發布日期：2022-07-15 點擊率：57
近幾年，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。對于處于紡織行業核心地位的織機制造業，這種數字化進程通過優化傳統織機產業結構，很大程度上促進著織機設計與制造效率的提高，對整個行業的發展與繁榮具有很大的意義。本文分析了織機制造業中數字化技術的應用現狀與存在問題，重點探討了織機制造領域中幾種數字化技術的具體應用，給出了應用思路與實現方案。
1 織機行業數字化技術的應用現狀與存在問題
數字化技術就是利用數字化設計和制造系統(CAD、CAPP、CAM、PDM、PLM等)，企業管理信息化系統(ERP、SCM、CRM等)以及企業間協同網絡化系統(ASP平臺、電子商務、協同商務等)完成產品設計、開發、生產、銷售和服務各環節信息化的技術。
紡織行業目前的數字化應用有一定進展，紡織生產、產品開發計算機輔助設計和加工技術得到了應用，如，機織物設計、提花紋織、印花圖案、服裝的計算機輔助設計、精紡毛型織物的性能預測與輔助設計技術等;在紡織生產管理方面，集散式計算機檢測系統，各種生產過程的信息化管理，明顯提高了加工質量與生產效率。在紡織機械制造企業，已普遍采用計算機輔助設計系統(CAD)，有些企業采用了計算機輔助制造系統，有效提高了新產品開發速度和機械加工精度。
作為紡織行業的主要支柱，織機設計與制造領域的技術水平關系到整個紡織行業的興衰。當前我國的織機制造業數字化整體水平偏低，適應企業實際生產的能力明顯不足，許多數字化技術如ERP在行業的應用剛剛起步，適用于快速設計與制造的專用集成CAD系統的開發尚屬空白，在很大程度上制約著整個行業的進一步發展，隨著全球化趨勢的日益推進，這種在高新技術領域的劣勢將會極大地削弱我國紡織企業的整體競爭力。例如目前在織機制造行業已普遍采用計算機輔助設計系統(CAD)，一定程度上提高了織機的設計效率。但這種CAD大多都只是通用的商業性CAD系統平臺，缺乏對行業領域內相關信息的集成與利用、如行業標準與企業標準等信息的集成與利用，也缺乏對行業內企業的實際情況的考慮，是織機設計與制造效率進一步提高的主要制約因素。
2 織機制造領域中數字化技術的應用探討
針對上述不利狀況，為提高我國織機制造業的整體競爭力、實現民族產業的自主創新，本文側重于織機設計過程中的數字化技術應用與實現過程，提出了幾種數字化技術的具體應用思路與實現方案。
2.1 織機模塊化設計技術
織機，包括有梭織機、無梭織機，其各類別之間最大的區別在于引緯裝置及工作原理的不同，其他裝置與機構之間具有很大的通用性，可以形成模塊化。根據對織機的結構分解，發掘各種典型織機中的相似性，對織機模板進行標準化和系列化處置。圖1以停經片為例，給出了織機模塊化構思分類結構示意圖。織機專用基礎件庫分為通用件、專用件及標準件三大類，其中通用件是指各種型號織機通用的零部件，專用件主要是指各種型號織機引緯裝置零部件，標準件是指各種符合國家標準及行業標準的零部件。在實際設計過程中，標準件可以直接調用，通用件稍加修改便可以實現具體設計目標。
織機模塊化設計是織機配置設計和變型設計的基礎。設計人員可以很方便地從模塊庫中挑選所需要的零部件，進行組合配置，并進一步根據客戶具體需求進行快速變型設計，以提高織機設計和制造中資源與知識的重用性，從而提高織機設計制造效率。
圖1 織機模塊化構思分類結構示意圖
2.2 織機配置設計技術
織機配置設計是將織機設計過程簡化為織機模塊的選擇和組合過程。織機模塊的數量是有限的，而由模塊組合得到的織機型號是無窮的。首先建立完整的模塊資料庫，再將各模塊分層分部件拾取，客戶可根據需要選擇相應模塊配置成特定型號的整機。
對于織機設計過程中可能用到的標準件和系列件，因其通用性或零件相似性，可利用Solidworks軟件自帶的配置功能實現快速變型設計。配置驅動法的關鍵是Solidworks提供的生成和管理配置的系列零件設計表，利用該表可以方便地從一個零件創造出一個形狀相似的零件族。其基本思想在于基于零部件的3D模型，利用系列零件設計表插入Excel表格，實現Excel與Solidworks的無縫集成;基于Excel與3D模型特征的映射關系，利用表格數據參數化映射的特征尺寸，實現零件族庫的建立。
2.3 織機專用CAD系統
計算機輔助設計(CAD)技術，將人類創造性思維與計算機高性能處理能力有機地結合起來，實現產品創新設計，可以有效地提高設計的速度與質量，從而產生十分顯著的經濟效益，是近年來計算機應用領域最活躍的研究方向之一。但各種通用CAD系統往往缺乏對于具體行業的現實考慮，不能很好地滿足行業的特殊需求，因而，根據具體產品設計的需求對通用CAD系統進行專用化的研究與開發，開發自主的CAD系統已經變得非常必要。有關這方面技術的研究，國內外已經廣泛地展開。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。
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Delphi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2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。其中：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。
圖2 系統總體設計框架圖
系統的關鍵在于3D圖庫的設計與實現，考慮到系統的實時性與快捷響應性需求，采用Delphi自帶的桌面數據庫DataBase DeskTop作為系統的底層數據庫，通過對于織機典型零部件的充分調研，提取其共性，初步實現了3D圖庫數據庫的管理與集成，在此基礎上也初步實現了3D圖庫的構建。
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。
3 結束語
本文側重于織機制造業中數字化技術應用情況，重點探討了模塊化設計技術、配置設計技術、專用CAD系統在織機制造領域的應用，給出了具體的應用思路與實施方案。在此基礎上，通過建立與完善織機行業設計和制造系統(CAPP、CAM、PDM等)、企業管理信息化系統(ERP、SCM、CRM等)以及企業間協同網絡化系統(ASP平臺、電子商務、協同商務等)，形成一種集成的數字化產品全生命周期支撐系統，可以從根本上改變傳統行業的面貌，提高行業的信息化建設水平與整體競爭力，是未來織機行業發展的一個重要方向。
