0 前言

    近年來，以電子信息、生物工程和新材料等為核心的高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動多種現(xiàn)代學(xué)科、現(xiàn)代技術(shù)的交叉融合，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，紡織技術(shù)正在向智能化、自動化、連續(xù)化發(fā)展，高速高效、高靈活性、高品質(zhì)和環(huán)保節(jié)能是紡織技術(shù)進步的主流，紡織數(shù)字化日益深入，正在徹底改變這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的面貌。這種數(shù)字化進程所促進的電子信息技術(shù)及計算機技術(shù)在傳統(tǒng)紡織行業(yè)的實際應(yīng)用，給整個紡織業(yè)的發(fā)展注入了巨大的活力，是未來紡織業(yè)進步的一個重要方向，同時也是實現(xiàn)新型紡織機械技術(shù)裝備自主化的基礎(chǔ)。紡織機械行業(yè)作為關(guān)系國計民生的領(lǐng)域更應(yīng)該順應(yīng)這種趨勢，通過信息化、數(shù)字化手段全面升級傳統(tǒng)上落后的研發(fā)能力，進而提升行業(yè)的生產(chǎn)效率與質(zhì)量。作為紡織行業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化、信息化技術(shù)重要支撐的紡織專業(yè)CAD系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用顯得尤為重要。紡織專用CAD作為一種特殊的工業(yè)應(yīng)用軟件，因其簡易的操作和對市場的快速反應(yīng)能力而被國內(nèi)外紡織企業(yè)普遍使用，成為加速新產(chǎn)品開發(fā)、增強市場競爭力的有效手段，針對織機研發(fā)領(lǐng)域，專用CAD系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用也是數(shù)字化、信息化技術(shù)促進織機行業(yè)快速發(fā)展的一種有效方法與技術(shù)手段。

1 紡織行業(yè)專用CAD系統(tǒng)及其應(yīng)用

    目前，各種紡織專用CAD系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用已日趨完善。如距市場最近的服裝CAD系統(tǒng)、織物組織CAD系統(tǒng)、紋織CAD系統(tǒng)、印花CAD系統(tǒng)、繡花CAD系統(tǒng)、測配色CAD系統(tǒng)、針織CAD系統(tǒng)，這些系統(tǒng)幾乎全部已用于紡織工業(yè)的下游行業(yè)，適應(yīng)了現(xiàn)代紡織品消費的多品種、小批量、快交貨、高藝術(shù)、高技術(shù)含量和高附加值等要求，也為紡織業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)提供了效率倍增的途徑。

    1.1 服裝CAD系統(tǒng)

    服裝CAD系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的載體，一般包括數(shù)字化讀入設(shè)備、電腦、輸出設(shè)備；服裝CAD的軟件是硬件的靈魂，從功能上來分一般包括服裝款式設(shè)計系統(tǒng)、服裝紙樣設(shè)計系統(tǒng)、服裝樣片推碼系統(tǒng)、服裝樣片排料系統(tǒng)與試衣系統(tǒng)等。

    近年來隨著CAD技術(shù)的開發(fā)與發(fā)展，軟件價格逐漸合理化，價位有了較大的下調(diào)，尤其國產(chǎn)服裝CAD軟件，可自由選購不同的系統(tǒng)組合，很容易實現(xiàn)個人電腦打板，服裝CAD發(fā)展迅速。同時，隨著近期以個性化的客戶為中心、以模塊化設(shè)計和零部件標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)、以快速反應(yīng)生產(chǎn)為標(biāo)志的服裝大規(guī)模定制這種新型制造模式的出現(xiàn)與繁榮，對作為基礎(chǔ)的服裝CAD系統(tǒng)的需求加劇，也將成為服裝CAD系統(tǒng)快速發(fā)展的契機。

    1.2 織物組織CAD系統(tǒng)

    織物組織CAD系統(tǒng)一般指用于色織廠、織造廠在普通織機和多臂織機上生產(chǎn)的小花紋或色織織物的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)。機織物CAD系統(tǒng)一般包括組織設(shè)計功能、紗線設(shè)計功能、圖案編輯功能、織物模擬功能與文檔管理和工藝計算功能。其原理在于利用計算機圖形圖像技術(shù)將織物設(shè)計人員的設(shè)計意圖以織物仿真模擬的方法快速、形象、直觀地在計算機顯示器上顯示出來，設(shè)計人員在計算機上輸入織物組織、紗線排列和紗線種類后，計算機可自動生成織物模擬圖像。設(shè)計人員可以簡單方便地改變織物組織、紗線排列，對織物模擬圖上各種色彩的經(jīng)緯紗線進行任意的調(diào)色與配色，將設(shè)計思想完全地表達(dá)出來，從而在織物上機織造之前就能看到實際織造的結(jié)果，以達(dá)到輔助與快速設(shè)計的目的。其非常適應(yīng)紡織市場多品種、小批量、快交貨的要求，具有很大的發(fā)展空間，近幾年發(fā)展迅速。

    1.3 紋織CAD系統(tǒng)

    人工設(shè)計大型紋樣、多層組織的提花織物，僅意匠繪制和軋花就需耗時數(shù)月，采用紋織CAD技術(shù)可提高設(shè)計速度幾十倍。紋織CAD系統(tǒng)是以計算機為主要手段來完成和運用各種數(shù)字信息和圖像信息，以進行紋織產(chǎn)品設(shè)計的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)。紋織CAD系統(tǒng)的硬件配置基本上分成三大部分，即主機系統(tǒng)、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，計算機硬件的性能對系統(tǒng)性能有重要的影響。紋織CAD系統(tǒng)的軟件構(gòu)成與系統(tǒng)硬件的配置密切相關(guān)，系統(tǒng)一般可實現(xiàn)如紋樣掃描、圖案編輯、意匠修改處理、紋版處理及紋版沖機等功能。

    作為一種現(xiàn)代化的有效手段， 紋織CAD系統(tǒng)的應(yīng)用有效代替了傳統(tǒng)的設(shè)計工作，從而提高了企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)速度、降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本，為紡織品的多品種、小批量生產(chǎn)，快速適應(yīng)市場需求創(chuàng)造了有利條件。目前，紋織CAD系統(tǒng)在工藝處理方面基本達(dá)到全自動化的水平，而在圖案的智能化創(chuàng)作、仿真織物效果模擬、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化應(yīng)用及多功能化等方面有待提高，是未來發(fā)展的一個熱點。

    1.4 印花CAD系統(tǒng)

    印花CAD系統(tǒng)是利用計算機對織物印花圖案進行設(shè)計及制作黑白稿，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工畫稿、掃描、連曬、感光制版等工作，實現(xiàn)美術(shù)圖案創(chuàng)作過程中的計算機輔助設(shè)計。印花CAD系統(tǒng)的硬件一般是由輸入設(shè)備、圖形工作站與輸出設(shè)備組成�？蓪崿F(xiàn)印花圖案設(shè)計、并色修改、分色制版等基本功能。

    浙江大學(xué)新近開發(fā)成功的印花CAD設(shè)計系統(tǒng)，解決了圖形拼接、連曝連曬、邊界復(fù)色以及放大、縮小等手工處理較繁較難的工藝問題，加速了設(shè)計者創(chuàng)新的進程。印花CAD設(shè)計系統(tǒng)的可視化編程，使圖案色彩得到逼真的還原再現(xiàn)，畫面直觀、感性，十分方便修改或創(chuàng)新打印圖案，代表著印花CAD系統(tǒng)的先進水平，在此基礎(chǔ)上的完善與提升，是未來印花CAD系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。

    1.5 繡花CAD系統(tǒng)

    繡花CAD系統(tǒng)主要是對繡花花樣進行計算機輔助設(shè)計，并將設(shè)計的花樣格式轉(zhuǎn)變?yōu)槔C花機的針法，進而生成繡花機能夠識別的紙帶或磁碟，用于單頭或多頭電腦繡花機的生產(chǎn)。一般具有花版編輯、花版管理與花版輸出等基本功能。繡花CAD系統(tǒng)內(nèi)部通過集成豐富的圖形功能，可快速高效地生成精致而美觀、符合客戶個性化要求的花版，可提高產(chǎn)品的設(shè)計效率，進而提升產(chǎn)品的市場競爭力。未來的發(fā)展方向重點在于增加系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的智能化與集成化。

    1.6 測配色CAD系統(tǒng)

    測配色CAD系統(tǒng)通過對來樣進行測色，精確測量染料的成份，測定織物色差、褪色牢度、沾色牢度、白度、亮度等指標(biāo)，然后根據(jù)測色對色號、染料進行檢索，最后利用同色異譜效應(yīng)提供多個配方，優(yōu)選出最佳配方，打印輸出，實現(xiàn)系統(tǒng)自動進行打樣配色的目標(biāo)。系統(tǒng)一般可實現(xiàn)測色、色號、染料檢索與配色等功能。

    測配色CAD系統(tǒng)通過改變傳統(tǒng)意義上繁復(fù)的人工打樣配色任務(wù)，借助于計算機實現(xiàn)系統(tǒng)自動打樣配色目標(biāo)，提高了配色精度，降低了生產(chǎn)成本，同時也減少環(huán)境污染，有利于企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展與進步。目前的熱點在于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、集成度、智能化與協(xié)同化。

    1.7 針織CAD系統(tǒng)

    針織CAD系統(tǒng)，即針織品計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，是實現(xiàn)針織物設(shè)計更加方便快捷的軟件系統(tǒng)，概指針織圓緯機CAD系統(tǒng)與針織橫機CAD系統(tǒng)兩種不同的系統(tǒng)。其中：針織圓緯機CAD系統(tǒng)是將針織線圈抽象成一個個方格，用規(guī)定的符號畫在格內(nèi)，以示織物線圈組織規(guī)律，然后在計算機屏幕上進行花型設(shè)計，經(jīng)軟件處理，轉(zhuǎn)換成電腦提花圓緯機和電腦提花織襪機所能通用的數(shù)據(jù)格式進行生產(chǎn)。一般具有花型輸入、圖形編輯與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等基本功能；針織橫機CAD系統(tǒng)可以設(shè)計計算出羊毛衫、羊絨衫產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，輸出工藝圖和工藝單，便于針織橫機生產(chǎn)。一般具有產(chǎn)品設(shè)計、單件重計算、折合轉(zhuǎn)計算與打印尺寸表等基本功能。

    針織CAD系統(tǒng)通過將設(shè)計人員從繁復(fù)的工作中解脫出來，使其在關(guān)鍵的花型和款式設(shè)計上投入更多的精力，從而加快新產(chǎn)品的研發(fā)進度，進而提升產(chǎn)品的市場競爭力，可以為企業(yè)帶來更多的利潤。近年來通過對理色功能的研究與應(yīng)用，針織CAD系統(tǒng)發(fā)展迅速，未來的研究熱點主要集中在提高系統(tǒng)的集成度與協(xié)同化方面。

    總體上而言，我國紡織專用CAD系統(tǒng)發(fā)展迅速，能夠較好地滿足企業(yè)的實際需求，但在智能化、集成化與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化等方面水平偏低，需要改進。

2 織機設(shè)計專用CAD系統(tǒng)及其應(yīng)用研究

    目前計算機輔助設(shè)計制造領(lǐng)域的熱點問題是將參數(shù)化設(shè)計技術(shù)與CAD軟件二次開發(fā)技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)具體產(chǎn)品設(shè)計需求對通用CAD系統(tǒng)進行專用化的研究與開發(fā)，開發(fā)自主的CAD系統(tǒng)。它能夠極大地提高產(chǎn)品設(shè)計效率，實現(xiàn)快速設(shè)計，提高產(chǎn)品競爭力。有關(guān)這方面技術(shù)的研究，國內(nèi)外已經(jīng)廣泛地展開。韓國Y.J.Chang等人運用AutoLISP及Visual Basic開發(fā)語言，基于AUTOCAD平臺開發(fā)出了用于內(nèi)齒輪油泵集成快速設(shè)計的二維設(shè)計平臺；楊海飛等人利用Visual Basic語言開發(fā)了一個基于SolidWorks的螺紋連接標(biāo)準(zhǔn)件庫，用于實現(xiàn)螺紋連接件的快速自動設(shè)計；李宇彤采用VBA、Visual Basic開發(fā)語言，開發(fā)出了一套基于AutoCAD軟件的專用液壓缸智能計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，可以實現(xiàn)液壓缸主要尺寸參數(shù)的初始估算、零部件結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計及設(shè)計結(jié)果的工程分析校核等工作；鄧春曉采用Visual Basic開發(fā)語言，研制開發(fā)了基于AutoCAD軟件的DT Π型帶式輸送機計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，可以實現(xiàn)選型設(shè)計過程的程序化與零部件的參數(shù)化繪圖；安向東基于AUTOCAD 平臺研制了用于紡織機械設(shè)計的液壓傳動CAD系統(tǒng)，可以實現(xiàn)液壓元件的流體靜力學(xué)計算、流體動力學(xué)計算、液壓元件計算、液壓元件查詢、液壓系統(tǒng)圖繪制等功能。從研究的現(xiàn)狀來看，大多集中在模具、汽車等標(biāo)準(zhǔn)比較完善、機電一體化水平較高的行業(yè)，取得了一系列的良好收益，而在紡織機械行業(yè)的研究與應(yīng)用很少，很自然就在一定程度上制約著整個行業(yè)的進一步發(fā)展。

    計算機輔助設(shè)計技術(shù)已較好地實現(xiàn)了特定零件的參數(shù)化設(shè)計，但針對部件級的參數(shù)化設(shè)計方法的研究還很少；系統(tǒng)的開發(fā)主要是針對二維的，三維系統(tǒng)的開發(fā)還很少；直接面向紡織機械行業(yè)的研究與應(yīng)用更少，面向織機行業(yè)的專用CAD系統(tǒng)的研發(fā)未見報道。安向東基于AUTOCAD平臺研制了用于紡織機械設(shè)計的液壓傳動CAD系統(tǒng)，屬于傳統(tǒng)二維CAD系統(tǒng)。隨著設(shè)計方法與設(shè)計工具的極大進步，2D設(shè)計系統(tǒng)由于效率低下、功能單一及兼容性差等諸多問題，終將被有著眾多優(yōu)點的3D系統(tǒng)所取代；同時，目前所開發(fā)的絕大多數(shù)專用CAD，功能單一，僅僅停留在設(shè)計建模這一塊，沒有形成一種包含已有設(shè)計資源、可實現(xiàn)快速變型設(shè)計、分析仿真等更多功能的集成專用CAD系統(tǒng)，以更好地提升織機設(shè)計制造水平。

3 一種基于數(shù)字化技術(shù)的織機設(shè)計專用CAD系統(tǒng)概述

    傳統(tǒng)織機產(chǎn)品的研發(fā)過程中，設(shè)計人員往往陷入重復(fù)繪圖的不利狀況之中，耗費了寶貴的研發(fā)時間，限制了創(chuàng)新思維的充分發(fā)揮，是制約整個織機行業(yè)發(fā)展的一個重要因素。同時隨著設(shè)計方法與設(shè)計工具的極大進步，二維CAD系統(tǒng)由于效率的低下、功能單一及兼容性差等諸多問題，不再適應(yīng)設(shè)計工作的需求。

    針對上述問題，筆者以SolidWorks為開發(fā)平臺、以VB為開發(fā)工具，提出建立一種針對零、部件級，面向三維的織機關(guān)鍵零部件專用CAD系統(tǒng)的思路。這種專用CAD系統(tǒng)是一種廣義上的CAD系統(tǒng)，不僅僅包括計算機輔助設(shè)計部分，還包含計算機輔助分析CAE及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能。

    系統(tǒng)總體方案設(shè)計框架圖如圖1所示。包括四個主要組成部分：通用CAD系統(tǒng)，定制的用戶界面模塊，程序設(shè)計模塊和數(shù)據(jù)管理模塊。

    圖1 織機數(shù)字化設(shè)計專用系統(tǒng)總體設(shè)計框架圖

    通用CAD系統(tǒng)是產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的宿主，是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)；

    定制的用戶界面模塊包括登錄界面、系統(tǒng)選項界面、3D圖庫界面、原型推理機設(shè)計界面、CAE分析與仿真界面，可以實現(xiàn)設(shè)計計算及分析仿真的功能，也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理模塊的功能，提供給用戶進行交互的設(shè)計操作；

    設(shè)計計算及分析仿真程序模塊:主要由產(chǎn)品選型模塊、一般設(shè)計與計算模塊、原型推理優(yōu)化設(shè)計模塊、分析與仿真模塊及其他功能模塊組成，完成產(chǎn)品設(shè)計分析和零部件及織機設(shè)備產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計工作；

    數(shù)據(jù)管理模塊，由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫組成，負(fù)責(zé)對產(chǎn)品設(shè)計專用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的管理。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是在參數(shù)化零部件庫的基礎(chǔ)上建立的，包括專用基礎(chǔ)件(包括通用件、專用件及標(biāo)準(zhǔn)件)數(shù)據(jù)庫、部件數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品設(shè)備(裝配件)數(shù)據(jù)庫和一些輔助信息庫，其中專用基礎(chǔ)件數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。

    該專用CAD系統(tǒng)由多個窗體組成，限于篇幅，本文僅對一些主要窗體進行介紹。系統(tǒng)主窗體如圖2所示，是一個集成各子功能模塊的系統(tǒng)界面，通過調(diào)用各子窗體進行交互操作得以實現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能。

    系統(tǒng)登錄窗體的運行效果圖如圖3所示，主要用于防止非法用戶進入系統(tǒng)內(nèi)部進行非法操作，保障系統(tǒng)操作安全。用戶管理窗體的運行效果如圖4所示，主要功能是實現(xiàn)對于用戶信息的增、刪、改、查等操作。操作員權(quán)限管理窗體的運行效果如圖5所示，主要功能是針對不同的使用者賦予相應(yīng)權(quán)限的操作。系統(tǒng)選項窗體的運行效果如圖6所示，主要功能是集成一些常用的系統(tǒng)功能以利于系統(tǒng)的快速操作。

    織機3D圖庫窗體如圖7所示，主要功能在于對系統(tǒng)中存儲的織機基礎(chǔ)信息進行操作、查詢、修改與完善等操作�；�于原型推理輔助設(shè)計模塊主窗體如圖8所示，主要功能在于實現(xiàn)織機零部件的快速變型設(shè)計。

    圖2 織機數(shù)字化設(shè)計專用系統(tǒng)主窗體

    圖3 登陸窗體

    圖4 用戶管理窗體

    圖5 操作員權(quán)限管理窗體

    圖6 系統(tǒng)選項窗體

    圖7 織機3D圖庫界面

    圖8 基于原型推理輔助設(shè)計模塊界面

    對織機設(shè)計與制造加工行業(yè)而言，通過有效整合和利用現(xiàn)有織機零部件資源，建立一種可作為紡織機械基礎(chǔ)信息資源支持平臺的織機專用系統(tǒng)，為其添加進高效的推理模式與產(chǎn)品智能設(shè)計技術(shù)，可以極大的提高織機設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品上市周期。

4 結(jié)論

    本文首先詳細(xì)介紹了作為紡織機械行業(yè)重要數(shù)字化創(chuàng)新技術(shù)的各類專用CAD系統(tǒng)及其研發(fā)現(xiàn)狀，接下來分析了織機設(shè)計領(lǐng)域CAD系統(tǒng)的研發(fā)現(xiàn)狀，針對織機設(shè)計領(lǐng)域缺乏專業(yè)CAD系統(tǒng)的不利因素，提出并詳細(xì)描述了一種集成各種數(shù)字化、信息化手段的織機設(shè)計專用CAD系統(tǒng)設(shè)計思路，最后對正數(shù)字化創(chuàng)新技術(shù)在紡機設(shè)計中的應(yīng)用進行了展望。

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本文標(biāo)題：淺析數(shù)字化創(chuàng)新技術(shù)在紡織行業(yè)中的應(yīng)用

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