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1 引言

    随着市场经济的发展，生产围绕市场转，小批量，多品种，快交货的市场需求是纺织企业一直面临的困境。因此，研究设计智能型的纺纱工艺设计系统来改造传统的纺织生产方式备受人们的关注。
   
    迄今为止，纺织工艺设计的智能化研究取得了可喜的成绩，有不少科研院校、公司、研究人员都在从事纺织工艺智能化设计的研发工作，但智能化程度、易维护性等参差不齐。本文在总结原有开发经验的基础之上，对纺纱工艺的智能化设计进行了深入的研究，引入了将基于案例（CBR）的工艺设计智能化方法和工艺路线的观点相结合的工艺推理模型，提出了一套进行纺纱工艺设计的更加实用的方案。

2 系统流程

    如图1所示，工艺员接到计划经营处发出的调度单后，根据调度单信息，决定是重新设计一整套的工艺还是在现有的工艺基础上对工艺进行增加或是调整（即品种判断）。在工艺设计过程中，不管新老品种，都可以参考历史工艺库（即工艺台帐）。工艺确定以后，新品种必须交上级审批，审批通过后方可生产。

图1  纺纱工艺设计系统流程图

3 系统主要功能模块及优势分析

3.1  工艺计算 

    传统的涉及计算的处理方法都是将计算公式写入程序。对纺纱工艺来说，引进新的纺纱机型或是改造现有的纺纱机型会造成相应工艺计算公式的增加或者变更，这对于传统的处理方法是根本行不通的。本系统采用了“自定义”和对计算公式进行分析的方法，做到让用户自主地增加或修改相应的工艺计算公式，不需要修改程序。

3.2  传动图  

    建立了纺纱机型的传动图库。传动图库的建立能够使用户非常直观地浏览工艺设计参数；并且，在传动图上输入故障的机械波、牵伸波，图上能以醒目颜色标出可能出故障的元件。

    某纺织企业已有一套关于故障机械波、牵伸波测试的进口设备。该设备在喂入纱线以后，能分析出条干变异系数等，然后得出波谱图，再根据波谱图上的故障机械波、牵伸波在传动图上标出可能出故障的元件。本系统虽然不能根据喂入纱线分析出波谱图这样的专业数据形式，但在传动图库的维护上略显优势，可以做到让用户自主维护，不会出现添加新机型时还需要联系软件开发商的情况。

3.3  辅助设计 

    包括工艺路线设计和工序设计。

工艺路线设计：根据相似原理，从工艺历史库中检索出符合配棉特征信息及生产单位信息的工艺路线，再进一步分析工艺路线的相似度，从而获得用户满意的工艺设计方案。

工序设计：对用户输入的各种性能指标（比如速度、牵伸等），能给出建议的齿轮轮盘配置。此项功能包括两种：1、调用历史工艺；2、分析现有工艺。调用历史工艺是考虑到纺纱工艺设计的重用特点；分析现有工艺是指从齿轮轮盘库里调出符合工艺员要求的齿轮轮盘配置。

3.4  齿轮轮盘库自动管理  
   
    将工艺的调节、翻改与齿轮轮盘库联系起来，实现齿轮、轮盘的自动“入库”与“出库”。

3.5  工艺管理  
   
    引入用户权限管理、审批流程管理等管理机制，以确保工艺数据访问的安全性及工艺设计业务流程的有序性。

4 系统实现的关键技术

4.1 自定义

考虑到能够让用户引入新机型，采用了“自定义”的解决方法。

以细纱工序为例：

由工艺的试纺性质，细纱工艺在数据库里的表现形式为:

细纱工艺表->细纱试纺

                                （主表）   （从表）

细纱工艺表的字段包括主键，品种，机型信息；细纱试纺的字段包括主键，前罗拉速度、总机械牵伸、理论产量等这些细纱机型共有的属性，自定义1、自定义2…。自定义1，自定义2等是根据某机型特有属性由用户维护的。

这种处理方法使所有不同类型的细纱机工艺都可以存在这两张表里，不需要为每种机型建一张表，这种灵活的处理方法有效地解决了新机型的引入问题，不需要修改程序，更不需要在数据库中新建表。

4.2 传动图技术

一种机型对应一幅传动图。用户看到的传动图是由背景图和动态创建的数据感知组件合成的。传动图库的维护工作包括两个方面：1、引入背景图；2、引入控件。传动图库维护好后，就在传动图库中存放了背景图，引入控件的位置信息以及与机型库中对应机型相关联的字段。在用户打开传动图时，系统从传动图库中调出该机型的所有控件位置信息，在相应位置上动态创建数据感知组件并根据相关联的字段与工艺库相连。这样，展现在用户面前的是一幅“动态”的传动图，数据感知组件里显示的数据就是该机型的相关工艺信息。同时，传动图库中还存放了计算机械波、牵伸波的公式。用户在传动图上输入故障的机械波、牵伸波后，系统后台计算出在该套工艺参数下的机械波、牵伸波，并与输入的机械波、牵伸波作比较，在图上找到那些在输入的机械波、牵伸波范围之内的数据感知组件，并加以醒目颜色。如图2所示：

图2 DTM129(V牵)细纱机传动图显示

    设输入范围为 。图中红色对应元件的机械波、牵伸波在输入范围之内；如果输入范围在100以内，那么在显示黄色；如果输入范围在100~1000之间，那么在显示黄色；如果输入范围在1000以外，那么在显示黄色。

4.3 基于实例推理的纺纱工艺设计

    各道工序品种之间的供给关系可以用树形结构来表示。本系统以一种配棉为标准，将这种树形结构分解为多条工艺路线。在数据库设计上，每道工序的工艺库都对应数据库里的一张表。将这些表面上独立的表联系起来的正是前面提到的配棉标准。这种针对一种配棉方案从而形成工艺路线的设计方法使原本杂乱无章的工艺设计一目了然。数据库关系图如图3：

          
    主表主键为工艺代码，从表主键为序号，从表还包含一重要字段工序工艺代码，而各工艺表主键就为工序工艺代码，这样就将原本杂乱的工艺整理出一条条以配棉信息为标准的工艺路线。
    纺纱工艺设计是一个继承与重用设计知识的过程，常常需要借鉴已有的典型工艺方案以及设计过程中形成的设计知识与经验。因此，对于新产品的开发，提出了将基于实例的推理和工艺路线观点相结合的工艺推理模型。此类模型已有人提出^[3]，但并未给出具体的并且和工艺路线观点相结合的工艺推理模型。基于实例的推理(Case Base Reasoning ,CBR) 是人工智能的一种重要而有效的推理技术,CBR的基本原理是把以前的案例按一定的方式组织起来,存储到案例知识库中,即以案例知识库模拟人脑的记忆,按一定的组织方式存储一些过去的相关经历,在求得新解时,通过检索案例知识库,找出与新问题相似的一个或几个案例,当被检索出的案例与新问题的情况不一致时,对旧的案例做出修改,以满足新的情况或问题的解^[1]。基于案例的推理过程可归纳为检索、重用、修正、校阅和系统更新^[2]。其相似工艺案例搜索步骤如下：

5 结束语

    目前，该系统正处于全面试用中，其方便、快速、准确的优势正逐步显示出来。优点如下：
    1、  新机型引入、机型改造等不影响工艺计算，系统开放性好；

2、  开出各种表单、生成工艺大表等在时间消耗上大大减少，提高了工作效率；

3、传动图的引入，使用户更加直观地参与工艺设计，并随时检测机台运转情况；

4、智能化的工艺设计使纺织企业更加从容地面对个性化、小批量、多品种、快交货的市场需求，大大缩短了新产品的开发周期。

参考文献

[1] 江勤,葛燕,李登道. 基于CBR 专家系统案例知识的检索、匹配及其扩展 . 山东科技大学学报,2002,21(2) :35 - 37.

[2] 张本生,于永利. CBR 系统案例搜索中的混合相似性度量方法 . 系统工程理论与实践,2002,12(3) :131 - 136.

[3] 项前，吕志军，杨建国. 纺织品智能工艺设计与质量预测系统 . 纺织学报，2005，26(3)

:118 - 120.