширину швов и панели разворачиваются на плоскость. Если размеры панели значительны, а кривизна паруса велика, то соответствующий участок паруса неидеально разворачивается на плоскость. В этих условиях программа должна правильно решать задачу аппроксимации. Затем выбирается ориентация панели относительно направления основы ткани. Обычно основу направляют по диагонали панели, но иногда, в целях экономии ткани, ее направляют вдоль одной из кромок. Наконец, решается задача экономной укладки панелей на ткань. Если парус изготовлен из тканей разных типов, например разных цветов, задача укладки решается для каждого типа в отдельности.
|
| 6. | Вывод данных.
При ручном раскрое контрольные точки кромок панелей распечатываются на принтере, вручную наносятся на ткань и соединяются гибкой рейкой. При наличии лазерного раскроя или плоттера данные выводятся в формате DXF. |
Поскольку рынок систем проектирования парусов невелик, они очень дороги. Поэтому, когда возможности старой программы Бесядовского перестали удовлетворять требованиям парусной мастерской "СТРОПАС", было решено разработать собственную программу.
Разработка системы геометрического проектирования парусов Sail Making Kit (SMK) была начата в 1991 г. До этого у авторов не было опыта разработки систем проектирования парусов. Однако, удалось помимо программы Бесядовского ознакомиться с работой аналогичной программы американской разработки, имеющейся в московской фирме Vast Sails. Кроме того, удалось побывать на фирме Shore Sails, Rod Island, USA. Был, наконец, 20-летний опыт плаваний и гонок под парусами.
При проектировании SMK возникла дилемма - базироваться на какой - либо CAD-системе высокого уровня или писать весь код самостоятельно. Выбор в пользу второго решения обусловлен следующими обстоятельствами. Во-первых, CAD-системы (например, AutoCAD) весьма требовательны к ресурсам. Во-вторых, возможное тиражирование SMK потребует тиражирования и CAD-системы, легальная копия которой может стоить несколько тысяч долларов. Наконец, просто хотелось попробовать написать на языке С программу коммерческого уровня.
Существуют несколько версий программы - под ДОС (1991-1995) и под Windows 95/NT (1996-2000).
В настоящее время используется версия программы под Windows XP. Набрана большая база спроектированных парусов, производится анализ характеристик изготовленных парусов, то есть существует эффективная обратная связь, влияющая на качество новых изделий. Разрабатывается новая версия программы, включающая возможность моделирования деформации паруса.
С автором Вы можете связаться по e-mail: ybolotin@yandex.ru.
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
