雙面提花圓機(jī)花型準(zhǔn)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

胡旭東， 揭由君， 彭來湖

(浙江理工大學(xué) 浙江省現(xiàn)代紡織裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 杭州 浙江 310018)

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雙面提花圓機(jī)花型準(zhǔn)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

胡旭東， 揭由君， 彭來湖

(浙江理工大學(xué) 浙江省現(xiàn)代紡織裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 杭州 浙江 310018)

為解決使用花型準(zhǔn)備系統(tǒng)時(shí)繪圖效率低，鏈條動作輸入步驟繁多的問題，設(shè)計(jì)了一套花型和鏈條結(jié)合的圖形編輯系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)以命令模式和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想為指導(dǎo)，給出了系統(tǒng)的總體架構(gòu)和軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案。針對三工位(成圈、集圈、浮線)的雙面提花圓機(jī)，提出花型位圖文件在連續(xù)浮線情況下的2種分解算法及分解數(shù)據(jù)的壓縮算法，實(shí)現(xiàn)了花型位圖文件到選針文件的轉(zhuǎn)換。并在輸入鏈條動作的過程中，采用了復(fù)合動作預(yù)設(shè)提前量方式，有效地降低了設(shè)計(jì)鏈條動作的繁瑣度，提高了花型的設(shè)計(jì)效率。

提花圓機(jī)； 花型數(shù)據(jù)準(zhǔn)備； 面向?qū)ο螅?算法

電子提花圓緯機(jī)采用的是電信號控制刀頭上下擺動的電動選針器，電信號即選針器的驅(qū)動信號，由計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)提供[1]，開機(jī)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作稱為花型數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，圓緯機(jī)電子提花系統(tǒng)因其花型范圍不受限制，更換花型迅速，產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期短的優(yōu)點(diǎn)，電子控制技術(shù)逐漸代替了機(jī)械式提花控制，在針織機(jī)上得到越來越廣泛的應(yīng)用[2-3]。

目前，三工位(成圈、集圈、浮線)選針形式的花型制版系統(tǒng)中，日本島精公司(Shimaseiki)和德國斯托爾公司(Stoll)處于世界領(lǐng)先地位[4]。金天梭CDMJ型電腦提花圓機(jī)就采用了日本先進(jìn)的電子選針系統(tǒng)和WAC Designer提花設(shè)計(jì)軟件，最大特點(diǎn)是上機(jī)操作簡便快捷，修改和更換花型快，產(chǎn)品設(shè)計(jì)簡單方便，可提高機(jī)器編織速度[5]。國內(nèi)對提花圓機(jī)花型準(zhǔn)備系統(tǒng)的研究在很大程度上仍依賴于模仿國外軟件的功能，很少有自己的優(yōu)勢和特色。

本文通過綜合國內(nèi)外先進(jìn)的針織工藝，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，制定了提花圓機(jī)花型準(zhǔn)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該花型準(zhǔn)備系統(tǒng)主要包括圖形編輯和花型文件轉(zhuǎn)換這2部分。

1 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)及功能分析

1.1 系統(tǒng)的功能分析

雙面提花圓機(jī)的花型準(zhǔn)備系統(tǒng)應(yīng)該能新建或者導(dǎo)入外部的花型圖。以多色提花織物為例，人工設(shè)計(jì)時(shí)，用意匠圖表示織物，手工畫出花型圖案。要設(shè)計(jì)一幅較理想的圖案往往需要幾番修改，而且由于不具備色彩效應(yīng)和準(zhǔn)確的比例關(guān)系，所以圖案直觀效果差。采用制版軟件設(shè)計(jì)花型時(shí)，用鼠標(biāo)將不同色彩依次填入，在顯示屏上便得到由彩色像素塊組成的圖案，如選擇的顏色與編織所用色紗相近，則可在屏幕上顯示出與成品效果相似的彩色圖案?；ㄐ徒?jīng)過圖形編輯并設(shè)置好工藝參數(shù)后，編譯成控制器需要的花型信號，包括選針文件和鏈條動作文件。其處理流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的基本流程圖Fig.1 Process flow chart of pattern preparation system

根據(jù)處理流程圖，該系統(tǒng)不僅能新建花型圖，也能接受外部導(dǎo)入的花型圖，并且提供選針器參數(shù)的設(shè)置、花型繪制、花型文件編譯的功能。系統(tǒng)的功能圖如圖2所示。

花型繪制功能包括了各種圖形輔助設(shè)計(jì)的功能，如局部花型圖案的陣列重復(fù)、移動、旋轉(zhuǎn)等等，并且給許多編輯操作設(shè)置了符合用戶使用習(xí)慣的快捷鍵，使用戶能夠方便快捷地完成花版的設(shè)計(jì)工作，大大提高了花型設(shè)計(jì)的效率。為避免用戶出現(xiàn)編輯失誤，提供了撤銷/恢復(fù)功能。選針器參數(shù)的設(shè)置主要是設(shè)定選針器分組和出針信息，以供后續(xù)編譯花型文件使用。編譯功能將意匠圖編譯成控制器可識別的二進(jìn)制選針文件，其中包括意匠圖分解和編譯2部分。

圖2 花型準(zhǔn)備系統(tǒng)功能圖Fig.2 Function of pattern designer system

1.2 系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)

界面設(shè)計(jì)是為滿足軟件專業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化的需求而產(chǎn)生的對軟件使用界面進(jìn)行美化優(yōu)化規(guī)范化的設(shè)計(jì)分支。其中最復(fù)雜的是軟件的框架設(shè)計(jì)，因?yàn)樯婕败浖氖褂霉δ埽瑧?yīng)該對軟件產(chǎn)品的程序和使用比較了解，以設(shè)計(jì)出友好的、獨(dú)特的、符合程序開發(fā)原則的軟件框架，同時(shí)也要符合視覺流程和用戶使用心理[6]。

系統(tǒng)采用了Office 2007的界面風(fēng)格，因?yàn)镺ffice的使用比較普及，采用Office風(fēng)格的界面易學(xué)、易操作、穩(wěn)定并且高效。

主界面分為：標(biāo)題欄、選項(xiàng)卡行、功能區(qū)、調(diào)色板、狀態(tài)欄。標(biāo)題欄顯示文件的標(biāo)題，左側(cè)有撤銷、恢復(fù)、保存按鈕；選項(xiàng)卡行包括畫圖、編譯、高級3個(gè)選項(xiàng)卡；功能區(qū)中的內(nèi)容隨著用戶選中的選項(xiàng)卡的改變而改變，畫圖選項(xiàng)卡下的功能區(qū)主要包括進(jìn)行圖像編輯的一些按鈕，例如剪切、復(fù)制、粘貼、畫直線、畫矩形、旋轉(zhuǎn)、插入行、刪除行、縮放等。編輯選項(xiàng)卡下的功能區(qū)包括選針器信息的輸入框和編譯按鈕。高級選項(xiàng)卡下的功能區(qū)則包括界面的皮膚選擇和系統(tǒng)的語言選擇鍵；調(diào)色板提供了9種可供選擇的畫筆顏色；狀態(tài)欄實(shí)時(shí)顯示坐標(biāo)信息、顏色信息、縮放倍數(shù)。

2 圖形編輯系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖形編輯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了花型的繪制、編輯、顯示的功能，為用戶提供了一個(gè)花版制作的平臺。針對提花圓機(jī)花型準(zhǔn)備系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)二維矢量圖的繪制和較好的位圖顯示，該系統(tǒng)采用以面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想為指導(dǎo)的基于GDI+(graphic device interface)的二維圖像庫的結(jié)構(gòu)框架。

軟件設(shè)計(jì)其實(shí)就是類的設(shè)計(jì)工作，類設(shè)計(jì)的結(jié)果對軟件有著直接影響。易理解性、易改變性、重用性良好的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來沒有任何特殊的困難，簡明扼要而經(jīng)濟(jì)。本系統(tǒng)軟件根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷?，采用命令模?command pattern)，將系統(tǒng)主要分為圖元類、工具類、命令類、文檔類4個(gè)大類。其中圖元類、工具類和命令類是3個(gè)基類。

2.1 圖元類

圖元類封裝了描述一個(gè)圖元所需要的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

CDrawObject:圖元基類，封裝了圖元的基本特征。

CDrawRect:矩形圖元類，由圖元基類派生，描述直線、矩形、圓、橢圓等可用矩形來描述的矢量圖元的特征。

CDrawSelectedBMP:選中的位圖圖元類，由圖元基類派生，描述被選中的一塊位圖的特征。

2.2 工具類

CDrawTool:工具基類，提供繪制圖元需要用到的數(shù)據(jù)及處理方法。

CRectTool:矩形工具類，繼承工具基類，提供繪制矩形特性的圖元的方法。

CSelectTool:選擇工具類，繼承工具基類，提供選擇圖形時(shí)的操作方法。

2.3 命令類

該系統(tǒng)采用命令模式實(shí)現(xiàn)圖形編輯的undo/redo操作。命令模式結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 命令模式結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of command pattern

所有工具對圖元的操作都抽象成一個(gè)命令，Command類負(fù)責(zé)管理工具的操作命令，每步操作都要提交一個(gè)命令，通過命令類降低了命令發(fā)送者(Invoker)和接收者(Receiver)的耦合度[7]。每次操作的歷史信息存儲在命令歷史鏈表中，實(shí)現(xiàn)多次撤銷和重做。

該系統(tǒng)的undo/redo實(shí)際上只有4種事務(wù)：添加、刪除、移動、旋轉(zhuǎn)，故派生出CCommandAdd、CCommRemove、CCommandMove、CCommandRotate 4個(gè)具體命令(ConcreteCommand)子類，基類中提供undo()和redo()接口，派生類具體實(shí)現(xiàn)了命令類中的undo()和redo()方法。

2.4 文檔類

為滿足類設(shè)計(jì)的單一職責(zé)原則，一個(gè)類只有一個(gè)中心目的[8]，讓窗體類只接收用戶的輸入和顯示文檔類的數(shù)據(jù)，讓文檔類保存并處理相關(guān)數(shù)據(jù)。

文檔類保存與整幅花型相關(guān)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的操作。文檔類中保存了花型的位圖文件、圖元列表和命令歷史鏈表，花型的存取、修改，圖元的添加、刪除、移動，命令歷史鏈表的維護(hù)都是在文檔類中實(shí)現(xiàn)的。

3 意匠圖到選針文件的轉(zhuǎn)換

花型準(zhǔn)備系統(tǒng)之所以用位圖來表示花型，是因?yàn)橛梦粓D中的一個(gè)像素來代表意匠圖中的一格，能夠很好地代替意匠圖。在針織工藝?yán)?，從工藝的?shí)現(xiàn)上考慮，織物的顏色數(shù)量基本都在5種以下[9]，所以，該系統(tǒng)提供了10種顏色，其中0～7號色表示成圈提花的顏色，控制織針編織成圈，8號色控制織針集圈動作，9號色控制織針不編織，即浮線動作。

編譯花型位圖文件的最終目的是為生成機(jī)上可執(zhí)行的二進(jìn)制的選針器動作文件，選針器動作文件中存儲了選針器的驅(qū)動信號，控制選針器的出針動作，完成成圈、集圈、浮線三工位選針編織，在機(jī)器上編制出相應(yīng)的圖形。

編譯花型文件實(shí)際上包含了分解花型位圖和編譯選針文件2個(gè)過程。

3.1 花型位圖的分解

花型繪制完成后，要設(shè)置選針器參數(shù)，給出圓機(jī)上的選針器總數(shù)即成圈系統(tǒng)數(shù)S，一般S選擇72，因?yàn)?2是1、2、3、4、6、8的倍數(shù)，易等分圓周，且編織效率較高。從提花工藝上來看，若織物色彩數(shù)為C，則每組由C個(gè)選針器數(shù)組成，每種色彩的紗線通過一個(gè)選針器進(jìn)入[10]。選針器總數(shù)和每個(gè)選針器對應(yīng)的顏色設(shè)置完畢后，有了這些信息，就能進(jìn)行花型的分解了。

圖4為花型意匠圖。對于圖。中所示花型寬度W=8，高度H=8，色彩數(shù)C=4的意匠圖，綠色、紅色、藍(lán)色、黃色分別是顏色1、顏色2、顏色3、顏色4。

圖4 花型意匠圖Fig.4 Jacquard design

用行向量組D來表示圖4，則為

式中，d(i)=(c1，c2，…，cW) 表示各行向量；cj代表對應(yīng)位置的顏色號，cj=1，2，…，C；i=1，2，…，H。

色彩數(shù)C=4，故每組有4個(gè)選針器，定義選針器號為A1，A2，A3，A4，分別對應(yīng)顏色1，顏色2，顏色3，顏色4，對于第3行d(3)的成圈情況如表1。

表1 選針器成圈情況表

注：9代表浮線，其他數(shù)字代表成圈的顏色號，每列僅有一個(gè)非9的數(shù)字。

創(chuàng)建一組列向量，E1=(1，9，9，9)T，E2=(9，2，9，9)T，E3=(9，9，3，9)T，E4=(9，9，9，4)T

表1的分解數(shù)據(jù)其實(shí)就是對d(3)行向量中的每個(gè)元素進(jìn)行擴(kuò)充。定義編織行向量khj，h表示織物行號，h=1，2，…，H；指標(biāo)j代表選針器號，j=1，2，…，C。

上例中d(3)的擴(kuò)充向量組K(3)為：

類推可知道織物的所有編織行向量khj的值，共有C×H個(gè)行向量，即

此時(shí)基本完成了花型位圖文件的分解。

3.2 連續(xù)浮線的處理

雙面提花圓機(jī)用來織單面提花織物時(shí)，即只有針筒織針工作時(shí)，織物的反面易形成較長的浮線，但實(shí)際生產(chǎn)中浮線長度不應(yīng)太長，一般不超過4針。也就是說編織行向量khj中連續(xù)出現(xiàn)“9”的次數(shù)應(yīng)不超過4個(gè),所以在分解成編織行向量khj時(shí)需加入集圈的工藝轉(zhuǎn)換，在某些“9”處插入集圈，插入集圈的位置按“步步高”或“步步低”的方式進(jìn)行。

設(shè)置浮線長度小于3，即插入集圈位置的間隔SSP=3，在插入集圈的位置用數(shù)字“8”代替。

對于“步步高”形式，每個(gè)khj插入集圈位置的公式為[col-1+(h-1)*C+j-1]Mod(SP+1)=0，col為元素的列號，col=1，2，…W，此時(shí)第3行d(3)的擴(kuò)充向量組

對于“步步低”形式，每個(gè)khj插入集圈位置的公式為[col-1+(H-h+1)×C-(j-1)]Mod(SP+1)=0，此時(shí)第3行d(3)的擴(kuò)充向量組

雙面提花圓機(jī)用于生產(chǎn)雙面提花織物時(shí)，針筒針和針盤針都參與編織。實(shí)際生產(chǎn)中多采用一面提花，即正面提花，而反面則根據(jù)色紗數(shù)及正面花紋組織的特點(diǎn)，進(jìn)行反面織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。反面最常采用的是“小芝麻點(diǎn)”結(jié)構(gòu)，即每一路在針盤上一隔一地吃紗。反面采用“小芝麻點(diǎn)”的花紋，可使正面花紋清晰，避免織物露底。

3.3 數(shù)據(jù)的壓縮

繪制一條長度和織物寬度相等的顏色1的直線時(shí)，編織行向量khj的元素將會是W個(gè)“1”。當(dāng)圖形有大量相同色塊的時(shí)候，會存儲許多相同的顏色信息，若對連續(xù)浮線不進(jìn)行集圈處理時(shí)，也會存儲許多元素“9”，有時(shí)這些重復(fù)的顏色信息會占用大量的內(nèi)存資源。采用節(jié)約指令壓縮存儲重復(fù)的元素將在一定程度上節(jié)約內(nèi)存。

編織行向量khj中所有的元素取值范圍為0～9，故節(jié)約組指令只要不是0到9中的值就可以。定義下列節(jié)約組指令如表2所示。

表2 節(jié)約組指令表

k″31可改寫成二進(jìn)制數(shù)據(jù) 01 5A 03 09 08 09 09 01，k″32可寫成 09 02 5A 03 09 08 02 09，k″33可寫成5C 02 09 09 03 08 09 類推可得到所有khj的節(jié)約格式的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，按行號依次存入文件中便得到最終的選針器動作文件。

4 動作鏈條文件的解析

雙面提花圓機(jī)包含上針盤和下針筒。選針文件給控制器提供下針筒的選針信息，動作鏈條文件則包括紗嘴數(shù)據(jù)、三角數(shù)據(jù)和密度電動機(jī)數(shù)據(jù)。

為使動作鏈條數(shù)據(jù)的輸入更加直觀，系統(tǒng)將多個(gè)分解的機(jī)械動作復(fù)合成一個(gè)直觀動作。以紹興某精密機(jī)械廠HYQ-DJ-02型的雙面提花機(jī)為例，紗嘴的添紗動作實(shí)際上經(jīng)過了半擊、全擊、打開紗嘴、紗嘴復(fù)位、半退、全退一系列動作，三角的全擊動作實(shí)際上經(jīng)過了三角半擊的動作再到三角全擊。欲在指定的針位完成紗嘴添紗動作，需給各個(gè)分解動作依次設(shè)置提前量，在第500針完成添紗的分解動作提前量及實(shí)際動作針位如表3所示。

假設(shè)復(fù)合動作的動作針位為POS，分解動作的提前量為pre，則分解動作的實(shí)際動作針位pos=POS-pre。

采用復(fù)合動作輸入的方式降低了設(shè)計(jì)人員對機(jī)械動作的要求，減少了對同一動作的針位重復(fù)計(jì)算量，提高了設(shè)計(jì)效率。

表3 添紗動作的提前量

花型和鏈條配合，生成控制器可讀的二進(jìn)制文件。圖5示出提花織物運(yùn)行效果圖。圖中顯示花型最下面黑色底色，并有一個(gè)個(gè)色點(diǎn)的是羅口部分，一般有1～7圈的羅口起口，然后編織20圈左右的羅口，編織羅口的機(jī)械動作的指令需要在鏈條中輸入。羅口上面就是提花的花樣，選針器則按照花型解析過后的選針文件進(jìn)行動作。

圖5 提花織物運(yùn)行效果圖Fig.5 Running effect of pattern

5 結(jié)束語

以VS2008為開發(fā)工具，采用面向?qū)ο蟮乃枷朐O(shè)計(jì)了雙面提花圓機(jī)的花型準(zhǔn)備系統(tǒng)，從軟件開發(fā)上分析了提花圓機(jī)花型準(zhǔn)備系統(tǒng)的系統(tǒng)功能及軟件結(jié)構(gòu)，從圓機(jī)的提花工藝上論述了花型的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過程，提出2種連續(xù)浮線處理的算法，采用復(fù)合動作預(yù)設(shè)提前量的方式降低了鏈條動作的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。該系統(tǒng)生成的選針器動作文件經(jīng)過上機(jī)編織，花型完全一致，能夠滿足生產(chǎn)上的需求。

FZXB

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Design of pattern prepare system of double-faced jacquard circular knitting machine

HU Xudong, JIE Youjun, PENG Laihu

(Zhejiang Provincial Key Lab of Modern Textile Machinery Technology, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou, Zhejiang 310018, China)

A drawing edition system that combines pattern with chain is designed in order to solve the problems on low plotting efficiency and complicated input steps of the chain action while a pattern preparation system is applied. Based on command mold and object orientation as guidance, the system proposes, the system general structure and overall design scheme of software data structure. Here presented are 2 decomposition algorithms of pattern bitmap in the case of long floating line and compression algorithm of dissociated data for three-position (knitting, tucking and floating) double-faced jacquard circular knitting machine, and implemented is the conversion from pattern bitmap file to actuator file. The combined action is used to effectively reduce complexity of the designed chain action and greatly improve the design efficiency of patterns.

jacquard circular knitting machine; pattern data preparation; object orientation; algorithm

10.13475/j.fzxb.20140404006

2014-04-14

2014-10-15

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAF05B00)

胡旭東(1959—)，男，教授，博士。主要研究方向?yàn)榧徔棛C(jī)械機(jī)電控制技術(shù)。彭來湖，通信作者，E-mail：laihu@zstu.edu.cn。

TP 311;TS 184.4

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