Разработка методики дизайн-проектирования стрелкового оружия с использованием литьевых термопластмасс на базе трехмерного моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 20.02.14, кандидат технических наук Матюшин, Виталий Вавилович

• Матюшин, Виталий Вавилович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Матюшин, Виталий Вавилович

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИЗАЙН-ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ

1.1. Методологический уровень дизайн-проектирования сгрелковою оружия.

1.2. Анализ современного уровня методики дизайн-проектирования промышленных изделий.

1.3. Влияние конструкционною маюриала и технологии на дизайн оружия.

1.4. Влияние материала па конструкцию и дизайн сиаемообразу ю-щих элемеиюв стрелкового оружия

1.5. Выводы, цель и постановка задачи.

ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМООБРАЗУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ ИЗ ЛИТЬЕВЫХ ПЛАСТМАСС

2.1. Конструктивные схемы системообразующих племен юн стрелкового оружия.

2.2. Обеспечение прочности и жесткости системообразующих элементов.

2.3. Принципы проектирования системообразующих .злементов стрелкового оружия из лшьевыч пластмасс.

2.4. Вывод.

ГЛАВА 3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭРГОНОМИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИИ ПРИ ДИЗАЙН-ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМООБРАЗУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ СТРЕЛКОВОГО ОРУ/КИЯ

3.1. Современное состояние эргономическою проектирования стрелкового оружия

3.2. Эргономическое моделирование в вирпалытом пространстве.

3.3. Построение антропометрической модели кисти руки и предплечье

3.3.1. Учет анатомии кисти человека при проектировании рукоя1ки сиете\ю0браз)ющи\ элементов стретковою оружия.

3.3.2. Антропометрическая модель р\ки.

3.3.3. Алгоритм построения элементов удержания стрелкового оружия.

3.4.Эрюномичеекое проектирование элементов \ держания стрелкового оружия па основе эО-ю перпенгиля.

3.5. Вывод.

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ДИЗАЙН-ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМООБРАЗУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ

4.1. Современные методы обработки информации и особенности проектирования системообразующих элементов оружия в среде 3-D.

4.2. 1е\нология построения ЗО-модели сиаемообрашощич элементов стрелкового оружия.

4.3. Пример реалшации методики дшайн-проекгирования системообразующих элементов сфелковою оружия

4.3.1.Рафаботка дизайн-ироекта карабина мр-161 к на базе пластмассового системообразующего элемента.

4.3.2.Инновации в дизайне системообразующих цементов сфелковою оружия.

4.4. Вывод.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики дизайн-проектирования стрелкового оружия с использованием литьевых термопластмасс на базе трехмерного моделирования»

Актучиыюсть работы. Гражданск'ое и служебное оружие - на сеюдняшний день единственный сегмент оружейного рынка, характеризующийся относительной устойчивостью, на который, в отличие от военного, не влияют конъюнктурно-политические факторы. В связи с этим наиболее благоприятные возможное in для развинти оружейной промышленности создаются в сфере гражданского оружия. Ситуация во \uioiом схожа с 80-ми iодами XIX столетия, кома технологии и кадры юсу даре I венных оружейных заводов удалось сохранить благодаря открытию фажданског о сектора оружейного рынка.

Ввиду обстоятельств, при коюрых рынок гражданскою оружия развивается и существуei, возникает высокий уровень предложения на этом рынке, что определяет, соответственно, высокий уровень конкуренции. Конкурентоспособность обуславливается: во-первых, высокими иофебшельскими свойствами, во-втрых, приемлемой ценой.

Предложить покупателю изделие, достойное по качеству и приемлемое по цене, обладающее набором определенных потребительских свойств п при этом не ошибиться в их выборе, для производителя крайне важно. Актуально для рафаботчика также определить свою конъюнктуру и свой сектор рынка оружия.

Достичь лого в сфере стрелковою оружия возможно лишь посредством дизайна, связывающею воедино эсгептчесмыумапшарныП аспект с конструкционно-1ехноло1 ическим аспектом совместно при использованием новых высокотехнологичных материалов - литьевых плаамасс, позволяющих обеспечить конкурентоспособную пену, и течноло1 ии проектирования, направленной на сокращение сроков рафаботки.

Необходимо заменит., что дизайн, как один тп основных видов проектной деятельности, проникнув во все сферы промышленнот о производства к середине XX века, в производстве оружия распространения не получил. И проектированием оружия, как это ни странно, ни один профессиональный дизайнер не занимался Biuoib до 70-х юдов XX века.

Все замечательные образцы оружейной течники проектировали сами конструкторы, фактически создавая авторские проекты оружия. Эю западные Georg Luger, Peter Paul Mauser, Frit/ Walther, а также замечательные русские оружейники - Дегтярев, Драгунов, Калашников, Макаров, Токарев, Стечкин, Шпагин и многие друпте. Все конструкторы преследовали схожие цели: сделать оружие те\ноло1 ичным в производстве, удобным в обращении (эрюномичпым), в меру легким, простым в эксплуатации. Но. пожалуй, никто не задумывался об эстетическом аспекте предмета. Конечно, если взять за основу концепцию дизайнеров-функционалистов первой половины XX века, чго «всякий предмет, если он функционален - значит, красив», молено принять образцы такими, какие они есть на самом деле. В условиях современною npoipecca обладать одной лишь функциональностью недостаточно.

На современном рынке 1ражданскою оружия эстетический фактор является решающим в выборе потребителем конкретною образца оружия. Внешний вид зачастую определяет рыночный успех фирмы-нроизводиюля. гак как потребитель, прежде всею, выбирает изделие «глазами», воспринимая эстетику предметною мира на эмоциональном уровне [15].

В связи с этим возникает необходимость в комплексном подходе к проектированию стрелкового оружия, при котором учтпываются: дизайн, как социальный эстетический аспект; эрюномика, как эксплуатационный аспект: и 1ехноло1 ия, как производственный аспект.

Цепью диссертационного исследования является совершенствование процесса дизайн-проектирования стрелкового оружия с использованием литьевых термопластмасс, направленное на повышение боевой эффективности и конкурентоспособности образцов за счет обеспечения высокою уровня эрюномической проработки и соответствия эстетическим критериям при oi работ ке конструкции, наминая с ранних -этапов проектирования.

Задачи исследования. Актуальными задачами, решение которых должно привести к созданию меюдики дизайн-проектирования сфелкового оружия с учетом особенностей пластмассы как конструкционною материала и современных компьютерных технологий, являются:

• разработка рекомендаций по дизайн-проектированию системообразующих элементов (СОЭ) из лшьевых термопластмасс, учитывающих технологические особенности и декоративно-эстетические свойства материала;

• разработка модели руки стрелка, учитывающей разброс антропометрических параметров, чю позволш моделирован» различные варианты удержания стрелкового оружия с целью повышения эффективности прицеливания;

• разработка технологии трехмерною моделирования элементов удержания, являющейся основой для формообразования, и позволяющая рационально использовать возможности литьевой пластмассы с учетом конструкции стрелковою оружия;

• апробация методики на примерах разработки реальных проектов.

Методы исследования, использованные в диссертационной работе, базируются на категориях и подходах теории дизайна, а также меюдах математической статистики и аналитической геометрии. Достоверноеп> и обоснованность полученных результатов подтверждены результатами предварительных и приемочных испытаний, проведенных в соогветснши с действующими государственными и отраслевыми стандартами.

Научную повишу диссертации составляют:

1) методика дизайн-проектирования стрелковою оружия с системообразующими элементами из литьевых термопласт масс, включающая:

• общие рекомендации по дизайн-проектированию системообразующих элементов из литьевых термопластмасс, предоставляющие возможность использования лшьевых 1ер\шнластмасс в качестве конструкционною материала СОЭ;

•универсальную антропометрическую модель руки стрелка и матрично-векюрной форме, реализованну ю для прикладов магчевою типа с возможностью ее адашации к различным классам арелковою оружия;

•технологию трехмерного моделирования элементов удержания, основанную па процедурах перевода двумерною эскиза в фехмерпое пространство;

2) обоснованы конструктивные решения, позволяющие рентам» задачи выбора принципиальной конструктивной схемы и эргономическою проектирования системообразующих элементов на основе 50-ю перненгиля с учетом конструкционною материала па ранних этапах проектирования, па одно из которых получено положительное решение на выдачу патента об изобретении, а также получен патент на промышленный образец.

Практический полетаешь заключается в юм, что разработанная методика дизайн-проектирования системообразующих элементов стрелкового оружия на базе антропометрических моделей и трехмерною моделирования в виртуальном пространстве позволяет повыешь качество прорабогки эрюпомических и эстетических параметров изделия, чю в конечном итоге повышает эффективность прицеливания и обеспечивает комфорт при стрельбе.

Результаты работы реализованы в дизайн-проектах образцов стрелкового и спормтвно-охогничьсю оружия, разработанных в рамках НИОК1\ проводившихся па ФГУП «Ижевский механический завод» в 20022006 гг.: охотничий самозарядный карабин MP-I6IK, пневматическая винтовка МР-512 (находигея на стадии подготовки к постановке на производство), крупнокалиберный карабин MP-142 (концептуальный дизаип-ироект), служебный нисюлет МР-443 (рабочий дизайн-проект, построен виртуальный прототип в среде 3-D, создан рабочий образец), рестайлинг самозарядного охошичьего ружья MP-153 (концешуадыгый дизайн-проекп, изготовлен макет).

Художественно-конструкторские решения дизайн-проекга само^арядною малокалиберного карабина доведены до практической реализации в конструкции карабина МР-161К, поставленною на серийное производство в 2006 году.

Основные положения диссертационной работы дшиадшиииси и обсуждались на между народной конференции «Информационные техноло1 ии в инновационных проектах» (Ижевск, ИжГТУ, 2003 i.), на IX Всероссийской научно-технической конференции по специальности «Технологии промышленной и художественной обрабогкн материалов» (Ижевск, ИжП У, 2006 г.).

Разрабоганные авюром дизайн-проекты, реализованные в опыгныч и серийных образцах оружия ФГУН «Ижевский механический завод», демонефировались в 2003 - 2006 гг на международных оружейных выставках IWA (Германия, Нюрнберг), «Оружие и очота» (Москва), па выставке спорпгвно-охогннчьею оружия и аксессуаров «РОСТ» (Ижевск) в ioi же период и пол)чили высок)ю оценку снециолиегов.

Диссертация неоднократно докладывалась и обсуждалась на кафедре «Дизайн промышленных изделий» Удмуртскою государственною университета и на кафедре «Стрелковое оружие» Ижевскою государственного 1ехнпческо1 о у ниверсикта.

Структура диссертации. Диссерганионная pa6oia состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, приложения, списка использованной литературы в количестве 45 наименований, содержит 90 рисунков и 8 таблиц. Окончание первой главы резюмируется выводами и ставится задача диссертационного исследования.

Заключение диссертации по теме «Вооружение и военная техника, комплексы и системы военного назначения (в том числе по видам Вооруженных Сил, Тылу Вооруженных Сил, родам войск и специальным войскам)», Матюшин, Виталий Вавилович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ II ВЫВОДЫ

Главным результатом проведенных исследований является разработанная методика дизайн-проектирования стрелкового оружия с использованием литьевых термопласгмасс на базе трехмерного моделирования в виртуальном пространстве, которая предусматриваем участие дизайнера на ранних лапах проектирования и позволяет снизим* материальные и временные затраты при одновременном повышении качесмва проработки эргономических и эстетических параметров изделия. Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Физико-механическим и технологическим свойствам современных лтмьевых термопластмасс наиболее полно соответствуют следующие композиционные приемы дизайн-проектирования системообразующих элеменюв стрелковою оружия:

• интетрация однородных функциональных элеменюв в одну труппу;

• интет рация различных по функциям элементов в единый блок;

• акцептирование на разъемах деталей;

• учет элеменюв крепления;

• учет ребер жесткости;

• модульность;

• варьирование фактурой поверхности.

2. Разработанная чстырехзвенная универсальная антропометрическая модель руки в матрттчно-векторной форме, апробированная па примере проектирования приклада матчевого типа, обеспечивает возможность моделирования эргономики элеменюв удержания оружия в виртуальном пространстве и может быть адаптирована к различным классам стрелковою оружия. Вариабельность модели позволяет значительно расширить диапазон ее использования в промышленном производстве, в частности в сфере проектирования электроинструмента.

3. Полученные в работе линейные регрессионные зависимости, использованные для определения 1еометрически\ размеров ceiментов модели руки, позволяют моделировать эргономику злемешов удержания с учетом различной антропометрии см редка.

4. Диапазон ре1улировки основных размеров элементов удержания следует выбирать в пределах 50-ю перцентиля, что позволяет сочегап» простоту конструкции и технологичьосчь элементов peiулировки с возможностью адаптации к широкому кругу пользователей.

5. Разработанная технология моделирования системообразующих элемешов стрелковою оружия на базе пакетов инженерных программ двух- и трехмерного моделирования и разработанной антропометрической модели позволяет организовать в единый процесс инженерное и художественное проектирование, что обеспечивает повышение качества проекта при сокращении временных и материальных зафаг.

6. Методика апробирована в реальных конструкциях стрелкового оружия поставленных на серийное производство.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Матюшин, Виталий Вавилович, 2007 год

1. Frit/e H.-J. Gcbruder Merkel. - Peter Arfmann-Verlag, 1999.

2. Jan Boger. Jager unci Gejagte. Die Geschichte tier Scliarfschut/en. Stuttgart Motorbuch Verlag, 1994.

3. Klingner B. Lehrbuch GewehrschiePen: technik, training, wettkampf. -Munehen, 1988.

4. Аруин A.C., Зациорский B.M. Эргономическая биомеханика. М.: Машиностроение, 1988.

5. Барвинский И.А., Барвинская И.Е. Литье пластмасс. Справочная информация для конструкторов и icxhojioiob. Версия 1.2.5, 2000-2002.

6. Барташевич А.А. Основы художественною конструирования. Минск: Вышейшая школа, 1984.

7. Барташевич А.А., Мельников А.Г. Основы художественною конструирования. Минск: Вышэйшая школа, 1978.

8. Браунли К.А. Стагисгическая теория и методология в пачке и технике / Пер. с англ. Никулина А.С, под ред. Болынева Л.11. М.: Паука, 1977.

9. Видюф Н.Б. Основы конструирования литьевых форм для термопластов.-М., Машиностроение, 1979.

10. Ю.Войненко В.М, Мунипов В.М. Эргономические принципы конструирования. Киев: Гэхника, 1988.

11. КВолкогруб И.Т., Основы художественною конструирования. Киев: Вы та школа, 1988.

12. Вудсон У., Конновер Д. Справочник по инженерной психологии для инженеров и художников-консгрукюров / Пер. с англ. канд. филос. наук Пашу тиной A.M. под ред. кл.н. Венды В.Ф. М.: Мир, 1968.

13. Даниляк В.П., My чипов В.М., Федоров М.В. Эрюдпзайн, качество, конкурентоспособное г ь. М.: Издательство стандартов, 1990.

14. Джонс Дж.К. Инженерное и художественное проектирование /11ер. с англ. Бурмисгровой Т.П. и Фриденберга И. В. под ред. д-ра психол. наук, к.т.н. Венды В.Ф. и канд. психол. паук Мупипова В.М. М.: Мир, 1976.

15. Казаринова В.И. Красота, вкус, экономика. М.: Экономика. 1985.

16. Калинчев ЭЛ., Саковиева М.Б. Выбор пластмасс д тя изгоюв гения и жеплуатации изделий: Справочное пособие. Л., Химия, 1987.

17. Квасов А.С. Художественное конструирование изделий из пластмасс. -М.: Высшая школа, 1989.

18. Матюшин В.В., Колосов В.Н. Ружье самозарядное. Заявка на промышленный образец № 2006 500945 от 03.04.2006т.

19. Матюшин В. В., Драгунов М. Е. Эргономическое проектирование )лемеитов удержания стрелковою оружия с использованием трехмерной антропометрической модели //Вестник ИжГГУ, 2007.- Л1> 1.-С. 129- 130.

20. Михайлов С., Кулеева Л. Основы дизайна. Казань: Новое Знание, 1999.25.11ешумова Б.В., Щедрина Е.Д. Художественное проектирование. М.: Просвещение, 1979.

21. Новиков II.В. Конструирование в академическом дизайне. СПб.: ГХПА, 1998.

22. Новиков П.В. Антропометрия и сомагография в академическом дизайне. -СПб.: ГХПА, 1998.28.0пперманн X. Техника стрельбы на охоге / Пер. с нем. Богомолова Б.А. -М.: Ас трель, 2002.

23. Основы конструирования изделий из пластмасс. Под ред. Бэра Э. / Пер с ашл.- М.: Машиностроение, 1969.

24. Полипласгик-Технопол. Каталог. М.: Техпопол, 2002.

25. Пулевая стрельба. Правила соревнований. М.: ФиС, 1985.

26. Румшиский J1.3. Элементы теории вероятностей. М.: Паука, 1970.

27. Рунте В.Ф., Ссньковский В.В. Основы теории и методологии дизайна. -М.: МЗ-Пресс, 2003.

28. Сомов 10.С. Композиция в технике. М.: Машиностроение, 1987.

29. Сомов Ю.С. Художественное конструирование промышленных изделии. -М.: Машиностроение, 1967.

30. Гьялве Э. Краткий курс промышленною дизайна/ пер. с ain.i. Кунина 11.А. М.: Машиностроение, 1984.

31. Харгинк A.lz. Охотничьи ружья / Пер. с шил. Пнвоварова А. и Ьалакшина В. М.: Лабириш-Пресс, 2001.

32. Хилл II. Наука и искусство проектирования / Пер. с ain.i. Коваленко Е.Г. под ред. к. т. н. Венды В.Ф. М.: Мир, 1973.

33. Юрьев А.А. Спортивная стрельба. М.: ФиС, 1962.

34. Яковлев А.Д. Технология изготовления изделий из пластмасс. Л.: Химия, 1972.

35. Яцюк О.Г., Романычева Э.Т. Компьютерные iexiio.Toinii в дизайне. Эффективная реклама. СПб.: 1>ХВ-Петербу рг, 2001.

36. Y- Y)2/ n-l=S2 S t (0,50.17) мат.ожидание +1 (P,f )-—■ v n80,59 8,98 0,689 ±2

37. Y- Y)2/ n-l=SJ S t (0,50:17) 50-й перцентиль ± t (P,f )S80,59 8,98 0,674 ±6

38. Y- Y)J/ n-l=SJ S t (0,50:17) мат.ожидание +1 (P.f )t==-/n245,88 15,68 0,689 + 3

39. Y- Y)2/ n-l=S2 S t (0,50:17) мат.ожидание +1 (p,f V n103,94 10,2 0,689 ±2

40. Y- V)7n-i=s2 S t (0,50:17) 50-й перцентиль +1 (P,f )S103,94 10,2 0,674 ±777 degrees1. Упражнение 1:

41. Рука вытянута, кисть в свободном положении, удобном для участника эксперимента.1. Упражнение 2:

42. Рука вытянута, кисть находится под углом относительно лучезапястной кости в крайнем верхнем положении, максимально удобном для участника эксперимента.1. Упражнение 3:

43. Рука вытянута, кисть находится под углом относительно лучезапястной кости в крайнем нижнем положении, максимально удобном для участника эксперимента.1. Упражнение 4:

44. Y- Y)7nl=SJ S t (0,5011 '/n0,6061 0,779 0,687 ±0,1

45. Y- Y)Vn-l=S! S t (0,50.13 +t(p,f)s! jj 0,6061 0,779 0,674 ±0,5 | м1. Эксперимент 1:

46. Удержание макета с пистолетной рукояткой.

47. Рука вытянута, кистью производится удержание пистолетной рукоятки, указательный палец на спусковом крючке. Имитируется прицеливание.1. Эксперимент2:

48. Удержание макета с пистолетной рукояткой.

49. Наложение полученныхданных.

50. Ф фг / n-l=S! S t (0,50 6) ± t (p,f )s ! (Н,- H)7 n-i=s! S t (0,50.6) +1 (P,f )S94,98 | 9,75 0,674 ±7 57,24 7,57 0,674 ±2fl)-(07n-l=SJ S t (0,50.6) + t(P,f V п (Н,- H)Vn-l=S! S t (0,50 6) ±t(P,f)-^-V П94,98 9,75 0,718 ±3 57,24 7,57 0,718 ±2