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1 引言

市场经济的发展，导致生产围绕市场转。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^[1]。

迄今为止，纺织工艺设计的智能化研究取得了可喜的成绩^{[2], [4]}。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相结合的工艺推理模型，提出了一套纺纱工艺设计的更加实用的方案。

2 系统功能框图

 图 1

    由图1可看出，纺纱工艺设计系统包括四大功能模块：纺纱工艺设计管理、查询管理、系统维护管理和公共信息管理。纺纱工艺设计管理集工艺计算、传动图应用、表单处理及在工艺调节单基础上的齿轮轮盘库自动管理于一体；查询管理中的品种机台查询是指使用某种工艺的车间机台信息；系统维护管理包括工艺设计方面的维护、权限管理及历史数据的处理；公共信息管理包括表单签字及系统帮助。

3 系统主要模块及优势分析

    本系统在工艺计算这一基本功能模块的基础上，从工艺设计及管理的方便、快捷出发，引入了传动图模块、辅助设计模块、齿轮轮盘库自动管理模块、工艺管理模块等。

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  包括针对新产品开发和工艺调整。

针对新产品开发：根据相似原理，从工艺历史库中检索出生产单位、配棉方案符合用户要求的工艺路线，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，有效减少了新产品的开发周期。

工艺调整：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，很大程度上减轻了工艺设计量。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”，节省了大量花费在齿轮轮盘库统计上的时间，并且实时性、准确性强。

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 基于案例推理的纺纱工艺设计

4.1.1  工艺库设计  车间内各道工序品种之间的供应关系可以用树形结构来表示。本文提出以一种配棉为标准，将这种树形结构分解为多条工艺路线。按照这种思想，工艺库设计如图2：

                                                                                图 2

主表字段包括生产单位、配棉信息等，主键为工艺代码；从表字段包括工序名称、机型等，主键为序号。从表还包含一重要字段：工序工艺代码，而各工艺表的主键亦为工序工艺代码，这种设计就能从独立的工艺表中整理出一条条以生产单位、配棉信息为标准的工艺流程。

4.1.2  工艺系统设计  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。因此，对于新产品的开发，提出了在上述工艺库设计基础上的基于实例的推理模型。基于实例的推理(Case-based 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^[3]。

本系统就是借鉴了CBR的这些特点，对纺纱工艺设计建立了如下模型：

4.2 传动图

传动图是指各棉纺机械从输入到输出的传动系统图。

4.2.1       传动图数据库设计

图 3

4.2.2  传动图实现  要使本系统的工艺设计数据反映在传动图上，必须先初始化传动图数据库。初始化包括两个方面：1、引入背景图；2、引入控件。

在传动图数据库基础上，系统启动传动图模块时，后台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，如图4。同时，传动图库中还存放了计算机械波、牵伸波的公式。输入故障的机械波、牵伸波后，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，可能出故障的部件对应方框显出红色或黄色，如图4所示：

 图4 DTM129(V牵)细纱机传动图显示

    以传动图形式将工艺数据显示出来，显得更加直观，并能随时监测机型的运转情况。

5 结束语

本文介绍的智能化纺纱工艺设计系统具有如下优点：

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。

目前，该系统已投入使用，其方便、快速、准确的优势正逐步显示出来。

参考文献

[1] 李泽. 毛纺织工艺的计算机编程[J]. 毛纺科技, 2001, 5:16