智能制造装备与集成 课件 07 典型纺织智能智能生产线实例

高等学校智能制造工程专业系列教材-智能制造装备与集成智能制造装备与集成INTELLIGENTMANUFACTURINGEQUIPMENTANDINTEGRATION高等学校智能制造工程专业系列教材-智能制造装备与集成7.1智能制造生产线与智能工厂7.2针织纺织智能装备——电脑横机7.3三维人体扫描与选款7.4横机程序设计系统7.5针织品智能柔性定制实例第七章典型纺织智能生产线实例7.1智能制造生产线与智能工厂7.1.1智能制造生产线与智能工厂1.数字化工厂（DigitalFactory简称DF）

数字化工厂（DF）是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，包含仿真和3D/虚拟现实可视化，通过连续的没有中断的数据管理集成在一起。数字化工厂集成了产品、过程和工厂模型数据库，通过先进的可视化、仿真和文档管理，以提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能。数字化工厂是在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。1.数字化工厂图7-1数字化工厂模型数字化工厂主要涉及产品设计、生产规划与生产执行三大环节，数字化建模、虚拟仿真、虚拟现实/加强现实（VR/AR）等技术包含在其中。产品设计环节——三维建模是基础生产规划环节——工艺仿真是关键生产执行环节——数据采集实时通2.智能工厂（DigitalFactory简称DF）

智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。同时，集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。自主能力可视技术推理预测人机协调交互图7-2智能工厂模型3.智能制造系统智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能以一种高度柔性与集成不高的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等，从而取代或者延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时，收集、存贮、完善、共享、集成和发展人类专家的智能。智能制造生产线是指利用智能制造技术实现产品生产过程的一种生产组织形式。覆盖自动化设备、数字化车间、智能化工厂3个层次，贯穿智能制造6大环节融合“数字化、自动化、信息化、智能化”4化共性技术包涵智能工厂与工厂控制系统、在制品与智能机器、在制品与工业云平台、智能机器与智能机器、工厂控制系统与工厂云平台、工厂云平台与用户、工厂云平台与协作平台、智能产品与工厂云平台等工业互联网8类连接的全面解决方案7.1.2智能工厂架构7.1智能制造生产线与智能工厂智能工厂实际是信息网络技术和制造技术的融合，新业态和新模式会不断涌现。随着物联网、云技术和移动物联等信息技术创新体系的发展演变以及与传统工业技术的融合创新，智能工厂将发展出全新的模态和业态。智能工厂分为感知层、控制层、决策层，在不同层次通过对智能工厂关键技术的研究，可以实现“感知—控制—决策”的闭环回路。图7-3智能工厂关键技术架构智能工厂从功能上分为基础设施层、智能装备层、智能生产线层、智能车间层和工厂管控层。智能装备是智能工厂运作的重要手段和工具，主要包括智能生产设备、智能检测设备和智能物流设备。智能生产线能够实现快速换模和柔性自动化，能支持多种相似产品的混线生产和装配，灵活调整工艺，适应小批量、多品种生产模式。图7-4智能工厂功能五级金字塔7.1.3纺织智能制造7.1智能制造生产线与智能工厂纺织行业作为我国国民经济的支柱产业和重要的民生产业，正处于转型升级的关键时期。中国纺织行业正致力于由“大”向“大而强”的转型发展，谋求在部分领域实现突破并引领世界。借力“中国制造2025”和“互联网+”，加快新一代信息技术与纺织业融合的创新发展已经成为大势所趋，结合持续的科技创新，推动纺织产业向绿色低碳、数字化、智能化和柔性化等方向发展。纺织智能制造是智能制造在纺织行业的表现形式，纺织智能制造系统架构遵从并符合智能制造体系通用架构，即从生命周期、系统层级和智能特征三个维度对纺织智能制造所涉及的活动、装备、特征等内容进行描述，形成三维立体结构。图7-6智能制造系统架构纺织智能制造标准体系作为行业标准体系，其本身也是一个系统，由纺织智能制造行业通用、行业关键技术和专业领域应用三个部分组成。A行业通用标准包括基础、安全、可靠性、检测与评价五大类B行业关键技术标准纺织智能制造系统架构智能特征维度在生命周期维度和系统层级维度所组成的制造平面的投影C专业领域应用标准包括纺织“七条线”以及纺织装备智能制造7.1.3纺织智能制造图7-7纺织智能制造标准体系结构

纺织智能制造实训创新中心建设项目是集成了人体三维扫描、3D选款、AGV系统运送纱线、工业机器人上料、电脑横机织造、自动熨烫、成品输送及码垛等功能的智能制造生产线及RFID设备管理与综合应用系统、视频监控系统、智能管控系统等的纺织智能制造生产线。

图7-9纺织智能实践平台管控系统图图7-8纺织智能制造实践平台布置图7.2针织纺织智能装备——电脑横机7.2.1电脑横机机械结构

电脑横机是一种典型的机电一体化产品，具有非常高的技术含量，而且它是集多种学科于一体，如机械、计算机技术、针织工艺、电机控制、自动控制等。电脑横机是一种全自动编织羊毛衫等衣物的机器，采用横向运动的方式进行编织。电脑横机的结构基本相同，其组成部分主要包括整机控制系统、密度调节机构、给纱机构、传动机构、针床横移机构、牵拉机构、检测自停装置等。图7-10电脑横机7.2.1电脑横机机械结构1.机头部分电脑横机的机床主要由机头、机身、操作杆、针板、罗拉等部件组成。

机头是电脑横机的主要执行机构，上面分布的主要部件包括选针器、三角电磁铁、步进电机、纱嘴电磁铁等。电脑横机编织织物是一个相当复杂的过程，必须通过机头、导纱器、接针压板、选针器等结构之间相互协调才能顺利完成编织任务。编织质量还与机头的定位精度密切相关。图7-12电脑横机机头实物图1.机头部分

三角结构是电脑横机进行编织工作时执行编织的核心机构，它的主要功能是完成选针工作、配合织针完成编织、调节织物密度等。三角结构的设计直接影响到织物的质量和电脑横机的编织工艺。图7-13机头双系统三角实物图图7-14机头三角系统结构示意图2.编织组件电脑横机的成圈编织组件是横机所有组件中的重要组成部分，主要包括：针床、选针器、织针和三角系统。通过选针器直接作用在选针片上，完成电子选针，从而由对应的挺针片带动织针上下运动，使织针达到不同编织高度，在三角系统的配合下，完成浮线、成圈编织、集圈编织、“三功位”编织、移圈编织、接圈编织以及双向移圈编织。编织过程中，各零部件的配合是否协调，将直接影响到电脑横机的编织性能和产品质量的好坏。同时，编织组件的变换和配合还决定产品花色的变换。2.编织组件1)针床

针床俗称针板，每台电脑横机都有2到4块针床，包括主针床和辅助针床。针床分为前后两部分，称为前针床和后针床，两种呈V行排列，角度约为100°，其中前床固定不动，而后床可以在一定范围内活动，故后针床又称为摇床。针床上有若干均匀排列的针槽，织针、挺针片、弹簧针脚、选针片等零件按照一定的顺序排列在针槽中。横机针板每英寸(25.4mm)有多少个针槽来规定电脑横机的型号。图7-15电脑横机针床2)织针系统1-织针2-挺针片3-弹簧针脚4-选针片5-沉降片织针和选针部件在针床上的截面排列如下图所示，它们与三角装置以及选针装置的相互配合，使织针在三角系统的作用下沿着针槽上下运动来完成编织动作。图7-16织针系统配置图3)牵拉机构1-主牵拉辊2-副牵拉辊3-织针

4-织物5-牵拉皮带6-针板图7-17牵拉机构示意图

组成：两个牵拉辊、牵拉梳(起底板)、沉降片。

作用：辅助线圈完成编织动作将织物从针床隙口引出（主要作用）沉降片是一种特殊的牵拉装置，与每一枚织针相互配合，对每一个线圈进行牵拉和握持，从而顺利地完成相应线圈的编织动作。沉降片的作用贯穿线圈的整个成圈过程中，对于在空针起头、成型产品的编织、立体花型组织和局部编织等十分有利。4)传动机构组成：主电机、传动装置、机头原点信号感应装置等。要求：运行速度在一定范围可调，并运行平稳；具有故障自停和慢速运行的功能。图7-19传动机构示意图5)送纱机构

组成：送纱装置、导纱器和侧送纱装置，包括天线系统、储纱器和挑线簧等。

功能：存储纱线、断纱自动停机、遇到粗纱结自动停机、控制纱线张力以及准确喂纱等。编织时，送纱机构张力的调节以及控制具有十分重要的意义，张力的不同将导致纱线质量的差异。送纱张力的大小需要根据纱线特点和织物组织结构进行调节。图7-20导纱器结构示意图7.2针织纺织智能装备——电脑横机7.2.2全成型电脑横机

全成型电脑横机按设计好的成型衣片尺寸、密度、花型等数据输入计算机，控制机器按数据编织出衣片、罗口、袖子等成型衣片。计算机对针织横机的提花、移床、收放针、翻针、弯纱、牵拉卷取等动作进行控制，生产出花型和组织结构复杂、几何形状复杂（特别是三维立体结构）的产品。

全成型的产品：不经缝合即可穿用毛衫（即可穿），全成型汽车座套、工件等。全成型横机具有生产效率高、使用范围广、原料少、简化缝合工序等优点。以“云定制平台”为中心，通过EC、ERP、SCM、MES等系统，将设计、生产、营销以及供应商等各大系统进行连接，实现众包设计、智能生产供应管理、可追溯订单交付、个性化柔性定制的全流程服务，进而建立一个全新的针织服装产业链。7.3三维人体扫描与选款7.3.1人体三维扫描仪图7-21人体三维扫描示意图概念：利用光学测量技术、计算机技术、图像处理技术、数字信号处理技术等进行三维人体表面轮廓的非接触自动测量。特点：快速，在3—5秒内对人体全身或半身进行多角度多方位的瞬间非接触，白光对人体无害应用领域：服装、动画、人机工程以及医学等领域7.3.2人体三维高速扫描系统（慈星三维激光扫描系统）1.系统功能慈星三维激光扫描软系统采用国际先进的3D扫描技术，通过多个相机同时扫描方式，可快速获取人体高精度的三维数据，用户进行CAD/CAM设计。系统可广泛应用于服装号型的修改与制定、人体模型的建立/服装三维设计/服装电子商务/时装产品虚拟展示/虚拟试衣、时装表演、3D

照相馆模型采集、配套工业三维打印机领域。2.操作步骤(1)扫描前打开设备配套电脑，并将设备接入电源，打开桌面操作软件；同时检查硬件扫描头USB接口是否正常，硬件设备驱动是否正常加载；打开软件如图所示。图7-22人体三维扫描软件界面(2)为保证测量的准确性，建议被测对象穿紧身衣测量。人体站立在指定脚印上，并保持静止；双手握紧，并保持人体站立静止状态。图7-23站立姿势示意图(3)人体正确站立并保证静止后，填写人体扫描仪操作系统上的个人信息：个人信息现在主要以电话号码为准，每测量一个人的数据对应一个手机号码命名的数据文件夹。按照正确姿势站立好后，点击“准备完毕”按钮。(4)切准备就绪后，点击“开始扫描”按钮。注意：扫描过程中，人体保持静止不动标准姿势大约6-8秒后，人体扫描完成。(5)人体参数自动提取，进行数据处理与输出。图7-24扫描完成参数提取图7.3三维人体扫描与选款7.3.33D体感试衣镜图7-273D体感试衣镜效果图组成：3D体感试衣镜是一套全新概念的硬件软件集成平台，由试衣终端，内容管理服务器，互联网管理三大部分组合而成。功能：普通的试衣镜功能、多媒体信息发布功能，整合了衣服属性展示、打折促销宣传、多机联网管理等功能，同时还能接入互联网、微博等新兴媒体。应用：服装店、商场等公共场合具有强烈的视觉冲击力和客户吸引力和科技感；提供给客户高质量试衣体验；提供给管理人员更简便的管理服务。7.3.4试衣系统的设计与实现1.套穿过程

虚拟试衣本质是把服装模型和人体模特结合在一起显示出来。为了获得最佳实时性，通常把布片当作刚体放置在目标对象周围，然后通过模拟的缝合来显示“穿”这个效果，这个过程叫做套穿。

套穿过程是把衣服放置在虚拟模特身上并且试图使服装上的标记和人体模特上的标记相匹配。从服装模型的三角剖分开始，迭代细化使三角形必项足够小。三角剖分完成之后，每一个布片在最佳的状态下都是一个单一的多边形，按照缝合约束来把相邻的单一布片拼接成连续的网格结构。最后通过建立一个从网格到3D空间的映射来计算服装的几何外观。2.拖拽调整

拖拽调整过程是交互式微调阶段，对已经套穿在3D模特身上的服装做更细致的调整。就像现实世界中在试衣间试衣，顾客穿上衣服后也必然会用手调整一下穿在身上的衣物使之达到更合适的状态。虚拟服装被套穿到3D模特身上之后，网上3D试衣系统可以用拖拽的方式调整服装的位置以及其他的一些细节，比如边缘。3.平整过程进行套穿过程和拖拽调整时都有一个不得不面对的问题，那就是如何使得虚拟服装始终保持在3D模特身上。为此在套穿和拖拽调整的过程中，系统要反复地调用一个平整过程。

平整过程有3个部分：（1）尽可能地让虚拟服装的每一条边很好的接近于它们原来的初态长度，这有利于防止服装的过度拉伸和收缩；（2）系统将修复那些翻折的三角形网格以防止虚拟服装发生折叠；（3）平滑三角形网格中的二面角。7.3三维人体扫描与选款7.3.53D体感试衣操作软件系统主要使用方法就是左右手的位置控制选择菜单、上下拖动等操作。在使用映射软件设定好站立位置为最佳映射效果后，可以通过左右手的摆动、停顿控制系统。

3D试衣镜的试衣过程：（1）打开机器、软件后，站于机器前2米处，自动触发体感试衣。（2）体验不同衣服的上身效果，首先需要抬起一只手臂。（3）从手臂的外侧往内侧挥动（类似指挥交通的手势），这时可以看到衣服已经切换。图7-28触发软件

3D试衣镜的试衣过程：（4）挥动后将手臂直接垂下，切勿抬起“回位”，因为软件会误以为您要返回上一件衣服。（5）试衣过程中左右移动，衣服也会一直跟随在身，就像真穿上了一样。（6）摆各种pose也都能很好的展现出来。7.4横机程序设计系统7.4.1横编CAD

横机作为横编的主要装备，经历了手摇时代，半自动时代，目前已经发展到全电脑电脑控制的时代。电脑横机是纺织机械中机电一体化、智能化程度较高的一种装备，如果说控制是横机的大脑，横编CAD则是人类与其对话的工具。图7-34横编产品7.4.1横编CAD图7-35M1PLUS系统M1PLUS是德国STOLL公司为其生产的电脑横机配套开发的横编CAD系统。工艺模式中可以同时打开标志视图、工艺视图以及织物视图，其中织物视图是模拟织物的真实感视图，可以在设计过程中检查花型的效果，为设计人员带来极大便利。图7-36SDS-ONEAPEX3系统7.4.1横编CAD

SDS-ONEAPEX3是日本岛精的CAD系统。该系统体现了“大针织，全流程”的设计理念。整套软件中包含多个子模块，基于多功能合一的概念，该软件贯穿了针织品生产的全过程。在花型设计与仿真功能上可进行款式、花型以及配色的设计，可以由选择纤维开始来设计纱线，进而实现织物仿真，模拟效果接近真实织物。图7-37HQ-PDS制版系统7.4.1横编CAD恒强制版系统由浙江恒强科技股份有限公司开发。

目前国内一款比较稳定成熟的花型准备系统软件，功能和可操作性上还在不断的升级和完善，在国产电脑横机上有比较好的通用性和适配性，适用于大部分国产电脑横机。7.4.1横编CAD图7-38智能吓数系统图7-39琪利系列软件智能吓数软件由深圳智能针织品软件有限公司开发，最初仅用于毛衫成形工艺，在行业中评价较高，后来功能扩展到制版方向。琪利软件KDS由福州琪利软件有限公司开发。有设计、工艺、制版、营销以及订单管理等多个子系统，形成了一套较完整的软件体系。7.4横机程序设计系统7.4.2针织物图形表达1.编织工艺图a-前针床成圈b-后针床成圈c-前针床集圈d-后针床集圈e-浮线f-浮线图7-40编织工艺图

编织工艺图是将织物组织的横断面形态，按成圈顺序和织针编织情况，用图形表示。它由织针和在织针上编织的纱线组成。织针通常用“｜”或“﹒”表示。编织工艺图能够反映的信息包含：当前工艺行中前后针床的织针动作以及当前针床对位情况。7.4.2针织物图形表达2.花型意匠图

花型意匠图是把织物内线圈组合的规律和使用纱线的颜色，用指定的符号或者形象图元在小方格纸上表示出来的一种方法。根据织物组织的不同，意匠纸上小方格所代表的含义可以不同。

根据表达的花型不同又分为提花花型意匠图和结构花型意匠图。图7-41提花花型意匠图结构花型意匠图表达符号3.线圈结构图图7-42线圈结构图用图形描绘出线圈在织物内的形态称为线圈结构图。1－2与4－5为圈柱2－3－4为针编弧6—1和5—6称为沉降弧线圈结构图中，可直观地看出横编针织物结构单元的形态及其在织物内的连接与分布情况，有利于研究针织物的结构和编织方法。编织工艺图、花型意匠图、线圈结构图分别表达罗文空转、双反面、畦编、提花组织。7.4.2针织物图形表达7.4.3全电脑横机控制系统操作2.读取花型文件1.开机接入铭牌要求的电源，打开后盖板上空气开关，再打开正面转换开关，机器自动启动。插入U盘，点击文件管理，选择“档案管理”。勾选“选择多个花型”，点选需要的花型，再点击“复制”；选择“单个花型读取”，勾选启用机器系统编译检查，选择所需花型，点击“参数复制”。图7-43读取花型文件3.花版参数设置分别点击显示屏画面中度目、纱嘴、罗拉、速度、循环、生克、片数的方格区域，在弹出的画面中，分别设置度目、纱嘴、罗拉、速度、循环、生克、片数的参数。图7-44花版参数设置图4.运行可采用触摸和按键两种方式运行。按Esc键，弹出主菜单窗口，上、下键移动光标(快捷数字键“1”)选择运行，按回车键进入运行监控画面；触笔单、双击运行字符区或主菜单标题栏区，进入运行监控画面，当光标未在所需菜单项目时，触笔需先单击选中所选项后(黄色字体)再次单击该项进入。目前市场主流机型都采用全触摸模式。图7-45系统显示画面7.5针织品智能柔性定制实例7.5.1背景与现状1.背景我国经济发展进入增速换挡、结构调整、动力转换的“新常态”，消费与投资需求、生产组织方式、要素比较优势、市场竞争格局、资源环境约束等方面均呈现出新的阶段性变化，随着个性化、多元化取代数量扩张日益成为新的消费趋势特征，更好满足消费者对衣着产品时尚性、功能性、生态安全性等方面高品质要求，已成为纺织服装行业在新时期的重要使命。

纺织企业互联网化，包括生产过程自动化和智能化、管理流程实行ERP、营销过程的电子商务，均以互联网应用为基础。在新常态下，企业的互联网化工作更需要加快实施，稳步推进，务求实效。7.5.1背景与现状2.主要内容

服装个性化定制本质上是用工业化流程生产个性化产品，不仅满足消费者的个性化定制需求,而且消除经销商环节的层层加价,同时减少生产商的库存损失,并把缩短流程创造的价值让利给消费者,使消费者以更有吸引力的价格获得个性化定制产品。

个性化定制主要包括五大模块：智能化身体尺寸采集系统3D虚拟试衣系统智能工艺模块电子商务平台成衣生产自动化3.目标以满足消费者个性化毛衫订制为切入点，优化产业链合作，降低智能工厂库存成本压力，同时利用全球毛衫专业设计师的流行设计元素，不断提升产业链下游针织工厂顾客购物体验。预期目标：利用电商平台实现顾客在线毛衫订制。自由专业设计师可利用智能工艺系统在线设计并上传设计作品至花版库，经工厂评审后发布至电商平台供顾客选择订制。实现电商平台订制数据传输至智能工厂。实现设计师和智能工厂等合作方与平台运营方的对账结算等财务账务处理。实现平台大数据管理和云计算平台部署管理。实现传统毛衫代工厂智能化制造体系提升改造，并可复制。实现毛衫针织制造行业智能化改造，实现2升3降。（生产效率、能源利用率、成本、不良率、周期）7.5.2慈星云定制平台（大规模个性化定制）图7-47用户定制流程图图7-48工厂生产流程图图7-49慈星个性化定制平台基本架构7.5.2慈星云定制平台（大规模个性化定制）平台通过整合终端销售商、设计师、智能代工厂、原料供应商、物流配送服务方、支付结算服务提供方等，打造多方参与的共赢的生态体系，实现终端、应用、平台和数据一体的全产业链合作。图7-50个性化定制产品流程图平台以电子商务系统(EC)为依托，与其他系统(ERP、MES、APS、SCM等)进行无缝对接，通过平台数据交互，使设计到生产，再到物流等各个环节形成一个闭环。

平台已实现PC、APP（Android、IOS）、微信等多终端覆盖，消费者可以方便的选择任意终端进行个性化定制。平台还采用了先进的3D技术，通过算法快速构建商品3D模型，用户在选择可定制选项时，可以立即看到定制效果，并且可以360度查看商品细节。7.5.2慈星云定制平台（大规模个性化定制）图7-51个性化定制网络架构平台采用公有云+私有云的网络架构，提升数据处理能力以及数据安全性，为消费者提供良好的定制体验提供保障。

7.5.2慈星云定制平台（大规模个性化定制）图7-52云定制平台数据存储分析结构框图基于个性化定制的特点，平台将重点建设三个数据库：会员信息数据库个性定制数据库人体尺寸数据库。7.5.2慈星云定制平台（大规模个性化定制）7.5.3红领互联网工业模式

青岛红领集团依托大数据技术，在全球范围内第一个实现西装的大规模个性化定制，从规模化量产转变为更加聚焦消费者的模式。

红领的个性化定制流程遵循C2M模式，其提供的定制化平台采集消费者需求，获取个性化信息数据，通过数据驱动整个生产制造流程，在智能工厂中