（机械电子工程专业论文）织物悬垂性能预测与评价系统的研究.pdf

织物悬垂性能预测与评价系统的研究 摘要 计算机技术和网络技术的飞速发展，使得繁琐的服装设计知识元素的获取变得更为简 易。作为影响服装美感的重要因子，面料悬垂性能的优劣直接关系着服装的设计决策。根 据测试数据建立悬垂性能指标自动预测和评价的系统，对生产与科研单位研制新型纤维及 改进织物设计、提高织物悬垂性能和美感度是十分必要的。 针对现有悬垂性能预测系统与评价体系的现状与需求，本文围绕悬垂性能的预测及评 价过程，结合服装纺织专业知识以及软件工程的设计思想，论述了系统的总体架构分析设 计、后台数据库建立、功能算法的实现，以及系统的详细设计过程和系统实现过程等。 本文探讨了悬垂性能指标预测以及模糊聚类评价两个功能算法。利用神经网络预测算 法对5 0 组织物试样数据进行学习和预测，最终验证了算法的实用性，确定了基于有动量 和自适应学习速率梯度下降方法的b p 预测算法，并实现从织物规格参数到悬垂性能参数 的非线性预测；在模糊聚类评价系统中，着重讨论了f c m 聚类算法无法避免噪声点影响， 引入基于f p c m 的模糊聚类算法，抑制了各种不利因素产生的误差。实测数据证明，聚类 算法的准确度较高，聚类分析结果与主观评价能够保持良好的一致性。 基于b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构的织物悬垂性能预测与评价系统的建立将大大简化织物 悬垂性的测试与评价工序，实现了纤维、纱线及织物相关性能与织物悬垂性能指标的查询， 以及从已知织物组织结构参数到悬垂性能指标的预测，最终实现对悬垂性能优劣的客观全 面评价。 关键词：悬垂性能；b p 预测；评价；f p c m 算法 r e s e a ro np r e d i c t l 0 na n de v a l u a t i o ns y s t e m o f f a b r i cd r a p ep e r f o r m a n c e a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c h n o l o g y , t h ee l e m e n tk n o w l e d g eo f f a s h i o nd e s i g nh a sb e c o m ee a s i e rt oo b t a i n a sa ni m p o r t a n ti m p a c to nt h ea e s t h e t i cf a c t o r , t h e p e r f o r m a n c eo ff a b r i cd r a p ei sd i r e c t l yr e l a t e dt ot h ef a s h i o nd e s i g nd e c i s i o n a c c o r d i n gt ot h e t e s td a t at oe s t a b l i s ht h e s y s t e mw h i c hc a np r e d i c ta n de v a l u a t e f a b r i c d r a p e i n d e x e s a u t o m a t i c a l l y , i ti sv e r yn e c e s s a r yt od e v e l o pn e wt y p e so ff i b e r s ，i m p r o v et h ef a b r i cd e s i g n ， e n h a n c ef a b r i cd r a p ep e r f o r m a n c ea n da e s t h e t i cv a l u ef o rm a n u f a c t o r ya n ds c i e n t i f i cr e s e a r c h u n i t s b a s e do nc u r r e n ts i t u a t i o na n dd e m a n do ft h ee x i s t i n gf a b r i cd r a p et e s ta n de v a l u a t i o n s y s t e m ，c o m b i n e dw i t hg a r m e n ta n dt e x t i l e sp r o f e s s i o n a lk n o w l e d g ea n ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g d e s i g ni d e a , t h i sp a p e rw h i c ht a k e st h ep r o c e s so ff a b r i cd r a p ep r e d i c t i o na n de v a l u a t i o na sc e n t e r , d i s c u s s e st h eo v e r a l la r c h i t e c t u r ea n a l y s i sa n dd e s i g no fs y s t e m ，t h ee s t a b l i s h m e n to fb a c k g r o u n d d a t a b a s e ，t h ei m p l e m e n t a t i o no ff u n c t i o na l g o r i t h m s ，a sw e l la st h ed e t a i l e dd e s i g np r o c e s so f s y s t e ma n d t h ep r o c e s so fs y s t e mi m p l e m e n t a t i o n t h i sa r t i c l ed i s c u s s e sb o t ha l g o r i t h m so ft h ed r a p ep e r f o r m a n c ep r e d i c t i o na n df u z z y c l u s t e r i n ge v a l u a t i o n t h eb pp r e d i c t i o na l g o r i t h mb a s e do na d d i t i o n a lm o m e n t u ma n da d a p t i v e l e a m i n gr a t ew a sd e t e r m i n e db yt r a i n i n ga n dp r e d i c t i n g5 0g r o u p so ff a b r i cs a m p l ed a t a a n d f i n a l l y , t h er e s u l t sp r o v et h ev a l i d a t i o no ft h ea l g o r i t h m sa n di m p l e m e n tt h en o n l i n ep a r a m e t e r s p r e d i c t i o nf r o mf a b r i cs p e c i f i c a t i o n st ot h ed r a p ep e r f o r m a n c e ；i nt h es y s t e mo ff u z z yc l u s t e r i n g e v a l u a t i o n ，t h i sa r t i c l ee m p h a t i c a l l yd i s c u s s e so nt h en o i s ep o i n to ft h ef c mf u z z yc l u s t e r i n g a l g o r i t h m ，i n t r o d u c e sf p c mf u z z yc l u s t e r i n ga l g o r i t h mt oi n h i b i te r r o r sa r o u s e df r o mav a r i e t y o fu n f a v o r a b l ef a c t o r s m e a s u r e dd a t as h o w st h a tt h ea c c u r a c yo fp r e d i c t i o na l g o r i t h mi sh i g h e r , a n dc l u s t e ra n a l y s i sh a sag o o dc o n s i s t e n c yw i t ht h er e s u l t so fs u b j e c t i v ee v a l u a t i o n t h ee s t a b l i s h m e n to ff a b r i cd r a p ep e r f o r m a n c ep r e d i c t i o na n de v a l u a t i o ns y s t e mb a s e do n b s ( b r o w s e r s e r v e r ) a r c h i t e c t u r ew i l ls i m p l i f yt h ep r o c e s so fd r a p et e s t i n ga n de v a l u a t i o n i i c o n s u m e d l y , r e a l i z e st h eq u e r yo ff i b e r s 、y a ma n df a b r i cr e l a t e dp e r f o r m a n c e ，a sw e l la st h e p r e d i c t i o nf r o mf a b r i co r g a n i z a t i o ns t r u c t u r ep a r a m e t e r st of a b r i cd r a p ei n d e x e sa n df i n a l l y r e a l i z e sf a b r i cd r a p eo b j e c t i v e l ya n dc o m p l e t e l ye v a l u a t e d k e yw o r d s ：d r a p ep e r f o r m a n c e ；b pp r e d i c t i o n ；e v a l u a t i o n ；f u z z yp o s s i b i l i s t i cc m e a n s c l u s t e r i n ga l g o r i t h m 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 璇眷 日期： 硼年f l 月o 日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解北京服装学院有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在 校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京服装学院。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅、借阅和复印；学校可以将学 位论文的全部或部分内容公开或编入有关数据库进行检索，可以允许采用影印、缩印或其 他复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书。 学位敝作专挚蝥辞 别磁轹游坞 日期：7 卯了年，上月 o 日 日期：加彦年二月i o 日 北京服装学院硕士学位论文 第1 章绪论 二十一世纪的今天，人们对服装美感和品味的追求与日俱增。服装源于面料，面料是 体现服装主体特征的材料，服装面料悬垂性能的好坏直接影响服装的悬垂性能，因此服装 所形成的美感与面料的选择密切相关。所谓织物( i p 面料) t t 悬垂性是指织物因自重而下垂 的程度及形态1 1 1 ，是决定织物视觉美感的一个重要因素。对织物悬垂性能的认识与研究关 系到新型面料的开发和服装加工的选料与制作和计算机的悬垂仿真模拟等诸多环节，随着 各种新型面料和超细纤维的出现，研究织物的悬垂性能已变得越来越重要。 织物的悬垂性研究，从大的方面来分，可分为对织物悬垂的物理参数的研究和对织物 悬垂图形形态的模拟研究。通过织物悬垂的物理参数，人们能够建立起良好的织物悬垂性 的数字系统【列。织物悬垂的数字系统，对不同的织物具有可比性，它建立了人们对织物悬 垂性要求的研究、生产和商贸的基础。但是，人们对织物悬垂性的认识，更多地与人们对 织物的美感要求联系在一起。虽然，织物悬垂的物理参数可以使人联想到织物悬垂的形态， 然而这是相对模糊的、不确定的。更重要的是，对织物悬垂性要求的设计，能否预先形象 化的向人们展示，这是人们追求的一个目标，也是一个极具挑战性的多学科综合研究领域。 1 1 课题研究的背景和意义 得益于当前日臻成熟的计算机智能方法和自动化技术，已经成功地解决了许多历史难 题，如多维悬垂性指标测试仪的研发等，将这些技术应用于悬垂性能预测与评价系统，用 于解决复杂程度不断提高的各种难题，是可行有效的。然而，关于此数据库系统的相关研 究，国内外都处于起步阶段，目前建立悬垂性能的预测与评价系统还存在如下难题。 ( 1 ) 评价指标体系难以确定。对悬垂性能的全面评价，要考虑静态悬垂性能、动态悬垂 性能和悬垂形态等多种因素，因此指标的选取和处理是一个比较困难的问题。 ( 2 ) 评价过程的智能化要求不断的提高，对评价结果的准确性和有效性要求越来越高。 ( 3 ) 评价问题不再是一个单独的问题，与决策者关心的其他问题( 如分析、预测和决策 等) 的关系愈加密切。 本课题的研究主要是基于人工智能与模糊数学的基础，借助计算机的软件工具，设计 开发一个b s 结构、具有一定通用性的智能预测和评价系统，既面向服装设计者，也面向 织物研究科研工作者，为他们提供一个方便、实用的悬垂性能智能预测与综合分析评价工 具。课题的研究具有以下三方面意义。 ( 1 ) 本课题着重研究织物多个基本组织结构参数以及反映经纬向差别的指标与悬垂性 l 第1 章绪论 能指标的关系，建立数据库。目前国内没有这方面的数据库，它的建立解决了科研工作者， 服装设计人员及工厂的实际需要。 ( 2 ) 根据典型织物的悬垂特性指标的测试数据，建立基于人工神经网络预测模型的自适 应系统，用人工智能的方法根据织物多个基本组织结构参数以及反映各种原料纱线经纬向 差别的指标和悬垂系数的数学模型方法，更加全面科学的揭示了纤维、纱线及织物的组织 结构与织物悬垂性能的关系，为纺织设计工作者提供参考依据。 ( 3 ) 引入基于模糊逻辑的聚类分析方法，对织物的悬垂性能优劣给出评定结果，使客观 评定的结果与主观评定取得很好的一致性，使得分等更具科学性。 1 2 国内外研究现状 织物悬垂性能的研究始于p e i r c e 提出的织物风格可以测量的思想。p e i r c e 在认识到织 物的硬挺性是影响织物悬垂的主要因素后，设计了测试织物悬垂的方法，同时提出了弯曲 长度、柔性刚度、弯曲模量等力学指标，并结合织物的厚度对织物的悬垂和手感进行了客 观评价。在p e i r c e 以后的许多学者，包括g r o s b e r g 、l i n d b e r g 、o l o f f s o n 、b e h r e 、d a h l b e r g 和s k e l t o n 等，都对织物的力学性能进行了更为深入的研究。进入到上个世纪五十年代， c u s i c k 和c h u e t a l 开发和设计了测试织物三维悬垂的标准测试方法和仪器，首次提出伞式 法测量织物悬垂，并给出了表征织物悬垂的重要指标：悬垂系数。k a w a b a t a 等人开发了 k e s f 测试系统【3 1 。 关于织物悬垂性能与织物组织结构参数之间关系的研究主要集中在运用灰色聚类理 论、神经网络分析、方差分析等数学手段对织物组织结构参数和织物悬垂性能的关系，不 同织物之间悬垂性能的差异以及织物悬垂性能的改善等诸多内容进行分析和统计，得到必 要的结论，并把悬垂性能理论应用于服装加工领域。 织物结构参数一般集中在织物经纬密度、平方米重、组织、厚度等；对不同织物之问 悬垂性能的分析一般集中在丝织物、棉织物、大豆蛋白纤维织物、麻织物、毛织物、化纤 织物等等。 成功的评价体系是建立在科学的评价指标基础上的，因此评价指标的选取显得尤为重 要。在国内，周监明、陈黎曦、黄文瑛、徐军、余序芬、郭永平、郭宇鹏等人对织物悬垂 性能也都进行了大量地研究，他们在各自的研究过程中都总结了一些相应的评价指标。如 郭永平用自制的伞式悬垂仪研究了织物的动态以及静态悬垂性，提出了对织物悬垂性能进 行描述的七个指标：悬垂系数( f ) 、各瓣平均张开角( 成。) 、各瓣悬垂的平均深度( 风m ) 、 北京服装学院硕士学位论文 各瓣纵向尺寸均匀程度( c k ) 以及各瓣宽度方向的均匀程度( c ) 、各瓣在圆周上分布的均 匀程度( c v o ) 和悬垂瓣数( 胛) 4 1 。 国内外现有的织物悬垂性能测试仪大都是以测量圆形试样大于圆形支撑平台部分静 止自然下垂所形成的投影面积大小来反映的，例如日本的y d 一1 0 0 型和国产y g 8 1 1 型织物 悬垂度测试仪。随着对织物动态悬垂性能研究的兴起，也随之出现了能够测试动念悬垂性 能的仪器，现阶段国内由山东省纺织科学研究所研制开发的织物动态悬垂风格仪既能实现 静态悬垂性能的测量，也能够通过使其织物托盘转动实现不同转速下动态悬垂性能参数的 测量。 1 3 课题研究的主要内容 本课题属于应用研究，研究方法是理论联系实际。在系统设计开发之前需要掌握悬垂 性能相关知识并进行详细具体的分析，同时获取相关数据，再联系实际系统需求，实现整 个数据库系统的设计与开发。 课题研究主要内容有以下几方面： 1 、实验数据的获取 悬垂性能的预测与评价两大功能实现需要大量数据支持，在此需选取不同材料的大量 织物，包括涤纶( 长、短丝) 、天然纤维( 棉) ，以及不同结构纤线样品，测试对织物悬垂性能 有影响的基本结构参数；测试各种品种织物( 不同组织、同种组织不同密度) 的悬垂性能相 关评价参数。 2 、织物悬垂性预测算法的研究与实现 需研究人工神经网络及预测学的基本原理以及b p 神经网络的应用与预测原理，根据 织物的组织结构参数能够实现其悬垂性能的非线性预测；根据测量所获取的实际数据，在 m a t l a b 环境下进行仿真研究，验证算法的可行性与正确性。 3 、织物悬垂性能评价算法的研究与实现 在此首先要建立合理的评价体系，如评价指标的合理选取、遵循客观评价与主观评价 统一的原则等等；客观评价的实现主要依据模糊数学中聚类算法的基本原理，根据课题需 要选取合适的聚类算法，实现悬垂性能参数的合理分类；根据测量所获取的实际数据，在 m a t l a b 环境下进行仿真研究，验证算法的可行性与正确性。 4 、基于b s 结构的悬垂性能预测与评价系统的设计、开发与应用 根据实际调查进行系统需求分析，确定系统主要功能模块；然后根据测试数据建立不 第1 章绪论 同试样纤维、纱线及织物结构参数与织物悬垂性能的后台数据库；前台界面采取w e b 方式 开发，建立一个能够实现预测与评价全自动化的系统。 课题研究预期成果：向用户提供悬垂性能预测与评价系统的全套软件系统。系统运行 结果可以直接作为对面料悬垂风格做出合理评价的参考依据，为服装设计者的设计决策与 纺织领域科研工作者的研究工作提供参考性指导。 拟采用技术路线：采用人工智能、模糊数学等方法，以w e b 2 0 技术为基础，采取b s 模式，使用m i c r o s o f t 的v i s u a ls t u d i o2 0 0 5t e a ms u i t e 集成开发环境工具，以s q ls e r v e r2 0 0 0 为系统后台数据库，建立一个悬垂性能的预测与评价系统，使其能够满足各个不同需要的 用户。 1 4 本文组织结构 本文在相关研究成果的基础上，讨论并建立起一个悬垂性能预测与评价系统。分别介 绍了应用于悬垂性能预测功能与评价功能方面的实现算法，详细说明了系统的设计与实现 过程，论文的具体章节安排如下。 第1 章绪论。本章概要说明了课题的研究背景、围绕背景阐述此课题研究的目的和 意义，结合国内外研究现状，分析悬垂性能预测方法与评价体系的发展动态，并对本课题 的主要研究内容进行初步论述。 第2 章系统的总体架构分析设计与后台数据库的建立。本章主要针对悬垂性能预测 与评价系统的需求情况进行分析，结合目前软件高级编程技术选择合适的系统架构，并根 据需求分析对整个系统进行功能模块设计，最后实现系统数据库的分析设计。 第3 章b p 算法在悬垂性能预测方面的应用研究。本章主要对悬垂性能参数非线性预 测的实现进行研究，包括预测相关理论的介绍、预测算法的选取、预测模型参数的确定以 及预测结果的详细分析等。 第4 章悬垂性能评价方法的研究与实现。本章主要对织物悬垂性能优劣评价方法进 行研究。包括评价体系的建立、评价方法的选取、评价过程的具体实现以及客观评价与主 观评价的对比分析等。 第5 章悬垂性能预测与评价系统的具体实现。本章主要从整个系统的具体实现过程 进行了详细论述，包括开发工具的确定、后台数据库的访问、系统功能模块的详细功能介 绍，并给出系统主要功能界面等。 第6 章总结与展望。本章总结了课题研究的工作内容及研究成果，并对悬垂性能预 测与评价系统未来的研究发展做出展望。 4 北京服装学院硕士学位论文 文章的最后部分列出了在课题研究过程中所引用的参考文献，并对提供各类资助、指 导和协助完成论文研究工作的单位及个人表示感谢。 第2 章系统的总体架构分析与后台数据库的建立 第2 章系统的总体构架分析与后台数据库的建立 随着计算机技术的飞速发展，纺织领域自动化技术的应用越来越广泛，而日前在国内 悬垂性能预测与评价功能的管理软件还没有广泛应用于服装领域。建立此系统的目的是开 发一套软件能够辅助服装设计者以及科研工作者对织物悬垂性能做出正确客观的评价。系 统的建立将大大简化织物悬垂性的预测与评价的工作程序，实现悬垂性能预测与评价工作 的程序化、自动化和智能化。服装设计者参照布料悬垂性能相关数据，从而辅助其完成设 计工作。此系统的开发投资较小同时能够结合成熟的w e b 开发技术，不论从经济可行性还 是技术可行性的角度分析，基于w e b 方式的悬垂性能预测与评价系统的建立的前提条件都 是能够得到保障的。 本章首先就该系统的需求情况进行分析，然后选择合适的系统架构，再针对需求分析 对整个系统进行功能模块设计，最后实现后台数据库的分析设计。 2 1 系统分析 需求分析是系统开发过程中非常重要的一步，需求分析就是描述系统的需求，通过定 义系统中关键域( 类) 来建立模型。分析的根本目的是在开发者和提出需求的人之问建立一 种理解和沟通机制。需求分析采用面向对象的方法来完成，主要明确系统要服务于哪些用 户，对这些用户提供哪些服务，因此织物悬垂性预测与评价系统的需求分析也应该是开发 人员和用户一起完成的。 2 1 1 系统需求分析 本系统主要面向服装设计工作者以及纺织专业科研工作者。目前悬垂性能评价方面数 据库系统的缺乏使得科研工作者对悬垂性能的评价工作不够完善且非常繁琐，如果能够根 据己知的织物规格参数获知织物的悬垂性能相关数据资料将大大简化测试工序，根据聚类 分析结果能够实现对悬垂性能的评价分析将使评价体系自动化，而此数据库系统的建立将 为纺织领域科研工作者提供一个全面系统的悬垂性能评价体系。对于服装工程设计而言， 不同悬垂风格的面料所能完成的工作相差是很大的，如丝绸做裙能够形成飘逸的美感视 觉，而硬挺的织物做成的衣物风格迥异。服装设计者如果能够提前获知布料的悬垂风格， 能够提前对此布料的悬垂性能的优劣以及适用范围有一个直观的认识，将对服装设计者提 供很大的决策辅助作用。 根据上述分析，本系统的服务对象主要是通过对悬垂性相关数据的处理来辅助完成一 些决策任务的人员。对于此用户，对系统的要求必须是简单且方便易用，用户不需要了解 6 北京服装学院硕士学位论文 复杂的算法和软件编程知识，只需要一般的计算机操作知识，通过帮助文档或者简单的操 作培训即可完成既定工作。 从系统的安全性方面考虑，本系统处理的样本数据都属于用户保密信息，系统必须保 证其在处理的过程中数据不被遗失、泄露和篡改。对于系统本身必须保证其对于病毒以及 其他非法侵入的防范措施，以免应用系统自身以及对操作系统造成破坏。 2 1 2 功能需求分析 系统建立目标是实现两大主要功能：一是通过织物已有的规格参数实现对悬垂性能参 数的非线性预测。织物的规格参数可以通过生产厂家直接提供是很容易获得的，而悬垂性 能参数指标表征织物悬垂风格，由多维指标组成且需要相关悬垂仪器对特定规格的面料进 行测量才能获得，预测模块主要通过现有经验数据的学习验证，简化悬垂性能参数的获取 过程，辅助完成评价环节。二是根据已知的多维悬垂性能参数客观上实现对悬垂性能优劣 的评价。面料悬垂性能参数的多维性以及评价体系的不健全性，服装设计者根据现有的悬 垂性能参数数据无法判断此布料悬垂风格的优劣，也无法获取此布料适用范围的详细信 息。评价模块主要通过比较分析，采用客观评价手段，建立智能、科学的悬垂性能优劣的 评价体系。 结合上述分析以及实际应用情况，综合考虑系统的易用性、易管理性以及功能完备性、 可移植性等多方面因素，根据悬垂性能预测与评价系统的发展现状，为满足工业发展与市 场需求确定系统需要具备以下功能。 ( 1 ) 能够根据已知的织物规格数据实现悬垂性数据参数的预测； ( 2 ) 实现对悬垂性数据的聚类分析，建立较完善的评价体系； ( 3 ) 对预测结果以及悬垂性能评价结果的页面支持打印报表的功能； ( 4 ) 要求系统具有良好的人机界面，降低系统软件对用户计算机操作水平的要求； ( 5 ) 系统的使用对象非单一，则要求系统具有较好的权限管理； ( 6 ) 方便的数据查询，支持自定义条件查询； ( 7 ) 使用垃圾信息处理机制释放空间； ( 8 ) 数据计算自动完成，尽量减少人工干预。 2 1 3 系统特点分析 结合系统需求分析、系统预期实现所涉及的相关技术以及系统的应用对象归纳本系统 具有以下特点。 ( 1 ) 目前，关于织物的悬垂性能预测与评价相关的数据库系统在国内外是不存在的，系 7 第2 章系统的总体架构分析与后台数据库的建立 统的建立解决了科研工作者，设计人员及工厂的实际需要。 ( 2 ) 系统的建立涉及到软件工程、数据库设计、服装纺织专业知识、人工智能和计算机 技术等多种知识和经验。当今的软件工程理论和数据库设计理论为课题研究提供了多种系 统开发的方法和手段。 ( 3 ) 系统采用b s 模式，为用户提供方便和快捷的w e b 服务。用户通过浏览器即可完成 悬垂性能预测和评价分析相关操作。 ( 4 ) 神经网络预测算法和模糊聚类分析算法为系统提供良好支持，根据系统运算所得数 据分析，可建立悬垂性能优劣的评价体系，能够与主观评价取得良好的一致性。 根据系统特点总结系统构建原则如下： ( 1 ) 系统力求面向基层生产，面向科研。 ( 2 ) 系统的实用性是关键，因此在保证系统的先进性的同时应考虑纺织工业的发展情况 和特点，以服务于服装设计工作者和纺织科研人员的实际需要。 ( 3 ) 以纺织领域专家提供的知识信息和经验为主导，纺织行业专家和计算机专业人员深 层次密切配合，共同开发。 ( 4 ) 功能算法的模拟仿真以及软件系统的研发，尽量采用先进技术，以使集成的软件系 统能体现计算机软件行业目前的最新成果和开发手段。 2 2 系统架构选择 综合比较三层b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构和c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构的特点和发展趋势， 结合系统的实际应用，在织物的悬垂性预测与评价系统中，采用了当前w r e b 应用主流技术 即“w e b 浏览器w r e b 服务器数据库系统”( b s 结构) 三层结构的网络结构。b s 结构将应 用功能分为用户表示层( 也称为w 曲层) 、功能层( 也称为业务逻辑层) 和数据层( 也称为数据 库服务层) 。w e b 浏览器为用户表示层，只负责为客户端提供交互介质和展示层( 即人机交 互界面) ，包括多媒体信息显示、表单( 面向系统) 及决策结果( 面向用户) 的提交等；w e b 服 务器为应用层，提供系统与应用逻辑有关的各种服务构件，也是系统运行的枢纽部分，该 系统主要的业务逻辑如预测功能和分析评价功能的实现就全部集中在w e b 服务器上。数据 库系统为数据层，只负责数据及信息的存储和访问，提供和管理各类数据库。 w e b 服务器响应用户发来的请求，执行某种业务任务，并对响应的数据进行处理和对 数据源层的访问与操作，用户不需要直接与数据库打交道。数据源层提供和管理大量的数 据。前两层实现页面结构和元素的定义，而把该页面的大量元素值即数据存放在数据库， 数据的复杂处理放在中间层，从而站点结构维护和数据更新成为两个相对独立的过程。这 8 北京服装学院硕士学位论文 种结构的最大好处就是把应用程序和计算逻辑全部移植到服务器端，客户端只保留界面统 一的浏览器，便于维护和减轻网络负担。采用三层架构，系统将极大的减少维护成本与人 力，大幅度的提高工作效率，同时此结构能保证系统的开放性和可扩充性，为将来对系统 进一步升级或进行修改提供便利。 上述各层在系统中各为一个程序集( n e t 术语，类似于一个动态链接库) ，通过定义它们 的依赖关系即可保证上层的生成不影响到下一层，而下层的重新编译可立即反映到上层中 去。系统体系结构如图l 所示。 数据层 图1 系统体系结构图 b s 结构技术【5 】实现过程为：以后台数据库为核心，在w e b 服务器端挂接服务器构件， 通过前台浏览器管理和运行。首先，浏览器向服务器发出h t t p 请求( 一般通过直接键入网 址或表单提交方法) ；然后，服务器在适当的条件下响应请求并产生相应动作，通常是利用 脚本采集并分析提交的数据，需要访问数据库时可利用a d o n e t 、r d s 等数据库访问技 术通过o d b c 访问后台数据库；最后生成标准的h t m l 语言后下载到客户浏览器端。整 个过程安排合理，结构严谨。系统可在分布于网络环境下的多计算机上运行。 2 3 系统功能结构 2 3 1u m l 系统建模 需求分析后，就可以对系统进行u m l 建模了。在此采用r a t i o n a lr o s e 作为分析和设 9 第2 章系统的总体架构分析与后台数据库的建立 计面向对象软件系统的可视化工具。根据需求分析可知，系统的用例包括：用户管理、样 本数据管理、悬垂性预测、悬垂性评价、辅助功能。在此采用系统用例图来表现整个系统 的功能，明确系统的范围和边界，并且给出系统的实现日标。由于系统管理员与普通用户 对系统操作权限不同，操作用例也有很大的差异，以下分别从不同角色用户的角度给出系 统的用例图。其中图2 为系统管理员用例图，图3 为普通用户用例图。 图2 系统管理员用例图 图3 普通用户用例图 l o 北京服装学院硕士学位论文 2 3 2 功能模块设计 根据系统需求分析结合b s 架构，可将系统分为五个功能模块，分别为用户管理模块、 数据管理模块、悬垂性能预测模块、悬垂性能评价模块、辅助功能模块。各个模块功能如 下。 用户管理模块：用户管理、权限管理、系统登陆等。 数据管理模块：样本上载、修改、查询、删除等。数据包括织物结构参数数据与悬垂 性能参数数据。 悬垂性能预测模块：训练样本的选择、输入输出指标的确定、训练模型参数的设定以 及预测实现。 悬垂性能评价模块：选样情况统计、评价指标的确定、聚类分析实现、聚类结果查询、 评价报告的打印等。 辅助功能模块：系统操作指导、服装专业知识介绍、页面实现功能介绍、管理员的联 系方式等。 依据各个模块的具体功能可得整个系统的功能模块图，如图4 所示。 第2 章系统的总体架构分析与后台数据库的建立 图4 系统的功能模块图 2 4 后台数据库系统的建立 悬垂性能预测与评价工作的完成，需要已测样本数据来辅助，如预测过程需要大量训 练样本集，评价体系的建立也是通过对前期数据的综合分析来实现的。同时预测模型参数 信息的存储以及预测结果、聚类分析结果的存储都需要数据库平台的支持。为了能够使系 统中的数据实现动态更新，方便用户浏览查询相关数据资料，因此数据存储的工作越发变 得重要。 2 4 1 数据库设计原则 数据库设计的好坏，直接影响到整个管理信息系统的性能，同时对数据库管理系统应 1 2 北京服装学院硕士学位论文 用的通用性、数据的统一管理以及安全等各个方面都会造成影响。因此在设计数据库的过 程中应该遵循以下原则 6 - 7 1 。 ( 1 ) 根据业务范围定表，基本表要求简明扼要，表间关联清晰，数据流合理，支持模块 化、参数化的设计思想： ( 2 ) 数据库设计严格按照需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计等四阶段程序进行； ( 3 ) 在需求分析阶段制定完整性约束的命名规范，尽量使用有意义的英文单词、缩写词 定义表名、列名，使其易于识别和记忆； ( 4 ) 在保证联机事务处理o l t p ( o n - l i n et r a n s a c t i o np r o c e s s i n g ) 效率的前提下，充分考虑 联机分析处理o l a p ( o n l i n e a n a l y s i sp r o c e s s i n g ) 的需要，以保证数据库设计的可扩充性； ( 5 ) 严格遵循数据库完整性设计原则，保证数据的正确性和相容性，尽量减少数据的冗 余度。 根据悬垂性相关数据资料的特点，遵从数据库建模理论，运用s q ls e r v e r2 0 0 0 建立织 物悬垂性能预测与评价系统数据库。 2 4 2 数据库需求分析 本系统后台数据库的建立主要是为了提供数据的存储功能，方便用户查询和更新数 据，合理的数据库结构设计可以提高数据存储的效率，保证数据的完整性、一致性和安全 性。以下分别从数据信息的存储、数据库的性能要求等几方面介绍数据库需求情况。 ( 1 ) 数据信息的存储。数据库存储的信息主要是在各个功能模块中需要保存或者功能算 法运行过程中需要存储的一些信息。如用户注册信息、织物规格信息、织物悬垂性能参数 信息、预测模型相关信息、聚类结果相关信息等等。 ( 2 ) 数据库管理系统( d b m s ) 功能强大、易操作。由于i in 厶界面与后台数据库的交互频 繁，要求数据库系统管理功能强大，可通过建立视图、索引、触发器、存储过程等方法辅 助完成对数据库的高效访问。系统的易操作性可保证数据库管理员对日志、数据库备份文 件等的管理。 ( 3 ) 优化数据查询。随着织物规格以及悬垂性能数据的动态增加，所涉及表的存储量将 越来越大，系统应采取相应措施优化查询，缩短检索时间。本系统将通过建立索引和存储 过程两种方法来实现高效查询。 ( 4 ) 保证数据安全性。本系统使用多个数据库角色来限制每个账户的权限，即对s q l 账户、w i n d o w s 账户或者组账户创建不同的数据库用户，根据系统中用户的权限对不同的 数据库用户分配相应的权限，以此来授予用户对数据库的登录访问权限，使得账户受到侵 1 3 第2 章系统的总体架构分析与后台数据库的建立 害时减少对系统的可能损害程度。 2 4 3e r 图分析 依据数据调查所得的数据字典，进行设计和规划实体，建立e r 图。由于本数据库包 含的信息比较多，限于篇幅，仅给出两个e r 图作为说明。图5 为指标单位实体的e r 图， 图6 为神经网络预测输入与输出关系e r 图。 纬纱密度 、， 一 f组织 图5 指标单位实体图 预炙鬈詈输 _ 预测入信息l “” 厚度 1 陌丽蕊 1 出信息 活泼率 图6 神经网络预测输入与输出关系 2 4 4 数据库逻辑与物理设计 建立好所有的e r 图后，经过优化得到最终的系统e r 图。在系统e r 图的基础 上，形成1 2 个基本表格，同时为了规范化数据表之问的关系，运用s q ls e r v e r2 0 0 0 中 的关系设计工具，设计了关系模块。 1 、数据表设计 经过仔细分析各个子模块对系统设计的功能要求，同时结合应用系统用户的需求，对 处理过程中各事务实体类型之问关系进行分析，确定了数据库中需要存储的主要数据信息 表如下。 ( 1 ) 系统用户信息表( u s e r i n f o ) ，用于存放织物悬垂性能预测与评价系统中所有参与人员 1 4 北京服装学院硕士学位论文 的信息，主要包括：用户编号、用户名、用户登录密码、用户权限、用户身份证号、用户 e m a i l 等信息。 ( 2 ) 指标单位信息表( s i g n u n i t ) ，用于存放织物规格指标以及悬垂性指标所对应符号以及 国际单位的信息。主要包括：符号编号、符号、符号具体名称、符号所对应的国际单位。 ( 3 ) 织物规格参数信息表( f a b r i c d a t a ) ，用于存放织物规格参数的信息，神经网络预测模 型的输入指标从此表中的字段选取。主要包括：样品编号、经纱特数、纬纱特数、经纱密 度、纬纱密度、组织、厚度、平方米克重、数据录入人员用户名。 ( 4 ) 预测模型训练样本信息表( b p l e a r n ) ，用于存放用于神经网络预测模型训练的样本信 息。主要包括：样品编号、经纱特数、纬纱特数、经纱密度、纬纱密度、组织、厚度、平 方米克重、静态悬垂系数、动态悬垂系数、静态波纹数、动态波纹数、活泼率、美感系数、 硬挺度系数。 ( 5 ) 预测模型参数信息表( w e i g h t ) ，主要存放训练成功后所保存的预测模型的权值信息。 主要字段为输入层权值信息、隐层权值信息。 ( 6 ) 预测模型输出信息表( m o d e l o u t p u t ) ，用于存放预测获得的悬垂性能参数结果。主要 包括：当前样品的样品编号、静态悬垂系数、动态悬垂系数、静态波纹数、动态波纹数、 活泼率、美感系数、硬挺度系数等信息。 ( 7 ) 织物悬垂性参数信息表( d r a p e d a t a ) ，用于存放表征织物悬垂性能的参数数据信息， 主要包括：样品编号、静态悬垂系数、动态悬垂系数、静态波纹数、动态波纹数、活泼率、 美感系数、硬挺度系数、静态悬垂图像、动态悬垂图像、所属类别编号、数据录入人员用 户名等信息。 ( 8 ) 悬垂性噪声数据信息表( d d r a p e n o i s y ) ，用于存放通过聚类算法分析后所得的悬垂性 噪声数据点的相关信息。主要包括的字段同d r a p e d a t a 表。 ( 9 ) 聚类中心表( c e n t e r ) ，用于存放聚类算法分析后所得的聚类中心信息。主要包括有： 所属类别编号、静态悬垂系数聚类中心、动态悬垂系数聚类中心、静态波纹数聚类中心、 动态波纹数聚类中心、活泼率聚类中心、美感系数聚类中心、硬挺度系数等信息聚类中心、 所属类别名称。 ( 1 0 ) 隶属度矩阵表( m a t d x u ) ，用于存放聚类分析后所得的隶属度矩阵信息，根据隶属 度值可判断当 j 样本所属类别。主要包括：样品编号、属于类别l ( 好) 的隶属度值、属于类 别2 ( 较好) 的隶属度值、属于类别3 ( 中) 的隶属度值、属于类别4 ( 较差) 的隶属度值、属于类 别5 ( 差) 的隶属度值、所属类别编号等信息。 第2 章系统的总体架构分析与后台数据库的建立 ( 11 ) 典型值矩阵表( m a t r i x t ) ，用于存放聚类分析后所得的典型值矩阵信息，根据典型值 可判断当前样本是否属于噪声数据。主要包括：当前样品的编号、属于类别1 ( 好) 的典型值、 属于类别2 ( 较好) 的典型值、属于类别3 ( 中) 的典型值、属于类别4 ( 较差) 的隶属度值、属于 类别5 ( 差) 的典型值、是否为噪声数据、所属类别编号等信息。 ( 1 2 ) 聚类结果分析表( r e s u l t ) ，用于存放聚类分析后所统计的不同类别所对应的悬垂性 参数的范围值以及适用场合。主要包括：类别编号、类别名称、静态悬垂系数范围、动态 悬垂系数范围、静态波纹数范围、动态波纹数范围、活泼率范围、美感系数聚类范围、硬 挺度系数范围、适用场合等信息。 系统的各个功能模块通过访问不同表中的存储字段，实现前台与后台数据库的交互。 系统的主要功能模块所涉及的数据库表信息如图7 所示。 织物悬垂性能预测与评价系统 用户管理模块il 数据管理模块li 悬垂性预测模块ll 悬垂性评价模块 织物il 织物 规格l| 悬垂 参数ll 性参 信息1i 数信 表i【息 翼蓁ji 雾雾i l 雾翼 絮, gl 衣l f 言表g骋降 模型li 悬垂il 叠= 输出l性参il = 笞 信息ll 数信lj 。! ? 表ii 息li 一 聚类 结果 分析 袁 图7 数据库系统功能表归纳图 2 、关系设计 所有关系模式的集合( 包括关系名、属性名、关键字、完整性约束和安全性要求) 称为关 系数据库模式1 8 ，它表示一个关系数据库的逻辑结构。织物悬垂性能预测与评价的数据库 系统主要完成数据存储以实现数据交互，相对业务逻辑并不复杂，但是涉及的数据表在不 同的模块中交叉使用，同一字段与多个数据表相关联，因此不同表之间不可避免的存在一 定的关联，构成关系模式。如表r e a u l t 中字段“类别编号”的变化将影响m a t r i x t 、m a t r i x u 、 d r a p e d a t a 等表中的相关联字