纹织CAD技术的应用及其发展方向.pdf

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1、第2 5 卷第3 期 2 0 0 4 年6 月 纺织 学报 J o u m a lo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 5 N o 3 J u n ，2 0 0 4 纹织C A D 技术的应用及其发展方向 张森林姜位洪 ( 浙江大学电气工程学院，杭州，3 1 0 0 2 7 ) 摘要：介绍了纹织c A D 近几年来的发展，着重讨论了随着科学技术的发展，纹织c A D 技术的发展方向。 关键词：纹织c A DE R P 分形织物模拟协同 中图分类号：T s1 0 2 3 3文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 4 ) 0

2、 3 0 1 2 6 0 4 传统的纺织工业是一个种类众多、劳动力密集、 生产工序多而复杂、生产成本高、产品周期长的行 业。纹织c A D 技术的应用为这个传统的行业注入 了新的活力。随着计算机的普及和计算机技术的日 新月异，越来越多的纺织企业及专业人员认识到使 用c A D 的优越性和重要性，并逐渐将纹织c A D 作 为一种现代化的有效手段，代替了传统的设计工作， 从而使企业的产品开发快速有效，设计精良、省工省 时省料、降低了成本消耗，为纺织品的多品种、中小 批量生产，适应市场需求创造了有利条件。 纹织c A D 技术是最近2 0 多年来迅速发展起来 的一门综合性计算机应用技术。它以计算机

3、为主要 手段来完成和运用各种数字信息和图像信息，以进 行纹织产品设计。纹织c A D 技术不仅深刻改变了 人们以往的设计和制造观念，而且影响到企业的管 理和商业对策。 1 纹织C A D 技术的发展历程 纹织C A D 技术在纺织工业中的应用最早可追 溯到2 0 世纪6 0 年代，当时美国I B M 公司首先成功 地研制了纹织工艺自动化系统，此后，我国以及英 国、法国、日本相继开展了这方面的研究，到了2 0 世 纪7 0 年代，c A D 技术在纺织工业中的应用才真正开 始进入实用阶段。 1 1 技术准备期 2 0 世纪5 0 年代，大多采用电子管计算机，用机 器语言编程，其图形设备也仅具有输

4、出功能，计算机 主要用于科学计算。 1 2 开发应用期 2 0 世纪6 0 年代，美国麻省理工学院开发出 S K E T c H P A c L 交互图形处理系统的同时，首次提出 了计算机图形学、交互技术等观点为c A D 技术的应 用和发展打下了理论基础。于是，美国的一些大公 司开始研制c A D 和c A M 的实用技术，并且推出了 许多商品化的c A D 设备和c A D 工作站。 1 3实用化期 2 0 世纪7 0 年代，出现了许多面向中小型企业 的c A D c A M 系统，c A D 工作站的数量也急剧增加。 在此期间，出现了多种形式的图形输入输出设备。 c A D c A M

5、与c A T 开始接合，从而形成了计算机辅 助工程( c A E ) 。例如：在这一时期出现了美国v i a b l e 公司研制的纹织C A D 系统。其基本功能主要为：图 形输入、简单的画图操作、能够把图案和组织保存到 软盘里以重用，而不是画在纸上，另外在电脑里就可 以很方便的检查纹板对错。 1 4 普通应用期 2 0 世纪8 0 年代初，由于3 2 位高档微机的问世 及计算机外设的发展，c A D 技术突飞猛进，图形系 统和c A D c A M 的销售量与日俱增。如：在这时出 现了德国的E A T 纹织C A D 系统，但这时其主要应用 在O S 9 、u n i x 、L j n u

6、 x 的操作系统中( 直到2 0 世纪9 0 年代后期E A T 才开发出在w i n d o w s 操作系统下的纹 织C A D 系统) 。 1 5 标准化、集成化、智能化的发展期 2 0 世纪8 0 年代中后期，由于图形接口，图形功 能日趋标准化，为c A D 的推广创造了有利条件。随 着人工智能和专家系统应用于c A D 技术，使得工程 数据库及管理系统，知识库及专家系统，用户接口管 理系统集于一体，大大提高了自动化设计的程度。 这段时间里出现了一系列的纹织C A D 系统，如：比 利时的S o p h i s 、日本J U N 公司的4 D B O X 、英国的力 克( k c t

7、r a ) 、德国的A t e l i e r 、香港宏图的纹织C A D 系 统以及台湾的皓上等。 2 纹织C A D 实现功能的主要特点 由于纹织c A D 技术的出现，把设计者从机械性 重复的劳动中解脱出来，使他们集中自己的想像力 和创造力来实现自己的产品设计，从而带来了产品 质量的提高。纹织c A D 是C A D 技术在提花织物的 应用，它利用计算机强有力的计算功能和高效率的 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 4 年第3 期 纺

8、织学报 【1 2 7 】 一一 图形处理能力，改造传统的纹织工艺，实现纹织工艺 的自动化。纹织C A D 系统主要由3 个相对独立的 子系统组成：图像输入子系统；图形编辑和意匠处理 子系统；纹板信息输出子系统。 图像输入子系统采用电子分色扫描机或c C D 图像扫描仪作为图形输入设备，其功能为图像扫描、 分色、颜色识别，把图像转换为数字化信息输入计算 机，并建立用色代码矩阵表示的纹样数据文件。 图形编辑和意匠处理子系统是由高性能的图形 控制卡、高分辨率显示器、数字化仪以及鼠标等构成 的交互式绘图系统，实现纹样和意匠的显示与修改， 并进行意匠处理。 纹板信息输出子系统是用计算机控制冲孔机自 动轧

9、纹板或直接转换成相应电子提花龙头所需的信 息格式控制经纱运动。 综上所述，纹织C A D 技术的研究主要是围绕着 以下几个方面进行：1 ) 人机交互技术，包括人机交互 界面和一系列模拟画板工具的功能。如笔、刷、喷 枪、橡皮、文字、线条、调色、剪裁、粘贴、复制、修改 等。2 ) 几何学或知识工程的方法模拟特定风格的图 案。如铅笔、水粉、油画、粉蜡等绘制效果，泥地、撇 丝、底纹等工艺效果，以及采用几何算法产生的树、 草、烟、云、山脉等。3 ) 与工艺相关的各项处理功能， 如意匠处理、样卡编辑、组织编辑，纹板制作等。 3纹织C A D 的发展方向 纹织c A D 系统的研究和发展进程完全是模仿 人工

10、操作的过程而进行的，其主要功能集中在工艺 处理方面。目前，在工艺处理方面基本达到全自动 化的水平，而在图案的智能化创作等方面，则显得比 较薄弱，仅仅是一种简单的图形编辑修改功能和一 些特殊工艺素材的自动生成功能。随着计算机图形 学、计算机网络技术、c A D c A M 技术、现代纺织工艺 的不断的发展，纹织C A D c A M 系统需要融人新的 技术、增加新的功能。 3 1图形交互功能的改进 3 1 1 智能化的图标菜单多层次的弹出式或下 拉菜单已不能满足使用者的需求。良好的菜单结构 可以使设计周期缩短2 0 5 0 。智能化的图标 菜单结构是c A D 软件今后的发展趋势。 好的菜单结构

11、是：用户在图形操作区和菜单之 间移动光标的次数要尽量少，菜单层次要尽量少，菜 单要直观、简洁、明了，菜单项排列要根据使用频率 自动组合、调节位置，操作指令要十分简化。 3 1 2 动态导引器目前在某些软件中，伴随光标 而随时随地弹出的操作模式已经越来越多。随着光 标的移动，动态导引器自动抬取、理解使用者的设计 意图，记忆常用的步骤，并提示使用者下一步可能要 做的工作。这是软件智能化的一个很好的应用 范例。 3 2 应用功能的改进 3 2 1发展功能高度集成化的纹织C A D 系统在 纹织c A D 软件中，软件改进主要有2 种途径，一是 改进整体性能，优化内部数据结构和算法，改进易用 性；另一

12、个是改进功能集成性，在一个软件体系结构 下实现更多的应用功能集成。纹织c A D 系统的集 成化发展有2 个内容：一是与其它纺织行业的计算 机辅助设计系统配套使用，如印花c A D 系统、地毯 图案设计及放样C A D 系统的图案设计功能相近，可 以相互交换设计内容，相互吸收彼此的设计风格，有 利于企业的选用，充分发挥计算机辅助设计系统高 效多能的特点。二是将纹织c A D 系统的织物设计 应用于相关行业，增加使用效果模块，如将纹织 c A D 系统与服装设计c A D 系统相结合，模拟织物的 穿着效果；纹织C A D 系统与室内设计C A D 系统相 结合，模拟织物的装饰效果。 3 2 2

13、知识融合技术近年来，由于分形( F r a c t a l ) 的发展，在智能化图案创作方面也开辟了一种新的 方法。利用分形几何的自相似性、结构精细性、复杂 性和迭代性的特点，结合传统纺织品花形图案设计 的方法，可以快速生成各种精美的、令人叹为观止的 图像，改变了传统的纺织c A D 花形设计时仅依靠欧 氏几何和微分几何生成图像的技术，从而使产生的 图像更逼真地描绘变化万千的自然界。 随着人工智能的发展，模式识别的方法也运用 到纹织C A D 系统当中，用检索图像文件，以及把纹 织图案进行分类，成为模糊查询的一个必要的方法。 模式识别对图像进行操作主要经过以下几个步骤： 1 ) 图像分割：检测

14、出物体，把它的图像与其余景物分 离。2 ) 特征抽取：抽取物体的若干特征组合在一起， 构筑一个能描述样品特征的向量空间。3 ) 学习和分 类：对一组已知类别的训练样本集计算特征参数，从 而将特征空间分割成不同类型的区域，对未知样品 识别分类，从而实现对特定目标的分类和查找。另 外模式识别与计算机图像处理技术相结合，可以用 于自动识别织物的结构。首先由彩色数码相机获得 织物的透射和反射的图像，然后经过图像处理成为 计算机可处理的数据。分析透射的织物图像时，由 水平和垂直方向的灰度变化可以确定纬线经线的交 织点、纱线的细度和交织点的状态。分析反射时的 万方数据 PDF Watermark Remo

15、ver DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【1 2 8 】 纺织学报 2 0 0 4 年第3 期 织物图像色纱的颜色、总数及其排列的交织点。用 这种方法来识别织物的结构，改变了繁琐的手工分 析织物结构。 3 2 3 纹织c A D 的模拟显示技术在传统的纺织 工业设计过程中，为了观察到最终织物产品实际的 外观和形状，织物在设计完成后需要织造小样再修 改设计，整个过程准备效率低，周期长，物料消耗大。 随着纹织c A D 技术的发展，可以通过计算机仿真来 实现织物的模拟，从而减少了纺织企业的生产成本， 同时

16、缩短了产品设计生产周期，使产品更具竞争力。 现有的生成织物外观的方法，主要是通过建立织 物模型来实现常见织物的行为模拟。提花织物计算 机模拟算法，是以织物设计为基础，从对织物的分析 入手，首先，深入了解织物的组成结构、织物生成过程 及外部环境对织物的影响，采用计算机图形学、数字 图像处理等技术，摒弃次要因素，将各种主要因素数 字化、模型化，力求用计算机自动处理实现模拟织物 的生成过程，模拟外部环境对织物的影响，实现织物 纱线的自动生成、织物表面组织与中间组织、背面组 织自动分析以及织物边界的自动处理等，在二维显示 的基础上，采用三维显示的一些方法，最终实现织物 的实物模拟。织物模拟总体结构如图

17、1 所示。 图l 织物模拟总体结构框图 由图1 看出，提花织物计算机模拟算法的实现 依赖于对多方面因素的考虑与整合，并且必然涉及 到多方面的计算机技术。尽管在模拟织物方面已经 取得了很大的成绩，且部分成熟技术已投入实际应 用，但作为纺织和图形学交叉学科领域内的一类实 际应用，纹织c A D 模拟显示仍然存在着许多还未解 决的问题。 3 3 系统功能的改进 3 3 1 纹织c A D 与网络相结合随着计算机网络 化的发展，纺织行业也正面临着更激烈的竞争，这就 对纺织企业提出了更高的要求；一个产品由最初的 概念构想到制造完成、再到销售所需的时间要尽量 短；产品质量要尽可能优良；制造成本要尽量低。纹

18、 织c A D 系统的网络化，代表了纺织企业设计、生产、 管理模式发展的方向。以纹织c A D 为中心的网络 系统是属于专用的局域网，将整个提花织物设计、生 产过程涉及到的子系统连在一起，实现数据的快速 交换。纹织c A D 系统的纹板数据文件通过网络传 给不同的提花机进行织造生产，而电子提花机生产 的情况即时反馈回C A D 系统的主机，实现即时的生 产控制或花样修改。 3 3 2 纹织C A D 的协同化近年来，纹织C A D 系 统设计花样出现了小批量、多品种、快节奏的新特 点，同时花型幅度越来越大，单机的设计方法往往不 能满足设计的要求。实现设计协同是未来纺织 c A D 的主要发展方

19、向之一。设计协同使得多个设 计人员可以同时编辑同一花样，能够把各设计人员 的想法立体化，并立即见到在产品所有方面的结果。 通过消除通讯瓶颈，设计协同功能能够解决在工程 师、供应商与客户间对关键产品设计问题的协调工 作。当团队成员工作在产品设计的不同部门，而且 是位于不同国家、城市或地区时，设计协同使得异地 数据共享成为可能，即使位于同一办公楼的团队也 能从实时共享与检查设计修改中获益。就是要使任 何与产品相关的人在任何地方可以快速找到需要的 产品数据，从而共享产品数据，实现从产品需求定 义、概念设计、工程设计、生产制造到服务支持等产 品创新各个环节协同工作，就是要打破产品设计人 员与生产制造人

20、员、销售人员及产品最终使用者之 间的沟通障碍，能够最大可能地使相关人员创造思 维的合作和协同，缩短设计周期、优化制造流程、降 低生产成本等，使企业产品创新能力获得极大提升。 3 3 3 纹织c A D 与E R P 相结合随着信息技术的 发展，使得E R P ( E n t e 巾r i s eR e s o u r c eP 1 a n n i n g ) 企业资 源计划在许多企业得以实施，E R P 是对企业内的人、 财、物等进行系统化的管理。其主要优点之一是将 设计，制造和财务，人员等构成一体化的系统，从而 可以涉及到企业生产，经营的全过程。将纹织C A D 系统与E R P 相结合，将

21、纺织品设计中各种信息很好 地汇集在一起，提高企业新产品设计能力。用这种 方法产生的数据库数据，不仅保证了与E R P 物料数 据信息的一致性，也促进了设计理念的更新，使得纺 织品设计从以往的“目标设计”发展到“成本目标设 计”。由于设计的相关产品信息来自于E R P 系统， 因此它可全面了解产品的价格信息，并在设计阶段 就对产品的成本进行很好的控制和调整。不仅如 此，这也大大降低了纺织企业的库存。加快实现了 纺织企业信息化的同时，也就加快企业对市场的反 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to re

22、move the watermark 第2 5 卷第3 期 纺织学报 V o l 2 5 ，N o 3 2 0 0 4 年6 月 J o u m a I “T 色x t i kR e s e a r c h J u n ，2 0 ( ) 4 = ；= # # = 一 网络时代的辅助纺织设计新技术 段亚峰 ( 绍兴文理学院，绍兴，3 1 2 0 0 0 ) 叶文 ( 杭州纺织机械有限公司) 陈丽梅石美红 ( 西安工程科技学院) 摘要：分析了国内外纺织设计中c A D c A M 技术的发展现状及存在的问题，根据当前计算机网络数据库最新技术的发展现状，提 出一种新的设计理念网络辅助纺织设计技术，并

23、提出该系统的构成以及发展展望，指出未来的N A T D 技术将是纺织设计的发 展方向。 关键词：N A T D网络技术纺织c A D ，c A M 中图分类号：T s9 4 1 2 6 文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l 【2 0 0 4 ) 0 3 0 1 2 9 - 0 3 随着计算机与网络技术的快速发展，I n t e m e l 、 P D M 、网络数据库、电子商务等新技术的出现和推广 应用为纺织C A D C A M 技术赋予了新的设计理念与 技术内容，彻底改变了现有计算机辅助设计的模式 与环境。网络辅助纺织设计技术( N e tA i d e dT e x t

24、 i l e D e s i g n ；N A T D ) ，是我国纺织企业在加入w T 0 后顺应 国际市场变化、紧跟市场和技术潮流的最新方法和 途径之一。 1纺织C A D C A M 技术的发展现状与存在 的问题 进的发展。 纺织c A D c A M 的发展大体可以分为以下7 大 类：J ) 产品和色泽模拟；2 ) 生产工序的控制和监测； 3 ) 与生产计划和控制以及工厂数据记录系统的连 接；4 ) 维护和服务设备的扩充；5 ) 质量管理功能；6 ) 商业软件的综合；7 ) 多种任务处理的作用。这些技 术充分发挥了纺织c A D c A M 的功能，如纱线仿真、 机织物组织设计、针织物

25、组织及花型设计、纺织品印 花图案设计、二维与三维服装计算机辅助设计等。 纺织物的c A D C A M 系统在我国已有2 0 多年的研究 历史，产生了一批具有较大使用价值和市场前景的 1 1国内外纺织C A D C A M 技术的发展现状 基于D O s 和W i n d o w s 基础上的C A D ，C A M 系统。其 c A D c A M 概念的提出和实际应用到现在只有中有浙江大学的纹织c A D 系统与面向区域性市场 4 0 多年的时间，但这种先进的技术已广泛地应用于 的纺织快速设计系统、西安工程科技学院的自动缫 机械制造、汽车、造船、土建、工厂设计等多种行业丝工艺设计C A D

26、 系统和纱线条干实时监控专家系 中，在纺织工业生产中，C A D c A M 技术的应用最早统、浙江丝绸工学院z I s 素织物C A D 系统、中国纺 可追溯到2 0 世纪6 0 年代。当时美国I B M 公司首先织科学研究院的呢绒C A D 系统等，分别具有各种纱 成功地研制了纹制工艺自动化系统，使提花织物生线工艺设计、织物组织设计、织物结构与外观模拟以 产过程中的花型设计从原来的手工方式设计小样、 及生产过程质量实时监控等功能。服装c A D c A M 画意匠图、再根据意匠图由人工冲制纹板变为采用方面也推出了航天部7 1 0 所A R I s A 系统、北京轻工 交互方式的计算机辅助设

27、计小样、自动生成意匠和业学院的比力服装c A D 系统等实用性较强的应用 冲制纹板，实现了纹制工艺的自动化。从此以后，我软件。与此同时，国外的软件开发则主要集中于下 国以及英国、法国、日本、美国等相继开展了这方面列5 个方面：1 ) 机织物设计( 提花织物和多臂织物) ； 的研究。到了2 0 世纪7 0 年代，c A D C A M 技术在纺2 ) 针织物设计；3 ) 模拟织物效果或织物影射；4 ) 建立 织工业中的应用才真正进入实用阶段。在近1 0 1 5可视化数据库；5 ) 借助I n t e n l e t 和I n t r a n e t 网络实现 年时问里，纺织c A D c A M

28、 技术更是得到了突飞猛数据信息的共享或交互设计。 应速度，从而提高企业的市场竞争力。 4 结论 纹织C A D 系统已经取得了一定的进展，产生了 良好的效果，但是c A D 技术在纺织行业的应用仍有 许多亟待开发的难题，随着计算机图形学、c A D c A M 技术、计算机网络技术、现代轻纺工艺的不断 发展，纹织c A D 系统也会逐渐的完善和提高。 参考文献 l 潘云鹤计算机图形学原理、方法及应用北京：高等教育出 版社，2 ( ) o o ：3 2 6 3 5 2 2 周赳纹织c A D 系统的应用功能及研发方向纺织导报，2 0 0 2 ( 2 ) ：7 7 8 0 3 顾尔丹等建模技术在织物行为模拟中的应用：【程图学学报， 2 0 0 l ( 增刊) ：3 7 4 。3 7 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark