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的迅猛發展，帶動多種現代學科、現代技術的交叉融合，對傳統產業產生了深遠影響，紡織技術正在向智能化、自動化、連續化發展，高速高效、高靈活性、高品質和環保節能是紡織技術進步的主流，紡織數字化日益深入，正在徹底改變這一傳統產業的面貌。這種數字化進程所促進的電子信息技術及計算機技術在傳統紡織行業的實際應用，給整個紡織業的發展注入了巨大的活力，是未來紡織業進步的一個重要方向，同時也是實現新型紡織機械技術裝備自主化的基礎。紡織機械行業作為關系國計民生的領域更應該順應這種趨勢，通過信息化、數字化手段全面升級傳統上落后的研發能力，進而提升行業的生產效率與質量。作為紡織行業產品數字化、信息化技術重要支撐的紡織專業CAD系統的研發和應用顯得尤為重要。紡織專用CAD作為一種特殊的工業應用軟件，因其簡易的操作和對市場的快速反應能力而被國內外紡織企業普遍使用，成為加速新產品開發、增強市場競爭力的有效手段，針對織機研發領域，專用CAD系統的研發與應用也是數字化、信息化技術促進織機行業快速發展的一種有效方法與技術手段。
1 紡織行業專用CAD系統及其應用
目前，各種紡織專用CAD系統的開發和應用已日趨完善。如距市場最近的服裝CAD系統、織物組織CAD系統、紋織CAD系統、印花CAD系統、繡花CAD系統、測配色CAD系統、針織CAD系統，這些系統幾乎全部已用于紡織工業的下游行業，適應了現代紡織品消費的多品種、小批量、快交貨、高藝術、高技術含量和高附加值等要求，也為紡織業的工業化生產提供了效率倍增的途徑。
1.1 服裝CAD系統
服裝CAD系統由硬件系統和軟件系統兩部分組成。硬件系統是軟件系統的載體，一般包括數字化讀入設備、電腦、輸出設備；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計系統、服裝紙樣設計系統、服裝樣片推碼系統、服裝樣片排料系統與試衣系統等。
近年來隨著CAD技術的開發與發展，軟件價格逐漸合理化，價位有了較大的下調，尤其國產服裝CAD軟件，可自由選購不同的系統組合，很容易實現個人電腦打板，服裝CAD發展迅速。同時，隨著近期以個性化的客戶為中心、以模塊化設計和零部件標準化為基礎、以快速反應生產為標志的服裝大規模定制這種新型制造模式的出現與繁榮，對作為基礎的服裝CAD系統的需求加劇，也將成為服裝CAD系統快速發展的契機。
1.2 織物組織CAD系統
織物組織CAD系統一般指用于色織廠、織造廠在普通織機和多臂織機上生產的小花紋或色織織物的計算機輔助設計系統。機織物CAD系統一般包括組織設計功能、紗線設計功能、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將織物設計人員的設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緯紗線進行任意的調色與配色，將設計思想完全地表達出來，從而在織物上機織造之前就能看到實際織造的結果，以達到輔助與快速設計的目的。其非常適應紡織市場多品種、小批量、快交貨的要求，具有很大的發展空間，近幾年發展迅速。
1.3 紋織CAD系統
人工設計大型紋樣、多層組織的提花織物，僅意匠繪制和軋花就需耗時數月，采用紋織CAD技術可提高設計速度幾十倍。紋織CAD系統是以計算機為主要手段來完成和運用各種數字信息和圖像信息，以進行紋織產品設計的計算機輔助設計系統。紋織CAD系統的硬件配置基本上分成三大部分，即主機系統、輸入設備和輸出設備，計算機硬件的性能對系統性能有重要的影響。紋織CAD系統的軟件構成與系統硬件的配置密切相關，系統一般可實現如紋樣掃描、圖案編輯、意匠修改處理、紋版處理及紋版沖機等功能。
作為一種現代化的有效手段， 紋織CAD系統的應用有效代替了傳統的設計工作，從而提高了企業的產品開發速度、降低了產品的開發成本，為紡織品的多品種、小批量生產，快速適應市場需求創造了有利條件。目前，紋織CAD系統在工藝處理方面基本達到全自動化的水平，而在圖案的智能化創作、仿真織物效果模擬、系統的網絡化、協同化應用及多功能化等方面有待提高，是未來發展的一個熱點。
1.4 印花CAD系統
印花CAD系統是利用計算機對織物印花圖案進行設計及制作黑白稿，可代替傳統的手工畫稿、掃描、連曬、感光制版等工作，實現美術圖案創作過程中的計算機輔助設計。印花CAD系統的硬件一般是由輸入設備、圖形工作站與輸出設備組成。可實現印花圖案設計、并色修改、分色制版等基本功能。
浙江大學新近開發成功的印花CAD設計系統，解決了圖形拼接、連曝連曬、邊界復色以及放大、縮小等手工處理較繁較難的工藝問題，加速了設計者創新的進程。印花CAD設計系統的可視化編程，使圖案色彩得到逼真的還原再現，畫面直觀、感性，十分方便修改或創新打印圖案，代表著印花CAD系統的先進水平，在此基礎上的完善與提升，是未來印花CAD系統發展的一個重要方向。
1.5 繡花CAD系統
繡花CAD系統主要是對繡花花樣進行計算機輔助設計，并將設計的花樣格式轉變為繡花機的針法，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。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系統內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，可提高產品的設計效率，進而提升產品的市場競爭力。未來的發展方向重點在于增加系統的功能，提高系統的智能化與集成化。
1.6 測配色CAD系統
測配色CAD系統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，然后根據測色對色號、染料進行檢索，最后利用同色異譜效應提供多個配方，優選出最佳配方，打印輸出，實現系統自動進行打樣配色的目標。系統一般可實現測色、色號、染料檢索與配色等功能。
測配色CAD系統通過改變傳統意義上繁復的人工打樣配色任務，借助于計算機實現系統自動打樣配色目標，提高了配色精度，降低了生產成本，同時也減少環境污染，有利于企業的長遠發展與進步。目前的熱點在于提高系統的穩定性、集成度、智能化與協同化。
1.7 針織CAD系統
針織CAD系統，即針織品計算機輔助設計系統，是實現針織物設計更加方便快捷的軟件系統，概指針織圓緯機CAD系統與針織橫機CAD系統兩種不同的系統。其中：針織圓緯機CAD系統是將針織線圈抽象成一個個方格，用規定的符號畫在格內，以示織物線圈組織規律，然后在計算機屏幕上進行花型設計，經軟件處理，轉換成電腦提花圓緯機和電腦提花織襪機所能通用的數據格式進行生產。一般具有花型輸入、圖形編輯與數據轉換等基本功能；針織橫機CAD系統可以設計計算出羊毛衫、羊絨衫產品的生產工藝數據，輸出工藝圖和工藝單，便于針織橫機生產。一般具有產品設計、單件重計算、折合轉計算與打印尺寸表等基本功能。
針織CAD系統通過將設計人員從繁復的工作中解脫出來，使其在關鍵的花型和款式設計上投入更多的精力，從而加快新產品的研發進度，進而提升產品的市場競爭力，可以為企業帶來更多的利潤。近年來通過對理色功能的研究與應用，針織CAD系統發展迅速，未來的研究熱點主要集中在提高系統的集成度與協同化方面。
總體上而言，我國紡織專用CAD系統發展迅速，能夠較好地滿足企業的實際需求，但在智能化、集成化與網絡協同化等方面水平偏低，需要改進。
2 織機設計專用CAD系統及其應用研究
目前計算機輔助設計制造領域的熱點問題是將參數化設計技術與CAD軟件二次開發技術相結合，根據具體產品設計需求對通用CAD系統進行專用化的研究與開發，開發自主的CAD系統。它能夠極大地提高產品設計效率，實現快速設計，提高產品競爭力。有關這方面技術的研究，國內外已經廣泛地展開。韓國Y.J.Chang等人運用AutoLISP及Visual Basic開發語言，基于AUTOCAD平臺開發出了用于內齒輪油泵集成快速設計的二維設計平臺；楊海飛等人利用Visual Basic語言開發了一個基于SolidWorks的螺紋連接標準件庫，用于實現螺紋連接件的快速自動設計；李宇彤采用VBA、Visual Basic開發語言，開發出了一套基于AutoCAD軟件的專用液壓缸智能計算機輔助設計系統，可以實現液壓缸主要尺寸參數的初始估算、零部件結構的參數化設計及設計結果的工程分析校核等工作；鄧春曉采用Visual Basic開發語言，研制開發了基于AutoCAD軟件的DT Π型帶式輸送機計算機輔助設計系統，可以實現選型設計過程的程序化與零部件的參數化繪圖；安向東基于AUTOCAD 平臺研制了用于紡織機械設計的液壓傳動CAD系統，可以實現液壓元件的流體靜力學計算、流體動力學計算、液壓元件計算、液壓元件查詢、液壓系統圖繪制等功能。從研究的現狀來看，大多集中在模具、汽車等標準比較完善、機電一體化水平較高的行業，取得了一系列的良好收益，而在紡織機械行業的研究與應用很少，很自然就在一定程度上制約著整個行業的進一步發展。
計算機輔助設計技術已較好地實現了特定零件的參數化設計，但針對部件級的參數化設計方法的研究還很少；系統的開發主要是針對二維的，三維系統的開發還很少；直接面向紡織機械行業的研究與應用更少，面向織機行業的專用CAD系統的研發未見報道。安向東基于AUTOCAD平臺研制了用于紡織機械設計的液壓傳動CAD系統，屬于傳統二維CAD系統。隨著設計方法與設計工具的極大進步，2D設計系統由于效率低下、功能單一及兼容性差等諸多問題，終將被有著眾多優點的3D系統所取代；同時，目前所開發的絕大多數專用CAD，功能單一，僅僅停留在設計建模這一塊，沒有形成一種包含已有設計資源、可實現快速變型設計、分析仿真等更多功能的集成專用CAD系統，以更好地提升織機設計制造水平。
3 一種基于數字化技術的織機設計專用CAD系統概述
傳統織機產品的研發過程中，設計人員往往陷入重復繪圖的不利狀況之中，耗費了寶貴的研發時間，限制了創新思維的充分發揮，是制約整個織機行業發展的一個重要因素。同時隨著設計方法與設計工具的極大進步，二維CAD系統由于效率的低下、功能單一及兼容性差等諸多問題，不再適應設計工作的需求。
針對上述問題，筆者以SolidWorks為開發平臺、以VB為開發工具，提出建立一種針對零、部件級，面向三維的織機關鍵零部件專用CAD系統的思路。這種專用CAD系統是一種廣義上的CAD系統，不僅僅包括計算機輔助設計部分，還包含計算機輔助分析CAE及產品數據管理等功能。
系統總體方案設計框架圖如圖1所示。包括四個主要組成部分：通用CAD系統，定制的用戶界面模塊，程序設計模塊和數據管理模塊。
圖1 織機數字化設計專用系統總體設計框架圖
通用CAD系統是產品參數化設計系統的宿主，是實現系統功能的基礎；
定制的用戶界面模塊包括登錄界面、系統選項界面、3D圖庫界面、原型推理機設計界面、CAE分析與仿真界面，可以實現設計計算及分析仿真的功能，也可以實現數據管理模塊的功能，提供給用戶進行交互的設計操作；
設計計算及分析仿真程序模塊:主要由產品選型模塊、一般設計與計算模塊、原型推理優化設計模塊、分析與仿真模塊及其他功能模塊組成，完成產品設計分析和零部件及織機設備產品的參數化設計工作；
數據管理模塊，由數據庫管理系統和數據庫組成，負責對產品設計專用系統的數據的管理。系統數據庫是在參數化零部件庫的基礎上建立的，包括專用基礎件(包括通用件、專用件及標準件)數據庫、部件數據庫、產品設備(裝配件)數據庫和一些輔助信息庫，其中專用基礎件數據庫是實現設備數據庫的基礎。
該專用CAD系統由多個窗體組成，限于篇幅，本文僅對一些主要窗體進行介紹。系統主窗體如圖2所示，是一個集成各子功能模塊的系統界面，通過調用各子窗體進行交互操作得以實現系統的所有功能。
系統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內部進行非法操作，保障系統操作安全。用戶管理窗體的運行效果如圖4所示，主要功能是實現對于用戶信息的增、刪、改、查等操作。操作員權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權限的操作。系統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功能以利于系統的快速操作。
織機3D圖庫窗體如圖7所示，主要功能在于對系統中存儲的織機基礎信息進行操作、查詢、修改與完善等操作。基于原型推理輔助設計模塊主窗體如圖8所示，主要功能在于實現織機零部件的快速變型設計。
圖2 織機數字化設計專用系統主窗體
圖3 登陸窗體
圖4 用戶管理窗體
圖5 操作員權限管理窗體
圖6 系統選項窗體
圖7 織機3D圖庫界面
圖8 基于原型推理輔助設計模塊界面
對織機設計與制造加工行業而言，通過有效整合和利用現有織機零部件資源，建立一種可作為紡織機械基礎信息資源支持平臺的織機專用系統，為其添加進高效的推理模式與產品智能設計技術，可以極大的提高織機設計效率，縮短產品上市周期。
4 結論
本文首先詳細介紹了作為紡織機械行業重要數字化創新技術的各類專用CAD系統及其研發現狀，接下來分析了織機設計領域CAD系統的研發現狀，針對織機設計領域缺乏專業CAD系統的不利因素，提出并詳細描述了一種集成各種數字化、信息化手段的織機設計專用CAD系統設計思路，最后對正數字化創新技術在紡機設計中的應用進行了展望。
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本文標題：淺析數字化創新技術在紡織行業中的應用
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