探討中國織機製造業中數位化技術應用

來源：智造網—助力中國製造業創新—idnovo.com.cn
本文側重於織機製造業中數位化技術應用情況，重點探討了模組化設計技術、配置設計技術、專用CAD系統在織機製造領域的應用，給出了具體的應用思路與實施方案。
　　1 織機行業數位化技術的應用現狀與存在問題
　　數位化技術就是利用數位化設計和製造系統(CAD、CAPP、CAM、PDM、PLM等)，企業管理資訊化系統(ERP、SCM、CRM等)以及企業間協同網路化系統(ASP平臺、電子商務、協同商務等)完成產品設計、開發、生產、銷售和服務各環節資訊化的技術。
　　紡織行業目前的數位化應用有一定進展，紡織生產、產品開發電腦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、服裝的電腦輔助設計、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，集散式電腦檢測系統，各種生產過程的資訊化管理，明顯提高了加工品質與生產效率。在紡織機械製造企業，已普遍採用電腦輔助設計系統(CAD)，有些企業採用了電腦輔助製造系統，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，織機設計與製造領域的技術水準關係到整個紡織行業的興衰。當前我國的織機製造業數位化整體水準偏低，適應企業實際生產的能力明顯不足，許多數位化技術如ERP在行業的應用剛剛起步，適用於快速設計與製造的專用集成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。例如目前在織機製造行業已普遍採用電腦輔助設計系統(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資訊的集成與利用、如行業標準與企業標準等資訊的集成與利用，也缺乏對行業內企業的實際情況的考慮，是織機設計與製造效率進一步提高的主要制約因素。
　　2 織機製造領域中數位化技術的應用探討
　　針對上述不利狀況，為提高我國織機製造業的整體競爭力、實現民族產業的自主創新，本文側重於織機設計過程中的數位化技術應用與實現過程，提出了幾種數位化技術的具體應用思路與實現方案。
　　2.1 織機模組化設計技術
　　織機，包括有梭織機、無梭織機，其各類別之間最大的區別在於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，可以形成模組化。根據對織機的結構分解，發掘各種典型織機中的相似性，對織機範本進行標準化和系列化處置。圖1以停經片為例，給出了織機模組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。
　　織機模組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組庫中挑選所需要的零部件，進行組合配置，並進一步根據客戶具體需求進行快速變型設計，以提高織機設計和製造中資源與知識的重用性，從而提高織機設計製造效率。
　　

　　圖1 織機模組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組的選擇和組合過程。織機模組的數量是有限的，而由模組組合得到的織機型號是無窮的。首先建立完整的模組資料庫，再將各模組分層分部件拾取，客戶可根據需要選擇相應模組配置成特定型號的整機。
　　對於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軟體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。其基本思想在於基於零部件的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;基於Excel與3D模型特徵的映射關係，利用表格資料參數化映射的特徵尺寸，實現零件族庫的建立。
　　2.3 織機專用CAD系統
　　電腦輔助設計(CAD)技術，將人類創造性思維與電腦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品質，從而產生十分顯著的經濟效益，是近年來電腦應用領域最活躍的研究方向之一。但各種通用CAD系統往往缺乏對於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、機電一體化水準較高的行業，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複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系統由於效率的低下、功能單一及相容性差等諸多問題，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，不僅僅包括電腦輔助設計部分，還包含電腦輔助分析CAE及產品資料管理等功能。
　　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，定制的用戶介面模組，程式設計模組和資料管理模組。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;定制的用戶介面模組包括登錄介面、系統選項介面、3D圖庫介面、原型推理機設計介面、CAE分析與仿真介面，可以實現設計計算及分析仿真的功能，也可以實現資料管理模組的功能，提供給用戶進行交互的設計操作;設計計算及分析仿真程式模組:主要由產品選型模組、一般設計與計算模組、原型推理優化設計模組、分析與仿真模組及其他功能模組組成，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;資料管理模組:由資料庫管理系統和資料庫組成，負責對產品設計專用系統的資料的管理。系統資料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)資料庫、部件資料庫、產品設備(裝配件)資料庫和一些輔助資訊庫，其中專用基礎件資料庫是實現設備資料庫的基礎。
　　

　　圖2 系統總體設計框架圖
　　系統的關鍵在於3D圖庫的設計與實現，考慮到系統的即時性與快捷回應性需求，採用Delphi自帶的桌面資料庫DataBase DeskTop作為系統的底層資料庫，通過對於織機典型零部件的充分調研，提取其共性，初步實現了3D圖庫資料庫的管理與集成，在此基礎上也初步實現了3D圖庫的構建。
　　對織機設計與製造加工行業而言，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資訊資源支援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慧設計技術，可以極大的提高織機設計效率，縮短產品上市週期。
　　3 結束語
　　本文側重於織機製造業中數位化技術應用情況，重點探討了模組化設計技術、配置設計技術、專用CAD系統在織機製造領域的應用，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製造系統(CAPP、CAM、PDM等)、企業管理資訊化系統(ERP、SCM、CRM等)以及企業間協同網路化系統(ASP平臺、電子商務、協同商務等)，形成一種集成的數位化產品全生命週期支撐系統，可以從根本上改變傳統行業的面貌，提高行業的資訊化建設水準與整體競爭力，是未來織機行業發展的一個重要方向