（机械设计及理论专业论文）服装面料实样库自动寻样系统设计.pdf

东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。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。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： j 期易声年弓月移日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校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 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密蟛 学位论文作者签名：易殇 日期：少户年弓月匆 艚狮虢讯基 吼衅乡月嗲日 服装面料实样库自动寻样系统设计 摘要 随着服装行业的持续发展，面料种类及数量越来越多，也越来越 特殊化，因此，对于容量日益庞大的面料实样库，传统的人工存取已 经无法满足人们对于高效的要求，但又由于面料材质及形状规格的特 殊性，决定了现有的自动化存取系统均难以应用于此。于是，为了满 足面料实样库对于自动存取系统的特殊要求，本文将对服装面料实样 库的自动寻样系统进行系统的研究和设计，此系统主要针对于类似于 服装面料呈现薄片状的柔性物料的库存管理。 论文首先在分析国内外自动存取系统的先进模式及其相关技术 的基础上，讨论面料实样库的特点以及物料管理现状，结合对公理化 设计理论及模块化设计理论的综合分析，提出一种崭新的薄型物料自 动存取系统管理模式，并分析在该模式下的服装面料样品管理的系统 硬件结构。 在以上研究的基础上，研究设计服装面料实样库自动存取系统的 硬件系统和控制系统。其中服装面料实样库自动存取系统的硬件系统 包括面料库的空间布局、面料柜的结构、和面料夹的造型等。通过服 装面料实样库自动寻样系统的控制系统，面料存取的自动化得以实 现。其中面料库控制系统的设计包括系统的功能设计、结构设计、基 于v i s u a lb a s i c 技术的前台控制平台设计以及基于a c c e s s 技术的后 台数据库的设计。 最后，针对本校服装学院承担的“2 1 1 ”三期工程项目中服装面 料实样库管理子项目的实际需求，开发出面料样例存储管理系统模型 一套，包括实样库管理系统软件。成功的应用于该服装面料库管理实 践中，使其面料管理实现自动化、规范化和信息化。通过该服装面料 实样库的应用，验证了该论文研究的面料库管理模式、硬件系统以及 软件系统支撑平台的可行性和优越性。 关键词：服装面料；自动寻样系统；面料柜；控制系统设计；检测装 置；空间利用率 f a b r i cs a m p l el i b r i a r ya u t o m a t i cs e a r c hs y s t e m d e s i g n a b s t r a c t w i t ht h eg a r m e n ti n d u s t r y sr a p i dd e v e l o p m e n t ，t h eg r o w i n go ff a b r i ct y p e sa n dq u a n t i t y ， c a p a c i t yr e q u i r e m e n to ff a b r i cs a m p l el i b r a r yi si n c r e a s i n g ，t h et r a d i t i o n a l l ym a n u a la c c e s sh a s b e e nu n a b l et om e e tp e o p l e sd e m a n d s t h ee x i s t i n ga u t o m a t i ca c c e s ss y s t e m sa r en o ts u i t a b l et t ob ea p p l i e dt ot h ef a b r i cm a t e r i a ls a m p l el i b r a r yb e c a u s eo ft h ef a b r i c s s h a p ei ss p e c i a l i no r d e r t om a k et h ef a b r i cs a m p l el i b r a r ym e e tt h es p e c i f i cr e q u i r e m e n t so f a u t o m a t i ca c c e s ss y s t e m ，a f a b r i cs a m p l el i b r a r ya u t o m a t i cs e a r c h i n gs y s t e mh a sb e e ns t u d i e da n dd e s i g n e d ，t h i ss y s t e mi s m a i n l ya i m e da ti n v e n t o r ym a n a g et h i nf l e x i b l em a t e r i a l sl i k es h e e to ff a b r i c f i r s t l y ，t h ef a b r i cs a m p l el i b r a r yf e a t u r e sa n dm a t e r i a l sm a n a g e m e n ts t a t u sw e r ed i s c u s s e d b a s e do nt h ea n a l y s i st h es y s t e mm o d e lo fd o m e s t i ca n df o r e i g na d v a n c e da u t o m a t i ca c c e s ss y s t e m a n di t sr e l a t e dt e c h n o l o g i e s ，an e wa u t o m a t e dr e t r i e v a ls y s t e mm a n a g e m e n tm o d ef o rt h et h i n m a t e r i a lw a sa d v a n c e e dw i t ht h et h e o r yw h i c hc o m b i n et h ea x i o m a t i cd e s i g nt h e o r y ( a d t ) w i t h t h em o d u l a r d e s i g n 。s e c o n d l y ，t h eh a r d w a r ea r c h i t e c t u r eo ff a b r i cs a m p l el i b r a r ym a n a g es y s t e m i nt h i sm o d ew a sa n a l y z e d t h eh a r d w a r es y s t e ma n di t sc o n t r o ls y s t e mo ft h ef a b r i cs a m p l el i b r a r ya u t o m a t i c a l l ya c c e s s s y s t e mb a s e do nt h ea b o v er e s e a r c hw a sd e s i g n e d ，w h i c hi n c l u d i n gf a b r i cl i b r a r ys p a c el a y o u t ， f a b r i cc a b i n e ts t r u c t u r e ，f a b r i cf o l d e rs h a p ea n ds oo n 。b yt h ef a b r i cs a m p l el i b r a r yc o n t r o ls y s t e m ， a u t o m a t i cf a b r i ca c c e s sc o u l db ea c h i e v e d t h ed e s i g no ff a b r i cl i b r a r yc o n t r o ls y s t e mi n c l u d e d s y s t e mf u n c t i o n a ld e s i g n ，s t r u c t u r a ld e s i g n ，c o n t r o lp l a t f o r mb a s e do nv i s u a lb a s i ca n d b a c k g r o u n dd a t a b a s ed e s i g nb a s e do nt h ea c c e s s f i n a l l y ，b a s e do nt h ea c t u a ln e e d so f t h e “2 11 3 r dp r o j e c tw h i c hw a si nc h a r g eo f b yt h e c l o t h i n gt e c h n o l o g yi n s t i t u t e ，am o d e lf a b r i cs a m p l el i b r a r ym a n a g e m e n ts y s t e mw a sd e v e l o p e d ， t h r o u g ht h ea p p l i c a t i o no fa u t o m a t i cf a b r i cs a m p l el i b r a r ym a n a g es y s t e m ，t h ef e a s i b i l i t ya n d s u p e r i o r i t yo ft h ef a b r i cs a m p l el i b r a r ym a n a g em o d e ，w a sv a l i d a t e d w a n gq i ( m a c h i n ed e s i g na n di t st h e o r y ) s u p e r v i s e db yp r o f s u nz h i - h o n g k e yw o r d s ：f a b r i c ；a u t o m a t i cs e a r c hs y s t e m ；f a b r i cc a b i n e t ；c o n t r o ls y s t e md e s i g n 、 目录 摘要2 第一章绪论1 1 1 研究背景l 1 2 本课题的意义l 1 _ 3 寻样系统的发展、分类与应用2 i 3 i 寻样系统的发裂2 1 3 2 寻样系统的分类3 1 3 。3 寻样系统的应用5 1 4 本课题的主要研究内容8 1 5 小结8 第二章系统结构设计1 0 2 1 引言一1 0 2 2 设计原理研究1 0 2 2 j 模珙兜掰玑管怨及真纪氘d 2 2 ，2 公理化设i l 理论原则及其优点1l 2 2 3 结合公理化设毒f 及模块化设；卜理论的设讨思路发原理1 2 2 3 系统结构的基本要求和功能1 4 2 4 系统总体组成结构设计1 5 2 5 各子系统设计1 9 2 5 j 面抖编刃于莠纺9 2 j 2 久扔交互乎台子莠纺1 9 2 5 3 通讯控翩子系统，1 9 2 5 ，4 孝鸯趱亏z 莠豸参9 2 5 5 握力i 攒擎子秦绕：2 d 2 6 小结2 0 第三章面料库空问布局分析2 1 3 1 引苦2 l 3 2 放身j 型2 2 3 3 多米诺型2 2 3 4 包闭犁2 3 3 5 小结2 4 第四章面料柜承载能力建模分析2 5 4 1 ：；li ；，：1 5 4 2 面料柜设计2 5 4 3 面料柜的三维模型建立2 6 4 4 面料柜承载能力计算。2 7 4 5 ，j 、结3 1 第五章控制系统研究与设计。3 2 5 1 引言一3 2 5 2 控制系统分析3 2 5 2 挖制莠纺功膨3 3 5 2 2 蔓奎磋钮黝j r 形 耀3 3 5 3 控制芯片选择及i 0 口配置3 6 5 3 j8 9 c 5 1 歹产绍一3 6 5 3 28 9 c 5 1 罗( 嬲功能觥3 9 5 3 37 4 l s l 3 8 分绍4 0 5 3 4 肋臼船4 ， 5 4 控制系统硬件结构4 3 j 4 ，班示囊争幺筝巧匿豸堇耀，4 3 5 4 2 乒以蒯班元，4 3 5 4 4 据示擎告摸坎纠 5 5 控制电路设计4 4 5 6 控制程序框图4 7 5 6 j l 主控钠单片机内部程守框图j4 7 5 6 2 层捌班爿视力彩程得煳铭 5 7 人机交互界面4 9 j 7 ，去夯面锣 5 厂2 后台黼缮笱兹矛5 d 5 7 3 搓确缪廊臻詹j ! 防5 1 5 8 小结5 2 第六章面料夹设计一5 3 6 1 面料夹的作用5 3 6 2 面料夹设计原理5 4 6 3 面料夹的设计5 4 第七章总结与展望5 7 7 1 全文总结， 7 2 展望 ，5 7 5 7 参考文献5 9 在校期间发表的学术论文- 6 2 致谢6 3 1 1 研究背景 第一章绪论 在服装行业，随着人们生活水平的提高，对服装面料，日用纺织品性能越来 越多样化，也越来越特殊化。在纺织技术，服装技术和加工技术的支撑下，服装 面料的种类和数量迅速膨胀，服装企业或纺织品加工企业面料实样库所包含的面 料实样数量少则2 0 0 0 3 0 0 0 例，多则近1 0 0 0 0 例，并且该数量还将随着技术发展 而不断增长。显然，在如此众多的面料实样库中，传统的人工寻样、取样和放样 不仅工作量较大，而且效率较低，因此，建设服装面料实样库自动寻样系统对降 低工作人员的劳动强度，提高取样效率和准确性具有重要作用。 现在已有的相关计算机信息检索的系统中，主要存在如下一些缺陷：1 ) 出 库时费时费事，每个文件出库之前都必须按照库号、柜号、层号等特征信息逐一 查询，需要消耗大量劳动力才能找到自己需要的文件；2 ) 入库时不能随即存放， 必须按照文件的各项特性分门别类地存放到指定的位置，也很费时费事；3 ) 可 靠性低，尽管有些系统提供了软件查询库位的功能，操作人员仍然需要记住查询 到的库位后，再依次查询所需位置才能进行存取，这样增加了操作过程中的不可 靠性；4 ) 入库出库的信息改变转换复杂，需要操作人员在每次入库之前进行信 息录入，出库前要消除此文件信息，使用效率低下；5 ) 空间利用率低，文件必 须按类别存放在规定的类别架中。 1 2 本课题的意义 对于类似服装面料的薄型物料，鉴于其的尺寸规格特点，若仍采用现在已 有的寻样系统进行存储则很大程度上降低了库内空间利用率，且很难实现其的自 动存取。 设计一种崭新的服装面料库管理模式，并研究与其配套的面料库管理软件， 使得在面料库管理的过程中能够省时省力：易于操作，所有面料出库时不再需要按 照库号，柜号，层号等特征信息逐一查询，只要操作人员通知中心电脑该面料的 1 其中任何一项属性，系统便能搜索到所有符合要求的面料及其相关信息，以此节 省劳动力。入库时也可随机存放，系统均能检测并记录面料所随机存放的位置， 无需再按照面料的各项特性分门别类地存放到指定的位置。有较高的可靠性，且 操作人员在发送提取指令之后，系统找出该面料所处的具体位置后，操作人员无 需记住该库位，系统能够自动提示操作人员去哪个位置进行操作。整个入库出库 过程的状态信息转换实现全自动，无需在每次入库之前进行信息录入，出库前消 除信息。同时本系统还需尽量提高服装面料库的空间利用率。这便是本课题的意 义。 1 1 3 寻样系统的发展、分类与应用 1 3 。1 寻样系统的发展 随着普适计算研究的不断深入和发展，以及更多的应用需要知道目标的位置 信息，基于位置的服务( l o c a t i o n b a s e ds e r v i c e s ) 受到了越来越多的关注【l j 。近些年 来，有许多大学和研究机构对自动定位技术进行了研究，这些技术主要可以分为 三种：三角定位法，场景分析法以及近似法。目前比较常用的定位服务主要有全 球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，g p s ) 和蜂窝无线定位两种，这两种定位方 法精度不高( 误差为米数量级) ，并且在室内环境中，由于电磁波屏蔽，这两种方 法无法满足用户的室内定位需求【2 1 。而基于无线网络、红外线、超声波以及r f i d 等技术的方法正快速发展起来，并成为室内定位的主要研究方向。目前，国内外 开发出了一些室内定位系统的雏形，如a c t i v eb a d g e 、r a d a r 以及a c t i v eb a t 等。 o l i v e t t i 实验室的a c t i v eb a d g e 系统采用红外线技术实现室内定位，直线视距和传 输距离较短这两大主要缺点，使得它在室内定位中的效果较差。r a d a r 采用准 的8 0 2 11 网络，该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易于安装、 需要很少基站，能采用相同的底层无线网络结构，但系统总精度不高。a c t i v eb a t 是采用超声波定位的典型例子，它采用超声波时延信号进行定位，其整体定位精 度较高，但需要大量的底层硬件设施投资，成本太高。除了以上几种定位方法之 外，还有基于r f i d 及u w b 等技术的定位方法。r f i d 定位是一种基于信号强度的 定位技术，它使用接收到的信号强度指示( r e c e i v e ds i g n a ls t r e n 酵hi n d i c a t o r ，r s s l ) 来确定待定位物体的位置。理论上，接收器得到的r s s i 值可以用各种不同的传 播模型所描述的形式获得，是一个接收器和发射器之间距7 葛的函数。不同的定位 技术各有不同的优缺点，但是r f i d 由于具有其独特的非接触性，以及非视性( 不 用在可视范围内) ，这使得它在室内定位中占有优势口】。 2 1 3 2 寻样系统的分类 1 分门别类存储查询： 分区分类规划是指按照库存物品的性质划分出类别，根据各类物品存储量的 计划任务，结合各种库房、货场、起重运输设备的具体条件，确定出各库房和货 场的分类存储方案。 分区分类规划的基本原则是：存放在同一货区的物品必须具有互容性；保管 条件不同的物品不应混存；作业手段不同的物品不应混存；灭火措施不同的物品 决不能混存。 该存储管理模式是指，将所有的物料根据几个主要的特性分成若干大类，每 大类里面再根据此类中的主要特性分出若干小类，同时将库内所有物料按照不同 的分类排上序号，并将所有的存储单元编上位置编号和类别，之后将所有的物料 存放在对应类别的存储单元。 分区分类规划的方法： ( 1 ) 按库存物品理化性质不同进行规划 ( 2 ) 按库存物品的使用方向或按货主不同进行规划 ( 3 ) 混合货位规划 2 无线射频识别技术： 也就是射频识别技术( r f i d ，即r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 是利用射频 方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别目的的自动识别技术。一套完整 的r f i d 系统是由阅读器( r e a d e r ) ，应答器及应用软件系统三个部分组成【4 l 。其 工作过程是阅读器发射特定频率的无线电波能量给应答器，用以驱动应答器便依 序接受解读数据，然后送给应用程序做相应的处理。应答器则附着在样品存放装 置上，从而此方案则无须经过庞大的数据库便可以直接与应答器通讯，查找出样 品的相关信息，但是由于射频识别目前在国内应用的少，成本较高，还存在不少 的技术瓶颈，标准的不确定性，技术的不稳定性以及其隐私保护等都有待加强【5 】。 3 利用特殊元件识别： 电磁铁： 用电磁铁作为执行机构的瞬间动力来源，电磁铁是一种电器，它被广泛应用 于机床，起重机等大型机电设备中。电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保 3 持某种机械零件，工件于固定位置的一种电器。衔铁的动作可使其他机械装置发 生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随之消失，衔铁或其他零件即被释放。电 磁铁可分为线圈，铁心及衔铁3 部分。而电磁铁又可分为交流电磁铁和直流电磁 铁，二者的应用区别为： 交流电磁铁。阀用交流电磁铁的使用电压一般为交流2 2 0 v ，电气线路配置 简单。交流电磁铁启动力较大，换向时间短。但换向冲击大，工作时温升高( 外 壳设有散热筋) ；当阀芯卡住时，电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，所以 切换频率不许超过3 0 次m i n ，寿命较短。 直流电磁铁。直流电磁铁一般使用2 4 v 直流电压，因此需要专用直流电源。 其优点是不会因铁芯卡住而烧坏( 其圆筒形外壳上没有散热筋) ，体积小，工作可 靠，允许切换频率为1 2 0 次r a i n ，换向冲击小，使用寿命较长。但启动力比交 流电磁铁小【6 】o 根据工作环境的电压一般为2 2 0 v 标准电压，所以我们采用交流电磁铁。 电磁铁通断电的控制以及电脑与电磁铁之间的通信过程可以通过单片机或 者可编程控制器来实现，而我们知道p l c 更注重于工业应用，对于防干扰、设备 接口、联网、模块化都有完善的技术支撑，使用更简单，成本高。而单片机技术 含量高，使用灵活但是工作量很大的，对于抗干扰、模块化要求低，成本低廉， 应用广泛。特别适合于开发消费电子、商业应用的电子、玩具、家电等等7 1 。 光断续器： 光传感器有下列特点：不受电磁干扰、光不是噪声源、本质安全、可实现非 接触测量、可做成二元传感器、高灵敏度、高精度、高速度、高密度、远距离多 重测量、重量轻、价格低等8 1 。 以上特点都是由于光是短波长的电磁波带来的。根据波动原理，光可以产生 干涉、衍射、偏振、反射、折射等现象，这些都可作为光传感器的基本原理而加 以利用例。利用光的干涉、分光现象，可实现高精度、高灵敏度测量利用光的聚光 性及二维并列信号处理能力，达到高速度、高密度测量而利用光的直进性、折射、 反射和遮光等现象，可实现专用化、低成本化。 而样例编码子系统和提示报警子系统则需要能检测出每个小存储单元是否 为空，在此我们采用光断续器来实现。它的构造是用光敏器件和红外光源的组合 成复合器件，如下图所示。 4 扭黔麴 二 蔓管 光终 l 蕈体 ， 光裁三拔霄 图1 光断续器构造 把一个红外发光二极管和一个光敏三极管，分别封在两个底部相连的暗匣 中，彼此相向排列，两个暗匣的对向面各有一个光缝，从发光二极管发出的红外 光通过光缝被光敏三极管接收。在两个光缝之间如果有物体存在，则光路被遮住， 如果没有物体存在，则光路就畅通。因此利用光路的被遮或畅通，使光断续器的 基本构造，在白控装置中作光电开关1 0 】。 在本课题中需要完成电脑与电磁铁和光断续器之间的通信，由于小存储单元 过多，如果我们采取有线网络必将需要复杂庞大的线路系统，不利于控制系统的 研究，因此我们初步决定采用最近发展起来的一种短距离无线通信技术，功耗低， 被业界认为是最有可能应用在工控场合的无线方式。 1 , 3 3 寻样系统的应用 ( 1 ) a s r s 在北美图书馆的应用 此a s r s 依赖于射频识别技术，主要硬件包括三部分：金属箱，框架阵列， 机械手( 迷你型遥控水压升降机) 1 1 o 可以说，a s r s 是这样的一个自动存取系 统：大量的图书或其他资料存放在各种规格的不锈钢金属箱，众多的金属箱放置 在仓库大型的框架阵列中，阵列之间的每条通道配置台机械手，通过机械手水 平或垂直的迅速移动，在一分钟之内完成资料箱的提取或回放【1 2 1 。 待存储的每一册资料必须有完整的编目数据并贴上射频识别智能光标，资料 放进金属箱之前必须扫描进入数掘库管理。读者可以通过在线公共书目( o p a c ) 查询并申请提取，机械手接到指令口依据光标定位，抽出指定资料所在的金属箱， 传输到借阅服务台，再由工作人员从金属箱中取出指定的图书，扫描更新数据库 后，借读者借阅。机械手的定位是依据智能光标的，因此，资料归还时原则上可 以放进任意一个有空位的金属箱罩，当然，也可以按一定的顺序，例如丛书，多 卷书或同一种期刊放在一起。 5 a s r s 的优点有：一是机械人存取快速，一分钟即可完成金属箱的提取或回 访；二是存放灵活，因采用智能光标定位，资料可以存放在任何一个金属箱里； 三是空间利用最大化，可以达到标准书架的1 0 倍之多，达到超大容量；四是可 以扩容，框架阵列以通道分开，相对独立；五是抗震，最有效地保护图书；六是 替代在异地建造书库，为校园师生提供更方便快捷的服务 1 3 1 。 ( 2 ) 圆盘类零件自动存取系统的设计 针对小型圆盘类零件直径大小不一的特点，为把需要分存的零件全部放置到 料仓中，采用了固定式的四杆料仓。四杆料仓固定在转动的底盘上，转动底盘上 分布着和分类零件尺寸相同的圆孔。当四杆料仓随底盘转动时，四感料仓中的零 件会随着转动底盘的转动，一个一个把圆盘类零件传送到与底盘上尺寸相应的圆 孔中，圆盘类零件就会从底盘圆孔中分出。以1 0 “1 6 m m 圆盘类零件为例，其自 动存取系统的分类机构设计如下图所示： 1 f i e ii 1 固定武网杆科仓；2 一转盘；3 底鹰 图2 圆盘类零件自动分类机构 底盘圆孔分类零件后，从各自的滑槽中分出，进入滑槽下方的出料槽，在出 料槽上设置了零件自动存取的机械手。自动存取机械手设计为可做水平直线往复 运动的曲柄滑块装置。以1 0 “1 6 m m 圆盘类零件为例，自动存取曲柄滑块式机械 手设计如下图所示： 6 l 一曲嘏；2 一连扦；3 一出料槽；4 一峭块；蝴取装置； 6 滑块；卜零件；8 _ 一机槭筝 图3 自动存取机械手结构 此机构基本能实现圆盘类零件的自动存取1 4 】。 ( 3 ) 邮件自动存取系统 该套系统布置见下图所示，是根据该局包裹库房现有的条件( 库房长宽高空 间为：1 5m x l l 2 2m x 3m ) 设计的。主要由货架1 ，垂直旋转货柜5 ，取包 机1 0 ，悬挂运输车3 ，上包位出包位或出入包升降机，机动辊道和计算机控制 与管理系统等组成。共设a ，b ，c 3 个巷道，一条空中运输系统( d 库区) ，人 工存取包工作区( e 库区) ，可存放近1 0 0 0 个不同尺寸，重量的邮件。 1 一e 库存货格；2 一空中轨道j3 一悬挂运输车； 4 一入包升降机； 5 一垂直旋转货柜；6 一入包位j7 出包升降机；8 入包位； 9 一货架j1 0 一取包机j1 1 入包位j1 2 一机动辊道j1 3 一出包位 图4 邮件自动存取系统布置简图 7 包裹到达后，进行统一编码，即贴上邮件流水号条码，根据邮件的尺寸，重 量将包裹分送到a ，b ，c 巷道数个人包位上或d 库区人包升降机上，用条码扫 描仪或键盘输入包裹流水号及包位编码，计算机根据库存的情况自动分配包裹在 货架垂直旋转货柜上的位置。取包机悬挂运输车自动将邮件送至指定货位，并 将作业完成信息送为管理计算机，完成入库作业。e 库区是由货格组成，每个货 格配有条形码和指示灯，入包作业时，由计算机自动分配货格位置并由指示灯明 示。工作人员将包裹随机放入指示灯明示的位置，然后使用扫描器分别扫描包裹 上的流水号条形码和货格位条形码，作业完成信息送给管理计算机，完成入格作 、l p 。 前台工作人员使用键盘或扫描仪输入包裹单流水号后，取包机悬挂运输车 接到取包指令后，将指定的包裹从货架垂直旋转货柜上取出，并送至机动辊道 上运至前台。如果包裹存放在e 库区，则对应货格的指示灯闪亮，由工作人员将 包裹取出，放入机动辊道上运至前台。根据包裹的类别打印相应的票据，完成一 次出库作业15 1 。 1 4 本课题的主要研究内容 本课题主要涉及的研究内容包括：公理化设计理论与模块化设计理论结合指 导设计的理论研究，服装面料实样库自动寻样系统结构设计，服装面料实样库自 动寻样系统管理软件等。 本课题针对现有的面料仓储系统管理繁复、劳动力消耗大、空间利用率低 下、尤其是存取效率低等缺陷或不足等缺点，开发研究了提高效率的自动寻料系 统以及随机存放功能。 参数要求：库房总周长为5 m 左右，高度小于2 m ( 便于操作人员直接存取) ， 需容纳大于6 0 0 0 匹面料，并实现面料的随机存取，以及按照用户要求自动寻样 并提示。 1 5 小结 本章介绍了几类已有的自动存取系统，并分别总结其各自的特点，并分析了 对于类似服装面料的薄型物料，鉴于其的尺寸规格特点，不能再采用已有的寻样 8 系统进行存储，会很大程度上降低了库内空间利用率，且很难实现其的自动存取。 于是便确定了本课题的主要研究内容和方向。 9 第二章系统结构设计 2 1 引言 通过分析公理化设计理论及模块化设计理论的优点及缺陷后，发现若将二者 合理地结合起来运用到设计中，则可以互补且达到很好的效果，使系统设计过程 变得有理有据，为结构复杂，适应性要求高的系统开发指明了条清晰的设计思路 2 2 设计原理研究 在设计学领域，模块化设计理论( m o d u l a r i z a t i o n ) 与公理化设计理论( a x i o m d e s i g nt h e o r y ，a d t ) 均得到广泛的研究和应用。公理化设计理论是美国麻省理工 学院( m i t ) s u hnp 教授于1 9 9 0 年提出的【1 6 1 它侧重于理论框架的建立，对于 具体实现和解决问题的方法则相对涉及较少；是指导设计过程的公理、定理和推 论，更多被用来进行决策和判断什么样的设计方案是一个好方案，但对于如何具 体改进方案则相对较少研究，从而导致实际应用于指导设计时不如预想的顺利， 甚至遇到不少障碍。例如，依照公理化设计理论中的独立公理，要求某个具体的 设计参数可以被调整满足其对应的功能要求而不影响其他的功能要求。理想的设 计应该是功能要求和设计参数间存在严格的一对应关系f 1 引，即非耦合设计比耦 合设计更好。而模块化设计则是在对一定范围内的不同功能或相同功能、不同性 能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通 过模块的选择和组合构成顾客定制的不同产品，以满足市场的需求。模块化设计 提出了一种将部件或者子系统整合成一个“独立”且“总括”的个体的方法。 因此，本文研究模块化设计是否违背了公理化理论中的独立性公理，以及公 理化设计方法与模块化设计方法之间的关系，并研究将二者取长补短，整合成一 个更有力的设计工具的可行性。 2 2 1 模块化设计思想及其优点 模块是指半自律性的子系统，经过和其他同样的子系统按照一定的规则相互 联系而构成的更加复杂的系统或过程 1 8 1 模块化设计是运用系统工程的原理，以 功能分析为基础，将复杂的工程产品分解成层次合理、相对简单、系列化、标准 0 化的单元模块，通过功能、用途不同的各模块互联结合实现基型产品和变型产品 其设计的核心思想是以少变的系统构思应付多变的需求，以内部的标准化应付外 部的个性化和多样化，通过可重用的模块组合得到尽可能多的品种，最大限度地 满足不同用户的需求，同时，也能有效支持设计的创新突破 模块化设计的优点是：提高系统设计的可靠性，缩短设计周期，降低了制造 成本，便于设备的调试和维修，提高系统的抗干扰性1 9 】 2 2 2 公理化设计理论原则及其优点 公理化设计理论中产品的设计过程是一个自顶向下的过程，顶层概念设计形 成的框架必须经过逐层曲折分解直至设计细节。 公理化设计通过相邻两个设计域间的“之”字形映射进行产品设计，并在映 射过程中利用设计公理判断设计的合理性和最优化。与其他设计理论相比，公理 化设计不单纯是在某一个设计域中完成自身的设计，它是在相邻的两个设计域之 f 刚白上而下地进行映射和变换，充分考虑两者之间的相互关系，整个映射过程形 象地描述为之”字形映射。 ( 1 ) 域：域是公理设计中最基本和最重要的概念，贯穿于整个设计过程。 公理设计理论认为，设计问题巨j4 个域组成，分别为：用户域( c u s t o m e r d o m a i n ) 、功能域( f u n c t i o n a ld o m a i n ) 、结构域( p h y s i c a lo o m a i n ) 币1 过程域 ( p r o c e s sd o m a i n ) 。每个域中都对应各自的元素，即用户需求( c n s ) 、功能要求 ( f r s ) 、设计参数( d p s ) 署h 过程变量( p v s ) 。 功能域 广品足义阶段 严品设计阶段过程设计阶段 图5 公理设计中的4 个域 域的结构如图5 所示。所谓的设计，就是求出这4 个域之问的映射关系2 1 1 。 ( 2 ) 公理化设计理论中的公理：在分解和映射的过程中，要做出正确的决策 必须遵循两个基本公理，即独立性公理和信息公理。独立性公理的基本内涵是保 持各功能要求之间的独立性。 11 吕丝ln吕丝 蝴一且 f r s 与d p s 之间的映射可以用式( 1 ) 表示： f r s ) = 【a 】 d p s ( 1 ) 其中： f r s ) 为功能要求集j d p s ) 为设计参数集j【a 】为具有产品设计特征的设 计矩阵。 图6 所示为设计矩阵的3 种形式：无耦合设计、准耦合设计和耦合设计。当几个 功能要求都必须得到满足时，必须改进设计以便创建一个对角或三角的设计矩 阵。 、 ；x00 ix00 ； xxx ； 0x0 l 0 ；i xxx 。0 ox l jl xx j ( a 无耦合设计( b ) 准耦合设计( c ) 耦合设计 x j o 强影响； 0 为马5 ；影响 图6 设计矩阵的3 种形式 公理化设计理论为设计活动构造了一个完整的实用性框架，其独立公理和信 息公理为设计的优劣以及方案的选择提供了有效的判断标准，使设计师摆脱传统 试错式方法的耗时、过程反复的缺陷，提高了效率。设计矩阵等表示系统体系结 构的工具为后续方案优化、项目管理提供了方便，可得到最优的时序安排和有效 的资源配置，并可用于回溯设计、分析存在的问题或用于未来改进，同时结合信 息公理选择最佳设计来获得较低的技术和商业风险【2 引。公理设计理论清晰地给出 了设计的原则、设计过程和设计方法，为设计方法的集成提供了一个框架【2 4 | 。 2 2 3 结合公理化设计及模块化设计理论的设计思路及原理 两种设计理论从各自角度研究解决设计中各种问题的进程，由于侧重点 不同而具有各自优势。公理化设计理论的独立性公理要求，单一功能需求由单一 设计参数来保证，不受其他设计参数的影响，而且功能需求要尽量集中，减少 功能需求数量，从而降低产品信息含量以满足信息公理。但设计参数的调整是否 会对某项功能需求产生影响，则需要依赖特定的物理、化学等科学技术知识。当 一个设计系统涉及多项功能需求和设计参数时，需要大量的时间和成本刊能获 取足够的数据来计算系统信息量，这使信息公理的应用变得难以实现口5 i 。而模块 化设计理论正好能够弥补系统的多项功能要求和设计参数的需要。 模块化设计呈现为横向系列的设计，对于系统高层功能要求的设计实现主要 凭经验指导，其主要作用为针对底层设计参数而得出适用性强的各种模块。如果 1 2 能突破横向系列模块化设计，发展到纵横全系列模块化设计，模块化设计方法就 形成了“片”状，其优越性就会体现出来【2 6 1 。而公理化设计理论则更适用于纵 向整体系统设计，使整个系统由上至下，由整体到局部都有据可依，从而指导设 计者做出肯定且正确的决策，不再盲目地凭借个人经验进行设计。但是，公理化 设计不能很好地描述同一域( 如物理域) 中各设计因素之间的相互关系，也不能 支持设计者的经验性设计行为【27 | ，适应性不强。 因此，综合两种方法并取长补短，进行延伸和扩展，无疑是加快设计学发展 的一条有效途径。 若不考虑模块化设计及公理化设计的特性，它们可以有3 种结合方式指导产 品的设计：( 1 ) 单独运用两种理论指导产品的设计，各自得出相应结果后，对 两个结果进行比较分析，总结出较完善的设计结构；( 2 ) 先利用模块化设计理 论指导产品设计，再由公理化设计理论指导进行改善；( 3 ) 先利用公理化设计 理论对产品进行设计，再由模块化设计理论指导进行改善。 以上3 种结合方式有各自的优点和不足，如采用方式( 1 ) ，则模块化设计 和公理化设