Проектирование ювелирных изделий на основе законов бионического формообразования

В настоящее время в России в области производства ювелирных изделий (ЮИ) наблюдается тенденция к снижению их художественного уровня. Это связано с комплексом причин, таких как: отсутствие отечественной и переведенной зарубежной литературы по проектированию ЮИнеразработанность научных концепций и современных методов проектирования ЮИотсутствие практических наработок по применению современных высокоэффективных компьютерных технологий. Нельзя не отметить довольно позднюю (конец 90-х гт. XX в.) организацию вузов, обучающих специалистов в области ювелирного дизайна. Как следствие, отечественные ЮИ, изготовленные в период с 1980 по 2000 гг., уступают мировым стандартам, прежде всего по уровню дизайна и новым конструктивным решениям.

Научными исследованиями и практикой производственной деятельности в стране и за рубежом доказана целесообразность использования основных положений науки бионики для проектирования объектов в машиностроении, архитектуре, костюме и других областях.

Современная индустрия. моды требует постоянного обновления ассортимента и создания конкурентоспособной продукции на основе использования новых дизайнерских и технологических концепций. Применение законов бионики для создания моделей ЮИ и процессов их проектирования открывает возможность создания принципиально новых конструкций изделий. Кроме того, активное введение в производство ЮИ современных компьютерных технологий позволяет значительно ускорить процесс разработки и внедрения новых моделей.

Сквозное автоматизированное проектирование ювелирных изделий (САП ЮИ) предполагает применение технологий компьютерной графики в процессе проектирования ЮИ от концепции и эскизов будущего изделия до изготовления модели и самого изделия на специализированном оборудовании трехмерного прототипирования. Применение технологий быстрого прототипирования гарантирует автоматизированное построение модели ЮИ, которое достаточно сложно или невозможно изготовить вручную, позволяет сократить затраты на изготовление изделия, увеличить скорость обновления ассортимента ювелирных изделий.

Таким образом, отсутствие объективных научных данных о возможности применения метода САП ЮИ на основе законов бионического формообразования обусловили актуальность и выбор темы данного диссертационного исследования.

Актуальность темы

.

Существующие труды по созданию ювелирных украшений (Э. Бреполь, В.И. Марченков) [5, 6] главным образом описывают технологию изготовления известных конструктивных элементов, не предоставляя алгоритма для их развития и создания новых разработок технологических узлов.

Другая группа работ (М.М. Постникова-Лосева, P.A. Ванюшова, Е. Ананьева, П. Бирбаум) [3, 4, 8, 11] носит исследовательский, энциклопедический характер, демонстрирует предметы ювелирного искусства и рассказывает об истории развития стилевых направлений.

Таким образом, выявлено, что трудов, направленных на комплексное решение проектных задач ювелирного дизайна нет.

В результате литературно-исторического анализа мы установили, что создание ювелирного дизайна, прежде всего, основано на аналогиях с образами и конструкциями живой и неживой бионической материи. Это способствует решению задач образно-идейного содержания и вариантов технических решений формы ювелирного изделия. Осмысленно или интуитивно художник-ювелир применял, как в прошлом, так и в настоящем, бионические аналогии формообразования.

Формирование первой теории системного проектирования ювелирных украшений должно происходить по пути междисциплинарного синтеза научных дисциплин, таких как: теория художественного проектирования, теория бионического моделирования объектов дизайна и архитектуры, теория компьютерной 3D и 2D графики и технологий быстрого трехмерного прототипирования.

Цель исследования.

Целью работы является разработка метода сквозного автоматизированного проектирования ювелирных изделий на основе законов бионического формообразования, с привлечением средств компьютерной графики и аппаратного обеспечения технологий быстрого прототипирования, для создания и внедрения в производство новых форм ювелирных изделий, сокращения времени внедрения и снижения себестоимости производимой продукции.

В соответствии с целью исследования определены следующие задачи:

• изучение принципов и методов бионического формообразования ЮИ в XX веке и составлении классификации бионических прототипов природных мотивов, используемых при проектировании ЮИ;

• построение классификации ювелирных изделий XX века по основным ассортиментным группам;

• изучение законов бионического формообразования природных систем, путей морфологического роста и развития бионических форм;

• определение функциональных характеристик ювелирного изделия (стилистических, эргономических и технологических параметров);

• адаптация существующего в бионике метода дифференциации природных структур для формирования запроса на поиск бионической аналогии формы, структуры и конструкции ЮИ;

• анализ функциональных возможностей современных технологий компьютерной графики в процессе проектирования ЮИ;

• определение структуры процесса бионического моделирования ЮИ на основе принципа взаимосвязи функции и формы и разработке алгоритма процесса САП ЮИ;

• апробация полученных результатов работы на примерах проектирования и производства различных видов ювелирных изделий;

Объектом исследования является — процесс формообразования в ювелирном искусстве XX века.

Предметом исследования является: бионическое формообразование предметов ювелирного искусства XX века.

Методологическую основу исследования составили положения теории бионических исследований и моделирования объектов архитектуры и дизайна. Для решения поставленных задач так же использовались методы эмпирического и теоретического познания. В качестве инструмента в диссертационной работе использовались методы: структурно-графический, методы математической статистики, компьютерного моделирования.

Теоретические основу исследования составляют труды Леонардо да Винчи [25], И. Ф. Гете [26], Г. Земпера [18], как основоположников бионического подхода в искусстве, отразившегося в стремлении к изучению природы и постижению божественной красоты — совершенства, творений природы для решения прикладных задач декоративно-прикладного искусства и архитектуры.

На формирование идей диссертации оказали влияние работы Гармаша И. И. [20] и Сергеевой H.A. [19], посвященные организации и проведению бионических исследований, С. П. Капицы [58] - ученого, пропагандирующего развитие междисциплинарных связей в наукеИ.Ш. Шевелева, изучавшего законы формообразования природных объектов с позиций математики, Ю. С. Лебедева [22] - основоположника развития архитектурной бионики в нашей стране, В Н. Козлова [32] и Т. В. Козловой [29, 31], работы которых оказали большое влияние на формирование теории дизайна и становление художественного проектирования, как области научного знания. Э. Бриполя [6] - крупного специалиста по технологии изготовления ювелирных украшений, М.М. Постниковой-Лосевой [3] - историка-искусствоведа, занимающейся изучением истории развития ювелирного искусства в России. М. Марова [54, 55] - специалиста в области инженерной и компьютерной графики, автора трудов, посвященных трехмерному моделированию всевозможных объектов нашего мира.

На защиту выносятся:

• Структурная схема процесса бионического проектирования ювелирных изделий.

• Метод определения эргономических и технологических параметров ювелирных изделий.

Научная новизна:

• Разработан алгоритм определения функциональных критериев ювелирного изделия, заключающийся в анализе стилистических, эргономических и технологических аспектов формообразования;

• Определена структура бионического исследования и моделирования природных форм;

• Разработана структура применения технологий компьютерной графики и трехмерного быстрого прототипирования для проектирования ювелирных изделий.

Практическая значимость:

Научно-практическая значимость работы заключается в создании первого метода проектирования ювелирных изделий, разработке информационной базы по бионическому исследованию и моделированию ювелирных изделий, а так же метода применения технологий компьютерной графики в процессе создания ювелирных изделий.

Разработанный метод проектирования, возможно, применять в производстве ювелирных изделий на предприятиях, а так же использовать в процессе обучения дизайнеров-ювелиров в высших учебных заведениях.

Апробация работы:

На основе разработанного в диссертации метода сквозного автоматизированного проектирования ювелирных изделий на основе бионического формообразования с применением технологий компьютерной графики осуществлено:

1. Проектирование и промышленный запуск коллекции ювелирных украшений BASIC 0405 для ювелирного дома Hans Jensen.

2. Проектирование и промышленный запуск коллекции ювелирных украшений Trilliant для фирмы «Е. Закс. Художники-ювелиры».

3. Проектирование коллекции ювелирных украшений Lanata для дизайн-студии Lanata.

4. Проектирование и промышленный запуск 50 единичных изделий по индивидуальным проектам для фирмы Hans Jensen.

5. Некоторые положения метода использовались в процессе обучения студентов на факультете прикладных искусств (отделение ювелирного дизайна) в МГТУ им. А. Н. Косыгина с 2001 по 2004 тт.

Основные положения и результаты диссертационного исследования отражены в следующих публикациях:

1. Корытов A.B. Проектирование ювелирных украшений на основе законов бионического формообразования. // Сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности"/ (ТЕКСТШ1Б-2003) //ML: МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2003. С. 334.

2. Корытов A.B., Козлова Т. В. Концепция развития и совершенствования технологий дизайнерского проектирования ювелирных украшений. Информационно-методический журнал для профессионалов «FASION, MARKETING, DESIGN», № 5 — 6, М., 2003. С. 72 — 75.

3. Корытов A.B. Бриллианты: мода и вечность. Журнал российской элиты «БУРЖУАЗИЯ», № 2, М., 2003. С. 114 — 115.

4. Корытов A.B. Вечное произведение искусства. Журнал «БОСС. Бизнес: организация, стратегия, системы», № 5, М., 2003. С. 68 — 69.

5. Корытов A.B., Кузин A.A., Рудытс А. На маленькие ателье возлагаются большие надежды. Журнал для профессионалов моды «Модный magazin». № 9, М., 2003. С. 40.

6. Корытов А. В., Шаталова И., Кузин А. А. Ювелирные стили. Публикация эскизов аксессуаров и ювелирных изделий, разработанных по теме диссертационного исследования. М., 2004. С. 164.

Объем диссертационной работы составляет 250 страниц. Диссертационная работа содержит 117 рисунков, 4 таблицы и 6 приложений. Библиография состоит из 139 наименований.

Структура работы.

Объем диссертационной работы составляет: введение, 4 главы, заключение, терминологический словарь, приложения.

Во введении обоснован выбор темы диссертационной работы, определены рамки исследования, сформулированы цель и задачи, описаны научная новизна и практическая значимость работы, и реализация результатов исследования.

В главе I осуществлен анализ уровня и составляющих процесса художественного проектирования ювелирных изделий в России, на протяжении XX века. Исследуются предпосылки к применению бионики в процессе проектирования ювелирных изделий.

Вторая глава содержит исторический анализ бионических принципов формообразования ювелирных изделий ведущих мировых производителей XX века.

В главе 3 проведена разработка теоретических основ по использованию законов бионического формообразования в ювелирных изделиях. Также здесь приводится анализ существующих технологий компьютерной графики и определяются возможности их применения в проектировании ювелирных изделий.

В главе 4 содержатся структура и результаты эксперимента по применению результатов исследования в процессе проектирования единичных ювелирных изделий и коллекций ювелирных изделий условиях промышленного производства.

Выводы по главе.

1. Разработана теоретическая модель метода бионического проектирования ювелирных изделий, основанная на трехуровневых матрицах.

2. Экспериментально апробированы алгоритмы компьютерного моделирования и обработки проектной информации с помощью программ 2D и 3D графики.

3. Подтверждена целесообразность применения метода бионического проектирования с применением компьютерных технологий на примере проектирования трех коллекций ювелирных изделий и 50 единичных ювелирных изделий на базе ювелирных предприятий «Е. Закс. Художники-ювелиры» и Hans Jensen.

4. Установлена целесообразность применения трехмерного моделирования конструкций ювелирных изделий и последующего трехмерного прототипирования для создания восковых моделей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе «Проектирование ювелирных изделий на основе законов бионического формообразования» был разработан метод сквозного автоматизированного проектирования ювелирных изделий, базирующийся на бионическом моделировании архитектуры и объектов дизайна с применением метода трехмерного моделирования конструкций изделий для создания эскизов, материальных моделей, технической и презентационной документации.

Основная цель работы заключалась в построении алгоритма проектирования ювелирных изделий с использованием закономерностей формообразования природных форм, направленном на создание принципиально новых форм и кон<�прукций.

На основе проведенных исследований установлено:

1. Формы ювелирных изделий, созданных в XX веке, непосредственно связаны с формами природных объектовинспирирующих бионических прототипов. Этот факт подтвердил правомерность применения методов бионического исследования и моделирования в процессе создания ювелирных украшений.

2. Разработанный метод проектирования является автоматизированным, что подразумевает применение компьютера от стадии создания эскиза до изготовления изделия в материале.

3. Разработан метод сквозного автоматизированного бионического проектирования единичных ювелирных изделий и коллекций с применением трехмерного компьютерного редактора 3D Мах 5 и двумерного графического редактора Adobe Photoshop 7, а также технологий быстрого прототипирования фирм 3D Systems и Solidscape, на стереолитографическом и точечно-капельном оборудовании.

4. Впервые сформирована классификация видов бионических прототипов, применяемых в разработки форм и конструкций ювелирных изделий XX века. Классификация позволяет определять природные, конструктивные аналоги ювелирных изделий в процессе проектирования.

5. Проведена работа по составлению ассортиментной карты всех существующих на конец XX века видов ювелирных изделий, на основе, которой стало возможным создание ассортиментных рядов проектируемых коллекций.

6. Разработана методология определения функциональных критериев ювелирных изделий: стилистических, эргономических и технологических. Стилистические аспекты описывают взаимодействие ювелирного дизайна с другими областями искусства и видами человеческой деятельности. Эргономические аспекты показывают параметры создания удобной в ношении конструкции ювелирного украшения. Технологические аспекты составляют описание элементов конструкции ювелирного изделия, которые обладают прямой функциональной нагрузкой — закрепка декоративных элементов, фиксация изделия на теле, кинетические узлы конструкций.

7. Составлена классификация природных структур для эффективного определения бионических прототипов проектируемых ювелирных изделий.

8. Установлены существующие закономерности формообразования бионических форм, что является необходимым для познания художником-ювелиром законов развития природных форм.

9. Разработан метод применения технологий ЗБ и Ю компьютерной графики в процессе проектирования ювелирных изделий, основанный на построении трехмерной модели изделия, создании эскизов, технической документации и презентационных материалов — электронных и полиграфических.

10. Установлен механизм создания трехмерного прототипа ювелирного изделия, на основе технологий быстрого трехмерного прототипирования с целью получения восковой модели разработанного изделия на машинах-прототайперах.

11. Практически подтверждена эффективность разработанного метода проектирования ювелирных изделий на примере проектирования и изготовления трех коллекций ювелирных изделий (одна эксклюзивная и две промышленных) и 100 единичных ювелирных изделий по требованиям заказчика.

Терминологический словарь.

Бионика (от греч. bion — элемент жизни, букв.- живущий), одно из направлений биологии и кибернетики, изучающее особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания более совершенных технических систем или устройств. Сформировалась во 2-й пол. XX века. Для решения задач бионики изучаются, например, способы переработки информации в нервной системе, особенности строения и функционирования органов чувств, исследуются принципы навигации, ориентации и локаций, используемые животными, биоэнергетические процессы с высоким коэффициентом, полезного действия и т. д.

Векторная графика — способ представления графической информации с помощью совокупности кривых, описываемых математическими формулами.

Визуализация (rendering) — процесс получения растрового изображения с трехмерной сцены. Может выполняться рендеринг статических сцен с получением одиночных изображений и сцен с анимацией, с получением кадров анимационной последовательности.

Двумерная графика (2D) — способ представления графической информации, где положение любой точки изображения описывается двумя координатами.

Интерфейс — способ организации, структура элементов управления и представления документа в окне программы, обеспечивающий средства, необходимые для работы с ним.

Каст — оправа камня, общая деталь всех ювелирных изделий. Существуют два вида:

• глухие — камни удерживаются стенками каста;

• крапановые — камни удерживаются отдельными стойками.

Компьютерная графика — специальная область информатики, занимающаяся методами и средствами создания и обработки изображений помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов. Находит прикладное применение в научных исследованиях, медицине.

Кривая Безье — полиноминальная кривая, задаваемая набором управляющих точек. Представляет уравнение, порядок которого на одну степень меньше количества управляющих точек. Кривые Безье записываются в виде математических формул, поэтому рисунки, полученные с их помощью, обеспечивают возможность масштабирования без потери качества изображения. Принцип рисования кривых Безье состоит в указании мышью опорных точек и в перемещении прилегающей к этим точкам сегментов кривой.

Морфология растений — наука о закономерностях строения и процессах формообразования растений, изучающая (в широком смысле) формы на всех уровнях от целого растения до клеточных органоидов и макромолекул, в узком — только макроструктуры. В этом случае из неё выделяются как самостоятельные науки анатомия, эмбриология и цитология растений.

Пиксел (Pixel, Picture cell) — элемент экрана, представляющий собой минимальный отображаемый элемент (принимаемый за точку) на экране монитора.

Проектирование — процесс, включающий анализ проектного задания, обобщения материала, выполнение эскиза, макета, расчет технологического процесса, художественное конструирование, изучение социологических и экономических требований.

Растровая графика — способ представления графической информации с помощью совокупности пикселов различных тональностей и оттенков, из которых формируется изображение.

Сплайн — гладкая кривая, которая проходит через две или более опорных точек, а также имеет расположенные вне ее управляющие точки, влияющие на форму сплайна. Наиболее общие типы сплайнов: кривые Безье и В-сплайны.

Сцена — совокупность всех типов объектов и системы координат-составляющая отдельную композицию (отдельный документ) в трехмерной графике.

Трехмерная графика (30) — способ представления графической информации, где положение любой точки изображения описывается тремя координатами.

Украшения — (от слова краса — родственное Ьгоэа — хвала, слава) -общее название декоративных, орнаментальных форм в различных видах искусства и художественной обработки материала (архитектуре, мебели, тканях, керамике и пр.) — также предметы ювелирного искусства.

Шинка — элемент кольца, который служит основой кольца и надевается на палец.

Ювелирная швенза — деталь серьги, которая является элементом механизма крепления серьги на мочке уха.