機織物織造仿真系統在教學中的應用

周方穎，張素儉，王富偉，奚達新，趙釗輝

(江陰職業技術學院，江蘇 江陰214405)

在紡織專業的《現代機織技術》課程中，機織物織造過程的教學是紡織專業課程教學的重點和難點，內容包括織機五大運動、織造工藝設計和產品質量控制等，特別是對織機織造過程中五大運動的理解和掌握，成為教學過程中的難點[1-2]。主要原因在于，學生對設備不了解，使得課堂講解效果大打折扣；傳統教學方式中，教材、講稿、動畫和教學視頻等文件，或者以平面圖的方式講解，或者圖文不夠清晰，也影響學生對這部分內容的理解。再有，紡織專業的學生在學習《紡織CAD》后，很想知道自己設計的產品在織機上如何織制，最終呈現什么樣的布面效果。為了更好地解決這些問題，讓學生在學習過程中，能夠對織物CAD產品有較為真實的感受，對上機織造有較為清晰、準確的認知和掌握，開發了機織物織造仿真系統。

1 仿真系統模塊

開發機織物織造仿真系統的目的，一是向織機延伸原有的CAD系統，使織物上機圖能夠以布樣的方式真實呈現，讓學生感受設計成果。二是織機織造過程不再停留在簡單動畫效果上，而是使每一頁綜框的運動與上機圖完全一致，并以3D效果呈現；同時，細致展示織物織造過程中的五大運動。

按照最終目標，設計系統主要包括織物設計參數輸入、虛擬上機織造和幫助3個模塊，各個模塊包含的具體內容如圖1所示。

圖1 機織物織造虛擬現實系統模塊圖

2 仿真系統在教學中的應用

2.1 對織機織造過程的理解

織機是織造系統的重要設備。它通過相互聯系而又獨立的五大運動——開口、引緯、打緯、卷曲和送經，按照工藝完成面料的織制過程。由于現用教材及視頻、圖片都是平面展示的方式，加上學生沒有經過生產一線的實踐，因此對于學生來說，理解和掌握織機五大運動有一定的難度。

2.1.1 織機整體織造過程的仿真

在機織物織造仿真系統中，針對上述問題，通過虛擬現實技術，真實再現機織物按照一定的組織規律進行織造的過程。圖2所示為仿真系統操作界面。圖2中畫出的是真實織機的3D效果，與以往動畫或圖片演示中通過簡單線條勾勒的方式明顯不同，讓學生認識和熟悉實際生產設備；左下角顯示的是即將上機織造織物的紋板圖，將紋板圖與綜頁的提升情況相對應，有助于學生對紋板圖的認識和理解；右邊的快捷按鈕可以讓織造過程按要求點動、快進、停車，方便學生觀察一頁綜緩慢提升/下降的織造過程，以及幾頁綜快速升降的織造過程。

圖2 仿真系統操作界面

2.1.2 織機五大運動的仿真

仿真系統能夠對織機五大運動提供“細節”仿真模擬，讓學生全方位、多角度、近距離觀察織造過程中的每一種運動。圖3、圖4為織機開口提綜和引緯的仿真圖片。

圖3 織機開口提綜仿真

為進行織造形成的開口是通過綜頁的升降完成的。圖3中，當一根緯紗引入織口時，每一頁綜做出與紋板圖相對應的升降運動，而不僅僅簡單處理成綜頁升降的動畫效果，當織物組織發生變化，相應的紋版圖變化時，開口提綜的仿真效果隨之變化。這樣，既可以讓學生了解織機在織造過程中綜框具體的運動狀態，又可以讓學生真實體會織物設計對設備操作的影響。同時，系統在紋板圖中，將當前緯紗引入織口對應各頁綜的升降凸顯出來，便于學生對照觀察各頁綜的情況，直觀、明了。

2.2 對織物設計上機效果的理解

2.2.1 呈現仿真操作場景

學習織物設計后，學生會根據要求輸入織物組織相關參數，獲得織物上機圖，如圖5所示。除此，機織物織造仿真系統還能夠根據穿綜、穿筘工藝，呈現仿真穿綜、穿筘操作場景，如圖6、圖7所示。在圖6中，穿綜鉤將最多4根經紗穿過4頁綜的綜絲眼。這種仿真的情景再現，可以幫助學生建立最初的感性認識，為后期上機織造實踐打下基礎。

圖4 織機引緯仿真

圖5 生成的織物上機圖

圖6 穿綜操作仿真

圖7 穿筘操作仿真

2.2.2 仿真呈現CAD效果

之前教學所接觸到的織物設計CAD軟件，幾乎都是對組織進行設計，對織物外觀進行模擬。而此次開發的仿真系統，除了對織物進行設計獲得上機圖外，增加了操作仿真，以3D的方式演示上機操作，并最終在織機上對生成的上機圖仿真呈現織物織造效果，讓學生能夠真實“感受”自己的設計作品。更為重要的是，通過這種仿真織造的方式，學生在直觀感受作品的基礎上，還可以進一步修改、完善作品。修改完善作品本身，需要思考織物外觀效果與工藝參數之間的關系，并進行適當調整。這是一個以理論指導實踐，又從實踐效果提升理論認識的過程，一舉多得。

3 結語

機織物織造仿真系統利用三維仿真技術對機織物設計及其在織機上的生產過程進行三維數字仿真，通過在系統中設置色彩、紗支、經緯密、上機圖等相應參數，在織機上仿真呈現織造效果，可以直觀感受織物，同時體驗織造過程的五大運動。這樣，既有助于學生理解和掌握產品開發知識，又可以幫助學生體驗織造的實施過程。該仿真系統，集機織物設計、CAD技術、織造生產幾項內容于一體，有助于學生將所學知識有機融合，為他們今后的產品開發工作打下良好的基礎。