新型互聯(lián)網(wǎng)橫機(jī)CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張光耀，張團(tuán)善， 韓士星

（1.西安工程大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心學(xué)院，陜西西安 710000；2.西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安 710000）

伴隨著第三次技術(shù)革命，全球的計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，這也給CAD技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新提供了良好的解決方案[1]。諸如公路建設(shè)，橋梁搭建以及機(jī)械制造等大量的工程領(lǐng)域的CAD技術(shù)得以攜手互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形成“互聯(lián)網(wǎng)+CAD”的發(fā)展格局[2]。然而，作為我國(guó)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)的紡織行業(yè)卻在此潮流中沒(méi)有跟上步伐[3]。現(xiàn)階段，中國(guó)的橫機(jī)CAD技術(shù)還大多處于單機(jī)或者局域網(wǎng)互聯(lián)模式[4-6]，無(wú)論是從網(wǎng)絡(luò)兼容性還是設(shè)計(jì)生產(chǎn)的便捷性來(lái)講都有著極大的局限性[7-10]。

本課題綜合考慮橫機(jī)CAD的功能要求，應(yīng)用新型的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一款基于互聯(lián)網(wǎng)的橫機(jī)CAD系統(tǒng)。應(yīng)用此系統(tǒng)，不僅擁有單機(jī)版的功能優(yōu)點(diǎn)，還可以在極大程度上提高橫機(jī)CAD設(shè)計(jì)的工作效率，無(wú)論身處何地，都可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)橫機(jī)CAD的使用。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

綜合考慮互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)模式，采用比C/S結(jié)構(gòu)適應(yīng)性更強(qiáng)、共享性更強(qiáng)且維護(hù)更簡(jiǎn)單的B/S結(jié)構(gòu)作為互聯(lián)網(wǎng)橫機(jī)CAD系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。B/S結(jié)構(gòu)（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式）是在互聯(lián)網(wǎng)得以發(fā)展所伴生的新型結(jié)構(gòu)，B/S結(jié)構(gòu)采用將功能實(shí)現(xiàn)的核心部分都放置在服務(wù)器中，令系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)都得到了極大的簡(jiǎn)化，故在互聯(lián)網(wǎng)橫機(jī)CAD系統(tǒng)中應(yīng)用B/S結(jié)構(gòu)中，可以將軟件部分全部加載到Web服務(wù)器中，使用者通過(guò)瀏覽器進(jìn)行對(duì)軟件的操作。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在互聯(lián)網(wǎng)橫機(jī)CAD系統(tǒng)中，最后針對(duì)的機(jī)械設(shè)備為電腦橫機(jī)，這個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為三部分：網(wǎng)絡(luò)層，設(shè)計(jì)層和終端層。

2.1 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是令用戶在設(shè)計(jì)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)的云端提取和云端存儲(chǔ)功能，包括對(duì)于使用者的登錄信息的檢測(cè)、已存儲(chǔ)信息的調(diào)用以及設(shè)計(jì)完成后的數(shù)據(jù)上傳功能。而本系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層主要由 Web 服務(wù)器的硬件、Windows Server 2008 操作系統(tǒng)以及SQL Server2008數(shù)據(jù)庫(kù)所構(gòu)成。

2.2 設(shè)計(jì)層

設(shè)計(jì)層的主要功能是讓用戶在客戶端就可以對(duì)互聯(lián)網(wǎng)橫機(jī)CAD系統(tǒng)進(jìn)行操作。使用者只要在具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能的客戶終端上應(yīng)用瀏覽器就可以訪問(wèn)到互聯(lián)網(wǎng)橫機(jī)CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)頁(yè)面。

2.3 終端層

終端層的重要功能是將完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容傳輸給終端生產(chǎn)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)按照預(yù)期紡織的最終目的。由于設(shè)計(jì)信息是存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)層的，經(jīng)由計(jì)算機(jī)來(lái)控制電腦橫機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制生產(chǎn)的操作。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

3.1 多種視圖模塊

為了能夠直觀地體現(xiàn)想要表達(dá)的織物結(jié)構(gòu)形態(tài)，在互聯(lián)網(wǎng)橫機(jī)CAD系統(tǒng)中將利用互相獨(dú)立的三個(gè)界面對(duì)花型設(shè)計(jì)的不同表示方法進(jìn)行描述。

3.1.1 編織工藝圖

編織工藝圖所描述的對(duì)象是織物的橫斷面，描述的內(nèi)容是成圈的順序和織針編織情況。在系統(tǒng)中，

會(huì)顯示每一個(gè)工藝行的信息（包括前針床和后針床）、應(yīng)用點(diǎn)來(lái)對(duì)應(yīng)設(shè)備中的針、圖形符號(hào)對(duì)應(yīng)設(shè)定的編織動(dòng)作。圖形符號(hào)的顏色表示不同的紗線原料，允許用戶利用鼠標(biāo)對(duì)各種信息進(jìn)行編輯修改。

3.1.2 花型意匠圖

花型意匠圖是把織物內(nèi)線圈組合的規(guī)律和使用紗線的顏色用指定的符號(hào)或者形象圖元在小方格紙上表示出來(lái)的一種方法。在系統(tǒng)中，可以利用切換功能對(duì)其進(jìn)行修改編輯，底色表征紗線的顏色，方便對(duì)提花的顏色和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

3.1.3 線圈結(jié)構(gòu)圖

用圖形描繪出線圈在織物內(nèi)的形態(tài)稱為線圈結(jié)構(gòu)圖。從線圈結(jié)構(gòu)圖中，可直觀地看出橫編針織物結(jié)構(gòu)單元的形態(tài)及其在織物內(nèi)的連接與分布情況，在此視圖中，同樣支持顏色的修改與部分動(dòng)作的修改。

在本次設(shè)計(jì)的互聯(lián)網(wǎng)橫機(jī)CAD系統(tǒng)中，使用者可以在用戶終端的設(shè)計(jì)頁(yè)面上使用鼠標(biāo)來(lái)確定當(dāng)前的編織動(dòng)作、顏色及線圈密度等信息。為了方便操作和存儲(chǔ)，選擇使用二維矩陣的方式來(lái)表征內(nèi)容，如式（1）所示：

其中，F(xiàn)—花型信息，Pij—第i個(gè)針位在第j行的工藝點(diǎn)信息。Pmn—整個(gè)系統(tǒng)共有m個(gè)工藝行和n個(gè)針位。

此外，Pij并不是單一的數(shù)值，其表征這如式（2）所包含的信息。

在式（2）中，a1為前針床動(dòng)作，a2為后針床動(dòng)作，并設(shè)定不同的數(shù)值來(lái)代表著不同的動(dòng)作，以完成整個(gè)成圈過(guò)程。b1為前針床紗線顏色，b2為后針床紗線顏色，同樣設(shè)定不同的數(shù)值代表不同的顏色，可供用戶按照主觀意愿來(lái)選擇。c1為前針床線圈密度，c2為后針床線圈密度。

3.2 成型工藝模塊

借助網(wǎng)絡(luò)的方便性和開(kāi)放性，可以允許不同的用戶在該系統(tǒng)上設(shè)計(jì)并上傳分享成形的款式，以方便更多的用戶進(jìn)行借鑒。

3.3 織物仿真模塊

花型設(shè)計(jì)完成后，將會(huì)根據(jù)用戶的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息的編譯，以用于存儲(chǔ)到web服務(wù)器中。同時(shí)，在對(duì)其進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，將會(huì)根據(jù)在系統(tǒng)中存儲(chǔ)的不同的電腦橫機(jī)的型號(hào)信息進(jìn)行匹配計(jì)算。

3.4 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

用戶可以根據(jù)自身的要求，建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)備份以及數(shù)據(jù)讀取等操作。該模塊可以有效地對(duì)使用者的設(shè)計(jì)專利進(jìn)行保護(hù)。用戶可以應(yīng)用獨(dú)立賬戶對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行在線編輯、更新、下載和刪除操作。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 在線交互技術(shù)

基于互聯(lián)網(wǎng)的橫機(jī)CAD系統(tǒng)的在線交互技術(shù)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，令用戶可以在設(shè)計(jì)的同時(shí)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)至Web服務(wù)器，而服務(wù)器立刻做出響應(yīng)。在線交互技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了用戶的設(shè)計(jì)效率。

客戶端利用canvans輔助javascript語(yǔ)言完成交互設(shè)計(jì)，canvans元素借助其鼠標(biāo)事件，能夠檢測(cè)和識(shí)別鼠標(biāo)鍵盤的操作指令，完成選擇、拖拽和放大縮小等功能，方便用戶的操作。同時(shí)，利用CCS3對(duì)網(wǎng)頁(yè)添加多種動(dòng)態(tài)效果，增加用戶的瀏覽美觀性。

網(wǎng)絡(luò)端采用javascript語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程，在服務(wù)器端應(yīng)用C#對(duì)程序進(jìn)行編寫，保密性較好。

4.2 云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)是通過(guò)大量的計(jì)算機(jī)將任務(wù)分解再整合，可以給用戶提供極高的運(yùn)算能力，如在對(duì)織物仿真時(shí)，僅僅數(shù)秒就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)織物真實(shí)感的仿真。同時(shí)，由于云計(jì)算技術(shù)的虛擬化無(wú)需固定有形的實(shí)體，可以很好地匹配本系統(tǒng)，隨時(shí)隨地應(yīng)用電腦和移動(dòng)終端進(jìn)行登錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

本課題設(shè)計(jì)的基于互聯(lián)網(wǎng)的橫機(jī)CAD系統(tǒng)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中有著極強(qiáng)的輔助性。該系統(tǒng)與單機(jī)版橫機(jī)CAD系統(tǒng)相比，具備以下優(yōu)勢(shì)：（1）提高了用戶的遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)體驗(yàn)；（2）減少用戶的資金投入；（3）有效管理產(chǎn)品信息；（4）降低開(kāi)發(fā)周期等。