信息技术支持现代纺织科学研究创新 - 文章

信息技术支持现代纺织科学研究创新

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网络技术把世界纺织各层次资源与系统信息连成一体，而信息技术与纳米科技、生物技术、认知科学及先进材料技术、先进制造技术的会聚技术则孕育现代纺织及其科学研究新的大革新。

信息技术在纺织业的应用正支持着近代纺织历史上的第三次大革新，它是20世纪80年代以来计算器与自动控制等信息技术在纺织技术研究与设计、生产、管理、市场销售等方面的应用，而它与新材料、先进制造技术及纺织业其它变革等因素的综合作用正推动传统纺织步入现代纺织的新阶段。

网络化支持现代纺织及研究

网络化纺织是在网络经济条件下产生，并能得到广泛应用的现代纺织的一种标志，它是在因特网和企业内外网络环境下，企业组织和管理生产及经营过程的理论、方法与技术手段。

它以快速响应市场需求和提高企业或企业群竞争力为目标，通过采用先进的网络及其互联技术、纺织技术及其他相关技术，构建面向企业特定需求的基于网络的纺织系统，并在系统的支持下，突破空间地域对企业生产及其经营范围和方式的约束，开展覆盖纺织服装产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动，进而实现企业间的协同和社会资源的共享与继承。

网络互联结构与纺织企业信息化层次的对应

网络技术对网络化纺织的支持

目前，因特网、通信网、局域网、控制网络等各种网络技术全面发展，网络化纺织要求网络及其互联保证人及系统在任何地方、任何时间与任何对象作任何的信息传输、处理、监控与服务。

终端是指计算器系统，它包括无线手机、PDA等各种终端，也包括企业生产过程与生产机械的传感器（包括无线传感器）、启动器、驱动器、变送器、变换器、阀门与I/O部件，还包括纺织过程常用的变频器、PLC、纺织机械单机自动化等信息装置。

终端与装置的多样性要满足开放性要求，遵循公认的标准，具有互换性。控制网包括各种形式的现场总线控制网络、工业以太网等分布式控制网络。工业以太网是用Ethernet＋TCP/IP的以太网形式在工业上的应用，以太网易于与因特网连接，是目前应用最广泛的局域网技术，因而工业以太网具有广泛的应用前景。

网络接入与控制网络对应了企业信息化中的监控、优化等执行层，对生产过程生产线与生产机械群直接进行监控、调度、优化等。局域网主要是指起信息管理等作用的各种局域网，包括以太网、无线局域网等，对应企业信息化中的管理层，它包括ERP、OA及决策支持系统，集成质量管理、供应链管理、客户关系管理、电子商务，还包括面向市场的企业信用系统与制造执行系统的管理等。

（有线、无线）通信网包括各种形式的宽带通信网、智能网、移动通信网、卫星通信网等。它可以与终端、网络接入、控制网络按一定协议进行通信，传输各种信息。各种终端信息通过网络接入也可直接与因特网联系，使现代纺织充分利用因特网丰富的资源。

网络化纺织的作用和意义

敏捷纺织是“敏捷制造”概念在纺织业的应用，基本思想是将高素质的员工、动态灵活的虚拟组织机构或动态联盟、先进的柔性纺织技术进行全面集成，使企业能对持续变化、不确定性的市场需求作出快速反应，获得持续发展的经济与社会效益。提高企业的敏捷性是敏捷纺织的主要研究方向，开展企业间的协作和建立企业间的动态联盟是实现敏捷纺织的主要研究内容。

增强一个国家纺织业的竞争力与实力，需要不断地开发新的关键技术并产业化，不断有适应纺织新工艺、新材料的新技术装备的研发。这些关键技术与装备是技术密集型、知识密集型，体现了多学科技术的综合应用水平。

通过网络与国外企业开展设计、加工、供应、过程管理上的合作，可实现加工资源、信息资源的共享，适应参与国际竞争的需求；通过网络开拓市场、降低经营成本、缩短交货周期，适应纺织品尤其是服装定制化生产的需求，还可研制网上客户定制服务软件，让客户甚至个人客户通过网络直接参与产品设计过程，并对设计方案提出修改建议。

网络化纺织的研究内容

网络化纺织的关键技术包括：支撑技术（计算器与网络化技术等）；基础技术（标准化、产品建模、知识管理等）；工具技术（CAD/CEA/CAM/CAPP/CRM/ERP/MES/SCM/PDH等）；综合技术（产品全生命周期管理PLM、协同产品商务CPC、大批量定制MC、并行工程CE等）。

网络化纺织集成平台包括：网络软硬件支撑（操作系统、分布式数据库、网络系统等）；集成平台服务（通信服务、信息服务、平台管理服务、应用开发工具及其服务、分布应用互操作服务、平台入口服务等）；应用编程接口；分布式应用。

网络新技术在网络化纺织上的应用包括：无线网络（宽带无线通信、无线传感器等）；网络多媒体；下一代因特网；智能计算、网格计算。

智能信息处理与计算器仿真

智能信息处理与计算器仿真技术支持纺织技术由实验性研究发展为理论分析、实验、计算器仿真相结合的现代纺织科学研究。

面向应用的智能信息处理框架

现代纺织与其它科学技术的发展，要求处理大量复杂的不确定信息，而传统的信息处理与数学计算不能完全满足这些迅速出现的需求。人们通过应用发现，智能信息处理是能较好适应这种需求的一种信息处理理论与方法，它能用计算器与“机器”来直接解释与处理这些信息内容，对研究对象建模。

面向应用的智能信息处理方法框架

方法层是指一些智能信息处理方法或具有非确定性计算特徵的信息处理方法，其中许多信息处理方法是对生物系统、物理系统与现象或思维规律来进行某种简单抽象、归纳、推演形成的算法，可在计算器上实现使用。

有些智能信息处理方法可结合使用，以获得更好的应用效能。例如采用进化算法的神经网络、模糊神经计算，可优化神经计算，更适用不确定信息处理。综合层是智能信息处理或它与传统信息处理、数学计算结合面向某类应用的综合，其中图像、图形处理与设计、模式识别等技术在纺织品疵点与形态检测、色差检测、整纬测控、织物结构与服装CAD、三维不接触人体测量等系统的研究与开发上都有广泛应用。应用层则是各类具体应用，包括在纺织上的应用。

计算器仿真技术提供新方法

现代纺织研究与开发采用建模与计算器仿真，大致可归纳在分子、纤维、纤维制品等三个层次上。其中分子仿真层次的分子仿真研究是分子纺织理论重要研究方法，包括对纳米纤维、高分子纤维、纺织化学等方面中的分子仿真与设计，也包括采用Monte Carlo仿真、分子动力学仿真，从分子的微观性质推导及预测纤维材料及纺织品化学产品的微观、宏观性质。

采用计算器仿真首先要对研究与开发对象建立数学模型，通过对对象的机理分析、实验及机理分析与实验相结合等方法建立数学模型，在建立数学模型时，不仅可采用一般的数学方法，也可采用智能信息处理方法。

智能信息处理与计算器仿真技术的应用

智能信息处理与计算器仿真在纺织业中的应用、研究包括：对纤维材料及其制品的物理性能及其特性预测——估测热测热致共聚物的理论扬氏模量；根据高分子结构预测纤维材料性能，根据纤维材料性能要求进行高分子结构设计及其纤维材料的研制；了解和预测纤维特性及其影响纺织性能和纺织品质量的关系，根据纤维、纱线与织物结构参数预测织物性能；假捻变形加工过程中的纱线特性，预测纺织品的透气性等。

纺织图像的识别、分类与分析——识别纤维种类，识别纤网中的棉结和杂质，通过疵点大小、褪色、成形图像特徵进行质量分等；识别不同类型织疵，如粗节、棉结、断头、断纬与油污等；基于织物图像的识别与智能信息处理，预测纱线的不匀率，预测环锭纺纱与转杯纺纱的毛羽，估计磨损后地毯外观的变化，对褶皱的回复进行客观估计；通过捕捉花边图像进行在线花边检查；对线缝起皱进行客观评价，进行染疵的识别与分类。

纺织生产过程的在线监测与优化——设计棉纤维的最佳混配，求出以最好性价比纺出所需纱线的工艺条件，因而确定纤维在转杯或环锭纺纱机上的可纺性；仿真与优化从纤维到纱线的生产过程；了解机械设置与变形纱的最终特性之间的关系；设计所期望的与纱线质量相关的摩擦盘；针对布的品种和所缝套数进行分类，实时改变针的穿透力与缝纫参数。

针织的计算器仿真图像表达——仿真不同机号、线圈密度、编织结构、花型的针织物设计，可直接在计算器上进行花型设计；仿真所设计的针织物、机织物、印花织物、袜品和附件的设计及图像显示，包括皮革和织物制品以及手工工艺品选取不同色彩的效果；仿真任何组配提供正确的织物结构和尺寸效应；以三维形式实时显示针织服装设计。

会聚技术孕育大变革

NBIC技术会聚的基本概念

NBIC四个技术领域分别是：纳米科技（N）、生物技术（B）、信息技术（I）、认知科学（C，包括认知神经科学）。

NBICM

2001年12 月3~4日美国商务部技术管理局、国家科学技术基金会（NSF）、国家科学技术委员会纳米科技分会在华盛顿联合发起了一次有科学家和政府官员等各界顶级人物参加的圆桌会议，首次提出了“NBIC会聚技术”的概念，这四个领域的技术当前都在迅速发展，每一个领域都潜力巨大，而其中任何技术的两两会聚，三项会聚或者四项会聚都将产生难以估量的效能。

在四种技术中，纳米技术提供了一种发现和创造的尺度，在这一尺度下的很多研究和制造都产生了前所未有的成就和效果。而生物体，包括生物体基因是人类很长一段时期以来和今后研究开发的主体对象，也是探索最玄妙的神秘自然为人类所用的载体，而纳米尺度恰恰是很多生物反应和功能执行的量级，要系统化地对生物过程进行全面的研究和开发，必须在纳米尺度空间内实现。

信息科学与技术是信息采集、传播、存储、计算、处理、分析的得力工具，已经在经济、社会包括现代纺织发展中显示出巨大的影响，并开始在生物系统研究中显现其作用与巨大潜力。认知科学的研究集成在纳米尺度下，获得生命科学“秘密”，使人类实现自我了解和自我控制，把人的知识、智能以及技能提高到新的高度。这种“空间—对象—工具—目标”的研究路线也体现了四种技术会聚的可行性、互补性以及实现巨大成就、效果和意义的本质所在。

在许多实际研究中观察到，在纳米尺度下，这些研究领域边界比宏观尺度下更加模糊。会聚技术为未来发展提供了纳米科技、生物（生命科学）技术、信息技术、认知科学、先进材料、先进制造技术的会聚，包括纳米尺度下的会聚。

微电子MEMS与纳米MEMS

MEMS是在很小规模上建立了集成有微电子组件和微机械组件的系统。纳米MEMS是信息技术、纳米科技、先进材料技术与先进制造技术的会聚，利用MEMS能够感觉位置，控制每根纤维的运动与位置，获得可控性，可用在新的纺纱技术研究中，制出质量更好、强度更高的纱线或者非织布结构。在编织时，采用MEMS可以监测和控制每一根纬纱的断裂点，再减少纬纱的断裂，而且MEMS系统能辅助或者有可能修复断裂的纬纱。还可用MEMS使织物可自清洗、自修理、自粘合。

DNA计算器与传统电子计算器不同，是由生物DNA片段组成的。传统的计算器是将数据、信息转化0和1后再进行处理，而DNA计算器则是将数据和信息转化成碱基序列；传统的计算器依靠电信号来控制，而DNA计算器则是通过控制DNA分子间的生化等反应来完成运算。

以色列科学家用DNA制成了一种能诊断和治疗癌症的超微型生物计算器模型，这种DNA计算模型只有几个纳米大，可谓是纳米科技、生物技术与信息技术的会聚。它能觉察到癌细胞中信使核糖核酸（mRNA）的异常，在发现异常的信使RNA后，便释放出由DNA控制生成的抗癌药，抑制与肿瘤相关的基因表达。

这一项目首次研究了该计算装置输入输出的生物化，意味着能组成基于DNA计算器的生物分子网络，能够与活的生物系统相融合。因而，可将DNA计算器置于细胞与组织内。在很多情况下，这些组织呈纤维或纤维集形态，在生物细胞与组织工程中应用。这种在生物细胞与组织工程中的应用，不仅能起到纺织品在一般组织工程研究中的作用，还能诊断、控制、治疗癌症等疑难杂症，提高人的免疫能力，增强人体及感观对外界的突然变化，如事故、疾病的敏感能力。这使现代纺织应用完全深入到生物系统领域内。

现代纺织与近代纺织历史上的每次大革新都是由纺织业适应当时社会经济需要，并与先进科学技术的交叉融合所推动，网络化纺织使世界各层次纺织系统一体化，共享全球有关纺织资源，进而促进现代纺织更加广泛深入发展，现代纺织科学研究机构与企业应重视在网络化纺织中获益。

智能信息处理、计算器仿真技术以及传统信息处理、数学计算与现代纺织科学研究的结合，使纺织技术由主要是实验研究发展为理论分析、实验、计算器仿真相结合的现代科学研究。

现代纺织科学研究要重视当代先进科学研究发展趋势，领先开展这些科学研究成果的应用，NBIC与先进材料、先进制造技术的会聚有可能孕育现代纺织及其科学研究新的大革新。

本文作者是东华大学教授、博士生导师，现任教育部数字化纺织技术工程研究中心主任。
Professor Shao Shihuang is Director of Digitized Textile & Fashion Technology Engineering Center of National Education Ministry, Dong Hua University. (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/5/2005)


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