机织物织造仿真系统在教学中的应用

周方颖，张素俭，王富伟，奚达新，赵钊辉

(江阴职业技术学院，江苏 江阴214405)

在纺织专业的《现代机织技术》课程中，机织物织造过程的教学是纺织专业课程教学的重点和难点，内容包括织机五大运动、织造工艺设计和产品质量控制等，特别是对织机织造过程中五大运动的理解和掌握，成为教学过程中的难点[1-2]。主要原因在于，学生对设备不了解，使得课堂讲解效果大打折扣；传统教学方式中，教材、讲稿、动画和教学视频等文件，或者以平面图的方式讲解，或者图文不够清晰，也影响学生对这部分内容的理解。再有，纺织专业的学生在学习《纺织CAD》后，很想知道自己设计的产品在织机上如何织制，最终呈现什么样的布面效果。为了更好地解决这些问题，让学生在学习过程中，能够对织物CAD产品有较为真实的感受，对上机织造有较为清晰、准确的认知和掌握，开发了机织物织造仿真系统。

1 仿真系统模块

开发机织物织造仿真系统的目的，一是向织机延伸原有的CAD系统，使织物上机图能够以布样的方式真实呈现，让学生感受设计成果。二是织机织造过程不再停留在简单动画效果上，而是使每一页综框的运动与上机图完全一致，并以3D效果呈现；同时，细致展示织物织造过程中的五大运动。

按照最终目标，设计系统主要包括织物设计参数输入、虚拟上机织造和帮助3个模块，各个模块包含的具体内容如图1所示。

图1 机织物织造虚拟现实系统模块图

2 仿真系统在教学中的应用

2.1 对织机织造过程的理解

织机是织造系统的重要设备。它通过相互联系而又独立的五大运动——开口、引纬、打纬、卷曲和送经，按照工艺完成面料的织制过程。由于现用教材及视频、图片都是平面展示的方式，加上学生没有经过生产一线的实践，因此对于学生来说，理解和掌握织机五大运动有一定的难度。

2.1.1 织机整体织造过程的仿真

在机织物织造仿真系统中，针对上述问题，通过虚拟现实技术，真实再现机织物按照一定的组织规律进行织造的过程。图2所示为仿真系统操作界面。图2中画出的是真实织机的3D效果，与以往动画或图片演示中通过简单线条勾勒的方式明显不同，让学生认识和熟悉实际生产设备；左下角显示的是即将上机织造织物的纹板图，将纹板图与综页的提升情况相对应，有助于学生对纹板图的认识和理解；右边的快捷按钮可以让织造过程按要求点动、快进、停车，方便学生观察一页综缓慢提升/下降的织造过程，以及几页综快速升降的织造过程。

图2 仿真系统操作界面

2.1.2 织机五大运动的仿真

仿真系统能够对织机五大运动提供“细节”仿真模拟，让学生全方位、多角度、近距离观察织造过程中的每一种运动。图3、图4为织机开口提综和引纬的仿真图片。

图3 织机开口提综仿真

为进行织造形成的开口是通过综页的升降完成的。图3中，当一根纬纱引入织口时，每一页综做出与纹板图相对应的升降运动，而不仅仅简单处理成综页升降的动画效果，当织物组织发生变化，相应的纹版图变化时，开口提综的仿真效果随之变化。这样，既可以让学生了解织机在织造过程中综框具体的运动状态，又可以让学生真实体会织物设计对设备操作的影响。同时，系统在纹板图中，将当前纬纱引入织口对应各页综的升降凸显出来，便于学生对照观察各页综的情况，直观、明了。

2.2 对织物设计上机效果的理解

2.2.1 呈现仿真操作场景

学习织物设计后，学生会根据要求输入织物组织相关参数，获得织物上机图，如图5所示。除此，机织物织造仿真系统还能够根据穿综、穿筘工艺，呈现仿真穿综、穿筘操作场景，如图6、图7所示。在图6中，穿综钩将最多4根经纱穿过4页综的综丝眼。这种仿真的情景再现，可以帮助学生建立最初的感性认识，为后期上机织造实践打下基础。

图4 织机引纬仿真

图5 生成的织物上机图

图6 穿综操作仿真

图7 穿筘操作仿真

2.2.2 仿真呈现CAD效果

之前教学所接触到的织物设计CAD软件，几乎都是对组织进行设计，对织物外观进行模拟。而此次开发的仿真系统，除了对织物进行设计获得上机图外，增加了操作仿真，以3D的方式演示上机操作，并最终在织机上对生成的上机图仿真呈现织物织造效果，让学生能够真实“感受”自己的设计作品。更为重要的是，通过这种仿真织造的方式，学生在直观感受作品的基础上，还可以进一步修改、完善作品。修改完善作品本身，需要思考织物外观效果与工艺参数之间的关系，并进行适当调整。这是一个以理论指导实践，又从实践效果提升理论认识的过程，一举多得。

3 结语

机织物织造仿真系统利用三维仿真技术对机织物设计及其在织机上的生产过程进行三维数字仿真，通过在系统中设置色彩、纱支、经纬密、上机图等相应参数，在织机上仿真呈现织造效果，可以直观感受织物，同时体验织造过程的五大运动。这样，既有助于学生理解和掌握产品开发知识，又可以帮助学生体验织造的实施过程。该仿真系统，集机织物设计、CAD技术、织造生产几项内容于一体，有助于学生将所学知识有机融合，为他们今后的产品开发工作打下良好的基础。