Определение динамического соответствия одежды. Методические указания к выполнению лабораторных и учебно-исследовательских работ по динамической антропометрии и квалиметрии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ______________________ ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО СООТВЕТСТВИЯ ОДЕЖДЫ Методические указания к выполнению лабораторных и учебно-исследовательских работ по динамической антропометрии и квалиметрии

Составители: Раднатаров В.Ц., Павлова С.В.

Улан-Удэ, 2002

3 Качество - одна из сложнейших категорий, с которыми человеку приходится сталкиваться в своей деятельности. Сложность проблемы качества заключается в том, что она является комплексной: технической, экономической и социальной. Проблема обеспечения высокого качества продукции имеет огромное техническое, экономическое, социальное и политическое значение, носит комплексный характер и охватывает всю систему ее производства и потребления, все стадии жизненного цикла изделия: проектирование – производство – товарообращение – эксплуатацию. Качество объекта обнаруживается в совокупности его свойств. Для промышленных товаров, в том числе и для одежды, под качеством подразумевается сочетание качества проекта и качество его изготовления. Качество проекта зависит от проектно-конструкторского решения изделия и является мерой совершенства этого решения, соответствия его свойств требованиям потребителя и условиям эксплуатации. Качество изготовления представляет собой показатель точности, с которой продукция в момент приемки соответствует технической документации и образцу-эталону. Для швейных изделий важно, чтобы это соответствие образцу или точность изготовления отвечали требованиям потребителей. Оценка соответствия качества готового изделия потребительским требованием и промышленным требованиям одежды, заложенными на этапе проектирования одежды, также зависит как от свойств материалов, из которых она изготовляется, так и от конструкции одежды. К наиболее важной группе потребительских свойств одежды относится группа гигиенических свойств одежды, в которую входят эргономические свойства изделия. С учетом номенклатуры показателей качества разрабатываются методы оценки готовых изделий. Данное пособие поможет студентам, изучающим технологию, проектирование и конструирование швейных изделий, исследовать эргономические свойства одежды, методы оценки соответствия различных видов одежды эргономическим показателям качества продукции. Пособие может быть использовано студентами направления 656100 «Технология и конструирование изделий легкой промышленности», специальностей 280800 «Технология швейных изделий» и 280900 «Конструирование швейных изделий» при изучении дисциплин «Основы

4 прикладной антропологии и биомеханики», «Конструирование одежды» и при проведении учебно-исследовательских работ.

Эргономические свойства одежды Эргономическая оценка качества изделия означает рассмотрение тех его свойств, которые характеризуют соответствие размеров, формы, цвета изделия, взаимного расположения его частей антропометрическим, физиологическим, психологическим, психофизиологическим требованиям и обеспечивают удобство использования изделия, оптимизацию физической и психической нагрузки на человека. За основной принцип классификации эргономических показателей качества одежды, особенно специальной одежды, принят характер воздействия ее на человека (или человека на одежду) и его результат, т.е. состояние человека или одежды. При разработке системы показателей качества спецодежды исходят из условия, что защитные свойства спецодежды находятся на удовлетворительном уровне, а параметры среды не превышают допустимых санитарных норм. Классификации одежды по указанных принципам представляют собой многоуровневые иерархические структуры, в которых даны сведения из обширной номенклатуры эргономических свойств одежды, фрагмент которой приведен в таблице 1, и показателей ее качества, касающиеся антропометрического соответствия одежды в статике и динамике. Антропометрические свойства изделия (1-й уровень показателей качества) на 2-ом уровне включают в себя размеропригодность и регулируемость геометрических изделия, на 3-ем уровне следующие показатели: ─ геометрические размеры изделия и его частей; ─ форма опорной поверхности; ─ возможность изменения размеров изделия в динамике; ─ возможность подгонки изделия на фигуре. Из приведенных в таблице 1 эргономических показателей качества одежды первостепенное значение имеет ее антропометрическое соответствие размерам и форме тела человека, зависящее от геометрических размеров и формы изделия на различных участках. При антропометрическом соответствии изделия человеку рассмотрение всех прочих его свойств теряет смысл.

5 Динамическое соответствие одежды размерам тела человека может характеризоваться двумя комплексными показателями (3-го уровня): степенью ограничения движений человека и напряженностью участков одежды. Для большинства показателей, в том числе эргономических, разработаны объективные методы измерения. Степень ограничения движений человека может быть оценена несколькими единичными показателями: размахом движений рук одетого человека, точностью и скоростью рабочих движений, перемещением участков одежды относительно тела при движении, темпом движений. Показатели размаха движений рук одетого человека и перемещения низа изделия при подъеме рук могут быть определены с помощью специальных установок, основанных на применении контактного и бесконтактного методов измерений. Таблица 1 Номенклатура эргономических свойств спецодежды Комплексные показатели свойств уровня 1-го 2-го 3-го Антропомет Соответствие Степень ограрические измерений из- ничения двиделия размерам жений человека тела человека и его частей в динамике Напряженность участков одежды Соответствие Соразмерность формы изделия изделия форме тела человека и его Баланс изделия частей в статике (качество посадки изделия на фигуре)

Единичные показатели свойств 4-го уровня Размах движений рук одетого человека, точность и скорость рабочих движений, перемещение участков одежды относительно Тела при движениях, темп рабочих движений Деформация растяжения материалов в деталях изделия, усилия растяжения в деталях и швах изделия Отсутствие свободных складок, напряжения ткани Отсутствие свободных складок, напряжения ткани Отвесность положения бортов и боковых швов изделия, горизонтальность низа изделия, правильность положения рукавов

Показателем внутреннего динамического соответствия для плечевых швейных изделий свободного облегания служит уровень деформаций

6 материалов в деталях одежды при эксплуатации или уровень давления одежды на тело. Описываемая номенклатура включает в себя большое количество показателей качества одежды и ее свойств, причем лишь незначительная их часть не может быть оценена количественно. На практике известны способы и экспериментальные установки для измерения показателей внешнего и внутреннего динамического соответствия системы «человек-одежда» (Авт. свид-ва №№ 563961; 745487; 820790). В разработанных экспериментальных установках для оценки эргономических показателей качества учитываются следующие требования: выполнение человеком комплекса рабочих движений, соответствующих моделируемым действиям человека в бытовых и производственных условиях; изменение основных параметров изучаемых изделий в диапазоне реально возможных условий их потребления; представление экспериментальных данных в цифровой форме, пригодных для компьютерной обработки. Установка, разработанная в МТИЛП, основана на контактном методе измерений размаха рук одетого человека (рис. 1). Она состоит из эргономического щита со шкалой, по которой определяются угловые перемещения рук, с ценами делений в 1, 5 и 10°. Установка снабжена фиксаторами положения рук 2, туловища 3 и ног 5. Кроме того, имеется вертикальная шкала с ценами деления 1, 5 и 10 см для визуального контроля за перемещением низа изделия. Прибор 4 для регистрации перемещения низа изделия выполнен в виде фотоцифрового устройства. Недостатком этого метода является то, что момент ощущения давления рукава на тело фиксируется субъективно. Кроме того, невозможно определить перемещение одежды в каждый отдельный момент совершения движений.

7

Рис.1. Установка для измерения размаха рук

Все указанные установки, несмотря на их оригинальность и простоту, не обладают универсальностью, так как каждая из них предназначена для измерения либо только внутреннего, либо только внешнего показателя динамического соответствия. Разработанный авторами данной работы эргономический стенд имеет конструкцию, позволяющий с достаточной степенью точности определять эти показатели (внешнего и внутреннего динамического соответствия) одновременно.

Эргономический стенд для исследования механизма взаимодействия системы «человек-одежда» Стенд представляет собой (рис. 2), основание 1, имеющее в нижней части четыре одинаковых колеса 2 на подшипниках с поворотными цапфами. На этом основании в корпусе 3 вмонтировано балансирное устройство, обеспечивающее посредством стального троса и храпового механизма с пружиной, плавный подъем и опускание по направляющей стойке 4 рамы 5 с левым 6 и правым 7 фанерными щитами. Рама, изготовленная из угольника, жестко закреплена винтами на верхней и нижней части несущей панели 8, панель в свою очередь, консольно соединена с подвижной втулкой 9,

8 имеющей фиксатор 10. С целью повышения жесткости на обратной стороне щитов 6 и 7 имеются планки 11-14, которые консольно на осях насажены 8 штук фигурных роликов 15. С помощью этих роликов при подготовке к эксперименту щиты при необходимости могут быть сдвинуты и раздвинуты относительно друг друга ручками 16 на нужное расстояние. Для исключения случайного схода с роликов направляющей рамы 5, планки снабжены упорами 17 на шарикоподшипниках. На лицевой стороне щитов 6 и 7 нанесены шкалы угловых перемещений рук 18. Левый щит дополнительно от правого имеет реостатный датчик 19 с указателем 20. Датчик работает по схеме потенциометра и представляет собой делитель напряжения с угловым перемещением движка. По такой схеме, величина отклонения пера самописца (или луча осциллографа) пропорциональна углу перемещения движка реостатного датчика, т.е. указателя 20. В процессе экспериментального исследования зачастую возникает необходимость определения показателей динамического соответствия системы «человек-одежда» при фиксированном значении угла размаха рук. Для проведения подобных измерений на левом щите вмонтированы 19 штук магнитоуправляемых контактов 21 (герконов), с помощью которых отметчик самописца или осциллографа автоматически фиксирует момент достижения заданного угла размаха рук. Принцип этого процесса заключается в следующем. Внутри стеклянного корпуса геркона имеются контактные пружины, которые под воздействием магнитного поля притягиваются друг к другу, и тем самым замыкают управляющую цепь. Поэтому указатель углового перемещения 3 имеет на резиновой подушечке постоянный магнит 4. На этот же указатель насажена и специальная скоба (на рис. 3 условно не показана), с фиксирующим винтом, куда вставляется запястье руки испытуемого во время эксперимента. Таким образом, движение руки при размахе повлечет за собой движение указателя углового перемещения (по часовой стрелке), которое в свою очередь будет вызывать поочередное срабатывание контактов герконов.

9

Рис. 2. Общий вид эргономического стенда 1 – основание; 2 – колесо; 3 – корпус балансира; 4 – стойка; 5 – рама; 6, 7 – щиты; 8 – панель; 9 – втулка; 10 – фиксатор; 11-14 – планки; 15 – ролики; 16 – ручки; 17 – упоры; 18 – шкалы; 19 – реостатный датчик; 20 – указатель; 21 – герконы; 22 – тумблер; 23 – многопозиционный переключатель МП; 24 – дистанционный стержень; 25 – гнездо для подключения отметчика.

10

Рис.3. Принципиальная электросхема подключения приборов 1 – шкала; 2 – герконы; 3 – указатель; 4 – магнит; 5 – датчик; 6 – переключатель; 7 – тумблер; 8 – стабилизатор; 9 – тензоусилитель; 10 – самописец (осциллограф); 11 – тензоскоба; 12 – тензоизмеритель давления.

11 Определение показателей внешнего и внутреннего динамического соответствия выполняется, согласно разработанной методике, при фиксированных значениях угла размаха рук, поэтому сигнал на отметчик самописца поступит только через тот геркон, у которого контакты в определенный момент времени будут замкнуты. Выбор нужного угла в пределах от 00 до 1800 производится экспериментатором с помощью многопозиционного переключателя МП (рис. 3), смонтированного на панели 8. В случае ненадобности сигнал на отметчик может быть отключен тумблером 22 (рис. 2), размещенным на этой же панели, рядом с многопозиционным переключателем 23.Так как контакты герконов надежно срабатывают только под воздействием определенной величины магнитного поля (или расстояния до них), то выше упоминавшийся указатель углового перемещения с прикрепленным магнитом должен проходить на одном уровне над всеми 19-ю герконами. Для выполнения этого условия указатель имеет регулируемый дистанционный стержень 24 на подшипниковой опоре с резиновым ободком.

Методика исследования внешнего динамического соответствия одежды Определение количественных значений критериев внешнего динамического соответствия системы «человек—одежда» рекомендуется производить посредством моделирования реальной деятельности человека, характерной для эксплуатации плечевой одежды. Для этого субъектом испытания (сначала раздетым, а затем одетым человеком) выполняются заданные рабочие движения рук при фиксированном положении туловища и стоп ног. В качестве рабочих движении выбираются наиболее часто встречающиеся простые движения (подъем рук через стороны вверх и подъем рук вперед и вверх), вызывающие максимальное изменение продольных размерных признаков туловища человека и угловых признаков, определяющих положение рук относительно туловища. Экспериментально установлено, что наибольшее ограничение размаха движений происходит при одновременном подъеме вытянутых вперед рук, максимальное перемещение низа изделия— при подъеме рук через стороны вверх (рис. 4, а). Поэтому указанные показатели внешнего динамического соответствия рекомендуется определять при выполнении именно этих рабочих движений.

12

а

б Рис. 3. Схема измерений эргономических показателей внешнего динамического соответствия одежды: а – размаха движений рук одетого человека; б — перемещения низа изделия при подъеме рук.

Показатель размаха движений рук Рр одетого человека определяется отношением максимальных углов подъема рук одетым 1 и раздетым 2 человеком, измеряемых по шкале эргономического щита и скорректированных с учетом исходного угла 0: (1)

13

где 0 – исходный угол, определяющий положение кистей рук относительно вертикали, проходящей через центр головки плечевой кости (положение рук), осевой линии свободно опущенной руки раздетого человека в статике, град. Максимальный угол 1 подъема рук одетым человеком в динамике определяется физиологическими свойствами человека и совершенством конструкции одежды и измеряется в момент появления ощущения давления одежды на плечевую часть руки. Показатель степени перемещения низа изделия Рн определяется отношением разности высот, см, от пола низа изделия с рукавом при выполнении движения (в динамике) h1 (см. рис. 3, б) и исходного (в статике) h0 к аналогичной разности высот, см от пола низа изделия без рукава в динамике h2 (на рис. 3, б не показан) и статике h0: (2) Перемещение низа изделия h1 измеряют при подъеме рук через стороны вверх в тот момент, когда указатель углового перемещения достигнет заданного угла. Для ускорения испытания значение h2 можно определять приближенно, исходя из значения динамического эффекта размерного признака 2d – высоты плечевой точки при горизонтально вытянутых вперед руках с тесно соприкасающимися ладонями.

Методика исследования внутреннего динамического соответствия одежды Методика определения динамических на практике состоит из следующих этапов. При помощи антропометра* на испытуемом измеряют по вертикали расстояние от пола до плечевой точки, находящейся на пересечении верхнегрудинного края акромиального отростка лопатки с вертикальной плоскостью, рассекающей область плечевого сустава пополам. После этого на замеренное расстояние (измеренное также при помощи антропометра) устанавливают по высоте ось вращения указателя на щите, для чего *

Павлова С.В., Раднатаров В.Ц. Методы измерений тела человека / Методические указания по морфологии человека и антропометрии: Улан-Удэ, изд-во ВСГТУ, 2001.

14 необходимо предварительно ослабить фиксатор и, двигая рамку с щитами вверх или вниз, добиться требуемой величины. Затем при передвигании щитов влево или вправо (симметрично по отношению к направляющей стойке) устанавливается межцентровое расстояние, соответствующее расстоянию между центрами головок плечевой кости. Далее, на расстоянии 1,5-2,0 м с лицевой стороны стенда, на штативе с треногой устанавливают фотоаппарат так, чтобы его оптическая ось находилась на уровне низа изделия испытуемого в положении стоя. Для проведения испытания субъект исследования занимает исходное положение: спиной вплотную к стенду, руки опущены вдоль тела, ноги расставлены на ширину плеч. Осевая линия позвоночника должна совпадать с осевой линией направляющей стойки стенда. После занимания исходного положения испытуемый вставляет правую руку в области запястья в скобу указателя углового перемещения. Исследователь отмечает по шкалам начальное положение рук испытуемого и одновременно производит настройку регистрирующего прибора. Затем штепсельное гнездо отметчика, посредством гибкого кабеля, соединяют с затвором фотоаппарата. Поворотом рукоятки многопозиционного переключателя устанавливают угол размаха рук, при котором требуется определить показатели внешнего динамического соответствия одежды. По сигналу начала эксперимента испытуемый несколько раз (2…4), выдерживая паузу в пределах 3-5 с, равномерно поднимает обе руки вверх через стороны до соприкосновения ладоней. Так как правая рука испытуемого безостановочно поднимается совместно с указателем углового перемещения, то сигнал на затвор фотоаппарата поступит только при том угле, на который будет настроен многопозиционный переключатель. Таким образом, изменение положения указанного переключателя (угла регистрации), дает возможность фиксирования на фотопленке положения низа изделия при любом угле размаха рук. Сравнивая положения низа изделия до испытания и после по формулам (1, 2), определяют численные показатели внешнего динамического соответствия. Комплексный показатель (3-го уровня) – напряженность участков одежды – определяется следующими единичными показателями: деформацией растяжения материалов в деталях изделия, усилием растяжения материала и швов изделия.

15

Рис.5. Напряженные участки брюк

В процессе эксплуатации зонами наибольшей деформации материалов в спецодежде являются зоны в нижней части проймы полочек и спинки и соответствующие им точки на окате рукава куртки. В брюках такими зонами являются зоны верхней части среднего шва задних половинок 4 (рис.5), среднего шва в области наиболее выступающих бедер 5, подъягодичных складок 3, верхней части шаговых швов 6, передних половинок брюк в области коленей 1, задних половинок брюк под коленями 2. При оценке качества конструкции спецодежды именно в этих зонах измеряют деформации растяжения материалов. Измерение деформации растяжения материалов в швейных изделиях производится «методом нитки» или тензометрированием с помощью тензометров одноосной* или двухосной деформации. Последний представляет собой видоизмененную конструкцию двух тензометров для одноосного растяжения-сжатия, имеющих одно общее основание, но работающих независимо друг от друга (рис.6).

*

Раднатаров В.Ц., Дармаева М.Ф. Методические указания по выполнению лабораторных и научно-исследовательских работ по дисциплине «Методы и средства исследований» / Улан-Удэ, изд-во ВСГТУ, 2000, ч. 2.

16

Рис.6. Тензометр двухосной деформации

Основанием данного тензометра служит траверса 1, имеющая с четырех сторон ушки, на которые свободно установлены четыре оси 2. На этих осях смонтированы цилиндрические стержневые лапки 3 из текстолита, в верхней части которых пропилены пазы для соединения посредством осей стоек 4 тензометров, а в нижней (на торцевой поверхности лапок) приклеены шайбы 5 из ленты «велькро». Стойки соединены между собой упругими стальными пластинками 6 прямоугольной формы толщиной 0,15 мм, на которые приклеены тензорезисторы 7. Оси стоек тензометров находятся на разных плоскостях, поэтому вышеупомянутые упругие пластинки во время измерения деформации не соприкасаются друг с другом. Поэтому каждый из этих тензометров выдает информацию о напряженном состоянии материала одежды самостоятельно: один из них измеряет деформацию растяжения, а другой, в это же время, деформацию сжатия. Тарирование тензометра двухосной деформации осуществляется с помощью рычажного деформометра, по методике, изложенной в работе*.

*

Раднатаров В.Ц., Дармаева М.Ф. Методические указания по выполнению лабораторных и научно-исследовательских работ по дисциплине «Методы и средства исследований» / Улан-Удэ, изд-во ВСГТУ, 2000, ч. 2.

17 Деформации растяжения и сжатия материалов в одежде позволяют характеризовать и косвенно оценивать давление материала на тело человека. Однако, для некоторых видов одежды (специальной одежды, спортивной, медицинской, корсетной и др.) возникает необходимость определения прямых значений давления одежды на тело, так как от него зависит уровень эргономического совершенства конструкции одежды.

Рис.7. Датчик давления

Для измерения давления одежды при эргономическом исследовании различных видов одежды (в том числе и спецодежды) используются тензометрические датчики. Конструктивно тензометрический датчик давления выглядит следующим образом. Он состоит (рис.7) из трех тонких гетинаксовых колец 1, скрепленных между собой. Между нижним и средним кольцами закреплена стальная тензобалка 2, на свободном конце которой имеется шайба 3, выполняющая роль опорной площадки. Датчик оснащен малогабаритным разъемом 4 для подключения его с помощью гибкого ленточного шнура к тензоусилителю. На противоположной стороне корпуса датчика имеется петлевая подвеска 5 для закрепления его на одежде испытуемого во время эксперимента. Нагружение упругой тензобалки для тарировки датчика давления осуществляют путем поочередного подвешивания калиброванных гирь массой от 10 до 100 гр. Сам датчик при этом должен быть установлен горизонтально с помощью лабораторного зажима со штативом. На основании полученных

18 данных строят тарировочный график, используемый в дальнейшем при расшифровке диаграмм (или осциллограмм) регистрирующего прибора. Деформацию растяжения материала и давления деталей изделия, согласно методике, измеряют в точках, указанных на рис. 8. Перемещение изделий относительно тела человека рекомендуется определять с помощью «метода нитки». Результаты измерений, после их статистической обработки по общепринятой методике, заносят в таблицу 2. Таблица 2 Единичные показатели качества одежды Показатель 1 Перемещение, см

1 3

Исследуемая точка (по рис.8) 2 3 … 4 5 6

Примечание 21 7

2 А В Деформация, % А В Давление, кПа А В Примечание: А, В – максимальное и минимальное значение показателя.

Рис.8. Точки размещения тензодатчиков на теле человека

8

19 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО СООТВЕТСТВИЯ ОДЕЖДЫ Методические указания к выполнению лабораторных и учебно-исследовательских работ по динамической антропометрии и квалиметрии

Составители: Павлова С.В., Раднатаров В.Ц. Рецензент: Хахидаева Л.П. Компьютерный набор и верстка: Павлова С.В.

Подписано в печать 19. 03 2002. Формат 60х80 1/16. Усл.п.л. 2,32, уч.-изд.л.2,0. Тираж 30 экз. РИО ВСГТУ. Г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40, а. Отпечатано в типографии ВСГТУ г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 42.