（机械制造及其自动化专业论文）电脑横机花型准备系统的设计与实现.pdf

摘要 电脑横机是一种高科技机电一体化针织设备，其集成了机械、电子技术、 计算机数字控制、伺服驱动、针织工艺等技术为一体，可通过花型准备系统的 编程来实现各种组织的编织及产品款式的设计。 本文首先解释了电脑横机及其花型准备系统的相关概念，阐述了花型准备 系统的国内外现状，并给出了研究的目的、意义和主要内容。对花型准备系统 进行功能分析，综合国内外先进技术和针织工艺，采用面向对象的设计方法制 定了花型准备系统的总体方案，并对关键技术和主要模块进行详细阐述。 本文设计的花型准备系统包括图形编辑、工艺参数设定和编译三部分。系 统设计的主要内容有： ( 1 ) 图形编辑部分，提供了一套功能强大、操作方便的图形编辑系统，主 要包括了图形的输入、输出、编辑和显示。针对本花型准备系统的功能特点， 研究并提出了一套基于面向对象和多图层概念的全新图形编辑系统的实现方 案。采用分层绘图的设计思想，将花型图分为五个既相互独立而又彼此联系的 图层，并建立了良好的类管理机制，成功的实现了对图层的统一管理。 ( 2 ) 工艺参数设定包括编织参数设定和控制条码设定两部分。其中控制条 码为用户提供了简便的辅助编织参数设定功能，并设计了简洁而适用的提示性 操作，减少用户对控制条码符号的记忆。 ( 3 ) 根据横机的机械结构和编织工艺将编织元件进行有效分类，并提供了 相应的编织元件库，用户可从库中选择元件自由组合编织动作，最大限度的实 现了设计的灵活性，提高了花型设计的效率。 ( 4 ) 在编译部分完成了意匠图和程序指令的自动生成，并最终生成控制数 据。其中程序指令采用具有语法特征的伪代码实现，方便用户编辑和阅读。 关键词：电脑横机，花型准备系统，图形编辑。意匠图 a b s t r a c t c o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n e i sak i n do fl l i g h - t e c l m o l o g y e l e c t r o - m a c h i n ek n i t t i n ge q u i p m e n t ，w h i c hi n t e g r a t e sc o m p u t e rn u m e r i c a lc o n t r o l ( c n q ，e l e c t r o nt e c h n o l o g y , m e c h a n i c a ld e s i g n ，m o t o rd r i v e rt e c h n o l o g ya n d k n i t t i n gt e c h n i c s a l m o s ta l lk i n d so fk n i t t i n gp a t t e r na n d t e x t i l ec l o t hs t y l ec a nb e d e s i g n e db yp a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e m a tf i r s t ，t h i sp a p e re x p l a i mr e l a t i v ec o n c e p to fc o m p u t e r i z e df i a tk n i t t i n g m a c h i n ea n di t sp a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e m t h e nt h ep a p e re x p a t i a t e so nd o m e s t i c a n df o r e i g np r e s e n ts i t u a t i o n so f p a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e ma n dg i v e st h eg o a lo f t h i s p a p e ra n d t h em a i nc o n t e n to ft h ep a p e r s e c o n d l y , t h ep a p e r a n a l y z e st h ef u n c t i o no f t h ep a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e m , s y n t h e s i z e st h el a t e s tn e w - t e c ha n dt e x t i l et e c h n i c so f t h ew o r l d a d o p t st h eo b j e c t - o r i e n t e dd e s i g nm e t h o dt om a k et h ew h o l ep r o j c c io ft h e p a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e m f o r mt h ea n a l y s i so ft h ea b o v e ，d e t a j l e di n f f o d u c f i o no f t h ek e ya n di m p o r t a n tm o d u l e si sg i v e n t h i sp a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e mi n c l u d e sg r a p h i ce d i t o rs y s t e m ，a d j u s t m e n to f p a r a m e t e r sa n dc o m p f l e r t h em a i np o i n ti ns y s t e md e s i g ni n c l u d e s ： ( 1 ) t h eg r a p h i ce d i t o rp a r tp r o v i d e sac o n v e n i e n ta n dp o w e r f u lg r a p h i ce d i t o r s y s t e mw h i c hi n c l u d e sg r a p h i ci n p u t ，e d i t ，o u t p u ta n dd i s p l a y c o n s i d e r i n gt h et r a i t o ft h ef u n c t i o no ft h i ss y s t e m , an e wp r o g r a mf o rg r a p h i ce d i t o rs y s t e mw h i c hb a s e d o no b j e c t - o r i e n t e da n dm u l t i - l a y e rc o n c e p ti sb r o u g h to u t a d o p t i n gd r a w i n gl a y e r ， d e s i g n e dp a t t e r ni sd i v i d e di n t of i v el a y e r sw h i c ha r ei n d e p e n d e n ta l s od e p e n d e n t e s t a b l i s h i n gp r o p e rc l a s sm e c h a n i s mi nt h es y s t e m ，t h e r e f o r et h es y s t e mr e a l i z e st h e l a y e r - m a n a g e m e n ts u c c e s s f u l l y ( 2 ) t h ea d j u s t m e n to fp a r a m e t e r si n c l u d e sk n i t t i n gp a r a m e t e ra n do p t i o nl i n e s t h e o p t i o nl i n e sp r o v i d ec o n v e n i e n ta s s i s t a n tp a r a m e t e r sa d j u s t m e n ta n du s e f u lh i n t f o ru s e r s s or e q u i r e m e n ti nm e m o r i z i n gt h es i g n so fo p f i o nl i n e si sd e c l i n e d ( 3 ) t h ep a p e rc l a s s i f i e st h ek n i t t i n ge l e m e n tb a s e do nt h es t r u c t u r eo f c o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n ea n dk n i t t i n gt e c h n i c s a c c o r d i n gt ot h ek n i t t i n g e l e m e n tl i b r a r yp r o v i d e sb yt h es y s t e m ，u s e rc a nr e c o m p o s et h ek n i t t i n gs i n g s f l e x i b l y d e s i g nf l e x i b i l i t yi sa s s i g n e dt ou s e ra n de f f i c i e n c ya l s oi m p r o v e d ( 4 ) a r t i s f i cc o n c e p t i o nd r a w i n g , p r o g r a mi n s t r u c t i o na n dn c c o d e sa r e p r o d u c e da u t o m a t i c a l l yb yt h ec o m p l i e r t h ei n s t r u c t i o ni sr e a l i z e db yt h ef a k ec o d e w i t hs y n t a xc h a r a c t e r i s t i c k e yw o r d s ：c o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n e ，p a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e m ，g r a p h i c e d i t o r , a r t i s t i cc o n c e p t i o nd r a w i n g i i i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 横机是一种双针床纬编针织机，它是羊毛衫生产行业的主要机种。自1 8 世 纪中叶到现在，横机经历了一个从无到有、功能从简单到复杂、控制方式从机 械控制到电脑控制的发展过程。1 8 5 7 年，a e i s e n t u c k 发明的上面装有屋顶形 针床的钩针针织机，可以看作是当前横机的前身上世纪7 0 年代初，随着电子、 计算机技术的飞速发展，电子技术开始应用在横机上，机械控制式横杌开始逐 步被电脑横机取代“】。之后，随着计算机技术和机械加工技术的迅猛发展，加 上人们对羊毛衫行业外衣化、时装化、系列化的高品质要求，促使电脑横机不 断发展。 1 1 电脑横机简介 电脑横机是针织行业中技术含量较高的针织设备，其集成了机械、电子技 术、计算机数字控制、伺服驱动、针织工艺等技术为一体，可以编织非常复杂 的衣片组织。近年来，在各种纺织机械展览会上，电脑横机不断以崭新的面貌 出现，其创意革新和技术细节的改变，与其他针织机械相比尤其显著嘲。另外 横机编织的产品除了服装要求的高品质、多花色款式外，正在向其它产业应用 方面发展。如利用新型电脑横机生产三维织物，使用全成形技术无需裁剪和缝 纫就可得到各种管状、锥形、球形等结构的织物，不仅降低了成本，而且能更 好地满足技术要求。目前，引导国际电脑横机先锋的是：日本岛精公司的“整 体服装”( w h o l e g a r m e n t ) 概念、德国斯托公司的“织而穿”( k n i t - a n d - w e a r ) 技术、津田驹公司利用线性马达技术研制的无三角横机，等等。 综合分析，电脑横机新技术的发展主要表现在以下几个方面伽：电子选针技 术、机头组件、线圈长度控制系统、沉降片技术、针床及针床横移、电脑横机 控制系统和花型准备系统。其中花型准备系统的发展尤其显著。 电脑横机主要由以下几个部分构成：横机机身、针板、机头、罗拉、纱嘴 和引线装置，如图1 - 1 所示。 1 ) 横机机身：机身主要起支撑作用，在机身上嵌着电脑横机控制系统的硬 件部分和一些操作开关。 2 ) 针板：针板上有间隔均匀的针槽，用于放置织针。为了配合多段选针， 织针一般设计成若干枚为一组，每组成倾斜排列。 武汉理工大学硕士学位论文 图1 - 1电脑横机结构图 3 ) 机头：机头是电脑横机最关键的部分，它的作用是完成选针，调节编织 物密度，控制纱嘴的停靠位置和编织物的编织宽度，通过三角驱动织针完成编 织动作。电脑横机工作时，机头通过导纱器带动纱嘴作往复运动。与手摇横 机不同，电脑横机要完成自动选针动作，所以在机头下部装有选针器，本系统 机头是双系统机头，放共有8 个选针器。 4 ) 罗拉：通过一对牵拉辊进行牵拉，保证编织物上已经形成的线圈能被及 时拉紧，以免浮在针床上，影响后面线圈的形成质量。罗拉能根据不同的花色 组织和编织速度相应的调节牵拉速度和牵拉量。 5 ) 纱嘴：纱嘴的作用是把纱线准确地喂入舌针的针沟里。 6 ) 引线装置：引线装置的作用是保持纱线具有一定的张紧力，当导纱器放 掉纱嘴于衣片两端或导纱器带动纱嘴但纱线不形成线圈的时候，依然可以保持 纱线不会下垂，从而避免绕上其它的障碍物。同时，一旦纱线发生断纱，或者 纱线上有死结，引线装置就会产生中断信号，并且报警。 1 2 花型准备系统概述 电脑横机克服了传统横机手工操作，生产效率低的缺点。它不仅可编织提 花组织、集圈组织及各种移圈组织，还能编织成形产品。因此，机器需要很多 类控制装置，如选针、密度调节、三角变换、针床横移、导纱器位置设定及各 类自停装置，如果仅靠键盘输入信号，将是一项非常费时的工作，所以每种电 脑横机都配备有花型准备系统，用来设计花型和组织好各类控制信号，输入到 横机的控制器中“1 。因此，为了促进横机的发展，根据针织工艺的编程过程以 2 武汉理工大学硕士学位论文 及横机控制器和执行部件的要求，设计出方便用户设计花型并能为控制器正确、 高效地组织控制信号的花型准备系统是关键。 花型准备系统是电脑横机的配套软件，是电脑横机与花型设计师对话的接 口，是电脑横机控制数据的来源，它负责转换和传递花型设计者的设计思想， 是实现复杂花型自动化编织的关键技术之一。花型图案经过花型输入与编辑后， 形成编辑好的图片，再通过工艺参数设定添加各类编织参数，最后编译形成控 制数据器，即完成了花型的准备工作。花型准备系统的功能和性能好坏直接限 制电脑横机编织产品的组织花样种类，因此花型准备系统在整个电脑横机系统 中占有十分重要的地位，它的发展速度直接影响电脑横机的发展。当今电脑横 机系统中发展最快、技术进步最为显著的就是花型准备系统。因此，研究和开 发功能完整、性能优良的电脑横机花型准备系统有着重要的意义。 1 3 花型准备系统的国内外现状 1 3 1 国外现状 当今国际上最先进的花型准备系统有日本s h i m as e i k i ( 岛精) 的s d so n e 花型准备系统，德国s t o l l ( 斯托尔) 的m 1 花型准备系统和德国u n i v e r s a l ( 环 球) 的花型准备系统，虽然各个厂家的侧重点不同，但综合来看国外的花型准 备系统的特点为： 1 设计的便利性 u n i v e r s a l 公司的花型准备系统提供v k s 子系统，在完成花型设计后，用户 只要设定一些参数，例如：密度、提花织物背面结构等，y e s 就能立即创建出 编织动作的顺序程序，然后给出意匠图( 也称上机图) 以及编织程序。这些转 换并储存的过程只需几分钟就能全部完成，用户可以看到此全过程并可介入其 间做一些必要的修改。此外，v k s 提供了大量控制数据参数变量。这些参数变量 以缺省的形式储存，使得不具备针织专业知识的用户也能使用，同时用户还可 以按照自己的意愿修改这些参变量，以达到对自动编程的灵活控制。通过选择 不同的编织类型，用户可以决定是使用提花还是嵌花( 也称引塔夏) 或者是两 者结合，然后v k s 就可以据此产生包含导纱器的个数、导纱器的起停装置、导 纱器的选择、纱线分配等相关信息的编织程序吲。 s t o l l 公司的花型准备系统实现了先进的触摸控制技术，只需用手触摸控制 屏幕上的各选择项就能够轻松完成整个花型程序的设定工作，设计过程直观简 便。 3 武汉理工大学硕士学位论文 2 强大的数据库 在新的花型准备系统中加入了线圈库、模组库、款式库等数据库，用户可直 接调用库中现成的模块，以节省设计时间。例如，在s t o l l 的s i r i x 中用户可 以从线圈库中取出奇妙而逼真的线圈，用来设计自己的花型，而完全不需要任 何针织技术专门知识，且用户可以随时把自己定义的线圈模组储存进库。模组 库储存一些常用的花型单元及其控制命令，款式库存放一些针织单元的款式及 其编织程序，如领、袋、袖口、贴边、罗纹、门襟等。 岛精s d so n e 花型准备系统采用独特的配色选项功能表，使用彩通专利彩色 资料库提供准确的彩色标准，可结合针织与布料的结构创造出逼真的效果提 供自动化的花样图案如圆点花纹、花纹花样、饰边及菱形等各自的资料库和程 式。这样可以令设计师专注于设计，减少时间浪费在长而乏味的绘图工作上， 产品设计与实际生产的闻隔时间大幅缩短。 3 模拟和仿真 为了避免在机器上试织与调试的麻烦及浪费，同时方便产品的预展示，供 客户订货参考，各系统都或多或少地发展了模拟编织功能。模拟编织使得用户 无需织出成品就可以在计算机上看到所设计花型的真实效果。岛精的模拟编织 程序能对嵌花、结构花型和单双面提花进行模拟，并直观地显示出导纱器的分 配情况，它的s e sa 4 2 花型准备系统具有独特的离线仿真模块，可以在计算机 上仿真电脑横机部分执行部件的运动时序。岛精的s d so n e 花型准备系统，集 成了组织花板设计系统，毛农c a d 设计系统，强大的布纹模拟功能以及逼真的 纱线仿真和三维纹理仿真，这套系统的诞生标志着花型准备系统已经进入了一 个新领域，建立了花型准备系统设计的新标准。 s t o l l 在这方面做的也非常出色，它的三维程序能够得到类似实际效果的三 维线圈结构图，而且能够操纵和旋转衣片的编织图像，使用户可从任何角度观 察衣片图像。当其纱线程序与编织程序一起使用时，可以得到用一定颜色和品 质的纱线模拟的衣片图像，它和实际衣片图像非常相似，然后用一简单的变换 程序就可以立即改变编织模拟图像，得到一系列用来评价效果的“衣片”。 4 全成形编织 在服装生成中，针织横机加工工业最常用的方式是生产矩形衣片，再裁剪 成规定形状后再合成衣服。这样的做法使得制衣过程有3 0 的裁耗，若采用全 成形可以明显降低原材料损耗，降低劳动力成本，提高服装档次。s h i m as e i k i 的“整体服装”( w h o l e g a r h i e n t ) 概念和s t o l l 的“织可穿”( k n it - a n d w e a r ) 技术在这方面都做的非常出色”。 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 2 国内现状 国内对电脑横机花型准备系统的研究水平一直处于起步阶段，在很大程度 上都是依赖于模仿国外软件的功能，很少有自己的优势和特色。上海纺织研究 所早在“七五”期间就对日本岛精公司的花型准备系统和电脑控制器进行了研 究，但只造出了样机，未形成产品。中国纺织大学图像中心也从事过小横机和 圆机的花型准备系统的开发，但对大横机而言，至今国内还没有自己成熟的花 型准备系统。国内生产电脑横机的两个主要厂家：张家口燕兴机械厂及邢台塔 茨米厂分别引进的是u n i v e r s a l 的m a - 7 4 0 0 和日本富上的t d s p - 3 0 0 f 花型准 备系统m 。为填补这项空白，中国纺织大学自动化系为邢台塔茨米厂t n - 4 c r 系 列电脑横机进行了花型准备系统和控制器的研制工作。其中花型准备系统是在 对原t d s f 一3 0 0 f 界面功能和用户需求分析的基础上自行设计和开发的。新系 统不仅保留了原系统的一切功能，而且对其部分功能进行了增强和扩充，使之 更易于使用和普及。目前国内具有自主知识产权的电脑横机花型准备系统仅3 家，且很少有自己的优势和特色。 i 4 本论文研究的目的和意义 花型准备系统使自动化编织成为可能，虽然各个厂家的功能不尽相同，但 其基本功能是克服了传统横机手工操作，工作效率低的缺点，可编织出各种各 样的组织结构。其优点主要体现在以下几点： ( 1 ) 大大提高了花型处理速度。从花型输入到产生编织的控制信息，仅需 不到一分钟的时间，这是手工方式无法比拟的。 ( 2 ) 大大缩短了生产周期。从花型设计到成品生成，仅需几十分钟至几小 时，尤其利于花色品种的更新，增强了产品的市场竞争力。 ( 3 ) 节省了劳动力，减轻了劳动强度。不需人工画意匠图、制作花板，仅 需一人上机操作就可完成花型准备，满足整个车间的生产。 从目前花型准备系统的发展现状来看，国外的花型准备系统已经很成熟了， 但国内的还比较落后，单靠引进国外的花型准备系统，成本太高，无法形成普 遍意义的推广。因此，有必要开发一套低成本、高效率，并具有自己特点的花 型准备系统。 本论文将建立一个具有自主产权的花型准备系统，其主要目的有： 采用窗口式指令与菜单式程序制作方式，为用户提供一个直观、友好的 界面。采用形象的符号、图标，使用户对界面上各种操作按钮和菜单的功能一 5 武汉理工大学硕士学位论文 目了r 然。 提供功能强大的图形编辑系统，使花型的输入、编辑和显示变得简单、 灵活，大大减少用户在绘图工作上的时间，缩短产品设计到实际生产的时间， 提高工作效率。 提供一套形象、生动的纱色调色板、织法库、翻针库、摇床针数选择和 提花组织库，减少打板工艺师对编织符号的记忆，改变了大部分国外软件将纱 色符号、织法符号、翻针符号、摇床针数和提花符号定义为一体的不足，从理 论上可实现各种花型组织的编织动作，最大限度的实现绘图的方便性。 在编译过程中自动生成上机图和程序指令，让设计者在上机前就能检查 编译结果，并对其进行修改，达到快速、精确设计花型的目的。 提供全面的注释、操作提示信息、报错信息和帮助文件，让非专业人员 经过简单培训就能操作此软件。 1 5 本论文研究的主要内容 ( 1 )收集电脑横机的相关资料和当前国内外花型准备系统的相关文献， 了解电脑横机及其花型准备系统的最新技术和发展趋势。 ( 2 )根据收集的技术资料，分析系统的总体需求，确定设计的思想和总 体原则，基于现有技术，确定出系统的总体方寨。 ( 3 )综合应用面向对象的程序设计和分层绘图的思想体系，设计一个功 能强大的图形编辑系统，提供直线、矩形、圆等基本图形的创建和拷贝、旋转、 填充、阴影等基本图形的编辑功能以及工艺参数设定的功能。 ( 4 )研究利用d l l 动态链接库技术“”来封装各功能模块，以保持模块的 独立性、通用性和易用性。 ( 5 )利用内存流压缩技术节约内存并实现快速存储。 ( 6 )实现花型图到意匠图的转换、程序指令的生成，通过检查无误后， 得到控制器数据并传给控制器。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章花型准备系统总体方案设计 2 1 软件功能分析 电脑横机花型准备系统应该能接受用户从外部导入的花型图和程序代码， 并提供图形的绘制、编辑和工艺参数设置功能。同时，为了避免用户程序出现 语法或者工艺错误，还须提供完备的编译功能。其处理流程o “如图2 - 1 所示： 导入原始花型圈 和程序指令 | 卤 工艺参数设定 崮 0 预编译生成意匠图和程序指令 适奎萝 0 是 编译生成控制数据 0 将控镧数据传给控制器 图2 - 1 花型准备系统的处理流程 根据上面的处理流程，可将本系统要实现的功能分为：图形绘制及编辑功 能、工艺参数设定功能、花型解释功能和帮助功能这四大功能。其功能结构图 如图2 - 2 所示。 7 武汉理工大学硕士学位论文 花型准备系统 工艺 参数 设定 功能 图形 绘制 及编 辑功 能 帮助 功能 基 本 绘 图 功 能 文 字 编 辑 功 能 缩 放 功 能 图 形 编 辑 功 能 文 档 管 理 功 能 状 态 显 不 功 能 撤 销 恢 复 功 能 编 辑 区 镇 定 功 能 调 整 西 布 尺 寸 功 能 酉 布 预 览 功 能 判 色 功 能 图2 2 花型准备系统功能结构图 2 1 1 图形绘制及编辑功能 花 型 圈 转 换 为 意 匠 圈 花型 解释 功能 生 成 程 序 指 令 生 成 控 制 数 据 图形绘制及编辑功能包含了各种花型的编辑和设计功能，能够完成花型图 的设计，提供各种绘图功能、图形编辑功能和方便的图形显示功能，让用户能 方便快捷的设计各种织物。归纳起来主要有以下功能： ( i ) 基本图形绘制功能：如直线、曲线、点划线、椭圆、空心矩形、实心矩 形等的绘制功能。 ( 2 ) 文字编辑功能，可方便的选择字体、字号、颜色和文字的样式。 ( 3 ) 图形编辑画面支持缩放功能，方便微处理( 对局部花型放大后进行处 理) 。 ( 4 ) 基本的图形编辑功能，主要有以下功能： 拷贝功能：拷贝功能为重复性强的花型提供了快速设计的方法。共有七 种不同形式：普通拷贝、滑移拷贝、缩放拷贝、滤色拷贝、透明拷贝、剪切拷 贝、阵列拷贝。 填充功能：填充的方式有普通填充，同色填充和小花形填充，填充的范 围分为全屏和区域。 镶边功能：分为内镶边和外镶边，在任意一个连通区域的边界镶上当前 8 武汉理工大学硕士学位论文 画笔的颜色。 阴影功能：分为上、下、左和右阴影，可显示出用户框选范周内的所有 颜色，由用户从中任意选择颜色并设定其需要加阴影的颜色和行列数。 图形旋转功能：可将用户框选的图形以任意一点为中心旋转任意角度， 还可实现图形的左右翻转，上下翻转和中心对称翻转。 滚屏功能：能通过滚动条、键盘和鼠标中键方便的滚动画布。 请屏功能：分为清内、清外和全清。 一 增加和删除行列：增加和删除的方式分为自动和手动，增加的内容可选 择空白、其它颜色和当前行列。在自动方式中可由用户在对话框中填参数，实 现隔任意行列增加或者删除任意行列，手动方式中只能在鼠标点击的地方增 加或者删除一行列， 操作范围可以是局部和全屏。 自动收针功能：在用户框选的范围内，按用户的要求，实现自动收针的 功能。 换色功能：可显示出用户框选范围图形内的所有颜色，由用于自己设定 原色和目标色，可同时设定多种颜色。 ( 5 ) 撤消和恢复功能：可撤消任意一步操作，直到最近一次存盘，并能恢复 撤消的操作。 ( 6 ) 基本文档管理功能：新建、存盘、加载文件、导入b m p 图、导出b m p 图、关闭和打印等。 ( 7 ) 调整画布尺寸功能：在编辑图形时，可在不改变当前编辑花型的前提下， 调整画布尺寸。 ( 8 ) 编辑区锁定功能：可任意框选和拖动编辑区，并能将其锁定和解锁。当 编辑区锁定时，只对编辑区进行编辑，而不改变其它范围的花型。 ( 9 ) 状态显示功能：显示鼠标点击处的坐标和颜色、当前画笔颜色、当前 工具名称、当前放大率、画布尺寸、机型和当前编辑的文件名。 ( 1 0 ) 画布预览功能：能预览整个画布，并能显示出视图画布的位置，通过 移动预览窗体上的显示范围矩形就能移动画布。 ( 1 1 ) 判色功能：点击图形上的任意一个象素，所有与点击处颜色相同的象 素和对应的调色板颜色都以其反色显示，方便区分相近的颜色。 2 1 2 工艺参数设定功能 工艺参数设定由控制条码和“编织参数设定”两部分组成。编织参数设定 各组参数的具体值，各行花板使用参数的组号由控制条码来控制，每条控制条 9 武汉理工大学硕士学位论文 码控制一组参数，不同的色号就代表了不同的控制内容“”。控制条码控制的是 花型图的一行，使用者可以通过改交控制条码上的信息来改变其对应的工艺参 数值，从而控制横机的动作，实现各种编织效果。为了减少使用者对控制条码 和工艺参数的记忆，方便使用，本模块提供对控制条码强大的注释和定位功能， 不仅对每条条码控制的内容和其填写方式进行解释，还可通过点击提示信息将 鼠标调整到相应的位置。控制条码共有1 6 条，包括：度日、节约、罗拉，主轴 速度、纱嘴停放点、沉降片、纱嘴位、摇床、提花、编织方向，特殊纱嘴设定、 口数设定、结束、启动1 1 交叉翻针、自动翻针和引塔夏设定。其中度目、节 约、罗拉，主轴速度、纱嘴停放点、沉降片、摇床和纱嘴位的设定与“编织参 数设定”页面相结合，条码中只需键入参数组号即可。 2 1 3 花型解释功能 花型解释功能分为预编译和编译两部分。预编译主要完成花型图到意匠图 的转换和程序指令的生成，编译完成的是控制数据的生成。花型图实际为本系 统中的自动花板，为方便套吓数( 导入的工艺图) 的需要和设计的便利性，花 型图和衣片形状一致，它的一行既为实际织物的一行。意匠图即为本系统中的 手动花板，它反应的是横机的编织动作和选针情况“”，它的总行数要比织物的 总行数大。程序指令按人性化的设计原则，采用易读、易写的语句形式，为用 户提供的信息有：当前语句编号，机头运动方向、本行程使用的系统号、各系 统的编织动作和所带的纱嘴号、编织参数组号、节约次数、编织布片需要的时 间等“。程序指令完整的反应了整个布片的编织情况，对机头的运动情况进行 模拟，通过检查程序指令的语法和工艺原理就可实现编织前的查错功能。 控制数据是横机对应部件的控制信号，是上位机和下位机的接口文件，整 个花型准备系统的最终目的就是生成控制数据并传给控制器。控制数据主要包 括行程指令、衣片的尺寸、选针数据、三角控制数据、罗拉数据、衣片循环数 据、纱嘴的停放位置等等“。 2 1 4 帮助功能 电脑横机花型准备系统是相对比较复杂的系统，而且又涉及很多工艺知识， 对初学者来说，操作有一定的难度。一个好的帮助功能可使用户轻松的入门并 能随时获得帮助，使软件能够实现普遍意义的推广，因此为用户提供一个强大 的帮助功能也是本软件的一个重要任务。帮助文件为用户敢l 览和使用本软件提 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 供详细的说明，它的内容主要包括：帮助的使用方法，花型准备系统的整体介 绍，所有操作的导航，各种编织工艺的解释和动画演示，报错的原因分析和处 理方案，初学者的教程和用户意见反馈等。同时，还提供完整的目录，可方便 快捷的跳转到帮助的主题；提供强大的索引功能，用户只需输入关键字，即可 完成帮助的查找。 2 2 软件界面设计 用户界面设计构筑了产品设计的基础，虽然说程序设计最核心的地方是程 序的功能，但程序的界面设计是不可忽视的，它直接影响到程序的易用性。一 个良好的应用界面会给程序锦上添花，界面设计的三大原则是：用户至上，置 界面于用户的控制之下；界面要友好，减少用户的记忆负担；保持界面的一致 性。 用户界面设计在工作流程上分为结构设计、交互设计、视觉设计三个部分。 结构设计：结构设计也称概念设计，是界面设计的骨架。通过对用户的 习惯和需求进行研究和分析，制定出产品的整体架构。 交互设计：交互设计的目的是使产品能简单使用。任何产品功能的实现 都是通过人机交互来完成的。因此，人的因素应作为设计的核心被体现出来。 交互设计的原则如下： 1 ) 有清楚的错误提示。错误操作后，系统提供有针对性的提示。 2 ) 允许兼用鼠标和键盘。同一种功能，同时可以用鼠标和键盘完成 3 ) 允许工作中断。 4 ) 使用用户的语言，而非技术的语言 5 ) 提供快速反馈。给用户心理上的暗示，避免用户焦急。例如：提供进度 条显示操作的进行阶段。 6 ) 导航功能。提示用户的下一步动作。 7 ) 让用户知道自己当前的位置。例如：状态显示功能。 视觉设计：在结构设计的基础上，参照目标群体的心理模型和任务达成 进行视觉设计。包括色彩、字体、页面等。视觉设计要达到让用户愉悦使用的 目的。视觉设计的原则如下： 1 ) 界面清晰明了。允许用户定制界面。 2 ) 减少短期记忆的负担。让计算机帮助记忆，例：打开文件时，让软件 可以记住上次打开文件的目录。 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 3 ) 依赖认知而非记忆。如形象的图标、下拉菜单列表中的选择。 4 ) 界面的协调一致。即整个程序用统一的风格，如点击按钮的形式都定 位左键选取，右键弹出提示。 5 ) 控件摆放突出重点。一定要将重要的控件摆放在明显位置，这样才能突 出重点。此外，一定要符合人们的日常使用习惯。 以上是程序界面设计的一般应该遵循的原则。通常在设计界面时，还要充 分考虑到用户的机器配置，在设计字体和图片时要注意分辨率的选择，这样才 能使应用程序界面获得最佳的显示效果。 本系统旨在为用户提供了一个稳定、高效、直观、易学、易用，操作方便 的花型准备系统，为了达到这一目的，对界面的设计就应按上面的原则来执行。 本系统的编程方式分为两种：自动编程和手动编程，由于其编程方式不同，主 界面也不同。通过自动编程方式设计出来的即为花型图，手动编程方式设计出 来的即为意匠图。自动编程主界面分七大区( 如图2 3 所示) 。由于在花型图的 设计中需要选择组织库中的元件设计花型的组织并要设定各行花型图的工艺参 数，而手动编程方式是直接打板，因此手动主界面比自动界面少了编织符号库 区和控制条码区这两个区。 图2 - 3 花型准备系统自动编程主界面 调色板区：提供3 2 种可供选择的画笔颜色。在自动编程中表示纱色信息， 武汉理工大学硕士学位论文 在手动编程中表示编织动作。 绘图编辑工具栏区：显示所有的图形绘制和编辑工具。 菜单及常用工具区：常用工具摆放了用户常用的一些工具按钮，为了方 便用户操作而设置，其功能和菜单对应的选项一样。菜单包括了软件的所有功 能选项及其快捷键方式，主要由文件、编辑、显示、工具和帮助组成。文件菜 单包含了所有的文档操作，如新建、打开、打开历史文件、打印等。编辑菜单 包括撤销、恢复、放大、缩小、调整画布尺寸等。显示菜单包括画布预览和画 布显示方式选择。工具菜单包含了所有的绘图编辑工具、调色板、编译等。帮 助菜单显示了所有的帮助主题。 状态显示区：用于显示各种提示或状态信息，如画布尺寸、画笔颜色、 鼠标位置和颜色、当前激活工具等信息。点击其中的“画布尺寸”还可在不改 变当前编辑花型的基础上，调整花布尺寸。 控制条码区：仅在自动编程中使用，用于设定花型图的工艺参数。 编织符号库区：仅在自动编程中使用，提供织法库、翻针库、摇床针数选 择和提花组织库。 绘图工作区：用于工作人员进行花型和组织结构设计。 2 3 设计思想和原则 由于花型准备系统在电脑横机中的关键性地位，为保证本系统具有更广泛 的意义和更好的重用性，本系统总体设计遵循稳定性、准确性、灵活型、独立 性和可拓展性的原则。稳定性：指本软件系统的边缘故障少。准确性：一是指 系统有一套标准的编译规则，当工作人员掌握这套规则后，织物能准确的达到 设计者的要求；二是指系统能准确的计算出编织一件织物的时间。灵活性；一 是指本系统将纱色符号、织法符号、翻针符号、摇床针数和提花符号定义分开， 增加了花型设计的灵活性，从理论上可实现各种花型组织的编织动作；二是本 系统的绘图方式十分灵活。可拓展性：是指系统本身有一定的可拓展性，为适 应未来电脑横机技术发展的需要，系统要能很方便的引入新要求，这就要求系 统对各图形元素有统一的操作模式，而面向对象技术能很好的解决这一问题。 独立性：是指能把系统的各个模块独立出来，这样就能很好的实现分工合作， 并能在不改变其它模块的基础上修改其中一个模块，从软件工程的角度出发， 这是提高软件效率的一个重要方式。 本系统采用的设计思想就是面向对象。面向对象程序设计就是：对问题空 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 间进行自然的分割，对客观事物进行结构模拟和行为模拟，从而使设计出的软 件尽可能直接描述现实世界，构造出模块化的、可重用的、维护性好的软件， 从而降低软件的复杂性、提高软件开发效率并减少开发维护的费用。 下面，概要地讨论面向对象的几个基本概念“”。 ( 1 )对象( o b j e c t ) 及封装( e n c a p s u l a t i o n ) 。程序中的“对象”是数 据与方法的统一体，是对数据和方法进一步概括和抽象，方法在这里是函数或 过程的统称。对象将数据和处理这些数据的方法封装在一个逻辑实体中，用其 中的数据( 或称数据结构) 来描述实体的属性，用其中的方法来描述实体的行 为。一个对象就对应于客观世界中的一个实体。 对象的封装是指逻辑上的“信息隐藏”，封装把内部的实现方法与对外的界 面分离开来。从对象的外部不能直接访问对象内部的数据，而只能按照对象提 供的接口，通过内部的方法间接的访向它们。同时，对象内部对实现方法的修 改不会涉及到对象外面来。 ( 2 )消息( m e s s a g e ) 。对象之间用消息传递，并通过消息的传递达到协 同动作的目的。在w i n d o w s 环境下运行的程序，各类事件的发生( 如用户的操 作等) 都将发生相应的消息，而消息又是引发对象发生某种动作的信号。可以 说对象的行为是靠消息( 或事件) 驱动的。 ( 3 )类( c l a s s ) 。类就是相似对象的共同描述，或者说类是一组对象的 “模板”。由对象概括成类，是由个性到共性的抽象。“类”整体地代表一组对 象，但只定义它们的数据结构和方法，不接收也不储存具体值。对象则是类的 实例( i n s t a n c e ) ，从类派生出对象是从共性回到个性的过程。 ( 4 )继承( i n h e r i t a n c e ) 。继承是指自动共享类、子类与对象中的方法 与数据。类是继承的作用对象，继承是使类相互联系而形成完整系统的有机机 制。继承是一种现实世界中对象之间独特的关系，使得某类对象可以继承另外 一类对象的特征和能力。 ( 5 ) 多态性( p o l y m o r p h i s m ) 。多态性是指同一消息被不同对象接收时 被解释为不同含义的能力，这也是消息根据所送的对象类而改变其执行的能力。 多态性使用户能用一种相似的方式处理相关概念，并使程序更易于扩展。利用 多态性，用户可发送一般形式的消息，而将所有实现细节都留给接收消息的对 象。 ( 6 )抽象( a b s t r a c t i o n ) 。抽象是从整体观察事物，而不必关心具体细 节。抽象的目的是允许人们不必完全理解事物的内部结构或函数。 综上所述，按照面向对象方法开发的软件，具有易于扩充、修改和维护的 武汉理工大学硕士学位论文 特性。在本系统的设计中，采用面向对象的开发过程，以使程序具有较高的可 维护性和可扩展性。 2 4 开发工具的选择 根据设计本程序的需要，本文选用c + + b u i l d e r5 0 作为开发工具。c 抖 b u i l d e r5 0 是著名的b o r l a n d 公司开发的可视化开发工具，它基于m i c r o s o f t 公司的3 2 位操作系统w i n d o w s 系列，具有高效、最优化、可视化应用程序开发 环境和强大的数据库开发能力“”。c + + b u i l d e r5 0 使用的程序语言是c + + 语言， c + + 是- - f 3 高效实用的程序设计语言，它既可进行过程化程序设计，也可以进行 面向对象程序设计，强调对高级抽象的支持，用它开发出的应用程序具有可重 用的特点。经过二十多年的发展，己逐渐成熟与完善，并广泛应用于科学与工 程等多个领域。高质量的代码能有效地降低软件的复杂度和提高开发效率。面 向对象方法的继承性是一种代码重用的有效途径。在软件设计时可以利用一些 已被精心设计好并且经过测试的代码，这些可重用的代码被组织和存放在程序 设计环境的类库中。由于类库中的这些类的存在，使以后的程序设计过程变得 简单，程序的复杂性不断降低、正确性不断加强，也越来越易于理解、修改和 补充。利用c + + b u i l d e r5 0 ，能够建立一个定义良好的接口，以帮助系统的设 计、实现、维护和程序的重用。 2 5 小结 本章首先分析了花型准各系统的处理流程，在此基础上将软件划分为四大 功能模块，并分别对各个模块进行需求分析。接着，按照软件界面设计的原则 和用户的习惯设计出软件的界面。本系统采用面向对象的设计思想，选用 c + + b u i l d e r5 0 作为开发工具，总体设计遵循稳定性、准确性、灵活性、独立 性和可拓性的原则。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章图形编辑系统设计 图形编辑系统为用户提供了一个花型和组织结构设计的平台，其核心功能 是实现花型的绘制、编辑和显示。图形编辑系统设计的便利性和合理性，直接 影响到整个花型准备系统的市场价值。 3 1 图形编辑系统的软件结构 花型图上要表示纱色、织法、翻针、摇床和提花5 种信息，为了使花型的 设计变得简单、灵活，本图形编辑系统采用了分层绘图的设计思想。图层可以 使用户在不破坏其它元素的情况下，对其中的某一个元素进行处理“”。可以将 许多图层想象成一叠透明的纸，在一个层内没有图像的地方，可以透过该层看 到底下的图层，也可以通过改变图层的叠放次序或属性来改变一幅图像的合成 模式，以达到理想的效果。当选择某一图层时，该层就成为当前层，可以对其 进行编辑和修改。利用图层的这些特性，巧妙地将不同图像进行组合，几张很 平常的图像，能组合成有意义的组织花板图。 对于大型复杂的图形，在绘图过程中修改及编辑比较繁杂，容易出错