Разработка концепции кастомизации ортопедической обуви

Во введении обоснована актуальность темы, обозначены цели и задачи
исследований, отражены научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе проанализированы подходы к кастомизации изделий
легкой промышленности с использованием современных цифровых
технологий. По результатам анализа выявлены принципы кастомизации, по
которым возможно усовершенствовать процессы обеспечения пациентов
ортопедической обувью:
 использование цифровых и инфокоммуникационных технологий в
сочетании с индивидуальным подходом;
 принцип модульности и использование стандартной основы
изделия;
 переходкстандартизациирешенийпокастомизации
ортопедической обуви на основе определения степени соответствия
базовой модели комплексу исходных данных (диагностических,
эргономических, эстетических);
 дифференциация заказов по сложности выполнения.
По результатам анализа особенностей процессов ортопедического
обеспечения пациентов с учетом сформулированных принципов предложена
концептуальная модель кастомизации ортопедической обуви (рис. 1).
В основу предлагаемой модели положен расчет степени соответствия
параметров ВФО антропометрическим параметрам стоп.
Показано, что оценку степени соответствия параметров ВФО данным
стопы следует проводить путем сравнения параметров рациональной колодки,
рассчитанных по антропометрическим данным, с параметрами колодки, на
которой изготовлена модель с учетом критериев рациональности,
обусловленных, главным образом, эргономическими, технологическими и
эстетическими факторами.
Рисунок 1. Концептуальная модель кастомизации ортопедической обуви
Во второй главе для реализации предложенной концептуальной модели
разработана методика оценки степени соответствия параметров внутренней
формы обуви антропометрическим параметрам стопы.
Проведен анализ принципов перехода от параметров стопы к параметрам
рациональнойВФО,рассмотреныособенностиучетапараметров
ортопедических вкладных стелек в зависимости от медицинского назначения.
Определен набор параметров, которые в достаточной степени характеризуют
форму и размеры обувной колодки, предложена методика расчета выбранных
параметров.
Оценка проводится с учетом отклонений параметров фактической
базовой колодки от рассчитанных параметров рациональной колодки с
использованием трех диапазонов допустимых значений. Диапазоны значений
параметров выделены для трех категорий соответствия параметров стоп и
внутренней формы готовой обуви при ее подборе:
 I категория – рациональное соответствие: возможно использование
готовой обуви;
 II категория – устранимое несоответствие:возможно
использование готовой обуви с доработкой;
 III категория – неустранимое несоответствие: использование
готовойобувиневозможно,требуетсяиндивидуальное
изготовление.
Обоснованы значения допустимых отклонений параметров колодок в
рамках выделенных диапазонов для трех категорий соответствия.
Для оценки колодок по совокупности параметров предложен
комплексный показатель соответствия 0 :

k(1),
K 0 = ∑i=1(K(i) ∗ V(i)) ,

где: K(i) – частный коэффициент соответствия по i-му параметру (2);
V(i) – весовой коэффициент для i-го параметра.
При расчете комплексного показателя необходимо учесть влияние
каждого отдельного параметра на итоговую оценку, поэтому для каждого i-го
параметра определяется весовой коэффициент. Для ранжирования параметров
по значимости и установления значений весовых коэффициентов разработана
анкета и проведен онлайн-опрос экспертов в области проектирования обуви и
ортопедического обеспечения (рис. 2).

Q8 ширина габарита колодки сечении 0,18Д0,054

Q6 ширина следа колодки в сечении 0,18Д0,062

Q5 ширина следа колодки в сечении 0,4Д0,064

Q9 ширина габарита колодки в сечении 0,68Д0,099

Q3 обхват колодки в сечении 0,55Д0,115

Q7 высота нос. части в сечениях 0,9Д и 1Д0,128

Q4 ширина следа колодки в сечении 0,68Д0,128

Q2 обхват колодки в сечении 0,68/0,72Д0,162

Q1 длина следа колодки Д0,188

00,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2

Рисунок 2. Диаграмма распределения весомости параметров колодок

Оценка параметра K(i) выражается как:
K(i) = 1 − O(i)(2)

При K(i) = 1 наблюдается полное соответствие параметра.
При 0 ≤ K(i) < 1 - частичное соответствие. При K(i) < 0 - отсутствие соответствия. При условии ограничений на предельные значения показателей свойств отклонение ( ) оцениваемого фактического значения параметра ф ( ) от рекомендованного расчетного р ( ) определяется по формуле: |∆ ( )| | ф ( ) − р ( )|(3), ( ) == ( ) ( ) где D(i) – предельно допустимое отклонение в большую или меньшую сторону для i-го параметра. Область допустимых значений: ( ) ∈ [0 ; 1] Так как значения допустимых отклонений ( ) параметров колодок в большую и меньшую стороны могут быть разными, то расчет отклонений проводится отдельно с учетом минимальных и максимальных значений. Таким образом, для трех диапазонов задаются: Dmin(n) – отклонение параметра в меньшую сторону; Dmax(n) – отклонение параметра в большую сторону; n – номер диапазона (первый, второй или третий). В третьей главе на основе предложенной методики оценки степени соответствия параметров ВФО параметрам стоп разработана система кастомизацииортопедическойобуви.Функционированиесистемы обуславливает дифференциация заказов по трем уровням сложности и типовым вариантаминдивидуализациимоделей.Вариантыкастомизации формализуются на основе структурно-функциональной организации этой системы, представленной на схеме (рис. 3). Рисунок 3. Структурно-функциональное представление системы кастомизации ортопедической обуви Подход к кастомизации ортопедической обуви определяется совокупностью взаимосвязанных факторов и условий, выявляемых по результатам диагностики состояния стоп, медицинских назначений, в процессе взаимодействия специалиста и пациента при подборе моделей. Сформулировано 12 типовых вариантов кастомизации, позволяющих распределять заказы по объему вносимых в модель изменений, функции и компонентам кастомизации, типу производства, в условиях которого заказ выполняется. Предложены технологическое обеспечение разработанных вариантов кастомизации и рекомендации по применению цифровых технологий проектирования и изготовлению изделий в зависимости их сложности заказа. На основе предложенной системы кастомизации разработаны алгоритм и база данных (БД) для автоматизированного подбора обуви. Согласно алгоритму работа в базе данных осуществляется следующим образом. На начальном этапе обеспечивается ввод и обработка исходных данных: диагностических, антропометрических, параметров искомых моделей и вкладных ортопедических элементов. На основе введенных данных рассчитываются параметры индивидуальной рациональной колодки и устанавливаются диапазоны допустимых отклонений для каждого параметра. В то же время по запросу выдается информация о базовых моделях, отвечающих таким заданным параметрам, как тип обуви, назначение в соответствии с патологией (диагнозом), половозрастная группа, сезон носки, материалы наружных деталей верха и подкладки, специальные ортопедические детали (при необходимости), способ крепления на стопе, раскрываемость и др. Для сформированной выборки моделей анализ на соответствие рассчитанным параметрам индивидуальных колодок может производиться в несколько этапов по трем категориям соответствия. При отсутствии моделей, параметры внутренней формы которых отвечают данным стоп в рамках первой категории соответствия, может быть проведен поиск готовой обуви для доработки согласно второй категории. В случае отсутствия такой обуви аналогично может проводиться поиск моделей для индивидуального изготовления, отвечающих третьей категории. Для моделей каждой категории рассчитывается комплексный показатель соответствия согласно предлагаемой методике. Специалист-ортопед (техник, врач) предлагает пациенту модель из сформированной выборки. В процессе непосредственной примерки, дополнительной проверки модели специалистом, определения возможных или утверждения необходимых доработок совместно с пациентом уточняется типовой вариант кастомизации обуви в соответствии с уровнем кастомизации. На основе определённого уровня кастомизации модели специалистом (техником-ортопедом) в базу вводятся данные о необходимых параметрах доработки согласно разработанной системе кастомизации. В результате определяется подходящий вариант кастомизации, информация о котором прилагается к данным пациента. Таким образом, в базе данных осуществляется подбор моделей ортопедической обуви по антропометрическим параметрам стоп и определяется типовой вариант кастомизации выбранной модели. Апробация разработанной базы данных проведена в промышленных условиях предприятия по производству ортопедической обуви ООО «Аквелла». Показаны перспективы применения предлагаемых решений и развития исследований при организации дистанционного подбора и заказа с использованием инфокоммуникационных технологий. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Установлено, что обеспечение пациентов ортопедической обувью может осуществляться на основе принципов кастомизации при условии стандартизации решений по доработке и индивидуальному изготовлению изделий. Показана целесообразность предварительной оценки соответствия параметров внутренней формы обуви антропометрическим данным стоп как при выборе готовой обуви, так и модели для индивидуальной модификации по принципам кастомизации. 2. Сформулировано определение «кастомизация ортопедической обуви» – это модификация компонентов конструкции базового изделия в процессе адаптации (подгонки) в соответствии с антропометрическими параметрами стоп и голени, медицинскими назначениями и эстетическими предпочтениями пациента. 3. Для совершенствования процессов ортопедического обеспечения пациентов предложена концептуальная модель кастомизации ортопедической обуви, в основу которой положен расчет оценки степени соответствия параметров ВФО параметрам стоп пациента. 4. Разработана методика оценки степени соответствия параметров ВФО параметрамстоп,предусматривающая3категориисоответствия ортопедической обуви при ее подборе, для которых выделено 3 диапазона допустимых значений параметров ВФО. 5. Предложенаметодикарасчетарациональныхпараметров индивидуальной ортопедической колодки и обоснованы величины допустимых отклонений от расчетных параметров индивидуальной колодки в большую и меньшую стороны в рамках выделенных диапазонов для трех категорий соответствия. 6. Предложена формула расчета комплексного показателя соответствия параметров рассчитанной и базовой колодок, учитывающая их значимость и допустимые значения отклонений параметров для трех категорий соответствия. 7. По результатам проведенного онлайн-опроса экспертов рассчитаны коэффициенты весомости параметров. 8. Разработанасистемакастомизацииортопедической обуви, предусматривающая 3 уровня сложности кастомизации в зависимости от значения комплексного показателя соответствия параметров базовой модели данным стопы. 9. Разработаны типовые варианты кастомизации для дифференциации заказов по уровню сложности выполнения и объему вносимых изменений. Составлены рекомендации по рациональному применению как традиционных, так и цифровых технологий проектирования и изготовления в зависимости от выбора типового варианта кастомизации. 10. Предложен алгоритм автоматизированного подбора обуви с учетом различных способов ортопедического обеспечения пациентов в зависимости от степени соответствия базового изделия данным стоп. 11. На основе разработанного алгоритма создана база данных для автоматизированного подбора и оценки ортопедической обуви. При внесении исходной информации пациента в базе осуществляется автоматический расчет параметров рациональной обувной колодки с учетом вкладных ортопедических изделий и последующий анализ на соответствие параметрам базовых колодок подобранных в соответствии с патологией моделей. По результатам проведенного анализа и выбора модели в базе данных определяется типовой вариант кастомизации и формируется отчет, включающий информацию о выбранном варианте кастомизации согласно разработанной системе, исходных параметрах стоп и рассчитанных параметрах индивидуальных колодок; данные о выбранной модели. 12. В ходе апробации разработанной базы данных в производственных условиях ООО «Аквелла» проведен обмер базовых ортопедических колодок; получена и систематизирована информация о моделях малосложной ортопедической обуви предприятия; показана возможность подбора малосложной ортопедической обуви. 13. Показаны перспективы применения полученных результатов и развития исследований при организации дистанционного подбора и заказа обуви с использованием инфокоммуникационных технологий в ходе разработки решений для подбора, оценки и массовой кастомизации обуви различного назначения. РЕКОМЕНДАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ 1. Результаты работы рекомендуется использовать в учебном процессе вузов, осуществляющих подготовку бакалавров и магистров по направлению «Конструирование изделий легкой промышленности» и «Технология изделий легкой промышленности», в институтах дополнительного образования; на предприятиях, выпускающих обувь, в том числе специальную, включая медицинскую; в модернизации программного обеспечения САПР. 2. Развитие предлагаемой концепции следует продолжить в направлении совершенствования процессов дистанционного подбора и виртуальной кастомизации обуви через сеть Интернет.