信息技術(shù)支持現(xiàn)代紡織科學(xué)研究創(chuàng)新
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把世界紡織各層次資源與系統(tǒng)信息連成一體,而信息技術(shù)與納米科技、生物技術(shù)、認(rèn)知科學(xué)及先進(jìn)材料技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)的會(huì)聚技術(shù)則孕育現(xiàn)代紡織及其科學(xué)研究新的大革新。
信息技術(shù)在紡織業(yè)的應(yīng)用正支持著近代紡織歷史上的第三次大革新,它是20世紀(jì)80年代以來計(jì)算器與自動(dòng)控制等信息技術(shù)在紡織技術(shù)研究與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、市場銷售等方面的應(yīng)用,而它與新材料、先進(jìn)制造技術(shù)及紡織業(yè)其它變革等因素的綜合作用正推動(dòng)傳統(tǒng)紡織步入現(xiàn)代紡織的新階段。
網(wǎng)絡(luò)化支持現(xiàn)代紡織及研究
網(wǎng)絡(luò)化紡織是在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)條件下產(chǎn)生,并能得到廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代紡織的一種標(biāo)志,它是在因特網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,企業(yè)組織和管理生產(chǎn)及經(jīng)營過程的理論、方法與技術(shù)手段。
它以快速響應(yīng)市場需求和提高企業(yè)或企業(yè)群競爭力為目標(biāo),通過采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)及其互聯(lián)技術(shù)、紡織技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù),構(gòu)建面向企業(yè)特定需求的基于網(wǎng)絡(luò)的紡織系統(tǒng),并在系統(tǒng)的支持下,突破空間地域?qū)ζ髽I(yè)生產(chǎn)及其經(jīng)營范圍和方式的約束,開展覆蓋紡織服裝產(chǎn)品整個(gè)生命周期全部或部分環(huán)節(jié)的企業(yè)業(yè)務(wù)活動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的協(xié)同和社會(huì)資源的共享與繼承。
網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)與紡織企業(yè)信息化層次的對應(yīng)
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)化紡織的支持
目前,因特網(wǎng)、通信網(wǎng)、局域網(wǎng)、控制網(wǎng)絡(luò)等各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)全面發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)化紡織要求網(wǎng)絡(luò)及其 互聯(lián)保證人及系統(tǒng)在任何地方、任何時(shí)間與任何對象作任何的信息傳輸、處理、監(jiān)控與服務(wù)。
終端是指計(jì)算器系統(tǒng),它包括無線手機(jī)、PDA等各種終端,也包括企業(yè)生產(chǎn)過程與生產(chǎn)機(jī)械的傳感器(包括無線傳感器)、啟動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器、變送器、變換器、閥門與I/O部件,還包括紡織過程常用的變頻器、PLC、紡織機(jī)械單機(jī)自動(dòng)化等信息裝置。
終端與裝置的多樣性要滿足開放性要求,遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn),具有互換性。控制網(wǎng)包括各種形式的現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)等分布式控制網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)是用Ethernet+TCP/IP的以太網(wǎng)形式在工業(yè)上的應(yīng)用,以太網(wǎng)易于與因特網(wǎng)連接,是目前應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù),因而工業(yè)以太網(wǎng)具有廣泛的應(yīng)用前景。
網(wǎng)絡(luò)接入與控制網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)了企業(yè)信息化中的監(jiān)控、優(yōu)化等執(zhí)行層,對生產(chǎn)過程生產(chǎn)線與生產(chǎn)機(jī)械群直接進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度、優(yōu)化等。局域網(wǎng)主要是指起信息管理等作用的各種局域網(wǎng),包括以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)等,對應(yīng)企業(yè)信息化中的管理層,它包括ERP、OA及決策支持系統(tǒng),集成質(zhì)量管理、供應(yīng)鏈管理、客戶關(guān)系管理、電子商務(wù),還包括面向市場的企業(yè)信用系統(tǒng)與制造執(zhí)行系統(tǒng)的管理等。
(有線、無線)通信網(wǎng)包括各種形式的寬帶通信網(wǎng)、智能網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)等。它可以與終端、網(wǎng)絡(luò)接入、控制網(wǎng)絡(luò)按一定協(xié)議進(jìn)行通信,傳輸各種信息。各種終端信息通過網(wǎng)絡(luò)接入也可直接與因特網(wǎng)聯(lián)系,使現(xiàn)代紡織充分利用因特網(wǎng)豐富的資源。
網(wǎng)絡(luò)化紡織的作用和意義
敏捷紡織是“敏捷制造”概念在紡織業(yè)的應(yīng)用,基本思想是將高素質(zhì)的員工、動(dòng)態(tài)靈活的虛擬組織機(jī)構(gòu)或動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、先進(jìn)的柔性紡織技術(shù)進(jìn)行全面集成,使企業(yè)能對持續(xù)變化、不確定性的市場需求作出快速反應(yīng),獲得持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。提高企業(yè)的敏捷性是敏捷紡織的主要研究方向,開展企業(yè)間的協(xié)作和建立企業(yè)間的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟是實(shí)現(xiàn)敏捷紡織的主要研究內(nèi)容。
增強(qiáng)一個(gè)國家紡織業(yè)的競爭力與實(shí)力,需要不斷地開發(fā)新的關(guān)鍵技術(shù)并產(chǎn)業(yè)化,不斷有適應(yīng)紡織新工藝、新材料的新技術(shù)裝備的研發(fā)。這些關(guān)鍵技術(shù)與裝備是技術(shù)密集型、知識(shí)密集型,體現(xiàn)了多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用水平。
通過網(wǎng)絡(luò)與國外企業(yè)開展設(shè)計(jì)、加工、供應(yīng)、過程管理上的合作,可實(shí)現(xiàn)加工資源、信息資源的共享,適應(yīng)參與國際競爭的需求;通過網(wǎng)絡(luò)開拓市場、降低經(jīng)營成本、縮短交貨周期,適應(yīng)紡織品尤其是服裝定制化生產(chǎn)的需求,還可研制網(wǎng)上客戶定制服務(wù)軟件,讓客戶甚至個(gè)人客戶通過網(wǎng)絡(luò)直接參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程,并對設(shè)計(jì)方案提出修改建議。
網(wǎng)絡(luò)化紡織的研究內(nèi)容
網(wǎng)絡(luò)化紡織的關(guān)鍵技術(shù)包括:支撐技術(shù)(計(jì)算器與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)等);基礎(chǔ)技術(shù)(標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品建模、知識(shí)管理等);工具技術(shù)(CAD/CEA/CAM/CAPP/CRM/ERP/MES/SCM/PDH等);綜合技術(shù)(產(chǎn)品全生命周期管理PLM、協(xié)同產(chǎn)品商務(wù)CPC、大批量定制MC、并行工程CE等)。
網(wǎng)絡(luò)化紡織集成平臺(tái)包括:網(wǎng)絡(luò)軟硬件支撐(操作系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等);集成平臺(tái)服務(wù)(通信服務(wù)、信息服務(wù)、平臺(tái)管理服務(wù)、應(yīng)用開發(fā)工具及其服務(wù)、分布應(yīng)用互操作服務(wù)、平臺(tái)入口服務(wù)等);應(yīng)用編程接口;分布式應(yīng)用。
網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)化紡織上的應(yīng)用包括:無線網(wǎng)絡(luò)(寬帶無線通信、無線傳感器等);網(wǎng)絡(luò)多媒體;下一代因特網(wǎng);智能計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算。
智能信息處理與計(jì)算器仿真
智能信息處理與計(jì)算器仿真技術(shù)支持紡織技術(shù)由實(shí)驗(yàn)性研究發(fā)展為理論分析、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算器仿真相結(jié)合的現(xiàn)代紡織科學(xué)研究。
面向應(yīng)用的智能信息處理框架
現(xiàn)代紡織與其它科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,要求處理大量復(fù)雜的不確定信息,而傳統(tǒng)的信息處理與數(shù)學(xué)計(jì)算不能完全滿足這些迅速出現(xiàn)的需求。人們通過應(yīng)用發(fā)現(xiàn),智能信息處理是能較好適應(yīng)這種需求的一種信息處理理論與方法,它能用計(jì)算器與“機(jī)器”來直接解釋與處理這些信息內(nèi)容,對研究對象建模。
面向應(yīng)用的智能信息處理方法框架
方法層是指一些智能信息處理方法或具有非確定性計(jì)算特徵的信息處理方法,其中許多信息處理方法是對生物系統(tǒng)、物理系統(tǒng)與現(xiàn)象或思維規(guī)律來進(jìn)行某種簡單抽象、歸納、推演形成的算法,可在計(jì)算器上實(shí)現(xiàn)使用。
有些智能信息處理方法可結(jié)合使用,以獲得更好的應(yīng)用效能。例如采用進(jìn)化算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊神經(jīng)計(jì)算,可優(yōu)化神經(jīng)計(jì)算,更適用不確定信息處理。綜合層是智能信息處理或它與傳統(tǒng)信息處理、數(shù)學(xué)計(jì)算結(jié)合面向某類應(yīng)用的綜合,其中圖像、圖形處理與設(shè)計(jì)、模式識(shí)別等技術(shù)在紡織品疵點(diǎn)與形態(tài)檢測、色差檢測、整緯測控、織物結(jié)構(gòu)與服裝CAD、三維不接觸人體測量等系統(tǒng)的研究與開發(fā)上都有廣泛應(yīng)用。應(yīng)用層則是各類具體應(yīng)用,包括在紡織上的應(yīng)用。
計(jì)算器仿真技術(shù)提供新方法
現(xiàn)代紡織研究與開發(fā)采用建模與計(jì)算器仿真,大致可歸納在分子、纖維、纖維制品等三個(gè)層次上。其中分子仿真層次的分子仿真研究是分子紡織理論重要研究方法,包括對納米纖維、高分子纖維、紡織化學(xué)等方面中的分子仿真與設(shè)計(jì),也包括采用Monte Carlo仿真、分子動(dòng)力學(xué)仿真,從分子的微觀性質(zhì)推導(dǎo)及預(yù)測纖維材料及紡織品化學(xué)產(chǎn)品的微觀、宏觀性質(zhì)。
采用計(jì)算器仿真首先要對研究與開發(fā)對象建立數(shù)學(xué)模型,通過對對象的機(jī)理分析、實(shí)驗(yàn)及機(jī)理分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合等方法建立數(shù)學(xué)模型,在建立數(shù)學(xué)模型時(shí),不僅可采用一般的數(shù)學(xué)方法,也可采用智能信息處理方法。
智能信息處理與計(jì)算器仿真技術(shù)的應(yīng)用
智能信息處理與計(jì)算器仿真在紡織業(yè)中的應(yīng)用、研究包括:對纖維材料及其制品的物理性能及其特性預(yù)測——估測熱測熱致共聚物的理論揚(yáng)氏模量;根據(jù)高分子結(jié)構(gòu)預(yù)測纖維材料性能,根據(jù)纖維材料性能要求進(jìn)行高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其纖維材料的研制;了解和預(yù)測纖維特性及其影響紡織性能和紡織品質(zhì)量的關(guān)系,根據(jù)纖維、紗線與織物結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)測織物性能;假捻變形加工過程中的紗線特性,預(yù)測紡織品的透氣性等。
紡織圖像的識(shí)別、分類與分析——識(shí)別纖維種類,識(shí)別纖網(wǎng)中的棉結(jié)和雜質(zhì),通過疵點(diǎn)大小、褪色、成形圖像特徵進(jìn)行質(zhì)量分等;識(shí)別不同類型織疵,如粗節(jié)、棉結(jié)、斷頭、斷緯與油污等;基于織物圖像的識(shí)別與智能信息處理,預(yù)測紗線的不勻率,預(yù)測環(huán)錠紡紗與轉(zhuǎn)杯紡紗的毛羽,估計(jì)磨損后地毯外觀的變化,對褶皺的回復(fù)進(jìn)行客觀估計(jì);通過捕捉花邊圖像進(jìn)行在線花邊檢查;對線縫起皺進(jìn)行客觀評價(jià),進(jìn)行染疵的識(shí)別與分類。
紡織生產(chǎn)過程的在線監(jiān)測與優(yōu)化——設(shè)計(jì)棉纖維的最佳混配,求出以最好性價(jià)比紡出所需紗線的工藝條件,因而確定纖維在轉(zhuǎn)杯或環(huán)錠紡紗機(jī)上的可紡性;仿真與優(yōu)化從纖維到紗線的生產(chǎn)過程;了解機(jī)械設(shè)置與變形紗的最終特性之間的關(guān)系;設(shè)計(jì)所期望的與紗線質(zhì)量相關(guān)的摩擦盤;針對布的品種和所縫套數(shù)進(jìn)行分類,實(shí)時(shí)改變針的穿透力與縫紉參數(shù)。
針織的計(jì)算器仿真圖像表達(dá)——仿真不同機(jī)號(hào)、線圈密度、編織結(jié)構(gòu)、花型的針織物設(shè)計(jì),可直接在計(jì)算器上進(jìn)行花型設(shè)計(jì);仿真所設(shè)計(jì)的針織物、機(jī)織物、印花織物、襪品和附件的設(shè)計(jì)及圖像顯示,包括皮革和織物制品以及手工工藝品選取不同色彩的效果;仿真任何組配提供正確的織物結(jié)構(gòu)和尺寸效應(yīng);以三維形式實(shí)時(shí)顯示針織服裝設(shè)計(jì)。
會(huì)聚技術(shù)孕育大變革
NBIC技術(shù)會(huì)聚的基本概念
NBIC四個(gè)技術(shù)領(lǐng)域分別是:納米科技(N)、生物技術(shù)(B)、信息技術(shù)(I)、認(rèn)知科學(xué)(C,包括認(rèn)知神經(jīng)科學(xué))。
NBICM
2001年12 月3~4日美國商務(wù)部技術(shù)管理局、國家科學(xué)技術(shù)基金會(huì)(NSF)、國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)納米科技分會(huì)在華盛頓聯(lián)合發(fā)起了一次有科學(xué)家和政府官員等各界頂級(jí)人物參加的圓桌會(huì)議,首次提出了“NBIC會(huì)聚技術(shù)”的概念,這四個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)當(dāng)前都在迅速發(fā)展,每一個(gè)領(lǐng)域都潛力巨大,而其中任何技術(shù)的兩兩會(huì)聚,三項(xiàng)會(huì)聚或者四項(xiàng)會(huì)聚都將產(chǎn)生難以估量的效能。
在四種技術(shù)中,納米技術(shù)提供了一種發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的尺度,在這一尺度下的很多研究和制造都產(chǎn)生了前所未有的成就和效果。而生物體,包括生物體基因是人類很長一段時(shí)期以來和今后研究開發(fā)的主體對象,也是探索最玄妙的神秘自然為人類所用的載體,而納米尺度恰恰是很多生物反應(yīng)和功能執(zhí)行的量級(jí),要系統(tǒng)化地對生物過程進(jìn)行全面的研究和開發(fā),必須在納米尺度空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
信息科學(xué)與技術(shù)是信息采集、傳播、存儲(chǔ)、計(jì)算、處理、分析的得力工具,已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)包括現(xiàn)代紡織發(fā)展中顯示出巨大的影響,并開始在生物系統(tǒng)研究中顯現(xiàn)其作用與巨大潛力。認(rèn)知科學(xué)的研究集成在納米尺度下,獲得生命科學(xué)“秘密”,使人類實(shí)現(xiàn)自我了解和自我控制,把人的知識(shí)、智能以及技能提高到新的高度。這種“空間—對象—工具—目標(biāo)”的研究路線也體現(xiàn)了四種技術(shù)會(huì)聚的可行性、互補(bǔ)性以及實(shí)現(xiàn)巨大成就、效果和意義的本質(zhì)所在。
在許多實(shí)際研究中觀察到,在納米尺度下,這些研究領(lǐng)域邊界比宏觀尺度下更加模糊。會(huì)聚技術(shù)為未來發(fā)展提供了納米科技、生物(生命科學(xué))技術(shù)、信息技術(shù)、認(rèn)知科學(xué)、先進(jìn)材料、先進(jìn)制造技術(shù)的會(huì)聚,包括納米尺度下的會(huì)聚。
微電子MEMS與納米MEMS
MEMS是在很小規(guī)模上建立了集成有微電子組件和微機(jī)械組件的系統(tǒng)。納米MEMS是信息技術(shù)、納米科技、先進(jìn)材料技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的會(huì)聚,利用MEMS能夠感覺位置,控制每根纖維的運(yùn)動(dòng)與位置,獲得可控性,可用在新的紡紗技術(shù)研究中,制出質(zhì)量更好、強(qiáng)度更高的紗線或者非織布結(jié)構(gòu)。在編織時(shí),采用MEMS可以監(jiān)測和控制每一根緯紗的斷裂點(diǎn),再減少緯紗的斷裂,而且MEMS系統(tǒng)能輔助或者有可能修復(fù)斷裂的緯紗。還可用MEMS使織物可自清洗、自修理、自粘合。
DNA計(jì)算器與傳統(tǒng)電子計(jì)算器不同,是由生物DNA片段組成的。傳統(tǒng)的計(jì)算器是將數(shù)據(jù)、信息轉(zhuǎn)化0和1后再進(jìn)行處理,而DNA計(jì)算器則是將數(shù)據(jù)和信息轉(zhuǎn)化成堿基序列;傳統(tǒng)的計(jì)算器依靠電信號(hào)來控制,而DNA計(jì)算器則是通過控制DNA分子間的生化等反應(yīng)來完成運(yùn)算。
以色列科學(xué)家用DNA制成了一種能診斷和治療癌癥的超微型生物計(jì)算器模型,這種DNA計(jì)算模型只有幾個(gè)納米大,可謂是納米科技、生物技術(shù)與信息技術(shù)的會(huì)聚。它能覺察到癌細(xì)胞中信使核糖核酸(mRNA)的異常,在發(fā)現(xiàn)異常的信使RNA后,便釋放出由DNA控制生成的抗癌藥,抑制與腫瘤相關(guān)的基因表達(dá)。
這一項(xiàng)目首次研究了該計(jì)算裝置輸入輸出的生物化,意味著能組成基于DNA計(jì)算器的生物分子網(wǎng)絡(luò),能夠與活的生物系統(tǒng)相融合。因而,可將DNA計(jì)算器置于細(xì)胞與組織內(nèi)。在很多情況下,這些組織呈纖維或纖維集形態(tài),在生物細(xì)胞與組織工程中應(yīng)用。這種在生物細(xì)胞與組織工程中的應(yīng)用,不僅能起到紡織品在一般組織工程研究中的作用,還能診斷、控制、治療癌癥等疑難雜癥,提高人的免疫能力,增強(qiáng)人體及感觀對外界的突然變化,如事故、疾病的敏感能力。這使現(xiàn)代紡織應(yīng)用完全深入到生物系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)。
現(xiàn)代紡織與近代紡織歷史上的每次大革新都是由紡織業(yè)適應(yīng)當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)需要,并與先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的交叉融合所推動(dòng),網(wǎng)絡(luò)化紡織使世界各層次紡織系統(tǒng)一體化,共享全球有關(guān)紡織資源,進(jìn)而促進(jìn)現(xiàn)代紡織更加廣泛深入發(fā)展,現(xiàn)代紡織科學(xué)研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)應(yīng)重視在網(wǎng)絡(luò)化紡織中獲益。
智能信息處理、計(jì)算器仿真技術(shù)以及傳統(tǒng)信息處理、數(shù)學(xué)計(jì)算與現(xiàn)代紡織科學(xué)研究的結(jié)合,使紡織技術(shù)由主要是實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展為理論分析、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算器仿真相結(jié)合的現(xiàn)代科學(xué)研究。
現(xiàn)代紡織科學(xué)研究要重視當(dāng)代先進(jìn)科學(xué)研究發(fā)展趨勢,領(lǐng)先開展這些科學(xué)研究成果的應(yīng)用,NBIC與先進(jìn)材料、先進(jìn)制造技術(shù)的會(huì)聚有可能孕育現(xiàn)代紡織及其科學(xué)研究新的大革新。