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1 引言

    隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)圍繞市場轉(zhuǎn)，小批量，多品種，快交貨的市場需求是紡織企業(yè)一直面臨的困境。因此，研究設(shè)計智能型的紡紗工藝設(shè)計系統(tǒng)來改造傳統(tǒng)的紡織生產(chǎn)方式備受人們的關(guān)注。
   
    迄今為止，紡織工藝設(shè)計的智能化研究取得了可喜的成績，有不少科研院校、公司、研究人員都在從事紡織工藝智能化設(shè)計的研發(fā)工作，但智能化程度、易維護(hù)性等參差不齊。本文在總結(jié)原有開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)之上，對紡紗工藝的智能化設(shè)計進(jìn)行了深入的研究，引入了將基于案例（CBR）的工藝設(shè)計智能化方法和工藝路線的觀點相結(jié)合的工藝推理模型，提出了一套進(jìn)行紡紗工藝設(shè)計的更加實用的方案。

2 系統(tǒng)流程

    如圖1所示，工藝員接到計劃經(jīng)營處發(fā)出的調(diào)度單后，根據(jù)調(diào)度單信息，決定是重新設(shè)計一整套的工藝還是在現(xiàn)有的工藝基礎(chǔ)上對工藝進(jìn)行增加或是調(diào)整（即品種判斷）。在工藝設(shè)計過程中，不管新老品種，都可以參考?xì)v史工藝庫（即工藝臺帳）。工藝確定以后，新品種必須交上級審批，審批通過后方可生產(chǎn)。

圖1  紡紗工藝設(shè)計系統(tǒng)流程圖

3 系統(tǒng)主要功能模塊及優(yōu)勢分析

3.1  工藝計算 

    傳統(tǒng)的涉及計算的處理方法都是將計算公式寫入程序。對紡紗工藝來說，引進(jìn)新的紡紗機(jī)型或是改造現(xiàn)有的紡紗機(jī)型會造成相應(yīng)工藝計算公式的增加或者變更，這對于傳統(tǒng)的處理方法是根本行不通的。本系統(tǒng)采用了“自定義”和對計算公式進(jìn)行分析的方法，做到讓用戶自主地增加或修改相應(yīng)的工藝計算公式，不需要修改程序。

3.2  傳動圖  

    建立了紡紗機(jī)型的傳動圖庫。傳動圖庫的建立能夠使用戶非常直觀地瀏覽工藝設(shè)計參數(shù)；并且，在傳動圖上輸入故障的機(jī)械波、牽伸波，圖上能以醒目顏色標(biāo)出可能出故障的元件。

    某紡織企業(yè)已有一套關(guān)于故障機(jī)械波、牽伸波測試的進(jìn)口設(shè)備。該設(shè)備在喂入紗線以后，能分析出條干變異系數(shù)等，然后得出波譜圖，再根據(jù)波譜圖上的故障機(jī)械波、牽伸波在傳動圖上標(biāo)出可能出故障的元件。本系統(tǒng)雖然不能根據(jù)喂入紗線分析出波譜圖這樣的專業(yè)數(shù)據(jù)形式，但在傳動圖庫的維護(hù)上略顯優(yōu)勢，可以做到讓用戶自主維護(hù)，不會出現(xiàn)添加新機(jī)型時還需要聯(lián)系軟件開發(fā)商的情況。

3.3  輔助設(shè)計 

    包括工藝路線設(shè)計和工序設(shè)計。

工藝路線設(shè)計：根據(jù)相似原理，從工藝歷史庫中檢索出符合配棉特征信息及生產(chǎn)單位信息的工藝路線，再進(jìn)一步分析工藝路線的相似度，從而獲得用戶滿意的工藝設(shè)計方案。

工序設(shè)計：對用戶輸入的各種性能指標(biāo)（比如速度、牽伸等），能給出建議的齒輪輪盤配置。此項功能包括兩種：1、調(diào)用歷史工藝；2、分析現(xiàn)有工藝。調(diào)用歷史工藝是考慮到紡紗工藝設(shè)計的重用特點；分析現(xiàn)有工藝是指從齒輪輪盤庫里調(diào)出符合工藝員要求的齒輪輪盤配置。

3.4  齒輪輪盤庫自動管理  
   
    將工藝的調(diào)節(jié)、翻改與齒輪輪盤庫聯(lián)系起來，實現(xiàn)齒輪、輪盤的自動“入庫”與“出庫”。

3.5  工藝管理  
   
    引入用戶權(quán)限管理、審批流程管理等管理機(jī)制，以確保工藝數(shù)據(jù)訪問的安全性及工藝設(shè)計業(yè)務(wù)流程的有序性。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 自定義

考慮到能夠讓用戶引入新機(jī)型，采用了“自定義”的解決方法。

以細(xì)紗工序為例：

由工藝的試紡性質(zhì)，細(xì)紗工藝在數(shù)據(jù)庫里的表現(xiàn)形式為:

細(xì)紗工藝表->細(xì)紗試紡

                                （主表）   （從表）

細(xì)紗工藝表的字段包括主鍵，品種，機(jī)型信息；細(xì)紗試紡的字段包括主鍵，前羅拉速度、總機(jī)械牽伸、理論產(chǎn)量等這些細(xì)紗機(jī)型共有的屬性，自定義1、自定義2…。自定義1，自定義2等是根據(jù)某機(jī)型特有屬性由用戶維護(hù)的。

這種處理方法使所有不同類型的細(xì)紗機(jī)工藝都可以存在這兩張表里，不需要為每種機(jī)型建一張表，這種靈活的處理方法有效地解決了新機(jī)型的引入問題，不需要修改程序，更不需要在數(shù)據(jù)庫中新建表。

4.2 傳動圖技術(shù)

一種機(jī)型對應(yīng)一幅傳動圖。用戶看到的傳動圖是由背景圖和動態(tài)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)感知組件合成的。傳動圖庫的維護(hù)工作包括兩個方面：1、引入背景圖；2、引入控件。傳動圖庫維護(hù)好后，就在傳動圖庫中存放了背景圖，引入控件的位置信息以及與機(jī)型庫中對應(yīng)機(jī)型相關(guān)聯(lián)的字段。在用戶打開傳動圖時，系統(tǒng)從傳動圖庫中調(diào)出該機(jī)型的所有控件位置信息，在相應(yīng)位置上動態(tài)創(chuàng)建數(shù)據(jù)感知組件并根據(jù)相關(guān)聯(lián)的字段與工藝庫相連。這樣，展現(xiàn)在用戶面前的是一幅“動態(tài)”的傳動圖，數(shù)據(jù)感知組件里顯示的數(shù)據(jù)就是該機(jī)型的相關(guān)工藝信息。同時，傳動圖庫中還存放了計算機(jī)械波、牽伸波的公式。用戶在傳動圖上輸入故障的機(jī)械波、牽伸波后，系統(tǒng)后臺計算出在該套工藝參數(shù)下的機(jī)械波、牽伸波，并與輸入的機(jī)械波、牽伸波作比較，在圖上找到那些在輸入的機(jī)械波、牽伸波范圍之內(nèi)的數(shù)據(jù)感知組件，并加以醒目顏色。如圖2所示：

圖2 DTM129(V牽)細(xì)紗機(jī)傳動圖顯示

    設(shè)輸入范圍為 。圖中紅色對應(yīng)元件的機(jī)械波、牽伸波在輸入范圍之內(nèi)；如果輸入范圍在100以內(nèi)，那么在顯示黃色；如果輸入范圍在100~1000之間，那么在顯示黃色；如果輸入范圍在1000以外，那么在顯示黃色。

4.3 基于實例推理的紡紗工藝設(shè)計

    各道工序品種之間的供給關(guān)系可以用樹形結(jié)構(gòu)來表示。本系統(tǒng)以一種配棉為標(biāo)準(zhǔn)，將這種樹形結(jié)構(gòu)分解為多條工藝路線。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計上，每道工序的工藝庫都對應(yīng)數(shù)據(jù)庫里的一張表。將這些表面上獨(dú)立的表聯(lián)系起來的正是前面提到的配棉標(biāo)準(zhǔn)。這種針對一種配棉方案從而形成工藝路線的設(shè)計方法使原本雜亂無章的工藝設(shè)計一目了然。數(shù)據(jù)庫關(guān)系圖如圖3：

          
    主表主鍵為工藝代碼，從表主鍵為序號，從表還包含一重要字段工序工藝代碼，而各工藝表主鍵就為工序工藝代碼，這樣就將原本雜亂的工藝整理出一條條以配棉信息為標(biāo)準(zhǔn)的工藝路線。
    紡紗工藝設(shè)計是一個繼承與重用設(shè)計知識的過程，常常需要借鑒已有的典型工藝方案以及設(shè)計過程中形成的設(shè)計知識與經(jīng)驗。因此，對于新產(chǎn)品的開發(fā)，提出了將基于實例的推理和工藝路線觀點相結(jié)合的工藝推理模型。此類模型已有人提出^[3]，但并未給出具體的并且和工藝路線觀點相結(jié)合的工藝推理模型。基于實例的推理(Case Base Reasoning ,CBR) 是人工智能的一種重要而有效的推理技術(shù),CBR的基本原理是把以前的案例按一定的方式組織起來,存儲到案例知識庫中,即以案例知識庫模擬人腦的記憶,按一定的組織方式存儲一些過去的相關(guān)經(jīng)歷,在求得新解時,通過檢索案例知識庫,找出與新問題相似的一個或幾個案例,當(dāng)被檢索出的案例與新問題的情況不一致時,對舊的案例做出修改,以滿足新的情況或問題的解^[1]。基于案例的推理過程可歸納為檢索、重用、修正、校閱和系統(tǒng)更新^[2]。其相似工藝案例搜索步驟如下：

5 結(jié)束語

    目前，該系統(tǒng)正處于全面試用中，其方便、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢正逐步顯示出來。優(yōu)點如下：
    1、  新機(jī)型引入、機(jī)型改造等不影響工藝計算，系統(tǒng)開放性好；

2、  開出各種表單、生成工藝大表等在時間消耗上大大減少，提高了工作效率；

3、傳動圖的引入，使用戶更加直觀地參與工藝設(shè)計，并隨時檢測機(jī)臺運(yùn)轉(zhuǎn)情況；

4、智能化的工藝設(shè)計使紡織企業(yè)更加從容地面對個性化、小批量、多品種、快交貨的市場需求，大大縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)

[1] 江勤,葛燕,李登道. 基于CBR 專家系統(tǒng)案例知識的檢索、匹配及其擴(kuò)展 . 山東科技大學(xué)學(xué)報,2002,21(2) :35 - 37.

[2] 張本生,于永利. CBR 系統(tǒng)案例搜索中的混合相似性度量方法 . 系統(tǒng)工程理論與實踐,2002,12(3) :131 - 136.

[3] 項前，呂志軍，楊建國. 紡織品智能工藝設(shè)計與質(zhì)量預(yù)測系統(tǒng) . 紡織學(xué)報，2005，26(3)

:118 - 120.