面向纺纱工艺的信息管理系统研究

第２５卷第２期　天津工业大学学报　Ｖ０１．２５　Ｎｏ．２　２００６年４月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＴＩＡＮＪＩＮ　Ｐ０ＬＹＴＥＣＨＮＩＣ　Ｕ】　ＶＥＲＳＩＴＹ　Ａｐｒｉｌ　２００６　面向纺纱工艺的信息管理系统研究　沈　凌　，徐玲玲　，阮　锋　（１．华南理工大学机械学院，广州５１０６４１；２．东南大学自动控制系，南京２１００９６）　摘要：根据纺纱工艺设计的特点，提出基于案例推理（ｃａｓｅ—ｂａｓｅｄ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ，ＣＢＲ）的设计方案，开发了智能型纺纱　工艺信息管理系统．文中划分并设计了系统各功能模块，并对其工艺系统设计和传动图设计两项关键技术　进行了论述．实践表明，该系统能大大提高工艺设计的效率．　关键词：纺纱＿Ｔ－艺；管理系统；智能系统；ＣＢＲ　中图分类号：ＴＳ１０３．７４；ＴＰ２７３．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１－０２４Ｘ（２００６）０２—００５８—０３　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｏｉｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ＳＨＥＮ　Ｌｉｎｇ　，ＸＵ　Ｌｉｎｇ－ｌｉｎｇ　，ＲＵＡＮ　Ｆｅｎｇ　（１。Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６４１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｌａｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃａｓｅ—ｂａｓｅｄ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ（ＣＢＲ）　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｚｅｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ　ｆｕｃ—　ｔｉｏｎａｌ　ｍｏｄｕｌｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｌ＇ｅ　ｄｉｖｉｄｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｉｖｏｔａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｂｏｕｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｈａｒｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｘｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｅｖｉｄｅｎｔｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ；ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ；ｉｎｔｅ￣ｉｇｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ；ＣＢＲ　小批量、多品种、快交货的市场需求是纺织企业一　功能模块：工艺设计管理、查询管理、系统维护管理和　直面临的一大困扰．因此，研究智能型的纺纱工艺信息　公共信息管理．工艺设计管理集工艺计算、传动图应　管理系统来改造传统的纺织生产方式备受人们的关　用、表单处理及在工艺调节单基础上的齿轮轮盘库自　注　．迄今为止，纺织工艺设计的智能化研究已取得　动管理于一体；查询管理中的品种机台查询是指使用　了可喜的成绩　Ｊ．本文在总结原有开发经验的基础　某种工艺的车间机台信息；系统维护管理包括工艺设　之上，对纺纱工艺的智能化设计进行了深入研究，引入　计方面的维护、权限管理及历史数据的处理；公共信息　了将基于案例（ＣＢＲ）的工艺设计智能化方法和工艺　管理包括表单签字及系统帮助．　路线相结合的工艺推理模型，提出了一套关于纺纱工　艺设计的更加实用的方案．在这一方案中，将纺纱工艺　２　系统主要模块及优势分析　中多元、复杂的信息分类整理，根据工艺路线和工艺设　计的需求划分子模块，建立了集设计、管理、维护于一　本系统在工艺计算这一基本功能模块的基础上，　体的信息化平台．　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　１系统功能框图　理模块等．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　面向纺纱工艺的信息管理系统如图１所示．　改造现有的纺纱机型会造成相应工艺计算公式的增加　由图１可看出，纺纱工艺信息管理系统包括４大　或者变更，这对于传统的处理方法是行不通的．本系统　收稿日期：２００５—０９—１６　作者简介：沈凌（１９７２一），女，安徽省铜陵市人，讲师，硕十研究生；阮峰（１９４６一），男，』　。东省潮卅Ｉ市人，教授，导师　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　沈凌等：面向纺纱工艺的信息管理系统研究　一５９一　纺纱Ｉ　岂信息管理　纺纱ｌ。艺设计管理　系统维护管理　公共信息管理　传　动　罔　管　理　引　理一一腊干　一ｒ　＿１齿轮轮盘库查询　囊ｌ　ｌ耋ｌ　ｌ囊ｌ　ｌ蓁ｌ　ｌ褰ｌ　ｌ囊　计者更多的启发；反之，用户得到的相似工艺较少，但　针对性更强．实际设计过程是，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，从而获得与新产品最接近　的工艺设计方案，给设计者提供必要的参考和启发，从　而有效减少新产品的开发周期．而对于工艺调整，针对　差ｌ薹Ｉｌ耋ｌ１塞Ｉｌ　ｌＩ蚕Ｉｌ蓁ＩＩ囊ｌｌ　ＩＩ喜Ｉ　Ｉ薹Ｉ　Ｉ差ｌＩ蚕ＩＪ　Ｉ摹ｌＩ耋ｌｌ　ｌＩ耄ｌ　ｌ蓁　Ｉ￣ＷＷ＇Ｗ＇Ｌ　Ｗ　图１系统功能框图　Ｆｉｇ．１　Ｓｙｓｔｅｍ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｈａｒｔ　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．　２．１传动图模块　建立了纺纱机型的传动图库，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．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．该设备在喂人纱线以后，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人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　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　要求的齿轮轮盘配置．　２．３齿轮轮盘库自动管理模块　这一模块能将工艺的调节、翻改与齿轮轮盘库联　软件开发商的情况．　２．２辅助设计模块　这一模块包括新产品开发和工艺调整两个方面．　针对新产品开发，首先确定新产品的特征集，一般以字　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　好、准确性强．　２．４工艺管理模块　在这一模块中，引入用户权限管理、审批流程管理　符型和数值型特征描述．由于字符匹配过程简单直观，　所以根据字符型特征对工艺库中的方案进行“粗选”，　缩小相似工艺的选择范围．在“粗选”出的工艺案例　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．通过用户权限管理，个人用户界　内，再计算数值型特征的相似度，进行“细选”．设定数　值型特征的权重，特别是设计者关心的特征权重可以　适当加大．将每个数值型特征的相似度加权平均，即得　到工艺案例的相似度．用户可以自行定义最小相似度　面上的按钮或菜单会被部分隐藏或禁用，从而更直观　地体现用户的权限及职责．审批流程管理促使企业工　作流程更加规范化、制度化，上级必须等待下级确认后　方可审核；反之，上级一旦审核完毕，下级将无法更改　表单．　的阈值．阈值越小，用户得到的相似工艺越多，能给设　维普资讯 http://www.cqvip.com

６Ｏ一　天津工业大学学报　第２５卷　３　系统实现的关键技术　３．１　基于案例推理的纺纱工艺设计　３．１．１　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所示．　ｒ清花ｌ。　表　产单位、配棉信息一＞一　岂路线（主表）　（从表　ｌＪ【　精梳Ｉ纂鬈：　　艺表　羔　图２工艺库中数据表关系图　Ｆｉｇ．２　Ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｔａｂｌｅｓ　ｉｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　主表字段包括生产单位和配棉信息等，主键为工　艺代码；从表字段包括工序名称和机型等，主键为序　号．从表还包含一个重要宇段：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　的工艺表中整理出一条以生产单位、配棉信息为标准　的工艺流程．　３．１．２信息管理系统设计　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（ＣＢＲ）是人工智能　的一种重要而有效的推理技术，其基本原理是把以前　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　］．　本系统就是借鉴了ＣＢＲ的这些特点，对纺纱工艺　设计建立。ｒ如下模型：　①案例集Ａ：｛ＣＦ　），　∈Ｎ（自然数），每个案例包　含若干个特征值：ＣＦ　＝（　。，　，…，　）（ｍ为常数，　特征值取值为字符或数字），规定　。对应特征１，　对　应特征２，…，　对应特征ｍ，如果某案例没有某特征，　取值为０．　②根据用户设定的特征集Ｆ＝｛　，，２，…，　｝（字　符型特征）筛选出案例集Ｂ＝｛ＣＦ　｝，　∈Ｎ（自然数）　目ｋ≤ｉ．　③根据用户设定的特征集Ｇ＝｛ｇ　，ｇ：，…，ｇ　｝　（数值型特征）及每个特征相应的工艺影响权重Ｗ＝　｛Ｗ　，Ｗ　，…，Ｗ　｝，分别计算用户设定特征信息　项与　第ｉ项案例的第　项特征的相似度　＝ｅ　。　（ｃ为介　于０～１之间的常数），计算每个案例的相似度　ｆ＝　，×ｓ¨与用户规定的最小相似度作比较，形成案例集　Ｃ．Ｃ　Ｂ．　具体实现方法为：①确定案例集．工艺库就是案　例集Ａ，要得到案例集　，必须先确定作为初次筛选用　的字符型特征集Ｆ，Ｆ的特征值包括生产单位、配棉信　息、工序及机型．②确定数值型特征集Ｇ，Ｇ的特征值　包括各道工序的工艺参数，包括牵伸、速度、捻度等．③　以案例集Ｂ中元素个数为循环次数，计算每个案例的　相似度　．④对Ｂ中的元素按相似度从大到小排序，　根据用户输入的最小相似度形成案例集ｃ．若案例集　不符合用户要求，重新规定最小相似度，重复③、④．　３．２传动图的设计　传动图是指各棉纺机械从输入到输出的传动系统　图．这一关键技术涉及传动图数据库的设计和传动图　的实现．　３．２．１　传动图数据库设计　这一设计按传动图数据表关系图确定，如图３．　ｆ控制位置信息　机型、背村息一＜与Ｉ‘岂库的连接字段信息　ｔ传动比计算公式　（主表）　（从表）　图３传动圈数据表关系图　Ｆｉｇ．３　Ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｔａｂｌｅｓ　ｉｎ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｈａｒｔ　３．２．２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，传动图库中还存放丁计算机械波、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（图中加重色）．以传动图形式显示工艺数据，　显得更加直观，并能随时监测机型的运转情况．　（下转第６４页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

６４－－——　天津上业大学学报　第２５卷　亲和膜对Ｈｇ¨动态等温最大吸附量大于静态等温最　大吸附量的实验结果是相一致的　】．　巯基中空纤维亲和膜具有不对称的微孔结构，具　有较大的比表面．在Ｈ　溶液中，巯基中空纤维亲和　液中Ｈｇ　具有去除功能．本研究中建立的３个吸附等　温方程正确可靠，能对筑基中空纤维亲和膜吸附Ｈｇ　的等温线进行准确拟合．通过对这些吸附等温方程的　模拟，不仅可准确地建立亲和膜吸附量与Ｈｇ２　的平衡　浓度的关系，而且还可推测出亲和膜吸附的机理．　参考文献：　［１］　ＷＡＮＧ　Ｂｉｎｇ，ＨＵＡＮＧ　Ｗｅｎ－ｑｉａｎｇ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｍｏｄｉｉｆｅｄ　ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ　ｐｌａｔｅ　ａｆｉｆｎｉｔｙ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ　ｗｉｔｈ　ｔｈｉｏｈｙｄｒｏｘｙ　ａｓ　ｃｈｅｌａｔｉｎｇ　膜微孔表面上的巯基与Ｈ　能够发生螫合反应，形成　稳定的螯合物，可以看作是单分子层吸附．如果Ｈｇ　溶液是静态的，则在巯基中空纤维亲和膜微孔表面Ｌ　是单纯的单分子层吸附，该吸附层是二维空『自Ｊ的理想　溶液．如果Ｈｇ　溶液是动态的，即一定浓度的Ｈｇ　原　料溶液在蠕动泵的作用下进人中空纤维亲和膜，溶液　中的Ｈｇ¨被中空纤维亲和膜色谱的巯基螫合基团吸　ｇｒｏｕｐｓ（Ｉ）：ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｌａｔｅ　ｍａｔｒｉｘ　ｍｅｍ－　附，则在巯基中宅纤维亲和膜微孔表面上大部分是单　分子层吸附；但由于在蠕动泵所产生的外压作用下，　ｂｒａｎｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００５，９６：　２　ｌｌ７—２　１３１．　Ｈｇ２　会被滞留在巯基中空纤维亲和膜非贯通的海绵　状微孔巾，发生一定的微孔吸附效应；因此，巯基中空　［２］　ＷＡＮＧ　Ｂｉｎｇ，ＣＵＩ　Ｙｏｎｇ—ｆａｎｇ，Ｄｕ　Ｑｉ—ｙｕｎ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ　ａｆｆｉｎｉｔｙ　ｆｉｌｔｅｒ　ｍｅｎ－　纤维亲和膜对Ｈｇ¨动态等温最大吸附龟大于静态等　温最大吸附量，是非完全的单分子层吸附．此吸附机理　的提出，对于将此巯基中空纤维亲和膜用于工业废水　中Ｈ　的去除工艺中泵的压力参数确定具有一定的　参考价值．　ｂｒａｈｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｆｏｒ　Ｈｇ２　［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐ－　ｐｌｉｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００３，８７：９０８—９１５．　［３］　姜锡朋，王兵．琉基螯合性中空纤维亲和膜的制备及　其除Ｈ　胜能［Ｊ］．天津工业人学学报，２００６，（２）：１—５．　［４］　天津人学物理化学教研事．物理化学（下册）［Ｍ］．４版．　北京：高等教育出版社，２００１．　［５］卢佩章．色谱理论基础［Ｍ］．北京：科学出版社，１９８９．　［６］　吴若峰，乐之伟．计算机在化学化工中的应用［Ｍ］．上海：　上海大学出版社，２０００．　５　结束语　所制备的巯基螯合型中空纤维亲和膜色谱对稀溶　（上接第６０页）　不影响工艺计算，系统开放性好；②开出各种表单、生　成工艺大表等所消耗的时间大大减少，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，该系统已在安庆华茂集团投入使用，其方便、快速、　准确的优势正逐步显示出来．　参考文献：　图４　Ｅｆｔ２精梳机传动图显示界面　Ｆｉｇ．４　Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｈａｒｔ　ｏｆＥ６２　［１］李［２］项泽．毛纺织工艺的计算机编程［Ｊ］．毛纺科技，２００１，　前，吕志军，杨建国．纺织品智能工艺设计与质量预　（５）：１６—１８．　测系统［Ｊ］．纺织学报，２００５，（３）：１１８—１２０．　４结束语　本文开发的面向纺纱工艺的信息管理系统是一种　智能化系统，其优点在于：①新机型引入、机型改造等　［３］董冬勇，于伟东．基于人工神经嘲络的毛精纺纱线质量　预报技术［Ｊ］．毛纺科技，２００２，１５：３—６．　［４］　江勤，葛７　燕，李登道．基于ＣＢＲ专家系统案例知识的　检索、匹配及其扩展［Ｊ］．山东科技大学学报，２００２，２１：３５　—