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浙江大学硕士学位论文 y 7 4 5 7 1 4 数码纺织关键技术研究 摘要 纺织技术和计算机技术的不断发展，i n t e r n e t 的不断普及，对传统纺织企业 的产品设讨、制造、销售、甚至管理都造成了深远的影响。企业要在日益激烈的 竞争中生存和发展，必须运用上述最新的技术对企业进行全方位的改造，数码纺 织应用技术应运而生。数码纺织应用技术是门新兴的集c a d c a m 技术、计 算机监控技术、网络技术和电子商务为一体的综合技术，适用于所有传统的纺织 企业。它的目标是实现传统纺织企业的全面数码化和网络化。本文从“数码设计”、 “数码制造”、“数码市场”三个方面展现了数码纺织应用技术中的某些关键技术。 “数码设计”中讨论关键技术像景c a d 系统，它可实现样图到意匠图 的全自动转换。该系统建立了专门的组织库，从颜色空间、抖动处理、系统容差、 自动手动处理等多个角度对系统性能进行了改善，取得了很好的效果。系统建 立了一个合适的性能评价模型，该模型综合考虑了图像的熵、交叉熵、均方根误 差和峰值信噪比。 “数码制造”中的关键是解决纺织企业生产车间内织机的网络化，并开发相 应的网络监控系统。织机联网系统中合理的软硬件结构、自定义的软件协议、多 线程和实时数据库技术的应用，保证了制造过程中的对织机运行情况的实时监 控、花样文件的自动下达和产量的自动统计。 “数码市场”中的关键是纺织企业电子商务的建设。该部分完成了纺织企业 内外网的软硬件建设，采用j 2 e e 技术、m v c 模式及s t r u t s 技术建设了适用于纺 织企业的电子商务网站，真正实现了产品的网上展示、网上销售，并用数据加密 技术结合防火墙技术对电子商务的安全问题进行了重点设计。 关键 司：c a d c a m ；像景；图像处理；抖动算法；监控系统；电子商务擞据加密 塑兰垄兰塑主兰堡垒查 墼苎竺璺苎苎垫i 塑塞一 一 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to ft e x t i l ea n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y ，a sw e l la st h eu s eo fi n t e r n e t ，h a v e i n f l u e n c e dt h e p r o d u c t i o nd e s i g n ，m a n u f a c t u r e ，m a r k e t i n g ，a n d m a n a g e m e n t o ft r a d i t i o n a l c o m p a n i e so fw e a v i n gi n d u s t r yd e e p l y ，n o wc o m p a n i e s a r eb e i n gr e b u i l tb yt h o s et e c h n o l o g i e st o s u r v i v ei nt h em o r ea n dm o r es e r i o u sc o m p e t i t i o n ，a n dd i g i t a lt e x t i l et e c h n o l o g yh a sb e e np u t f o r w a r d d i g i t a l t e x t i l et e c h n o l o g yi san e wt e c h n o l o g yi n t e g r a t e d w i t hc a d c a m ，c o m p u t e r m o n h o r c o n t r 0 1 ，n e t w o r k ，a n de c o m m e r c e ，w h i c hc a nb ea p p l i e di na l lt r a d i t i o n a lc o m p a n i e s o f w c a v i n gi n d u s t r y t h et a r g e to fd i g i t a l t e x t i l et e c h n o l o g yi st or e a l i z et h ed i g i t a l i z a t i o no f t h o s e c o m p a b i e s t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ea p p l i c a t i o no fd i g i t a lt e x t i l et e c h n o l o g yf r o mt h r e ea s p e o t s ： d i g i t a ld e s i g n ，d i g i t a lm a n u f a c t u g e ，a n dd i g i t a lm a r k e t i n g - t h ek e yt a s ko fd i g i t a ld e s i g n i s d e v e l o p i n g a p h o t o g r a p h i c w o v e nc a d ，w h i c hc a n t r a n s f o m as a m p l e so fg r a p ht op o i n tp a p e nt h i ss y s t e me s t a b l i s h e si t s o w nw e a v e sl i b r a r y , a n d i m p r o v e st h eq u a l i t yo f t h e t r a n s f o r m a t i o nb yc h a n g i n gc o l o rs p a c e ，a d d i n gd i g i t a lf i l t e r , a d j u s t i n g t h es v s t e mt 0 i e r a n c e ，a n da d d i n gm a n u a lm a p a l s oa ne v a l u a t i o nm o d e li s e s t a b l i s h e d ，w h i c h a n a l y z e st h ee n t r o p y , c r o s se n t r o p y , r o o t m e a ns q u a r ee r r o r , a n dp e a k - t o p e a ks i g n a l _ t o n o i s er a t i o o f t w oi m a g e s t h ek e yt a s ko fd i g i t a lm a n u f a c t u r ei sr e a l i z i n gt h e n e t w o r kf o rl o o m ，a n dd e v e l o pt h e c o r r e s n d i n g m o n i t o r - c o n t r o ls y s t e m w i t h e x c e l l e n ts o f t w a r e a n dh a r d w a r ec o m p o s i t i o “， a p p i c a t i o no f m u l t i t h r e a da n dr e a l - t i m ed a t a b a s e ，t h i ss y s t e mc 鲫r e a l t i m e l ym o n i t o r t h el o o m s ， d r o v i d et h ea u t o d o w n l o a d i n go f d e s i g nf i l e sa n d s t a t i s t i co f o u t p u t t h ek e yt a s ko fd i g i t a lm a r k e t i n gi se s t a b l i s h i n g t h ee - c o m m e r c es y s t e mf o r “e a v l n g c o m d a n i e s t h ew e b s i t eo ft h i ss y s t e mw h i c hu s ej 2 e ea s t h ed e v e l o pf r a m e w o r k ，r e a l i z et h e o n 1 i n ee x h i b i t i o n o ft h e p r o d u c t i o n a n do n - l i n em a r k e t i n g d a t ae n c r y p t i o n a n df l g e w 8 i i t e c h n o l o g ya g ea d o p t e d t om e e tt h es e c u r i t yd e m a n d s o fe 。c o m m e r c e k e vw o f d s ：c a d c a m ；p h o t o g r a p h i cw o v e n ；i m a g ep r o c e s s ；d i t h e ra l g o r r h m ；m o r t t o 。c o n t r o | s y s t e m ；e - c o m m e r c e ；d a t ae n c r y p t i o n n 渐江k 哮硕士单位论丈数码纺织关键技术研究 第一章绪论 第一节课题简介及论文组织结构 1 1 1 课题背景及其意义 1 9 9 9 年在法国召开的i t m n9 9 国际纺织展览会及在西班牙巴塞罗那举办的 数码纺织会议上，推出了“数码纺织”的新概念，提出了数码化的纺织一体化解 决方案。从此，现代数码技术开始逐步渗透到纺织业的各个环节和工序中，使纺 织这一古老的行业重新焕发出勃勃生机。通过利用i n t e m e t 的互动、高速、低成 本的优势，运用纺织c a d c a m 以及虚拟设计、虚拟制造等高科技，实现“数 码纺织( d i g i t a lt e x t i l e ) ”在提花织物上的应用，使传统的纺织业演变成一个集 生产、市场、销售及服务为一体的“大纺织”应用工程系统。 纺织品是与大众最接近的产品，它的历史几乎和人类的文明史同步。自古以 来，纺织品就在人们的物质生活中占有举足轻重的地位。纺织业在我国制造业中 是规模最大，出口刨汇最大( 大约6 0 0 亿美元) 的制造业。近几年n 夕t - ( 特别是 欧美等国) 已有成熟的数码纺织技术，并逐步形成系列产品，正在向织、印、染、 服装设计一体化的趋向发展。但同时这些发达国家又是纺织品的进口国，尤其是 家纺装饰面料和纺织装饰画等等，这就对纺织品出f a 国提出了新的要求。要提高 纺织品出口量，就直接关系到纺织品设计思路、开发速度、生产质量、交货兴誉 等一系列问题。随着我国加入w t o ，纺织品配额取消，市场适应能力将是制约 我国纺织品出口的主要因素。因此，在我国研究“数码纺织应用技术”与世界接 轨势在必行。 具体来说，数码纺织应用技术就是利用数码市场( 电子商务) 、数码设计 ( c a d ) 和数码制造( c a m ) 等信息技术，改造传统织造生产行业，建立基于 i n t e m e t 和企业局域网的c a d 、c a m 集成系统，构建基于i n t e m e t 的分布式e r p 系统和纺织品电子商务系统，通过网络完成产品设计、开发、生产、销售和服务， 使企业实现全面信息化以及提花织物产品设计和生产过程的自动化。 应用数码纺织技术不仅可以提高产品质量、降低生产成本、缩短生产周期， 浙江大学硕士学住论文数码纺织关键技术研究 更可以提高产品和企业综合竞争能力，加速实现以信息化带动工业化的进程。通 过数码纺织技术的应用，企业可以增加对市场的快速应变能力，实现“两头( 设 计、销售) 在内，中间( 制造) 在外”的“哑铃型”企业结构。“数码纺织应用 技术”既是一个高新技术产业和新的经济增长点，又是改造传统产业的一条有效 途径。形成“数码纺织应用技术”体系还有以下优点：可以满足纺织品的个性化、 即时性和时尚性的要求，提高企业快速响应市场的能力；为企业重构提供一条新 途径，能充分整合社会资源，减少各个环节的成本，是一种新的投资理念；有利 于参与国际合作，拓宽外贸渠道。 1 1 2 课题主要内容及论文组织结构 数码纺织应用技术的研究目标是传统纺织企业的“数字化”、“网络化”和“信 息化”，故其相关技术主要包括计算机技术和网络技术，具体有c a d c a m t l 叫 技术、电子商务哪! 技术及计算机监控1 7 0 j 技术等。本章以下三节讨论目前这些技 术在纺织企业中的应用情况。 上述已经提到数码纺织应用技术的研究包括三个方面：数码制造、数码市场 和数码设计，纺织企业要实现真正的数码化，这三个方面缺一不可。完整的数码 纺织应用技术的具体实现将是一个非常庞大的系统，往往需要投入很大的人力和 物力。本课题选用每个方面的关键技术作为具体内容进行研究和实现。 在“数码制造”方面，早期的关键是生产设备( 即织机) 的电子化，即用电 子笼头取代传统的机械控制设备。然而，9 0 年代后国内外都出现了许多先进的 电子笼头，如s t a u b l i 公司生产的电子提花机笼头j c 5 和b o n a s 公司生产的电子 提花笼头等，并在国内大多数纺织企业中普及。计算机网络技术的发展和i n t e m e t 的普及，又对纺织企业的生产设备提出了新的要求，即网络化。故本课题选择织 机联网及其监控系统作为“数码制造”的关键技术进行研究，并开发了实际的系 统，本文第二章将重点讨论该系统。 在“数码市场”方面，虽然纺织企业要实现真正的信息化，就必须建设企业 资源管理系统( e r p ) f n , t z 。但当务之急仍是把企业信息与产品信息推到网上，使 品牌知名度得到最方便、最快的传播，从而使企业获得更多的贸易机会，为开拓 国内外市场、进行全球贸易创造条件，同时开通网上销售和信息反馈。故本课题 浙江大学硕士学位论文数码纺织关键技术研究 将纺织企业电子商务网站的建设做为“数码市场”的关键进行研究和开发，第三 章详细讨论该电子商务网站的设计和开发过程。 在“数码设计”方面，纺织界数十年来出现了无数优秀的c a d 系统，如织物 c a d 、服装c a d 、印花c a d 、配色c a d 、像景c a d 等，可以龅纺织企业的数码设计 是一个相当广泛的课题，其实现累积了无数专家数十年的心血。本课题选择有 定难度的像景c a d 为其关键技术进行研究和开发，本文第四章讨论像景c a d 的具体实现，而第五章将建立一个评价模型，并利用该模型讨论一系列改善像景 c a d 系统性能的方法。 课题的主要内容及与本文的关系如图1 1 所示。 图1 1 课题内容及论文组织结构图 浙江大学硕士学位论支数码纺织关键技术研究 第二节c a d ，c a m 技术在纺织行业中的应用 2 0 世纪6 0 年代初，美国麻省理工学院i v a ne s u r t h e r l a n d 开发了名为 s k e t c h p a d 的计算机交互图形处理系统，并描述了人机对话设计制造的全过程， 这就是c a d c a m 的雏形。随着计算机软件、硬件的发展，该技术广泛地应用于设 计、制造领域，逐步形成了当今应用十分广泛的c a d c a m 集成系统。 国外，c a d c a m 技术应用于纺织工业生产最早可追溯至r j 6 0 年代，7 0 年代就 真正进入了实用阶段。我国的纺织c a d c a l v l 技术起步比较晚，但发展是很迅速 的。目前，我国的织物c a d 、服装c a d 、测配色c a d 和印花c a d 的应用都已经 比较成熟3 】。 1 2 1 纺织c a d 在织物设计中的应用 c a d 在针织物和机织物设计中的应用有两类，即提供织物形态的织物模拟系 统和控制针织与机织的c a d 操作系统( c a d c a m ) c a d 织物模拟系统的功能是提供织物组成后的仿真图样。系统输入信息包括 将要生产的织物颜色、织物组织结构、染色顺序和线密度。大多数系统具有1 6 7 0 万位数的色谱，其中有些已经存储在计算机内。有些可以用国际照明委员会推荐 的色谱系统的三色激励值合成。大多数系统使用高分辨屏幕，以便看清实际的织 物图样。有些先进的系统可显示一定范围的织物组织，有些能以成衣的形式模拟 显示。c a d 织物模拟系统的一个有吸引力的特征是通过改变颜色、织物组织结构、 线密度显示设计的新效果。它的优势是在设计出一个新产品样本后，利用系统产 生多种颜色和花样的组合，再把这些薪产品设计的样式全部打印在织物上送给客 户挑选，这样在节约成本的同时增加了客户的有效选择。 c a d 操作系统根据其设计可以直接或间接地控制机器的运行，系统通过扫描 图样，输入织物每一部分的组织结构，经过显示、修改和更正，然后通过穿孔卡， 或穿孔带等输入机器，控制机织或针织过程。 另外，织物辅助分析系统采用析视频显示方法分析和测量织物组织、纱线及 纤维。该系统能把设计人员从日常的低头弯腰的繁重工作中解放出来，可以轻松 自如地在计算机显示屏上看到织物或纱线的实时图像，甚至是放大的结构，大大 浙江大学硕士学位论文 数码纺织关键技术研究 减轻设计人员的劳动，提高工作效率。 1 2 2c a d 在服装设计中的应用 ( 1 ) 款式设计 具有丰富的创意工具，使设计师的创意得到完美体现。三维立方体拉网全真 面料替换功能，保持原有的褶皱阴影和悬垂感进行面料模拟搭配，显示服装的立 方体模拟效果。并根据客户不同的要求直接对款式效果图进行修改，可灵活地进 行款式的搭配组合，产生各种新款式，并能填加色彩和面料，其色彩和效果是手 工绘制难以实现的。 ( 2 ) 结构样片设计 即款式设计后在屏幕上打样，并对内存样片、样板进行修改。样片经数字化 或自动读版机输入后，供工艺设计使用。 ( 3 ) 推板放码 提供自动放码和交互式放码等多种放码方法。自动计算备部位的档差量。放 码完成的样板可以单独进行修改。各档样板可用不同方式显示进行校验，使繁琐 的放码工作简单化、迅速化、精确化。快速推版放样，量多可一次完成1 0 0 个号 型的工作。 ( 4 ) 排版工艺设计 自动计算用料长度和利用率，显示己排样版和未排样板，避免多排漏排。可 达到较高的面料利用率，同时可传送到数控剪裁系统，进行裁剪自动化。 ( 5 ) 三维立体效果显示 编辑人体尺寸，自动显示参数化人体模特体形。可以观察各个角度的效果， 可以进行任意面料的选择替换。动态显示门襟，衣领翻折等的折叠效果；动态显 示省道、纹理的效果；动态显示袖窿、衣领等的设计效果。 ( 6 ) 电脑试衣 利用电脑中的各种款式为不同体形、不同要求的客户进行快速试衣，在成衣 之前使客户看到满意的服装整体效果和色彩搭配情况。 服装c a d 设计优点是精度高，可缩短设计周期十几倍到几十倍，并节约面料 2 一5 。服装c a d 之所以能为企业带来如此巨大的效益，其优势在放码、排料系 浙江大学硕士学位论文数码纺织关键技术研究 统上。计算机的放码快而准确。省去了服装业重复性大量枯燥且费时间的工序。 自动排料可以方便快捷地估算出面料用量，以便服装企业尽快报价、采购面料， 因此深受服装企业的欢迎。 1 2 3 测配色c a d 的应用 ( 1 ) 测色 对来样进行测色， 指标。 ( 2 ) 色号染料检索 根据测色对色号、 ( 3 ) 配色 并可测定织物色差、褪色牢度、沽色牢度、白度和亮度等 染料进行检索。 系统利用同色异谱效应提供多个配方，优选出最佳配方，打印输出。 测配色c a d 优点是改变了传统的复合人工打样配色，配色精度高，省时省工 且可降低染化料消耗，减少环境污染。 1 2 4 印花c a d 的应用 ( 1 ) 印花图案设计 可用编辑功能直接设计图案，也可将来样扫描输入，进行拼接、接回头等工 艺处理，灵活自如地对图案进行设计修改。 ( 2 ) 并色修改 对印花图案进行并色处理及圆整修改设计，提高图像质量。 ( 3 ) 分色制版 根据不同要求由计算机自动分色或手工分色。将图案花样每套颜色单独保存 为单色稿或黑自稿制造胶片、制网，供圆网、平网和滚筒印花机印花。 值得一提的是，像景c a d 得到的重视远不如其它纺织c a d 技术，故发展和应用 都相对较缓。本文第四、五章将讨论像景c a d 系统的开发及其评价模型。 6 浙江大学硕士学位论文数码纺织关键技术研究 第三节纺织行业开展电子商务现状和策略 纺织业是我国重要的传统产业，在我国国民经济和世界贸易中起到了举足轻 重的作用，目前棉纱、棉布、昵绒、丝织品、化纤、服装出口和服装产量均居世 界第一位。据经济专家分析，加入w t o 后纺织业是我国传统制造业中最具竞争力 的受益行业。我国广大面对国际市场的纺织企业。要使自己的消费者遍及全球， 就需具有全球化的营销体系，而电子商务正是实现这一目标最为便捷的理想通 道。 1 3 。1 纺织业开展电子商务的现状 目前，国内涉足纺织的电子商务网站有一百多家【l ，其中b 2 b 网站是纺织行 业电子商务的代表。企业通过内部信息网络和外部i n t e r a c t 网站将面向上游供应 商的采购业务和下游代理商的销售业务有机联系起来。纺织行业在2 0 0 0 年初开始 电子商务，当时有一些上市公司纷纷介入。随着网络经济的起伏，情况有很大波 动，目前处于低潮。据2 0 0 2 年底抽样调查，大中型企业有7 5 3 接入了i n t e m e t ， 3 8 5 建立7 i n t e r n e t 网站，约5 开展了电子商务。实际上，真正实现电子商务的 企业很少。有的企业只是把信息放到网上，遇到另一家企业上来查询，双方建立 沟通，其实这只是其中很小一部分内容。 目前阻碍纺织业电子商务发展的原因主要有： 1 ) 纺织行业存在着与其他行业类似的共性问题，如缺乏相应的法律法规，行业 和部门的管理制度不健全；没有完善的企业信用保障体制，网上交易的双方 的资质难以认定；电子商务的安全问题难以保障等。 2 ) 纺织行业基础性管理工作缺乏和企业信息化基础薄弱。前者表现在大量纺织 服装产品的标准有待制定，生产工艺流程有待规范，信息编码需要统一，工 作量很大。我国台湾纺织界已经于前年着手解决这一问题，开始了电子商务 的基础标准推动计划。而企业信息化基础薄弱现象普遍存在于大多数纺织企 业中。国有企业由于资金问题困扰，乡镇和民营企业则是经营者的认识差距， 使得这些企业的信息系统建设落后，覆盖主要管理职能的计算机信息系统很 少，网络基础设施陈旧，很难在短期内适应电子商务的要求。 浙江走学硕士学位论文数码纺织关键投术研究 1 3 2 纺织行业的电子商务化 整个行业电子商务的开展，是建立在企业信息化基础之上的。电子商务的电 子是形式，商务才是实质。企业要实现电子商务有四个基本要素口5 】：( 1 ) 建立企 业的计算机网络；( 2 ) 实现办公自动化( o a ) 等的基本应用；( 3 ) 建设以e r p 为核心 的企业管理应用：( 4 ) 实行针对电子商务的企业经营策略。在这里，网络是企业 搭建电子商务系统的基础，首先实现o a 这样的基础应用，达到信息共享，协调工 作。然后在此基础上建设e r p 系统，把企业的原材料采购、生产计划和制造、库 存管理、订单处理、交货和客户追踪等有机地联系起来，使企业管理更加科学、 规范和高效。这是电子商务最基础最核心的支撑系统，相当于给车辆上装满货物， 否则就是空跑。而相应的电子商务经营策略就像是交通规则和指挥装置，保证整 个系统有条不紊地运行，光建立网站是远远解决不了这些问题的。 纺织行业与钢铁、石油、汽车行业不同，电子商务不会像它们那样以几个大 企业的网站为中心开展；而由专业电子商务公司独立经营，或与纺织企业联营的 模式更适合纺织品服装交易的特点。许多纺织信息平台也将向交易平台转化，这 也是个发展趋势。随着纺织企业信息化的发展，也将带动电子商务的需求快速 增长。 国家已经确定将纺织行业作为全国信息化试点行业。建设开放的、着眼于长 远发展的和全球化竞争的纺织业信息体系，纺织行业将通过三个层次展开：一是 及时提供准确的行业基础信息和各类市场信息，做好信息的系统建设：二是通过 对信息归类、加工、分析，提供对企业有指导意义的增值信息服务：三是依托纺 织行业专家及各相关产业专家开发建立纺织行业智能决策和专家系统。同时，纺 织业的电子商务也将分三个步骤进行：第一步，建立电子商务模型，探索商务合 作渠道，并进行试运行；第二步，扩充和完善功能，拓展电子商务活动领域；箔 三步，全面实现电子商务综合服务，使电子商务成为纺织交易的主要模式之一。 我国的纺织服装企业实施电子商务不仅迫切，而且具有相当的计划性。本文第三 章讨论了一个适用于纺织企业的电子商务网站实例。 浙江大学硕士学位论文数码纺织关键技术研究 第四节计算机监控技术在纺织行业中的应用 1 4 i 计算机监控技术简介 以前，人们要知道设备的运行参数及运行状态，要依靠人工一级级的汇报。 这些汇报需要用电信手段或工具，这样就延误了处理的时机，有可能造成不可弥 补的损失。有了计算机监控系统，就可以及时掌握设备运行参数及状态，可以了 解整个工程以致整个行业或更大范围所发生的一切并能快速做出反应等。 计算机监控系统【8 】的含义，指具有数据采集、监视、控制功能的计算机系统。 这类产品中，比较典型的，具有代表性的是监控和数据采集系统，也是人们常说 的s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o l a n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 系统。 计算机监测控制系统( 简称计算监控系统) ，是以监测控制计算机为主体，加 上检测装置、执行机构，与被监测控制的对象( 生产过程) 共同构成的整体。在这 个系统中，计算机直接参与被监控对象的检测( m o n i t o r ) 、监督( s u p e r v i s e ) 和控 制( c o n t r 0 1 ) 。 计算机监控系统一般具有实时性、可靠性、数掘自动采集处理、人机交互、 自动运行、自动报警、自动校正等功能。 1 4 2 纺织生产设备的计算机监控系统 目前，国内纺织企业纷纷从事织机的网络构建和配套监控系统的开发。这是 由于一方面，网络技术( 尤其是i n t r a n e t 技术) 近年来得到了极大的发展和应 用，已是一相当成熟的技术：另一方面，设计花样近年来出现了小批量、多品种、 节奏快的新特点，企业迫切需要一套基于网络的监控系统来对生产任务进行有效 的分配和管理。 事实上，一部分电子提花机( 大部分是国外产品) 的电予笼头已实现网络功 能，提供网络接口。如s t a u b l i 公司生产的电子提花机笼头带支持t c p i p 协议 的网卡，笼头上运行着f t p 服务器程序、t e l n e t 服务器和客户端程序，为花样 文件的传输、控制命令的下达和织机状态的读取提供了软硬件接口( 1 “。而有些 电子提花机笼头生产商，如b o n a s 公司甚至提供配套的监控系统软件。但出于经 浙江走孝颇士学位论文 数码纺织关键技术研究 济方面的考虑或必须使用原有织机的情况下，企业就必须自己构建网络和开发配 套监控系统。本文第二章将具体讨论纺织企业生产车间织机联网的过程及相应监 控系统的开发。 浙江大学硕士学位论文数码纺织关键技术研完 第二章织机联网及其监控系统的实现 第一节织机联网及其监控系统的技术需求 2 1 1 硬件需求 纺织企业的生产设备是电子笼头和织机，这些设备往往体积较大，在企业空 间上有较大距离的分布性。生产时每台机器都需要频繁地从工艺设计部门得到花 样文件和织造参数，在没有网络的情况下，只能依靠工人一趟趟从设计部用软盘 拷贝，不仅浪费人力物力，管理也相当紊乱，常常造成花样文件的泄密。另外， 管理人员不能实时监控所有织机的当前状况，也无法统计各机器或工人的产量， 事实上这已成为纺织企业建设e r p 系统的最后障碍。这一切的问题都可以通过 织机联网来解决。 织机联网首先需要给织机添加一个网络接口，目前一部分进口电子笼头已经 具有网络接口【”】，如s t a u b l i 公司生产的电子提花机笼头j c 5 ，它自带的网卡符 合以太网i e e e8 0 2 3 标准，支持t c p i p 协议。没有网络接口的织机笼头也可以 方便地通过软硬件改造给已有的嵌入式系统添加个网络接口。 另外，与其它局域网类似，需要一台服务器、若干个集线器和若干根双绞线 ( 视织机车间规模) 。其中服务器要求具备以太网卡一张，为增加系统稳定性， 主机最好具备安装w i n d o w s2 0 0 0 ( s e r v e r 版) 的基本要求。 2 1 2 软件需求 开发的织机网络监控系统应满足以下的要求： 1 ) 良好的操作界面 生产现场设备的操作多在命令行方式下进行，对现场工人要求有相当计算机 操作水平，操作比较困难。通过网络监控系统良好的图形用户界面，将命令方式 隐藏在后台进行，既方便了操作，又可进行集中有效的管理。 2 ) 实时监控 浙江犬学硕士学位论文 数码纺织关键技术研究 实时监控状态包括当前织机转速，织造文件，织造花样的完成数目以及当前 织造的纬线数等等，对织机可以远程操作实现机器的启动停止以及设置织造参 数。 3 ) 数据采集管理 计算机实时采集的数据通过数据库管理分析可以准确反映生产状况，包括机 器运行效率、产量统计等方面，不仅可供生产部门统计分析，还可以提供给其他 相关部门查询分析。 以j c 5 笼头的网络监控系统为例，监控软件的具体功能如下： 1 ) 基本功能 ( 1 ) 获取每台织机的信息。包括机器状态，运行效率，当前编织花样，当前 纬数，总纬数等所有能从j c 5 控制器获得的织机信息。 ( 2 ) 为所有织机提供花样文件服务，织机可从服务器获得所需编织的花样。 ( 3 ) 增加和删除被监控的织机。 ( 4 ) 系统帮助。 2 ) 可选功能 ( 1 ) 工作编辑。允许操作者在服务器端编辑当天( 或当周) 每台织机的工作 任务。 ( 2 ) 工作统计。统计每月每台织机( 或每个操作工) 的工作量、工作效率等， 该功能需数据库支持，服务器需安装成w i n d o w s2 0 0 0 ( s e r v e r 版) 。 浙江大学硕士学位论文4 u z l , _ 5 妨织关键技术研究 第二节织机联网及其监控系统的实现方案 2 2 1 硬件实现方案 织机网络的硬件组成一般包括主控机( 即服务器) 、通信介质、受控机( 即 笼头) 和受控对象( 即织机) ，如图2 1 所示。主控机一般由工控机充当，受控 机则可由监控模块、单片机系统或p l c 来充当。通信介质如果为近距离监控可 选用r s 2 3 2 4 8 5 4 2 2 ，远距离监控可考虑无线通讯，但现在用的最多也最合理的 方案是采用i n t e r n e t ( 尤其是i n t r a n e t ) 方式实现。 由于目前多数纺织企业已配备带网络接口( 支持t c p i p 协议) 的电子提花 机，故开发人员只需选用一台带网卡的工控机作为服务器，通过屏蔽双绞线连接 两者即可构成硬件系统。采用这种i n t r a n e t 方式，硬件的实现已不再是难点。 巨蛩岖皿匡丑圃 图2 1 硬件组成框图 值得一提的是网络拓扑结构的选择，与其它方式相比，星型方式使整个系统 故障分散，某台受控机故障不会影响其它受控机与主控机之间的联络，提高了整 个系统的可靠性。 2 2 2 软件实现方案 1 ) 软件结构设计 系统软件包括主控机软件与被控机软件，并应按定的哳议编写。基于上述 最合理的硬件方案，我们可以在受控机网络服务程序中设计f t p 服务端程序、 t e l n e t 客户端程序和t e l n e t 服务端程序，而在主控机监控程序中设计f t p 客户端程序、t e l n e t 客户端程序和t e l n e t 服务端程序。如图2 2 所示。f t p 传输是单方向的是因为文件只需从主控机传至受控机( 即织机) 。而t e l n e t 则 是双向的，其一主控机需要向受控机发送控制命令和状态查询命令，以达到监控 的目的；其二受控机( 即织机) 需要向主控机发送传输文件的命令，以达到从主 控机取花样文件的目的。主控机向受控机传输文件可以是主动方式或被动方式， 主动方式为由管理人员在主控机端主动向各台织机发送，被动方式则由纺织工人 浙江大学硕士学住论文数码纺织关键技术研完 在各台织机向主控机发送命令，主控机响应命令并触发f t p 程序，被动发送文 件。当然，也可以改为在受控机设计f t p 客户端程序，在主控机设计f t p 服务 端程序，传输方式与上述相反，但实现是类似的。 主控机受控机 t e l 陋t 客户端 ( 1 ) u 匠t | i & 务端 一退回数据 t e l 婚硼务端 要求文件 眦堵：户端 l _ 鐾( 2 ) ， 忙袖文件 f t p 客户端( 3 )f t p 异务端 图2 2 软件结构图 2 ) 软件中的相关协议 由图2 2 可知，过程( 1 ) 中只需普通的t e l n e t 协议，过程( 3 ) 只需普通 的f t p 协议，而过程( 2 ) 则需要自己添加额外的操作协议。本部分即讨论这一 额外的操作协议，主控机t e l n e t 服务端程序和受控机t e l n e t 客户端程序需 要按此协议编写。 过程( 2 ) ( 即织机要求主控机被动发送花样文件的过程) 完整的包括以下过 程： a 受控机与主控机的连接过程 该连接以t e l n e t 方式建立。主控机是服务器端，各台受控机是客户端。为 保证连接顺利进行，双方应正确设置用户名和密码以及它们各自的提示符，任何 一项出错都会导致连接失败。另外，客户端需正确设置欲连接的主控机的i p 地 址( 一般是唯一的) 。 当连接成功建立，服务器端应发回连接成功信号，并处于等待客户端命令状 态，客户端此时应出现约定的提示符。 b 受控机中列出主控机指定目录下所有文件的过程 在连接主控机状态下，受控机向主控机发送请求列出文件的命令，如： s t i sa d d r e s s _ i p 这里s ti s 是命令符，而a d d r e s si p 即为发出请求的受控机i p 地址。主控机相应 4 浙江太学硕士学位论文数码纺织关键技术研究 的发回如下内容： n a m e ：c o m m e n t n a i n e ：c o m m e n t 其中n a m e 即指定目录下的文件名称，服务器端发送前应使其成为固定长度( 长 度未到约定数目则填补空格) 以方便通讯，c o m m e n t 为文件的附加信息，可以为 空，但最后必须以 ( 如a s c i i 码为l ( ) 的字符或其它约定的字符) 结束以方 便通讯。而全部文件名及附加信息列表以 ( 如a s c i i 码为4 的字符或其 它约定的字符) 结束。 用户受抟帆主挖帆 f r 开饲墙f 开判主靛 窝俘成用帆船i 船t 最序连接 通过t e l k e t 通造愤秆 stls - 窑客“5 - ” 嗣示获得的 s t l s 的蜡 列表+ 果：发迸文 撑皂列表 选怿需传 通过t e l m e t 伯，受挖 通道执打 st eet 帆的文件a d d r e e = i p 磕奄 s t n t 的蛄 粜，发送钟 -一定字符申： 0 k 惘 用h p 剽 发送槽窆文 作别受 茔 帆荧阳 f t p 辰序 i _一发送 关闭t 衄程序 确认捌蛄庠 图2 1 3 被动传输操作流程 c 文件传输过程 在已连接主控机和已知文件名状态下，受控机向主控机发送请求发送文件的 命令，如： s t _ g e ta d d r e s s i pn a m e 浙江大学硕士学往论文数码纺织关键技术研究 这里s t _ g e t 是请求传输文件的命令符，a d d r e s s 1 p 和n a l t l e 的意义同上。主控机 随后即通过调用f t p 客户端程序向受控机发送指定的文件。同样为方便通讯， 主控机传输文件前首先发送字符串( 如o k ) 至受控机，而传输完成后 再发送一个说明( c o m m e n t ) ，该说明显示在受控机屏幕上直到用户按键确认， 同样说明应以 结束。完整的操作过程如图2 3 所示。 3 ) 主控机端软件的多线程实现 w i n d o w s 应用程序具有丰富的图形用户界面，监控软件也不例外。在完成必 要的测控任务时，还需要实时的显示测量数据，并进行一定的计算与统计。另外， 被控机可能不止一台，而且监控的同时还伴随着文件传输等。这都要求主控机端 监控软件中采用多线程技术来实现系统实时功能。 监控系统软件 用 卢 界 面 缝 程 文 件 俸 输 线 程 实 时 监 控 缱 程 l 实 时 监 控 线 程 n 数 据 显 示 线 程 数 据 存 贮 线 程 图2 4 主控机端软件线程设计图图2 5 服务器端软件流程图 由于纺织企业一般都具备几十甚至上百台织机，也即主控机需要同时监控如 此多的被控机，为每台被控机分配一个线程显然不合理。但如果用一个线程轮流 监控，实时性得不到满足，采集到的数据不能正确反映织机当前状态，进而影响 产量统计、效率分析等。故合理的方案是分组监控，为一定数量的织机分配同 个线程进行监控。主控机与被控机之剧的文件传输也需要单独的线程，考虑到文 件传输的实时性要求并不高，可以只分配一个线程，同一时刻只能有一台织机与 1 6 浙江太学硕士学位论文数码纺织关键技术研究 主控机之间进行文件传输。另外，实时显示采集数据、实时数据存贮和用户交互 也各自需要单独的线程。综上所述，监控软件的线程设计图如图2 4 所示。其中 实时监控线程实时性要求最高，应分配最高的优先级。 被控机端软件的线程则没有这么复杂，因为每台被控机只需与唯一的主控机 通讯，也没有管理数据的责任。 4 ) 数据库设计与监控管理软件实现 由于主控机端软件远比被控机端软件复杂，且很多公司配备的笼头已自带被 控机端软件，下面只详细介绍主控机端监控软件的实现。 织机网络监控系统中数据库的主要任务一是记录所有织机的各项设置，如机 器号、i p 地址等：二是记录各织机的状态信息，如工作状态、当前织造花样文 件、花样的纬数等等，进而计算各织机的产量与效率。三是存贮管理员帐号及密 码。考虑到监控织机状态信息时更新周期极短( 如2 秒) ，若记录每一周期的数 据将使数据库过于庞大，且企业需要的是针对某一班次的统计数据，如该班产量、 效率等等。故合理的方法是显示织机的即时数据同时计算当前班次的累计产量 和效率，只保存产量和效率到数据库中的临时表中，并且每次覆盖原先的统计值， 在换班时将最终的统计值存入到数据库的班次统计表中，这个存入的动作可以通 过设置班次时间自动入库，也可以手动入库。 监控软件启动后首先读取数据库中有关织机的设置信息，完成织机配置，随 后启动t e l n e t 服务器端程序( 响应被控机程序的文件传输命令) 、f t p 客户端程 序( 供操作员或t e l n e t 服务器端程序向被控机发送文件) 、t e l n e t 客户端程序， 在t e l n e t 客户端程序中开始定时采集数据，在收到返回数据时启动显示数据模 块，并记录临时统计值到数据库，而换班时将统计数值存入数据库。软件同时提 供修改织机设置( 如i p 地址、机器号等) 服务和数据管理服务( 如生成和打印 报表等) 。软件流程图如图2 5 所示。 上述网络监控系统不仅可以实现对织机工作状态的实时监控，还可提供f t p 文件传输功能，大大提高了生产效率( 之前织机所需花样文件依靠软盘拷贝) ， 此外数据管理模块可以统计每台织机在一定周期的产量和效率，给企业的管理系 统开发( 如e r p ) 提供了方便。 浙江大学硕士学拉论丈数码纺织关键技术研究 第三节监控系统中的s o c k e t 编程技术 s o c k “”j 是建立在传输层协议( 主要是t c p 并u u d p ) 上的一种套接字规范， 最初由美国加小i b e r k l e y 大学提出，为u n i x 操作系统开发的网络通信接口，它定 义两台计算机之间的通信规范( 也是一种编程规范) ，如果两台计算机是利用一 个“通道”进行通信，那么这个“通道”的两端就是套接字。s o c k e t 屏蔽了底层 通信软件和具体操作系统的差异，使得任何两台安装了t c p 协议软件和实现了 s o c k e t 规范的计算机之间的通讯成为可能。s o c k e t 接口是t c p i p 网络最为通用的 a p i ，也是在i n t e r n e t 上进行应用开发最通用的a p i 。数码制造中要实现的织机网 络监控系统主要解决数据命令的实时采集和传输，以及花样文件的传输。这些 都可以直接基于s o c k e t 编程实现。 2 3 1s o c k e t 基本原理 在w i n d o w s 网络编程中，套接字接口主要有三种类型：流式套接字，数据 报套接字以及原始套接字。流式套接字定义了一种面向连接的服务，实现了无差 错无重复的顺序数据传输，无长度限制。数据报套接字接口定义了一种无连接的 服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠。原始套 接字允许对低层协议i p 或i c m p 直接访问，主要用于网络协议的测试，例如 w i n d o w s 自带的p i n g 程序，就是通过i c m p 实现的。 在现在的网络应用中，通信双方最常见的交互模式便是c l i e n t s e r v e r 模式。 客户n 务器模