互聯(lián)網(wǎng)針織關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

蔣高明 張吉生

摘要：針織技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合是針織行業(yè)的重要發(fā)展方向。互聯(lián)網(wǎng)針織技術(shù)是由互聯(lián)網(wǎng)針織CAD、互聯(lián)網(wǎng)針織CAM和互聯(lián)網(wǎng)針織MES三大系統(tǒng)構(gòu)成的針織IT全面解決方案。本文對互聯(lián)網(wǎng)針織技術(shù)三大組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行概述，并著重介紹了互聯(lián)網(wǎng)針織技術(shù)所融合的關(guān)鍵技術(shù)及三大系統(tǒng)的主要功能。互聯(lián)網(wǎng)針織技術(shù)的應(yīng)用將有助于推動針織行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

關(guān)鍵詞：針織；互聯(lián)網(wǎng)；CAD；CAM；MES

中圖分類號：TS183.92 文獻標(biāo)志碼：A

Development and Application of Key Technologies for Internet Knitting

Abstract： Deep integration of knitting technologies with Internet technologies is a significant developing tendency of knitting industry. Internet knitting technologies consist of Internet knitting CAD system， Internet knitting CAM system and Internet knitting MES system， which are comprehensive solutions for information technology of knitting industry. In this paper， an overview about these three systems of Internet knitting technology was made. Then， it focused on the key technologies applied to the Internet knitting technologies as well as the main functions of the three systems. The application of Internet knitting technologies would be conducive to promoting transformation and updating of knitting industry.

Key words： knitting； Internet； CAD； CAM； MES

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展，各行業(yè)正面臨產(chǎn)業(yè)鏈和商業(yè)模式的調(diào)整，行業(yè)內(nèi)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級也將成為發(fā)展的必然趨勢。紡織服裝業(yè)作為在電子商務(wù)等領(lǐng)域最早“觸網(wǎng)”的傳統(tǒng)民生產(chǎn)業(yè)之一，也正于“互聯(lián)網(wǎng)+”浪潮中發(fā)生深刻的產(chǎn)業(yè)變革。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速突破，針織行業(yè)正在打造“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的全產(chǎn)業(yè)鏈新優(yōu)勢，從單純的銷售轉(zhuǎn)向設(shè)計、生產(chǎn)、管理、渠道、銷售、服務(wù)等，實現(xiàn)消費者、生產(chǎn)商、渠道商、服務(wù)提供商的無縫高效對接。加快移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在針織企業(yè)的推廣應(yīng)用，促進針織生產(chǎn)管理模式的變革，是針織行業(yè)提高國際競爭力，加快轉(zhuǎn)型升級的重要途徑。同時，移動互聯(lián)網(wǎng)、PC、移動智能終端的快速普及均為互聯(lián)網(wǎng)針織技術(shù)的誕生和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 互聯(lián)網(wǎng)針織技術(shù)概況

互聯(lián)網(wǎng)針織技術(shù)為近幾年剛興起的基于互聯(lián)網(wǎng)的針織IT全面解決方案，指以固網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)為信息傳遞媒介，通過Web應(yīng)用終端發(fā)送請求，對針織設(shè)計、生產(chǎn)管理、集成控制系統(tǒng)完成指定操作。如圖 1 所示，互聯(lián)網(wǎng)針織技術(shù)主要由互聯(lián)網(wǎng)針織CAD技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)針織CAM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)針織MES技術(shù)等 3 部分組成，該技術(shù)實現(xiàn)了系統(tǒng)與移動終端或固網(wǎng)終端間的實時交互。江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心率先自主開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)iKDS、互聯(lián)網(wǎng)針織CAM系統(tǒng)iKCS和互聯(lián)網(wǎng)針織MES系統(tǒng)iKMS，已使互聯(lián)網(wǎng)針織技術(shù)在企業(yè)中得到良好的推廣應(yīng)用。

2 互聯(lián)網(wǎng)針織CAD

2.1 互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖 2 所示，互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分為表示層、應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層。用戶可直接通過電腦或移動智能終端隨時隨地通過Web瀏覽器進行針織物的設(shè)計。終端Web瀏覽器完成設(shè)計者操作內(nèi)容的發(fā)送；服務(wù)器Web瀏覽器接收到命令請求后，從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中調(diào)用所需的數(shù)據(jù)完成設(shè)計操作，并將設(shè)計結(jié)果反饋至表示層終端。該系統(tǒng)建有針織產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對存儲信息進行科學(xué)分析，實現(xiàn)對針織產(chǎn)品的智能設(shè)計。系統(tǒng)免安裝、終端硬件要求低、免維護，使用成本低，且方便快捷，符合當(dāng)前針織產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和營銷“快時尚”的理念。

2.2 互聯(lián)網(wǎng)針織CAD關(guān)鍵技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)的實現(xiàn)需融合應(yīng)用云存儲技術(shù)、B/S結(jié)構(gòu)、織物仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)等多項關(guān)鍵技術(shù)：（1）通過云存儲技術(shù)，實現(xiàn)對針織產(chǎn)品所有數(shù)據(jù)信息的存儲，應(yīng)用大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)對所有存儲信息進行科學(xué)分析，從而實現(xiàn)針織產(chǎn)品的智能設(shè)計；（2）采用B/S結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一客戶端，將系統(tǒng)功能核心數(shù)據(jù)部分集中保存在服務(wù)器端，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用；用戶可以在任何地方進行操作，客戶端零安裝、零維護；（3）運用織物仿真技術(shù)，實現(xiàn)用戶可提前預(yù)覽所設(shè)計的針織產(chǎn)品的生產(chǎn)效果圖，減少產(chǎn)品試樣，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；（4）應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，使用戶可以將針織產(chǎn)品布置到實際的使用場景中，從而獲取真實的產(chǎn)品使用效果。

2.3 互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)功能

2.3.1 花型和工藝的快速設(shè)計

對于花型設(shè)計，互聯(lián)網(wǎng)針織CAD的Web應(yīng)用終端提供便捷的繪圖工具，快速完成花型的設(shè)計或再設(shè)計。采用編織工藝圖、花型意匠圖以及線圈結(jié)構(gòu)圖進行花型表示，視圖相比傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)更直觀且易于理解，節(jié)約了設(shè)計者的思考時間；可通過后臺服務(wù)器完成自動包邊與組織填充等功能，提高了應(yīng)用終端的相應(yīng)速率和使用流暢性；可通過網(wǎng)絡(luò)從產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫服務(wù)器獲取如BMP位圖等設(shè)計素材，從而避免重復(fù)勞動，節(jié)約花型設(shè)計的時間。

對于工藝設(shè)計，互聯(lián)網(wǎng)針織CAD可根據(jù)規(guī)格、尺寸，自動生成編織工藝；根據(jù)花型工藝自動設(shè)定編織參數(shù)，優(yōu)化編織效率，自動進行編織檢測；對上機參數(shù)進行智能設(shè)置，自動計算產(chǎn)量、效率及原料比等生產(chǎn)數(shù)據(jù)；根據(jù)工藝編織圖自動生成三角排列、織針排列，由花型意匠圖自動生成編織圖。

2.3.2 織物仿真與三維虛擬展示

互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)根據(jù)針織紗線的結(jié)構(gòu)特征，運用計算機圖形學(xué)實現(xiàn)紗線的真實感模擬；根據(jù)針織物花式結(jié)構(gòu)及其形變規(guī)律，運用NURBS實現(xiàn)線圈結(jié)構(gòu)的真實感仿真；通過云計算解決針織物三維立體仿真計算量大問題，實現(xiàn)針織物在線高品質(zhì)仿真，減少試樣環(huán)節(jié)，降低生產(chǎn)成本，縮短開發(fā)周期；采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行三維人體建模；運用Web Services技術(shù)和圖像處理技術(shù)，實現(xiàn)針織面料實際的使用場景中真實的使用效果；高效便捷地把針織面料圖案應(yīng)用于真實場景中，并取得高度真實感的虛擬展示效果，實現(xiàn)全成形針織服裝高度逼真的三維虛擬展示。

針織物仿真和三維虛擬展示需要計算機進行大量運算，因此傳統(tǒng)針織物CAD系統(tǒng)具有對計算機硬件要求高，且仿真計算時間較長的缺點。而對于互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)，通過將仿真和虛擬展示的計算工作分配到后臺若干臺主機進行聯(lián)合運算，從而大大縮短了針織物仿真與三維虛擬展示所需的時間。且由于用戶終端僅需進行命令的發(fā)送與仿真結(jié)果的接收和展示，從而大大降低了系統(tǒng)用戶的硬件要求，降低了硬件成本。

2.3.3 織物分析與數(shù)據(jù)輸出

互聯(lián)網(wǎng)針織CAD實現(xiàn)在線織物分析和在線圖案檢索，如通過智能手機等設(shè)備拍攝織物并上傳到云端，系統(tǒng)提供織物分析服務(wù)，得到織物基本參數(shù)；利用圖像處理技術(shù)，通過織物照片在云數(shù)據(jù)庫中檢索出類似的產(chǎn)品，為用戶提供相應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。系統(tǒng)適用于各類針織物，可以輸出適用于國內(nèi)外各類電腦圓機、電腦橫機、電腦經(jīng)編機的上機控制文件，并與互聯(lián)網(wǎng)針織CAM系統(tǒng)對接，可遠程傳輸花型控制數(shù)據(jù)到指定針織裝備的控制系統(tǒng)。

3 互聯(lián)網(wǎng)針織CAM

3.1 互聯(lián)網(wǎng)針織CAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

互聯(lián)網(wǎng)針織CAM系統(tǒng)為基于互聯(lián)網(wǎng)的針織裝備控制系統(tǒng)，使裝備與人之間可以信息互聯(lián)。系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集層、監(jiān)控層和執(zhí)行層。如圖 3 所示，監(jiān)控中心服務(wù)器實時接收傳感器采集的設(shè)備運轉(zhuǎn)信號；以Web應(yīng)用終端通過互聯(lián)網(wǎng)可對設(shè)備進行遠程監(jiān)控或下發(fā)動作指令。監(jiān)控中心通過針織機上位機將操作指令下發(fā)給運動控制器，從而實現(xiàn)設(shè)備的遠程監(jiān)控和操作。

3.2 互聯(lián)網(wǎng)針織CAM關(guān)鍵技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)針織CAM系統(tǒng)交叉融合了五大關(guān)鍵技術(shù)：（1）通過網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，集合了Internet、嵌入控制、軟件、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)頁設(shè)計等技術(shù)，實現(xiàn)管理控制與數(shù)據(jù)采集；（2）應(yīng)用遠程控制技術(shù)，實現(xiàn)對終端控制系統(tǒng)的安裝、維護、監(jiān)控與管理，同時實現(xiàn)用戶與設(shè)備的遠程交流；（3）研究伺服驅(qū)動技術(shù)，實現(xiàn)伺服驅(qū)動的高動態(tài)響應(yīng)，以動力學(xué)特性采用電子凸輪控制算法，優(yōu)化送經(jīng)和橫移運動的控制；（4）通過研究壓電提花技術(shù)，根據(jù)壓電陶瓷高頻大張力的驅(qū)動特性，實現(xiàn)針織物編織的快速選針提花控制；（5）以機器視覺技術(shù)作為輔助信號采集，通過工業(yè)相機在線獲取織物圖像，實時進行圖像處理并提供給上位機作為操作決策依據(jù)。

3.3 互聯(lián)網(wǎng)針織CAM系統(tǒng)功能

3.3.1 數(shù)據(jù)實時采集

根據(jù)傳感器反饋信號，實時收集針織機當(dāng)前的生產(chǎn)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，包括正常運轉(zhuǎn)、故障停機、原料準(zhǔn)備等；實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)量、開機時間、停機時間、停車次數(shù)、生產(chǎn)效率等數(shù)據(jù)；采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)庫，為企業(yè)MES系統(tǒng)提供生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)；通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析，對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提供技術(shù)支持。

3.3.2 疵點在線檢測

采用多組攝像傳感器進行針織物布面狀況的實時監(jiān)測，應(yīng)用快速圖像處理技術(shù)實現(xiàn)織物圖像高速在線識別。上位機將檢測到的圖像紋理與從監(jiān)測中心下載的3D仿真信息紋理進行比對。該系統(tǒng)疵點檢測快速、準(zhǔn)確定位，疵點長度極短，標(biāo)注出疵點縱橫向位置，并對疵點數(shù)和疵點位置進行自動記錄；可檢測多種疵點，系統(tǒng)操作簡單，參數(shù)修改少，可遠程設(shè)置，方便快捷；基于計算機視覺的非接觸式檢測，無機械損耗，使用維護成本低。

3.3.3 遠程控制與運動優(yōu)化

應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)針織機的遠程更改花型、遠程開停機等實時控制；構(gòu)建高速橫移運動動力學(xué)模型，設(shè)計柔性電子凸輪曲線，實現(xiàn)高動態(tài)響應(yīng)柔性橫移控制；通過高速RAM和雙FIFO技術(shù)實現(xiàn)大容量花型數(shù)據(jù)的動態(tài)存儲；基于細分倍頻技術(shù)構(gòu)建送經(jīng)的動態(tài)高響應(yīng)控制模型，實現(xiàn)高精度隨動多速送經(jīng)。

3.3.4 遠程故障診斷

故障診斷就是在一定的現(xiàn)場檢測或監(jiān)控的策略指導(dǎo)下，實施對針織裝備的自動檢測，從而獲得診斷對象的故障模式，并向系統(tǒng)控制者提供重要信息，以保證系統(tǒng)的正常運行；基于Web遠程故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)了技術(shù)員在異地通過網(wǎng)絡(luò)訪問遠程故障診斷系統(tǒng)，快速地查看停車機臺故障原因；遠程故障診斷系統(tǒng)優(yōu)化針織裝備的運行狀態(tài)，提高控制系統(tǒng)的可靠性和安全性，提高針織裝備的運行效率，可降低針織裝備的運行和保養(yǎng)成本。

4 互聯(lián)網(wǎng)針織MES

4.1 互聯(lián)網(wǎng)針織MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

互聯(lián)網(wǎng)針織MES是基于互聯(lián)網(wǎng)的針織生產(chǎn)管理系統(tǒng)。如圖 4 所示，該系統(tǒng)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。其中，感知層的ZigBee采集器及中繼器負責(zé)感知并采集車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)層利用工控機上的WiFi將采集到的數(shù)據(jù)上傳到云數(shù)據(jù)庫；應(yīng)用層以Web和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與處理，實現(xiàn)可視化。系統(tǒng)實現(xiàn)前道準(zhǔn)備、織造和后整理的全工序監(jiān)測，以數(shù)據(jù)分析反向指導(dǎo)生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率和管理精細化水平，為我國針織行業(yè)閉環(huán)式大數(shù)據(jù)管理的成功樣本。

4.2 互聯(lián)網(wǎng)針織MES關(guān)鍵技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)針織MES系統(tǒng)綜合應(yīng)用了五大關(guān)鍵技術(shù)：（1）將RFID技術(shù)用于針織物聯(lián)網(wǎng)，標(biāo)簽根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計附帶信息，如員工姓名、訂單編號、產(chǎn)品參數(shù)等，其具有高速、耐用可靠、自動化程度高、多標(biāo)簽同時識別等優(yōu)點；（2）通過ZigBee無線通信技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)一線機器、員工、訂單等信息采集終端靈活組網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線自動采集與傳輸；（3）通過WiFi技術(shù)，工控機將采集的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)庫；PC、平板和手機終端通過WiFi連接到遠程服務(wù)器查看實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)；（4）應(yīng)用Web技術(shù)，實現(xiàn)通過網(wǎng)址在任意瀏覽器上實時掌握車間機器、人員、產(chǎn)品、產(chǎn)量狀況等；計算機自動統(tǒng)計分析產(chǎn)量、質(zhì)量，客觀公正，隨時隨地掌握生產(chǎn)情況；（5）運用大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析與處理可根據(jù)針織企業(yè)需求而變化，企業(yè)根據(jù)大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果輔助決策并積累經(jīng)驗，提升生產(chǎn)水平。

4.3 互聯(lián)網(wǎng)針織MES功能模塊

如圖 5 所示，互聯(lián)網(wǎng)針織MES系統(tǒng)將企業(yè)的生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)歸納為以下 8 個功能模塊，梳理企業(yè)的業(yè)務(wù)流程，對企業(yè)物流、信息流、資金流、價值流進行有效的管控。其中，車間管理模塊可實現(xiàn)一線生產(chǎn)運行的實時監(jiān)管，讓管理層對生產(chǎn)運營統(tǒng)籌安排，提升車間計劃水平和管控協(xié)調(diào)能力，能有效實現(xiàn)產(chǎn)能提升；生產(chǎn)績效模塊記錄每位擋車工、每臺機器、每個訂單、每個工藝單的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并配備產(chǎn)量、停車、效率統(tǒng)計圖，企業(yè)對生產(chǎn)情況一目了然；數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計產(chǎn)生的表格圖形有利于企業(yè)原料、人力資源等成本以及利潤的核算。

互聯(lián)網(wǎng)針織MES系統(tǒng)為針織企業(yè)提供完整的生產(chǎn)管理功能，并與互聯(lián)網(wǎng)針織CAD與CAM無縫對接。如圖 6所示，互聯(lián)網(wǎng)針織MES系統(tǒng)統(tǒng)具有數(shù)據(jù)實時采集、質(zhì)量實時監(jiān)控、訂單實時查詢、進度實時調(diào)控、效益實時分析六大功能特點。可見，互聯(lián)網(wǎng)基因和大數(shù)據(jù)的分析技術(shù)方法賦予互聯(lián)網(wǎng)針織MES系統(tǒng)的最顯著功能特性為：實時性和累積性。

5 結(jié)語

互聯(lián)網(wǎng)與針織技術(shù)融合與創(chuàng)新，是針織行業(yè)的發(fā)展方向。互聯(lián)網(wǎng)針織CAD、互聯(lián)網(wǎng)針織CAM和互聯(lián)網(wǎng)針織MES的應(yīng)用不僅大大降低了生產(chǎn)過程的人工成本，同時流通環(huán)節(jié)也得到大幅度精簡，用戶的個性化需求也得到更大程度的滿足。互聯(lián)網(wǎng)針織技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用將提高針織企業(yè)的國際競爭力，促進針織行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，助力我國由針織大國向針織強國的邁進。

參考文獻

[1] 周濟.以數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化為主線創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)型升級[Z]. 2014.

[2] 蔣高明，高哲.經(jīng)編裝備的“兩化融合”發(fā)展[J].紡織導(dǎo)報，2014（1）：44-46.

[3] 李福亮，楊家海，吳建平，等.互聯(lián)網(wǎng)自動配置研究[J].軟件學(xué)報，2014（1）：118-134.

[4] 張琦，蔣高明，張燕婷.經(jīng)編裝備技術(shù)進展與產(chǎn)品開發(fā)[J].紡織導(dǎo)報，2013（5）：45-49.

[5] 蔣高明.現(xiàn)代經(jīng)編技術(shù)的最新進展[J].紡織導(dǎo)報，2012（7）：55-58.

[6] 繆旭紅，韓玉梅，趙帥權(quán).針織結(jié)構(gòu)在產(chǎn)業(yè)用紡織品上的應(yīng)用[J].紡織導(dǎo)報，2014（7）：33-36.

[7] 蔣高明，彭佳佳.面向先進制造的針織裝備技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].紡織導(dǎo)報，2015（2）：43-47.

[8] 張琦，蔣高明，夏風(fēng)林.經(jīng)編機數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展[J].紡織導(dǎo)報，2013（5）：45-49.