信息技術支持現代紡織科學研究創新

網絡技術把世界紡織各層次資源與系統信息連成一體，而信息技術與納米科技、生物技術、認知科學及先進材料技術、先進制造技術的會聚技術則孕育現代紡織及其科學研究新的大革新。

　　信息技術在紡織業的應用正支持著近代紡織歷史上的第三次大革新，它是20世紀80年代以來計算器與自動控制等信息技術在紡織技術研究與設計、生產、管理、市場銷售等方面的應用，而它與新材料、先進制造技術及紡織業其它變革等因素的綜合作用正推動傳統紡織步入現代紡織的新階段。

　　網絡化支持現代紡織及研究

　　網絡化紡織是在網絡經濟條件下產生，并能得到廣泛應用的現代紡織的一種標志，它是在因特網和企業內外網絡環境下，企業組織和管理生產及經營過程的理論、方法與技術手段。

　　它以快速響應市場需求和提高企業或企業群競爭力為目標，通過采用先進的網絡及其互聯技術、紡織技術及其他相關技術，構建面向企業特定需求的基于網絡的紡織系統，并在系統的支持下，突破空間地域對企業生產及其經營范圍和方式的約束，開展覆蓋紡織服裝產品整個生命周期全部或部分環節的企業業務活動，進而實現企業間的協同和社會資源的共享與繼承。


　　網絡互聯結構與紡織企業信息化層次的對應

　　網絡技術對網絡化紡織的支持

　　目前，因特網、通信網、局域網、控制網絡等各種網絡技術全面發展，網絡化紡織要求網絡及其　　互聯保證人及系統在任何地方、任何時間與任何對象作任何的信息傳輸、處理、監控與服務。
　　　　
　　終端是指計算器系統，它包括無線手機、PDA等各種終端，也包括企業生產過程與生產機械的傳感器（包括無線傳感器）、啟動器、驅動器、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、紡織機械單機自動化等信息裝置。

　　終端與裝置的多樣性要滿足開放性要求，遵循公認的標準，具有互換性。控制網包括各種形式的現場總線控制網絡、工業以太網等分布式控制網絡。工業以太網是用Ethernet＋TCP/IP的以太網形式在工業上的應用，以太網易于與因特網連接，是目前應用最廣泛的局域網技術，因而工業以太網具有廣泛的應用前景。

　　網絡接入與控制網絡對應了企業信息化中的監控、優化等執行層，對生產過程生產線與生產機械群直接進行監控、調度、優化等。局域網主要是指起信息管理等作用的各種局域網，包括以太網、無線局域網等，對應企業信息化中的管理層，它包括ERP、OA及決策支持系統，集成質量管理、供應鏈管理、客戶關系管理、電子商務，還包括面向市場的企業信用系統與制造執行系統的管理等。

　　（有線、無線）通信網包括各種形式的寬帶通信網、智能網、移動通信網、衛星通信網等。它可以與終端、網絡接入、控制網絡按一定協議進行通信，傳輸各種信息。各種終端信息通過網絡接入也可直接與因特網聯系，使現代紡織充分利用因特網豐富的資源。

　　網絡化紡織的作用和意義

　　敏捷紡織是“敏捷制造”概念在紡織業的應用，基本思想是將高素質的員工、動態靈活的虛擬組織機構或動態聯盟、先進的柔性紡織技術進行全面集成，使企業能對持續變化、不確定性的市場需求作出快速反應，獲得持續發展的經濟與社會效益。提高企業的敏捷性是敏捷紡織的主要研究方向，開展企業間的協作和建立企業間的動態聯盟是實現敏捷紡織的主要研究內容。

　　增強一個國家紡織業的競爭力與實力，需要不斷地開發新的關鍵技術并產業化，不斷有適應紡織新工藝、新材料的新技術裝備的研發。這些關鍵技術與裝備是技術密集型、知識密集型，體現了多學科技術的綜合應用水平。

　　通過網絡與國外企業開展設計、加工、供應、過程管理上的合作，可實現加工資源、信息資源的共享，適應參與國際競爭的需求；通過網絡開拓市場、降低經營成本、縮短交貨周期，適應紡織品尤其是服裝定制化生產的需求，還可研制網上客戶定制服務軟件，讓客戶甚至個人客戶通過網絡直接參與產品設計過程，并對設計方案提出修改建議。

　　網絡化紡織的研究內容

　　網絡化紡織的關鍵技術包括：支撐技術（計算器與網絡化技術等）；基礎技術（標準化、產品建模、知識管理等）；工具技術（CAD/CEA/CAM/CAPP/CRM/ERP/MES/SCM/PDH等）；綜合技術（產品全生命周期管理PLM、協同產品商務CPC、大批量定制MC、并行工程CE等）。

　　網絡化紡織集成平臺包括：網絡軟硬件支撐（操作系統、分布式數據庫、網絡系統等）；集成平臺服務（通信服務、信息服務、平臺管理服務、應用開發工具及其服務、分布應用互操作服務、平臺入口服務等）；應用編程接口；分布式應用。

　　網絡新技術在網絡化紡織上的應用包括：無線網絡（寬帶無線通信、無線傳感器等）；網絡多媒體；下一代因特網；智能計算、網格計算。
　
　　智能信息處理與計算器仿真

　　智能信息處理與計算器仿真技術支持紡織技術由實驗性研究發展為理論分析、實驗、計算器仿真相結合的現代紡織科學研究。

　　面向應用的智能信息處理框架

　　現代紡織與其它科學技術的發展，要求處理大量復雜的不確定信息，而傳統的信息處理與數學計算不能完全滿足這些迅速出現的需求。人們通過應用發現，智能信息處理是能較好適應這種需求的一種信息處理理論與方法，它能用計算器與“機器”來直接解釋與處理這些信息內容，對研究對象建模。

　　面向應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、物理系統與現象或思維規律來進行某種簡單抽象、歸納、推演形成的算法，可在計算器上實現使用。

　　有些智能信息處理方法可結合使用，以獲得更好的應用效能。例如采用進化算法的神經網絡、模糊神經計算，可優化神經計算，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信息處理、數學計算結合面向某類應用的綜合，其中圖像、圖形處理與設計、模式識別等技術在紡織品疵點與形態檢測、色差檢測、整緯測控、織物結構與服裝CAD、三維不接觸人體測量等系統的研究與開發上都有廣泛應用。應用層則是各類具體應用，包括在紡織上的應用。

　　計算器仿真技術提供新方法

　　現代紡織研究與開發采用建模與計算器仿真，大致可歸納在分子、纖維、纖維制品等三個層次上。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、紡織化學等方面中的分子仿真與設計，也包括采用Monte Carlo仿真、分子動力學仿真，從分子的微觀性質推導及預測纖維材料及紡織品化學產品的微觀、宏觀性質。

　　采用計算器仿真首先要對研究與開發對象建立數學模型，通過對對象的機理分析、實驗及機理分析與實驗相結合等方法建立數學模型，在建立數學模型時，不僅可采用一般的數學方法，也可采用智能信息處理方法。

　　智能信息處理與計算器仿真技術的應用

　　智能信息處理與計算器仿真在紡織業中的應用、研究包括：對纖維材料及其制品的物理性能及其特性預測——估測熱測熱致共聚物的理論揚氏模量；根據高分子結構預測纖維材料性能，根據纖維材料性能要求進行高分子結構設計及其纖維材料的研制；了解和預測纖維特性及其影響紡織性能和紡織品質量的關系，根據纖維、紗線與織物結構參數預測織物性能；假捻變形加工過程中的紗線特性，預測紡織品的透氣性等。

　　紡織圖像的識別、分類與分析——識別纖維種類，識別纖網中的棉結和雜質，通過疵點大小、褪色、成形圖像特徵進行質量分等；識別不同類型織疵，如粗節、棉結、斷頭、斷緯與油污等；基于織物圖像的識別與智能信息處理，預測紗線的不勻率，預測環錠紡紗與轉杯紡紗的毛羽，估計磨損后地毯外觀的變化，對褶皺的回復進行客觀估計；通過捕捉花邊圖像進行在線花邊檢查；對線縫起皺進行客觀評價，進行染疵的識別與分類。

　　紡織生產過程的在線監測與優化——設計棉纖維的最佳混配，求出以最好性價比紡出所需紗線的工藝條件，因而確定纖維在轉杯或環錠紡紗機上的可紡性；仿真與優化從纖維到紗線的生產過程；了解機械設置與變形紗的最終特性之間的關系；設計所期望的與紗線質量相關的摩擦盤；針對布的品種和所縫套數進行分類，實時改變針的穿透力與縫紉參數。
　
　　針織的計算器仿真圖像表達——仿真不同機號、線圈密度、編織結構、花型的針織物設計，可直接在計算器上進行花型設計；仿真所設計的針織物、機織物、印花織物、襪品和附件的設計及圖像顯示，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構和尺寸效應；以三維形式實時顯示針織服裝設計。

　　會聚技術孕育大變革

　　NBIC技術會聚的基本概念

　　NBIC四個技術領域分別是：納米科技（N）、生物技術（B）、信息技術（I）、認知科學（C，包括認知神經科學）。

　　NBICM

　　2001年12 月3~4日美國商務部技術管理局、國家科學技術基金會（NSF）、國家科學技術委員會納米科技分會在華盛頓聯合發起了一次有科學家和政府官員等各界頂級人物參加的圓桌會議，首次提出了“NBIC會聚技術”的概念，這四個領域的技術當前都在迅速發展，每一個領域都潛力巨大，而其中任何技術的兩兩會聚，三項會聚或者四項會聚都將產生難以估量的效能。

　　在四種技術中，納米技術提供了一種發現和創造的尺度，在這一尺度下的很多研究和制造都產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期以來和今后研究開發的主體對象，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和功能執行的量級，要系統化地對生物過程進行全面的研究和開發，必須在納米尺度空間內實現。

　　信息科學與技術是信息采集、傳播、存儲、計算、處理、分析的得力工具，已經在經濟、社會包括現代紡織發展中顯示出巨大的影響，并開始在生物系統研究中顯現其作用與巨大潛力。認知科學的研究集成在納米尺度下，獲得生命科學“秘密”，使人類實現自我了解和自我控制，把人的知識、智能以及技能提高到新的高度。這種“空間—對象—工具—目標”的研究路線也體現了四種技術會聚的可行性、互補性以及實現巨大成就、效果和意義的本質所在。

　　在許多實際研究中觀察到，在納米尺度下，這些研究領域邊界比宏觀尺度下更加模糊。會聚技術為未來發展提供了納米科技、生物（生命科學）技術、信息技術、認知科學、先進材料、先進制造技術的會聚，包括納米尺度下的會聚。

　　微電子MEMS與納米MEMS

　　MEMS是在很小規模上建立了集成有微電子組件和微機械組件的系統。納米MEMS是信息技術、納米科技、先進材料技術與先進制造技術的會聚，利用MEMS能夠感覺位置，控制每根纖維的運動與位置，獲得可控性，可用在新的紡紗技術研究中，制出質量更好、強度更高的紗線或者非織布結構。在編織時，采用MEMS可以監測和控制每一根緯紗的斷裂點，再減少緯紗的斷裂，而且MEMS系統能輔助或者有可能修復斷裂的緯紗。還可用MEMS使織物可自清洗、自修理、自粘合。

　　DNA計算器與傳統電子計算器不同，是由生物DNA片段組成的。傳統的計算器是將數據、信息轉化0和1后再進行處理，而DNA計算器則是將數據和信息轉化成堿基序列；傳統的計算器依靠電信號來控制，而DNA計算器則是通過控制DNA分子間的生化等反應來完成運算。

　　以色列科學家用DNA制成了一種能診斷和治療癌癥的超微型生物計算器模型，這種DNA計算模型只有幾個納米大，可謂是納米科技、生物技術與信息技術的會聚。它能覺察到癌細胞中信使核糖核酸（mRNA）的異常，在發現異常的信使RNA后，便釋放出由DNA控制生成的抗癌藥，抑制與腫瘤相關的基因表達。

　　這一項目首次研究了該計算裝置輸入輸出的生物化，意味著能組成基于DNA計算器的生物分子網絡，能夠與活的生物系統相融合。因而，可將DNA計算器置于細胞與組織內。在很多情況下，這些組織呈纖維或纖維集形態，在生物細胞與組織工程中應用。這種在生物細胞與組織工程中的應用，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。這使現代紡織應用完全深入到生物系統領域內。
　
　　現代紡織與近代紡織歷史上的每次大革新都是由紡織業適應當時社會經濟需要，并與先進科學技術的交叉融合所推動，網絡化紡織使世界各層次紡織系統一體化，共享全球有關紡織資源，進而促進現代紡織更加廣泛深入發展，現代紡織科學研究機構與企業應重視在網絡化紡織中獲益。

　　智能信息處理、計算器仿真技術以及傳統信息處理、數學計算與現代紡織科學研究的結合，使紡織技術由主要是實驗研究發展為理論分析、實驗、計算器仿真相結合的現代科學研究。

　　現代紡織科學研究要重視當代先進科學研究發展趨勢，領先開展這些科學研究成果的應用，NBIC與先進材料、先進制造技術的會聚有可能孕育現代紡織及其科學研究新的大革新。