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紡織機械設計原理范文1
[關鍵詞]跨專業選修課 液壓與氣壓傳動 紡織工程 教學 實踐與體會
[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）06-0138-03
隨著不同學科之間的相互交叉、融合、滲透而出現了交叉學科，而科學上的新理論、新發明的產生，新的工程技術的出現，經常是在學科的邊緣或交叉點上。因此，作為以人才培養為首要任務的高等院校應重視交叉學科將使學科本身向著更深層次和更高水平發展。交叉學科人才培養要求學生選修與本專業相關的基礎課程即跨專業選修課程，以使學生具備交叉學科及專業發展的必要基礎理論知識。紡織機械是一種集機、電、光、液、氣等于一體的裝備，其本身就要求相關學科交叉與融合。
本文以紡機液壓與氣壓傳動課程為例，分析了學生專業與跨專業選修課的特點，指出開設跨專業選修課程的必要性，重點闡述跨專業選修課程教學中遇到的問題及解決措施，對跨專業選修課程的教學和進一步實踐與探索具有普遍而又重要的意義。
一、學生專業與跨專業課程特點分析
現代科學的發展是在多學科交叉、融合、滲透中不斷發展的，對于人才能力的需求是多元化的、綜合性的。2008年11月11日，在2008諾貝爾獎獲得者北京論壇上，華人圖靈獎得主姚期智指出，多學科交叉融合是信息技術發展的關鍵：當不同的學科、理論相互交叉結合，同時一種新技術達到成熟的時候，往往就會出現理論上的突破和技術上的創新。在高等院校，開設跨專業選修課目的就在于讓學生掌握與自己專業相關的交叉學科的基礎理論知識，為學生進一步全面綜合發展提供后勁。
（一）學生專業特點分析
紡織工程專業培養具備紡織工程方面的知識和能力，能在紡織企業、科研、教學等部門從事紡織品設計開發、紡織工藝設計、服裝設計與工程、紡織生產質量控制、生產技術改造以及具有經營管理初步能力的高級工程技術人才。畢業生可在紡織行業、高等院校、科研院所、商檢等單位從事紡織品生產、紡織品貿易、教學、科研、開發及市場營銷等工作。紡織工程主要課程包括機械設計基礎、電工與電子技術、計算機原理及應用、紡織化學、紡織材料學、紡紗學、織造學、紡織品設計學、企業經營與管理、生物工程在紡織上的應用等。[1]
紡織工程是一個有關紡織產品設計、質量控制、生產技術等的系統工程。紡織機械是一種科技含量高，品種繁多，性能各異，批量中等，連續運轉，集機、電、光、液、氣等于一體的裝備。[2]紡織機械是紡織工業的生產手段和物質基礎，其技術水平、質量和制造成本，直接關系到紡織工業的發展。為提高紡織機械的高效化和自動化，一般紡織機械動力部分普遍采用液壓與氣壓傳動系統。比如DT-4C紡絲機液壓系統、ZTE型漿紗機液壓系統、清棉機氣動系統[3]等。學生在學習本專業的過程中，一個中心環節就是對于紡織機械本身構造與工作原理的了解和掌握，這對于學生后續就業、深造具有重要意義。因此，學生學習紡機液壓與氣壓傳動課程是自身專業屬性所決定的。
（二）跨專業選修課程與學生專業相關性
紡機液壓與氣壓傳動屬機電及機械類（非熱能與動力工程專業流體傳動與控制方向）專業的一門技術選修專業課，主要講解液壓氣壓元件及系統的基本原理、結構及其應用。要求學生在學習本課程之后，能夠掌握液壓及氣壓傳動系統的特點和基本概念;熟悉各種液壓泵、液壓執行元件、液壓閥、液壓輔件和氣源裝置、氣動輔助元件、氣動執行元件、氣動控制元件;了解液壓和氣動基本回路，初步具有閱讀簡單液壓、氣動系統圖的能力。[4]這對于紡織工程專業學生來講，正是從事紡織工程專業產品設計、質量控制、生產技術的要求，尤其是在生產技術、質量控制方面，也是實現自身全面、綜合發展的需要。
二、跨專業選修課教學過程中的問題及解決措施
在從事跨專業選修課程紡機液壓與氣壓傳動教學中，筆者遇到學生專業基礎薄弱、重視程度低及興趣不濃、適用教材參考資料少、實踐環節欠缺、考核方式選擇等普遍而又實際問題，現逐一分析并提出探索性的解決措施。
（一）學生專業基礎薄弱
紡機液壓與氣壓傳動是一門主講液壓氣壓元件及系統的專業技術課，它除要求學生具備機械設計基礎、電工電子技術等基礎知識外，更重要的是要求學生具備流體力學基礎知識。流體力學是理解和掌握好液壓氣壓元件及系統的核心專業基礎知識。而紡織工程專業學生沒有先修流體力學相關課程，這給學生理解相關問題比如液動力、氣穴現象等造成先天不足和困難。
因此，在進行液壓氣壓元件及其系統教學之前，對學生進行流體力學基礎部分的補充教學十分必要。在本課程中主要講解流體靜力學、流體運動學及動力學基礎知識，讓學生了解液壓與氣壓傳動中工作介質――液壓油和空氣的基本屬性比如黏性等，連續性方程、動量方程及伯努利方程等基本定律，雷諾數及流態等流體流動規律。這對于學生后續學習和掌握液壓氣壓元件基本工作原理及性能分析提供有力保證，也使得教學過程更加順暢、高效。
（二）學生重視程度低及興趣不濃
選修課在學生看來，一般認為是不重要的、與自身專業關系不大的課程。尤其在學分制下，學生的主要目的在于拿學分。因此，在學習過程中，學生重視程度及興趣遠不如必修課程和專業課程，他們通常有這樣的表現形式――不專心聽講。這對選修課程的教與學造成一定的不良影響。
“興趣是最好的老師”，只有學生對課程產生濃厚的興趣，才能激發他們的學習熱情與主動性。在紡機液壓與氣壓傳動教學中筆者始終貫穿紡織機械與液壓氣壓傳動相結合的思想，使液壓氣壓傳動扎根于紡織機械土壤中，讓液壓氣壓傳動烙上紡織工程的專業特色。在一開始的緒論教學中，除了介紹液壓氣壓傳動在國防、工業生產及生活中的應用，更重要的是介紹其在紡織機械中的廣泛應用，比如簡介液壓式壓輥加壓系統、GA331漿紗機液壓無極變速器控制牽引輥傳動系統等，激發學生的學習興趣和熱情。在平時教學中，比如講解液壓泵、液壓閥及液壓執行元件時，有意識地介紹其在相關紡織機械中的應用及舉例，播放紡機液壓氣壓系統實際工作過程錄像。另外，結合時事新聞講解相關知識，比如在講液壓換向閥及液壓基本回路及系統時，結合最近（2014年10月17日）為紀念中法建交50周年，法國設計制造的巨型機械神獸“龍馬”和“蜘蛛”在北京奧林匹克公園蘇醒，進行巡游表演的新聞，其中巨型機械神獸“龍馬”和“蜘蛛”使用最先進的自動化控制系統和電子設備控制，它可以行走、騰躍，[5]其動力及執行部分就是液壓系統，從相關新聞報道圖片中可以直接看到液壓多路換向閥及液壓缸。這對于激發學生對紡機液壓與氣壓傳動課程的學習十分有利，可以極大地促使他們產生興趣，進行主動學習，也有力地促進課堂教學的順利開展。
（三）適用教學參考資料少
目前，熱能與動力工程專業流體傳動與控制方向專業（即液壓專業）對于液壓氣壓傳動有一個系統的學習體系，主要課程包括流體力學、自動控制原理、液壓元件、液壓傳動系統、氣壓傳動系統、液壓控制系統、液壓技術進展等專業課程，其知識模塊之間具有一定的內在邏輯關系，使用的教學參考書籍比較模塊化、專業化。這對于紡織工程學生來講，在有限的學時內學習，有較大的困難。而且，目前還沒發現一本既有機結合相關課程核心知識“流體力學――液壓元件――液壓氣壓傳動系統――液壓控制系統”又結合紡織機械專業背景的適用教學參考書目。
筆者在現有的液壓教材中找到兩本比較適合的書籍：《紡織機械液壓與氣動技術》（魏俊民主編），《液壓氣壓傳動與控制》（冀宏主編）。前者特點是在講液壓與氣壓系統時很好地結合紡織機械中的液壓與氣壓傳動系統進行分析和講解;后者則從最基礎的流體力學基礎――液壓元件――液壓系統――氣壓元件――氣壓系統，全面系統地介紹了液壓氣壓傳動的基本原理。[6]在講授過程中，筆者結合兩本書，一方面補充學生欠缺的流體力學基礎，另一方面結合學生的紡織機械專業知識，講解液壓氣壓元件及系統的基礎理論及應用，收到了較好的教學效果。
（四）實踐環節欠缺
紡機液壓與氣壓傳動作為一門講解液壓氣壓元件及系統的專業技術課，本身具有實踐性強的特點。但在跨專業選修課中教學大綱并沒有安排相應的實踐教學環節，學生缺乏對于液壓元件及系統的直觀認識和感受，這也可導致學生學習興趣低、熱情不夠，實踐動手能力不足。
在課堂教學中對重要液壓元件比如液壓泵、液壓閥等進行實物拆裝，讓學生直觀認識元件結構，這對于其理解相關工作原理有很大好處。另外，可選擇性進行實驗演示，如液壓泵性能實驗、液壓閥性能實驗、液壓氣壓回路及系統性能實驗等。對學有余力或者感興趣的學生開放實驗，讓他們自己動手操作，這對于學生的專業認知和理解會更加深刻到位。
（五）考核方式的選擇
在紡機液壓與氣壓傳動的教學大綱中規定考核方式為綜合測評。一般的選修課大多采用“出勤成績+答辯（或大作業）”的形式進行綜合測評。但我們認為，作為一門技術型的專業選修課程不應該是技術概論型的課程，要實實在在地在學生的腦海中留下一些印象，就要對學生的后續學習、就業、深造等提供一些支撐。而答辯或大作業往往只側重于某一塊知識的考查，對于學生的整個液壓氣壓傳動知識體系的構建意義不大，同時也對教師掌握教學效果以及后續教學改進提供不了太多的有效信息。
參考必修課程和專業課程的考核方式，提出并采用“出勤成績×30%+‘測試1’×40%+‘測試2’×30%”的考核方式。其中將測試部分分為測試1和測試2（均為閉卷考試），測試1側重于液壓氣壓元件基本原理、符號識別的考查，測試2側重于液壓氣壓基本回路及系統的識別與分析。通過批閱試卷，發現學生對于液壓氣壓傳動基本原理及元件符號識別掌握得不錯，但是對于液壓氣壓基本回路及系統的分析能力欠缺，因此，教師可以根據這些信息，在結課時，再次重點講解相關知識，可以有力填補學生的知識漏洞，同時也為后續教學活動的進一步改善提供有力信息，比如教學中加強和提升學生液壓基本回路及系統的分析能力。
三、總結
紡機液壓與氣壓傳動是紡織工程專業一門十分必要的跨專業選修課程，其講授的有關紡織機械的液壓氣壓傳動知識直接關系到紡織產品質量控制和制造成本以及紡織工業的發展，同時也是培養交叉綜合型紡織工程人才的需要。作者以跨專業選修課程紡機液壓與氣壓傳動的教學為例，重點闡述跨專業選修課程教學中遇到的學生專業基礎薄弱、重視程度低及興趣不濃，適用教材參考資料少，實踐環節欠缺，考核方式的單一等大多數跨專業選修課程所面臨的普遍而實際的問題，并逐一進行分析，提出探索性的解決措施。這對跨專業選修課程的教學和進一步實踐與探索具有普遍而又重要的意義。
[ 注 釋 ]
[1] 蘭州理工大學紡織工程專業培養計劃[M].蘭州：蘭州理工大學，2010.
[2] 陳革，楊建成.紡織機械概論[M].北京：中國紡織出版社出版，2011.5.
[3] 魏俊民.紡織機械液壓與氣動技術[M].北京：紡織工業出版社，1986.
[4] 蘭州理工大學液壓氣壓傳動課程教學大綱[M].蘭州：蘭州理工大學，2013.
[5] 中國網，法國巨型機械“神獸”將在京演繹“龍馬精神”（高清組圖），2014.10.10.
[6] 冀宏主編.液壓氣壓傳動與控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2009.
紡織機械設計原理范文2
短纖維生產設備
隨著中國化纖設備的不斷發展,化纖工業發展較早的印尼、巴基斯坦等國家越來越多地從中國購買價廉物美的設備。他們的主要目標是購買大容量、日產 100 ～ 200 t的滌綸短纖維成套設備或對老舊設備及電氣系統進行改造,他們對設備的要求往往采用歐美標準。西亞、東南亞等地區新形成的客戶群體大多需要從中國成套購買設備和工藝服務,且單線生產能力都在 50 t/d上下,設備配置在中檔左右。
另外,技術需求也出現了兩極分化。單線生產能力 150 ～ 200 t及以上的熔體直紡短纖維設備和技術及單線生產能力 100 t及以下的螺桿間接紡回料紡設備和技術需求旺盛。
從本屆展會上化纖短纖設備和技術的參展商情況來看,國外主要為Oerlikon Neumag(歐瑞康紐馬格),該公司通過樣本資料介紹了其全系列的短纖生產裝備和技術;國內知名企業如恒天重工股份有限公司旗下的鄭州紡織機械股份有限公司、邯鄲紡織機械有限公司和邵陽二紡機,上海太平洋紡織機械成套設備有限公司等也悉數到場,以張家港港鷹實業有限公司為代表的一些小型化纖機械生廠商也紛紛參展。
1 展出情況介紹
1.1 常規短纖維生產設備
Oerlikon Neumag公司介紹了兩步法短纖維生產設備。其中,滌綸短纖生產線的最大日產能可達 250 t,紡絲階段的生產速度在 600 ～ 2 000 m/min,后加工的生產速度為 100 ～ 350 m/min。紡絲箱體上每個紡絲泵傳動都由單獨的變頻器進行調節。盛絲桶的尺寸為 2.5 m×2.5 m×3 m,滿桶重量可達 15 t以上,桶與桶之間的盛絲時間差為 ±1.5 s,可最大程度地減少桶腳絲數量。
從2001 ― 2007年,由我國南、北兩大紡機集團提供的投產或在建的日產 100 t及以上的直紡滌綸短纖生產線多達50 多條。這一階段我國的滌綸短纖總產能以年均 20% 以上的速率快速增長。
圍繞節能、減排主題,上海太平洋紡織機械成套設備有限公司在此次展會上推出了遠程監控和服務系統以及節能型導熱油加熱高溫定形機,這兩項技術目前在國內化纖機械行業屬首創,達到國際先進水平。
上海太平洋紡織機械成套設備有限公司研制開發的日產 200 t滌綸短纖成套設備是自動化程度較高、產能較大、單位能耗較低的大容量化纖成套裝備,單線年產能可達6 萬t。其主要技術特點主要體現在紡絲設備、牽伸設備及控制系統上。
(1)紡絲設備:紡絲冷卻吹風的形式、風溫、風量和風壓對粗絲束冷卻的技術;使用 8 000 孔大噴絲板組件的紡絲箱體;適用于單束原絲 1.15×106 dtex大旦數絲束的牽引喂入裝置;20 t以上盛絲筒往復裝置。
(2)牽伸設備:原絲纖度 2.38×107 dtex條件下的絲束水浴牽伸技術;牽引力 180 kN下的大直徑、多輥數緊張熱定形技術;適應 6.67×106 dtex的高密度卷曲機;高產能下的絲束烘干定形機;適應 6.67×106 dtex高速切斷機。
(3)控制系統:基于現場總線的滌綸短纖成套設備控制系統(FCS);基于網聯網技術的系統遠程診斷系統;自動控制的紡絲風量控制系統。
自熱定形機問世以來,夾套式結構的先天缺陷伴隨而來,如何解決熱介質進出夾套管時的密封問題,成為化纖機械制造行業生產線維護的重點。上海太平洋紡織機械成套設備有限公司推出的高溫定形機為電加熱導熱油全密閉型、單輥調速定形機,適用于PPS等特種耐高溫短纖維的定形。這臺高溫熱定形機對傳統的傳熱、傳動方式進行了革命,已申請了多項專利技術。其主要技術特點包括:單輥驅動、變頻調速,多單元控制;單輥夾套式密封導熱油、電熱棒直接加熱,單輥溫度可調,實際節能可達 15% 以上;采用每上、下一對輥為最小單元的箱體組合結構,可根據生產工藝要求,成 2、4、6、8、10 等輥數組合(圖 1)。
1.2 復合紡短纖維生產設備
復合紡短纖維生產設備與普通滌綸短纖維生產設備相似度較大,其主要區別在于紡絲部分,它需要兩個供料系統,熔體在復合紡絲組件中匯集后紡出復合絲。
Oerlikon Neumag公司的樣本資料中介紹了其雙組分短纖維生產線設備。
據介紹,該生產線采用矩形紡絲組件,也可根據要求提供其他幾何圖形的紡絲組件。兩種熔體的比例調整范圍為 20/80 ～ 80/20,可用于生產皮芯型、偏心中空型、并列型、橘瓣型、海島型及三葉型等多種結構的雙組分纖維。該成套生產線可紡滌錦各種復合短纖維,還可紡超細海島短纖維。
上海太平洋紡織機械成套設備有限公司的電加熱復合纖維紡絲試驗機可用于各種人造纖維的紡絲試驗。通過更換組件計量泵等基本專業配套件,就能適用于各種不同的原料,進行長絲纖維、短纖以及單組分或雙組分纖維的紡絲試驗。該樣機具有以下特點。
(1)紡絲箱體采用模塊電加熱方式,熔體配管也采用電加熱。溫度控制精度達到 ±1 ℃。
(2)加熱以單紡位紡絲箱為最小單元,可任意組合。該套設備省卻了氣相聯苯加熱系統的投資和維護保養費用,雖然設備投資節約比例僅 5% 左右,但是系統運行的可靠和安全系數卻大大提高。據介紹,該公司下一步還將將此系統推廣至大直徑多孔噴絲板紡絲生產線中,屆時聯苯鍋爐和管道材料的節約量及設備與管路熱損失的減少量將非?？捎^。
1.3 回料再生紡設備
Oerlikon Neumag公司的再生料滌綸短纖維生產設備有兩種。一為連續的一步法生產線,產品為中等強度,其生產流程中的主要設備及排列為:紡絲機 牽伸機 牽伸箱 牽伸機 疊絲機 張力機 蒸汽箱 卷曲機 干燥機 切斷機 打包機。另一種為兩步法生產線,其排列為:前紡部分:紡絲機 牽引喂入 盛絲桶;后紡部分:盛絲桶 集束架 導絲機 浸液槽 蒸汽箱 牽伸機 牽伸箱 牽伸機 蒸汽箱 卷曲機 干燥機 切斷機 打包機。
2006 ― 2010年是我國再生纖維間接紡(螺桿紡)技術飛速發展的階段?；w熔紡技術起源于間接紡(螺桿紡、長邊軸傳動等),發展于熔體直紡,現在又將直接紡的多孔、高速、數字化多單元變頻控制等先進技術移植到傳統螺桿紡行業,技術上實現了一個完整的螺旋上升過程。本屆展會上,數字化多單元變頻控制技術已在我國回收料再生紡短纖維設備領域遍地開花了。
上海太平洋紡織機械成套設備有限公司較早涉足了回收瓶片再生滌綸短纖維成套設備的制造與開發,迄今為止已開發了系列化的回收瓶片/切片兼容的可分別生產高強低伸、普棉、三維中空的專用成套設備,或集 3 種工藝于一體的柔性化成套設備工程。本屆展會上,該公司展示了新一代再生瓶片紡高強滌綸短纖成套設備,該設備已于今年年初通過了中國紡織工業協會組織的科技成果鑒定。
該成套設備的主要技術指標包括:適紡范圍 1.11 ～ 3.33 dtex;紡絲工藝速度 800 ～ 1 400 m/min;絲束總纖度 1.83×106、2.53×106、3.66×106 dtex;牽伸工藝速度 250 m/min;牽伸輥直徑 350、360、410 mm;牽伸輥長度 850、1 000、1 400 mm;熱定形輥直徑 750、820 mm;產能:54.9、75.9、109.8 t/d。
主要技術特點包括以下幾個方面:
(1)過濾器采用二級過濾形式,配置不同的過濾面積及特殊的管道設計,熔體通過過濾器時間較短,疵點數可控制在 5 以下;(2)組件采用新型結構和特制的噴絲板,配置適合瓶片的過濾材料,延長組件的使用周期,紡絲牽伸速度可達 1 350 m/min;(3)環吹風為適應瓶片紡原料變化復雜的特點,配置了半敞開式外環吹結構及單紡位風量控制裝置,有效達到了紡絲工藝吹風風量和風溫控制要求;(4)水浴牽伸采用涌積噴淋式結構,具有溫度自動控制和停車水位自動降低功能,保證牽伸絲束張力控制的穩定性,設備采用全封閉形式,熱量散失少,環境影響低,溫度控制準確;(5)緊張熱定形采用多組箱體分別傳動組合,并配置輥溫分區控制及蒸汽串接閃蒸利用,較好地實現了輥面溫度的控制精度和蒸汽的有效利用;(6)蒸汽閃蒸系統采用多級串激技術,使中壓蒸汽得到 5 次重復使用,大大提高了能源的利用率,經濟效益明顯。
鎮江金浪潮化纖設備有限公司的再生纖維設備可用于生產 1.5 ～ 25 D二維中空、三維中空、棉型、毛型和有色絲等多品種短纖。為防止熱量散失并保持良好的操作環境,該設備的加熱輥使用鋼化玻璃門密封起來,僅留出絲束通道,有效節約了能源。其紡絲箱體數最高為 10 位,單組分噴絲板直徑最高為 410 mm,雙組分噴絲板直徑最高為 328 mm。該成套設備的卷曲機卷曲輪寬度為 270 ～ 320 mm,最大絲束速度可達 300 m/min。
另外,鄭州紡織機械股份有限公司推出了日產 50 t的多單元變頻控制短纖維后處理成套設備,適用于直紡、切片紡和回料紡。張家港港鷹實業有限公司等也推出了多單元變頻控制的螺桿紡短纖維成套設備。
2 滌綸短纖維領域的技術發
展方向
隨著石油資源日益緊缺和勞動力成本的上漲,直紡大容量短纖維裝置也進入微利時期。目前,利潤相對豐厚的回收瓶片再生“仿大化”短纖總產能已占我國滌綸短纖總量的 1/2,許多直紡短纖維裝置紛紛改成瓶片再生螺桿紡。
東南亞、西亞地區回料再生紡工業的發展必將進一步加劇我國回收瓶片價格的上漲。因此,結構更簡潔、功能更柔性、節能減排指標更先進、性價比更高的短纖維成套設備是我國化纖機械今后的主要發展方向。耐高溫、耐磨輕質新型材料的應用也是一個亮點,以一套日產 50 t的滌綸短纖維螺桿紡絲設備為例,設備總重高達 300 t,裝機功率高達 2 000 kW。材料輕質化后設備重量和裝機功率如果降低30%,則每年節約的鋼材和電耗數量巨大。高效、節能的大容量成套設備仍是發展主流,其自動化程度、設備運轉率及勞動生產率均較高,且能耗與物耗較低,產品質量穩定,適用于大宗產品的需求,因此市場占有率也較高。今后幾年,我國這類設備的主攻市場應瞄準海外。
化纖長絲加工設備
從本屆展會化纖長絲設備的展出情況及介紹來看,國內外生產企業的產品開發全面圍繞優化能源、效率及設備的功能性而進行。一方面節能降耗,減少費用,提高產品的利潤;另一方面通過差別化設計以提高產品的競爭力。以Oerlikon Barmag(歐瑞康巴馬格)公司、日本TMT機械株式會社等為代表的國外知名企業,展出了具有高性能、高技術含量并符合低碳經濟要求的化纖機械設備;而中國化纖長絲設備的整體技術水平近年來也迅速提高,幾家國內知名企業已達到了國際先進水平,高質量的產品也已進入國際市場,這使得國內化纖長絲生產企業在購買設備的選擇上,由過去以進口設備為主,變為國產設備占 1/3。
1 長絲紡絲設備
1.1 民用長絲生產設備
本屆展會上,Oerlikon Barmag公司重點推出了FDY生產中的革新方案WINGS FDY。通過革新的基于操作面的設備布局,WINGS FDY簡化和縮短了生頭的流程。與標準的紡絲牽伸工藝相比,新型FDY生產線的節能效果更顯著,據稱比傳統的FDY生產線節能約 30%,從而也大大降低了二氧化碳的排放。通過廣泛使用即插即用型部件,以及完整的預安裝和經過測試的單元,WINGS簡化和縮短了安裝開車的時間。該技術的加工速度為 3 500 ～ 5 500 m/min,每位 24 頭,最終產品的纖度范圍為 30 ～ 150 D,其卡盤軸長1 380 mm,動程可達 91 mm。
以節能降耗為目的,Oerlikon Barmag公司繼續大力推廣其EcoQuench外環吹冷卻裝置(圖 1),不但將絲條冷卻過程所需空調風量減少了約 40%,有效節省了能耗,還明顯地提高了細旦絲的品質,產品的CV值可降到 1.0 以下。同時配套推出第 3 代雙通道快裝式紡絲組件,不僅使紡絲操作更加方便,紡絲位距縮小,而且大大減少了單位占地面積。
TMT機械株式會社通過樣本資料介紹了其用于細旦纖維紡絲的CIQ外環型冷卻方式,據稱其壓縮空氣消費量僅為普通側吹風方式的 1/3。通過外環型冷卻方式,使從噴絲板紡出的絲能以最省的能源達到最佳的冷卻效果;縮小位距,對單絲纖度為 0.3 D等多孔超細旦纖維有著極佳的加工性,在外徑為 85 mm的噴絲板上能紡出 288 孔以上的絲。
北京中麗制機工程技術有限公司的新型外環吹風絲束冷卻裝置主要用于DTY單絲纖度在 0.3 ～ 1.0 D之間的超細纖維的冷卻吹風環節,由于裝置的環吹風整流筒具有吹風均勻、清洗更換方便的優點,因此使用該裝置能獲得品質更優的滌綸超細長絲。該公司新型外環吹風絲束冷卻裝置的吹風頭箱與紡絲箱之間采用線密封技術,密封嚴密可靠;整個紡程上的無風區高度可根據企業的生產工藝要求進行調節。同時,該裝置采用氣缸升降并輔之以立柱式直線軸承導軌,裝置具有升降均勻穩定的特點。環吹裝置上的定位銷軸可使環吹頭定位更加精準。由于新型外環吹風絲束冷卻裝置用風量低,因此可節約 80% 的側吹風量,節能效果顯著。
大連合成纖維研究設計院股份有限公司近 10 年來始終遵循“長絲高效多頭”的主線在不停地創新。自2006年推出高效 24 頭紡絲技術后,在本屆展會上新推出了 32 頭紡絲技術,使得FDY細旦絲(50 D以下)的加工成本更低,單位產量占地更少,用工更省。32 頭紡絲機采用平行方式排列,可保證較小的卷繞位距和較低的卷繞層高,更有效地保證了 32 束絲卷繞張力的均勻性,從而保證了優良的產品質量。
1.2 產業用長絲紡絲系統
TMT工業絲紡絲系統是TMT機械株式會社的尖端產品,具有很高的可靠性與產能,可用于加工PET和PA產品,其主要規格如表 1 和表 2 所示。
瑞士SwissTex Winterthur(瑞士溫特圖爾紡織股份公司)在地毯絲和工業絲紡絲領域具有相當豐富的經驗,為滿足地毯市場需求,他們推出了經濟而高質的symTTex M40 BCF紡絲系統(圖 2)。這套系統的紡絲甬道采用“完全對稱”的理念,可獲得質量非常均勻一致的紗線。其優勢包括:可用于生產PP、PA及PET的單色BCF;完美的對稱絲路;上裝式的紡絲箱體;每紡位 4 個頭;高性能的HPTex膨化變形系統;采用FW 12型、4 頭紡雙胞胎卷繞頭。另外,每條紡絲線的產能還可根據客戶的實際需要進行優化。
symTTex M40系統保持了在擠壓機和螺桿設計方面的優勢,能適應多種聚合物的加工。這一特點允許兩種聚合物用同一臺螺桿擠壓機進行加工,并能獲得良好的熔體質量。側吹風窗的設計特別考慮到如何消除在側吹風窗和紡絲甬道中的空氣紊流,進一步保證了優質而均勻的紗線質量。
經過多年的發展,奧地利SML(蘭精機械)公司的austrofil紡絲機已成為高水準的中、高強PP長絲生產設備的代表,其HT、MT、BCF及POY生產線得到市場的廣泛認可。
austrofil BCF生產線生產的BCF可以是單色或三色,具有很高的變形度、卷曲穩定性和低收縮率。專利設計的變形單元可生產纖度范圍很寬的長絲。卷曲機構采用智能設計,避免內頁片。變形工藝后的強冷卻使長絲獲得均勻穩定的高變形率。
標準的austrofil BCF生產線包括 4 臺卷繞機,每臺卷繞機有 2 個絲餅。基于生產線的模塊化設計,用戶可以只開動 2 臺卷繞機,也可在后期擴展生產線以獲得更高的產量。紡絲機采用電加熱式紡絲箱。變形處理速度高達 3 000 m/min,單機產能為 210 kg/h,產品加工范圍為 1 100 ～ 3 000 dtex。
另外,austrofil HT和MT采用模塊化設計,可由一個牽伸模塊擴展至 4 個;產品纖度范圍 200 ～ 3 000 D,單機生產能力 160 kg/h;斷絲時只有單個牽伸模塊停機,廢絲量少;短流程分布保證了熔體的高質量以及可快速改變顏色。
標準的austrofil POY生產線包括 4 個卷繞位,每個卷繞位有 4 個絲餅。采用模塊化設計,用戶可根據需要開動 2 個卷繞位,也可后期擴展生產線以獲得更高的產量。
大連合成纖維研究設計院股份有限公司以其特有的消化吸收、自主創新與集成創新的優勢,在聚酯工業絲裝置國產化方面也取得重大突破,此次展會推出系列化聚酯SSP國產化成套技術與裝備,同樣產能的條件下設備投資可節約1/3,引起國內外廠商的極大關注。
另外,恒天重工在化纖長絲設備上也有了重大突破。新開發的POY卷繞機已批量投入市場,FDY卷繞機也已研制成功,展出了樣機,標志著該公司向化纖長絲機械新領域的邁進。
2 化纖長絲后加工設備
Oerlikon Barmag公司的新型加彈機eFK是一種升級解決方案,適用于超細旦絲的加工。該機型采用 1.5 m短聯苯熱箱降低能耗;W1、W2和W2X牽伸采用單獨傳動的導絲輥方式,每個錠位的牽伸傳動實現單電機直接傳動,降低能耗;取消了皮輥或皮圈,方便維護;穿絲裝置采用氣動裝置,降低了操作工人的勞動強度,保證絲條穩定,一致性好;配備在線張力裝置,監測絲束張力和質量。本屆展會上,該公司介紹了最新的 288 錠DTY加彈機eFK。
ATF 1500是TMT機械株式會社開發的高速假捻設備,包括ATF 1500 FOUR和ATF 1500 FV SZ兩種類型,其中前者可對常規纖維和多功能纖維進行高速加工。兩種機型的主要規格如表 3 所示。
江蘇宏源紡機股份有限公司推出的新型高速彈力絲機一面為滌綸高速彈力絲機,另一面為錦綸高速彈力絲機,最高加工速度達 1 200 m/min。該機具有智能化程度高、節能降耗性佳、紡絲質量好、結構簡單、操作維護方便等特點。由于配置了在線張力裝置,因此每錠一位的絲線張力傳感器可實時連續監測假捻器下的絲線張力,控制絲線質量。設備配有氣動自動穿絲裝置,可實現穿絲導絲器的自動下滑或上行以及自動執行生頭動作,保證了絲條質量穩定可靠。
該高速彈力絲機的牽伸部分采用節能型熱箱,減少了外界散熱面積,可節能約 15%;采用單錠驅動假捻器,振動及噪音小,適應高速生產要求。另外,其牽伸裝置好配置了W2X輔助羅拉,優化了絲線的加工。
綜合以上幾大化纖長絲設備參展商的參展重點,可以看出,新產品開發都圍繞著提高效率、節能減排、減少用工和占地這些目標,完全符合我國“十一五”規劃所提出的保護環境、持續發展的要求,將對我國化纖長絲企業的產業升級和結構調整起到積極的促進作用。
化纖設備專用部件
本屆展會上展出的化纖設備專用部件包括高速卷繞頭、網絡噴嘴、噴絲板、熱牽伸輥、螺桿擠壓機、過濾器以及高精度齒輪泵等,這里主要介紹前三者的展出情況。
1 卷繞頭
1.1 總體技術現狀
(1)速度
卷繞頭是紡絲卷繞設備中具有核心技術的關鍵設備。國內外都致力于精細研究,隨著紡織工藝技術的成熟,現有卷繞機完全能滿足FDY、POY的速度要求。
(2)結構特點
作為用于POY與FDY生產的卷繞機,其技術上已相當成熟,國內設備類型亦基本相同。目前以全自動卷繞機為主,主要包括轉盤式全自動換筒生頭機構,帶速度控制的錠軸傳動夾頭機構在內的卷繞系統以及帶有防疊裝置的撥叉式或兔子頭式導絲橫動機構。從原理上講沒有太大變化,細節上由于筒管數目不斷增加,使夾頭夾緊系統以及多絲束生頭系統變得更加復雜。除此之外,還有半自動卷繞頭,國內上海金緯機械制造有限公司與北京中麗制機工程有限公司均有此類卷繞頭,相對簡單、經濟。
(3)發展趨勢
從本屆展會可以看出,卷繞機目前的發展趨勢為運行穩定、結構緊湊、高效節能。表現為夾頭長度長、單個夾頭的筒管數量多等。長夾頭對卷繞機的機械設計、機械振動等提出了更高的要求,同時在機械制造工藝與制造精度方面難度也更大;筒管數增多也是一個發展趨勢,多達 16、20 甚至 24 個。增加筒管數相當于增加卷繞機臺數,其優點顯而易見;所帶來的技術上的難題就是要求有更高的運行穩定性、較小的速度波動、較小的約束間差異以及十分精確可靠的生頭切換機構,才能保證 16 ～ 24 根絲束在生頭與運行過程中不發生斷絲,才能達到高效、節能、緊湊、減少人工的目的。
1.2 國內外企業展出情況
Oerlikon Barmag(歐瑞康巴馬格)公司通過樣本資料介紹了即插即用型集合牽伸輥卷繞頭(WINGS)、i QOON全自動撥叉式卷繞頭及ACW系列全自動卷繞頭等。
WINGS是Oerlikon Barmag在紡絲裝備全面實行節能 e save 標志的基礎上(圖 1)隆重推出的全方位最新節能理念。其目的是為了提高POY系統的生產效率和減低生產能耗,即在常規POY紡絲機的基礎上,將牽伸卷繞所有相關的單個組件整合成為一個完整的卷繞單元,原有的卷繞頭已不再只限于對長絲卷繞成形,而是集牽伸導絲、網絡、卷繞于一身,大大縮短了導絲盤與卷繞輥之間的距離,使POY的牽伸導絲、卷繞部分的結構緊湊,減少了操作空間。
i QOON雙胞胎卷繞頭非常適用于高效FDY的生產,可同時加工多達 24 個卷裝(圖 2)。通過該卷繞頭,可同時卷繞 20 或 24 個卷裝。i QOON配備了長度為 1 200 和 1 380 mm的卡盤軸,分別可獲得的動程長度為 95 和 91 mm。其最大卷取速度可達 6 000 m/min。
TMT機械株式會社既有ATi系列卷繞頭(撥叉、兔子頭)及ATi H工業用絲卷繞頭,又推出了新一代氨綸卷繞機ATi 459α。ATi 459α采用特殊凸輪曲線,緩解了橫動導絲器(兔子頭)的回轉沖擊力,解決了高速卷繞時橫動導絲器壽命短的問題;新的驅動方式可以大幅度節電;實現了小型絲餅多樣化;采用左右開放式結構,提高了 2 或 3 臺并排擺放的可操作性;最新開發的MTC功能,可大幅度改善絲餅的成型形,解決了目前氨綸絲餅普遍存在的凸肩問題,提高了后道工序退繞的效率,進而改善絲餅品質。其具體規格如表 1 所示,剖面結構如圖 3 所示。
另外,TMT公司還介紹了其第二代雙胞胎型卷繞頭 ATi MANTAII(圖 4),大大節約了總投資和細旦絲的生產成本,具有經濟穩定的特點。ATi MANTAII目前有3 種型號可選,包括ATi II615MR、ATi II614MR和ATi II612MR,其中前兩者的卷繞速度為 3 000 ～ 5 500 m/min,后者則為 3 000 ～ 6 000 m/min。
德國SAHM公司作為國際著名的重型紗錠卷繞機生產商,此次也帶來了用于PAN原絲的更大卷裝的840XE卷繞機,其往復長度可達 800 mm,卷重可達到 500 kg,為碳纖維的生產提供了更好的原料。
作為國內最大的化纖擠出機制造商,上海金緯化纖機械制造有限公司在卷繞機的開發上投入了大量精力。此次展會上,上海金緯機械制造有限公司展出了新型兔子頭式JWA16/1680/4000卷繞頭,其管筒夾頭長度達 1 680 mm,據稱是國產單軸最長的POY卷繞頭;其卷繞速度為 4 000 m/min,絲餅數有 12/16 和 20 可選,適用于加工滌綸長絲。另一臺展出設備JWAR15/1500/5500全自動卷繞頭采用撥叉式橫動形式(圖 5),管筒夾頭長度為 1 500 mm,卷繞速度為 5 500 m/min,絲餅數有 10、12、16 和 20 可選,適用于加工PET及PA6長絲。
北京中麗制機工程有限公司也帶來了其全系列高速卷繞頭的樣本資料,包括BWA系列全自動卷繞機(撥叉式、兔子頭式)、雙轉旋翼式“雙胞胎”卷繞頭(聯體式卷繞頭)以及氨綸卷繞頭BWA10/690等。展出的 1 臺BWA55T 1500凸輪滑梭式民用絲全自動卷繞頭,卷繞速度為 3 500 ～5 500 m/min。
鄭州紡織機械股份有限公司現有ZWT(兔子頭式)、ZWB(雙轉子撥叉式)卷繞頭,此外還有工業用絲卷繞頭系列和碳纖維卷繞機(ZK6101型)。
2噴絲板
噴絲板作為化纖紡絲機的關鍵部件,是紡絲成形的基礎元件,其質量是保證纖維成品質量和良好紡絲工藝的重要條件。
在此次參展的噴絲板產品中,除常規噴絲板外,還包括各種異形孔噴絲板、復合紡絲組件及噴絲板、碳纖維紡絲噴絲板、芳綸紡絲噴絲板、中空過濾膜紡絲組件及噴絲板等,其中一種用于新型環保型纖維素纖維紡絲的噴絲板采用不銹鋼材料制作,單板孔數即超過了 60 000 孔,孔徑僅為0.07 mm。
本屆展會上,展出的噴絲板進一步適應當前化纖紡絲向超細、多頭、復合以及各種差別化方向發展的趨勢,孔密度不斷提高,而孔尺寸及面積則越來越小。今后,用于各種高性能及新型纖維紡絲的噴絲板將成為有實力的噴絲板廠家的開發重點。
日本Nippon噴絲板公司以制造濕紡和干紡噴絲板著稱,其技術核心是利用硬度相當于金剛石材質的耐磨損材料進行超精密加工,其微孔孔徑最小達到 0.016 mm。干紡噴絲板采用異形孔,其三角孔邊長為 0.03 ～ 0.08 mm。熔紡噴絲板最小孔徑為 0.07 mm,同時可生產各種異形孔。此外,還新推出了一種中空纖維噴絲板,用于過濾、人工透析及其他用途。
Kasen(卡森)噴絲板公司是日本主要噴絲板生產商之一,主要生產各類熔融紡絲噴絲板,復合紡絲組件是其特色產品。此次展會未推出新技術及新產品。
常州噴絲板廠/常州紡興精密機械有限公司作為國內規模最大的噴絲板制造商,可生產各類熔融紡、干法紡、濕法紡噴絲板以及各種非織造布和特種高性能纖維用噴絲板,熔融紡絲用工業化生產噴絲板的最小孔徑達到 0.11 mm,基本代表了國內的最高水平。
北京中麗制機噴絲板有限公司展出了常規的噴絲板樣品,可生產各種熔融紡、復合紡、熔噴紡等紡絲工藝用噴絲板。其亮點是擁有美國SPINTRACK噴絲板自動檢測儀,在產品質量的保證上有一定優勢,檢測時,可達到對長絲噴絲板進行逐孔檢驗。
3網絡噴嘴
隨著化纖工業的高速發展,市場對于纖維質量的需求也越來越高,這就對化纖生產設備及工藝提出了更高的要求。低能耗、易操作、良好的工藝彈性和最佳的網絡絲品質正成為網絡技術發展的主流趨勢。系列模塊化,意味著使用者可以通過變換嘴芯,快速適應變化的市場需要,同時也為設備維護提供了便利。
網絡噴嘴可以在長絲加工過程中給予絲條必要的抱合性,使長絲順利生產和加工,絲條的網絡節點可以改善卷繞外觀成形,使生產速度更高,有效防止單絲或纖維斷頭。
Oerlikon Textile Components(歐瑞康紡織專件)旗下的Heberlein(赫伯利)公司是世界領先的合成纖維長絲用空氣網絡噴嘴和空氣變形噴嘴供應商。展會上,該公司展出了多個系列網絡噴嘴產品。
為適應市場的快速變化,紡絲牽伸系列Heberlein® PolyJet SP 2,該系列噴嘴包括PolyJet SP 2 HN和PolyJet SP 2 PP,其中前者結構緊湊,絲距小,可容納多絲道,其全系列型號HN112A到HN202A的絲距為 6 mm,網絡節點數高,均勻性和穩定性好。
Heberlein® SwissJet噴嘴的假捻系列是在一種無損絲線的情況下,以極低的運行成本充分發揮網絡效能的創新噴嘴,噴嘴芯S1、S2及S3系列適用于低于 240 dtex的絲線,具有極高的網絡均勻性和網絡點數,生產速度可達 1 200 m/min;S12、S16及S18系列帶有渦流腔,適用于在一定的網絡點數下對網絡點穩定性要求較高的情況。假捻 變形系列SlideJetTM 在操作性上更加完善,簡化了維護,且噴嘴芯更易識別。
早期的預網絡噴嘴是模仿網絡噴嘴的工作原理,在絲束上打出一個個松散的網絡結,絲束在其工作過程中被氣流上下拋動以達到油劑被進一步分散的效果。這種方式有兩個缺點:一是打出的網絡結與后道網絡器打的結有沖突,二是油劑分布不夠均勻。鑒于此,許多網絡噴嘴設備制造商推出了新型節能的預網絡噴嘴,提高了網絡效果。此次展會上,Ceratrak(賽萊特)公司推出的MZ型預網絡噴嘴和阿波紡錠公司的預網絡噴嘴得到了廣泛關注。
Ceratrak是化纖生產所需的陶瓷配件的供應商。該公司近年來著力于開發新產品,此次展會推出了最新的MZ型預網絡噴嘴和主網噴嘴,其中在預網絡噴嘴中,非觸摸類型一般適用于加工多孔絲,而觸摸式則適用于低旦絲和多 孔絲。
阿波紡錠株式會社響應節能的需求,推出了在原絲生產工序中使用的空氣噴嘴的節能型主網絡噴嘴和預網絡噴嘴。MT系列是該公司的標準型產品,與其相比,MR系列的空氣流量最多可減少 60%。MA系列在繼承MT系列穩定生產的基礎上,實現了低成本化。MV系列則在MT系列的基礎上,將絲間距最小設計至 8 mm,能對應多絲餅化,提高其操作性。
紡織機械設計原理范文3
關鍵詞機械設計 制造 自動化 產品 發展方向
中圖分類號：TD404 文獻標識碼：A 文章編號：
前言
早在1971 年日本的《機械設計》雜志副刊上就刊登了機電一體化這一名詞。之后， 機電一體化得到了不斷發展。美國機械工程師協會于1984 年為現代機械下了如下定義： 現代機械是“由計算機信息網絡協調與控制的， 用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和（或） 機電部件相互聯系的系統”。它與前面提及的機電一體化是一致的， 因此可以說現代機械就是指機電一體化系統。20 世紀90 年代國際機器與機構理論聯合會給出了這樣的定義， 機電一體化是精密機械工程、電子控制和系統思想在產品設計和制造過程中的協同結合。因此又可以說機電一體化就是在機械設計制造及其自動化基礎上的發展。
機械設計制造及其自動化是機械技術和電子技術為主體， 多門技術學科相互滲透、相互結合的產物， 是正在發展和逐漸完善的一門新興的邊緣學科。機械自動化使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化， 使工業生產由“機械電器化” 邁入了以“機械自動化” 為特征的發展階段。
機械自動化的發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科， 隨著生產和科學技術的發展， 它還將不斷被賦予新的內容。但其最基本的特征可概括為： 機械自動化的設計制造是從系統的觀點出發， 綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感檢測技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術， 根據系統功能目標和優化組織結構目標， 在多功能、高質量、高可靠性和低能耗的意義上實現特定功能價值并使整個系統最優化的系統工程技術。
需要強調的是， 機械自動化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合性技術， 而不是機械技術以及其他新技術的簡單組合、拼湊， 這就是現代機械與機械電氣化在概念上的根本區別?，F代機械設計制造出的產品， 不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸， 智能化的特征是現代機械自動化和傳統機械在功能上的本質區別。
1 機械設計制造及自動化的符合設計原則
1.1 滿足對機器的功能要求
任何一種產品都是為滿足人們的某種需要而開發的， 都必須具有某種主要功能， 不同的產品具有不同的主要功能。概而言之， 都能對輸入的物質、能量和信息（即所謂工業三大要素） 進行某種處理， 輸出具有所需特性的物質、能量與信息。因此， 機械自動化系統也必須具有這樣的主功能， 即對輸入的物質、能量和信息進行某種處理， 從而輸出具有所需特性的物質、能量與信息。機械自動化系統功能如圖1 所示。
機械自動化系統是一個綜合的概念， 包含了機電一體化技術和機電一體化產品兩個方面的內容。
作為產品， 又包含著設計、制造和特定的功能以滿足使用要求， 而功能是由其內部有機聯系的結構所決定的。
1.2 利用先進技術不斷創新
根據產品或系統的主功能不同， 可對產品或系統進行分類。
以物料搬運、加工為主， 輸入物質、能量和信息， 經過加工處理， 主要輸出改變了位置和形態的物質系統（或產品） 稱為加工機。如各種機床、交通運輸機械、食品加工機械、起重機械、紡織機械、印刷機械、輕工機械等。
以能量轉換為主， 輸入能量和信息， 輸出不同能量的系統（或產品） 稱為動力機， 其中輸出機械能的為原動機。如電動機、水輪機、內燃機等。
以信息處理為主， 輸入信息和能量， 主要輸出某種信息。如數據、圖像、文字、聲音等的產品稱為信息機。如各種儀器、儀表、計算機、傳真機以及各種辦公機械等。
機械自動化系統除了具備上述必須的主功能外， 還應具備其它內部功能， 即動力功能、檢測功能、控制功能、構造功能。
基于上述的功能構成原理， 既有利于設計或分析各種機械自動化的產品， 又有利于開拓思路， 便于創造發明和創新。例如， 根據3 種不同的主功能及其不同的輸入， 組合起來可形成9 大類型的系統產品， 如表1 所示。
此外， 對于不同主功能的加工機構， 其運動方式不同， 也構成不同用途的機械。例如， 金屬切削機床是根據工件與刀具相對運動產生切削作用的原理進行工作的。因此， 工件與刀具的運動方式不同， 便產生不同用途的機床。所以說機械自動化的發展空間非常廣闊， 具有極大的想向空間， 需要我們利用先進技術符合科學原理來不斷創新， 設計制造出一流的自動化產品。
2 機械自動化系統在化工生產中的應用
生產過程中， 對各個工藝過程的物理量（或工藝變量） 有著一定的控制要求。有些工藝變量直接表現生產過程， 對產品的數量與質量起著決定性的作用。例如， 精餾塔的塔頂或塔釜溫度， 一般在操作壓力不變的情況下必須保持一定， 才能得到合格的產品； 加熱爐出口溫度的波動不能超過允許范圍， 否則將影響后一工段的效果； 化學反應器的反應溫度必須保持平穩， 才能使效率達到指標。有些工藝變量雖不直接地影響產品的質量和數量， 然而保持其平穩卻是使生產獲得良好控制的前提。
2.1 鍋爐汽包水位控制方面的研究
鍋爐汽包是生產蒸汽的設備， 幾乎是工業生產不可缺少的設備。保持鍋爐汽包的液位高度在規定范圍內是非常重要的， 若水位過低， 則會影響產氣量， 且鍋爐易燒干而發生事故； 若水位過高， 生產蒸汽含水量高， 會影響蒸汽質量。這些都是危險的， 因此對汽包的液位嚴加控制是保證鍋爐正常生產必不可少的措施。
2.1.1 單沖量控制系統
汽包水位控制手段是控制給水， 基于這一原理， 可構成如圖2 所示的單沖量控制系統。
這里的“沖量” 一詞是指變量， 單沖量即汽包水位。這種控制系統是一種典型的簡單控制系統。當蒸汽負荷突然大幅度增加時， 由于假水位現象，控制器不但不能開大給水閥來增加給水量， 以維持鍋爐的物料平衡， 而是關小控制閥的開度， 減小給水量。等到假水位消失后， 由于蒸汽量增加， 送水量反而減小， 將使水位嚴重下降， 波動很歷害， 嚴重時汽包水位降到危險程度以至發生事故。
因此對于停留時間短、負荷變動較大的情況， 這樣的系統不能適應， 水位不能保證。然而對于小型鍋爐， 由于水在汽包中的停留時間較長， 在蒸汽負荷變化時， 假水位的現象并不顯著， 配上一些聯鎖報警裝置， 也可以保證安全操作， 故采用這種單沖量控制系統尚能滿足生產要求。
2.1.2 雙沖量控制系統
在汽包水位的控制中， 最主要的擾動是蒸汽負荷的變化。如果根據蒸汽流量來進行校正， 不僅可以補償“虛假水位” 所引起的誤動作， 而且使給水位控制閥的動作十分及時， 從而減少水位波動， 改善控制品質。將蒸汽流量信號引入， 就構成了雙沖量控制系統， 如圖3 所示。從本質上看， 雙沖量控制系統是一個前饋（蒸汽流量） 控制加單回路反饋控制的復合控制系統。這里的前饋僅為靜態前饋，若需要考慮兩條通道在動態上的差異， 需引入動態補償環節。
圖3 所示的連接方式中， 加法器的輸出I 是：
式中 ———液位控制器的輸出；
———蒸汽流量變送器 （一般經開方器）的輸出；
———初始偏置值；
———加法器系數， 的設置一般取1；
———加法器系數， 的值應考慮到靜態前饋補償， 可現場湊試， 也可經理論推導得出。
設置的目的是使其在正常負荷下， 控制器和加法器的輸出都有一個比較適中的數值。最好在正常負荷下，和項接近而相互抵消。
根據以上分析可知： 自動控制裝置和被控的工藝設備組成了一個沒有人直接參與的自動化控制系統， 操作工坐在操作室里就能觀察到整個裝置的變化。這樣， 既能保證生產過程的安全， 又降低了勞動強度。
近二十年來， 工業生產規模的迅速發展， 加劇了對人類生存環境的污染， 因此減小工業生產對環境的污染也納入了過程控制的目標范圍。綜上所述， 過程自動化控制的主要目標包括以
下幾個方面：
（1） 保證生產過程的安全和平穩；
（2） 達到預期的產量和質量；
（3） 盡可能地減少原材料和能源消耗；
（4） 把生產對環境的危害降到最小限度。
3 結論
因為現代機械自動化在設計和制造上具有多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義， 所以機械的設計、制造都是圍繞著機械自動化來進行的。機械自動化技術所面臨的共性關鍵技術是傳感檢測技術、信息處理技術、伺服驅動技術、自動化控制技術、接口技術、精密機械技術及系統總體技術等。所以說， 機械自動化系統就是機電一體化系統。機電一體化的發展就是機械自動化的發展。廣大設計人員應清醒地認識到機械設計制造只有向機械自動化設計制造方向發展， 才是機械工業發展的唯一出路。設計人員不能只熱衷于技術引進， 不能僅僅安心于作為新技術的傳播者， 而應該作為新技術產業化的創造者， 為機電一體化技術發展開辟廣闊的天地。
參考文獻
[1]劉武發，劉德平. 機電一體化設計基礎[M].北京：化學工業出版社，2007.
[2]楊世明，騰獻銀，趙鎮宏，等. 機械設計[M]. 北京： 電子工業出版社， 2007.
[3]張建民，等. 機電一體化系統設計[M]. 北京:高等教育出版社，2001.
紡織機械設計原理范文4
關鍵詞：設計制造; 自動化; 產品; 發展; 方向
中圖分類號： S611 文獻標識碼： A 文章編號：
前言
早在1971年日本的《機械設計》雜志副刊上刊登了機電一體化這一名詞，后來隨著機電一體化的發展而被廣泛的應用。美國機械工程師協會于1984年為現代機械下了如下定義：“由計算機信息網絡協調與控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和（或）機電部件相互聯系的系統”。它與前面提及的機電一體化是一致的，因此可以說現代機械就是指機電一體化系統。20世紀90年代國際機器與機構理論聯合會，給出了這樣的定義，機電一體化是精密機械工程、電子控制和系統思想在產品設計和制造過程中的協同結合。因此又可以說機電一體化就是在機械設計制造及其自動化基礎上的發展。現主要圍繞機械設計制作及自動化與其優點展開論述
1.機械設計制造及自動化的符合設計原則
1.1 滿足對機器的功能要求
任何一種產品都是為滿足人們的某種需要而開發的，都必須具有某種主要功能，不同的產品具有不同的主要功能。概而言之，都能對輸入的物質、能量和信息（即所謂工業三大要素）進行某種處理，輸出具有所需特性的物質、能量與信息。因此，機械自動化系統也必須具有對輸入的物質、能量和信息進行某種處理，從而輸出具有所需特性的物質、能量與信息的主功能。如圖1-1示:
圖1-1機械自動化系統功能示意圖
如上所述，機械自動化系統是一個綜合的概念，包含了機電一體化技術和機電一體化產品兩個方面的內容。作為產品，又包含著設計、制造和特定的功能以滿足使用要求，而功能是由其內部有機聯系的結構所決定的。
1.2利用先進技術不斷創新
根據產品或系統的主功能不同，可對產品或系統進行分類。
以物料搬運、加工為主。輸入物質、能量和信息，經過加工處理，主要輸出改變了位置和形態的物質系統（或產品）稱為加工機。如各種機床、交通運輸機械、食品加工機械、起重機械、紡織機械、印刷機械、輕工機械等。
以能量轉換為主，輸入能量和信息，輸出不同能量的系統（或產品）稱為動力機，其中輸出機械能的為原動機。如電動機、水輪機、內燃機等。
以信息處理為主，輸入信息和能量。主要輸出某種信息。如數據、圖像、文字、聲音等的產品稱為信息機。如各種儀器、儀表、計算機、傳真機以及各種辦公機械等。
機械自動化系統除了具備上述必須的主功能外，還應具體備其它內部功能、即動力功能、檢測功能、控制功能、構造功能。
基于上述的功能構成原理，既有利于設計或分析各種機械自動化的產品，又有利于開拓思路，便于創造發明和創新。例如，根據3種不同的主功能及其不同的輸入，組合起來可形成9大類型的系統產品。如表2-1所示：
表2-1不同主功能及輸入的組合
此外，對于不同主功能的加工機構，其運動方式不同，也構成不同用途的機械。例如，金屬切削機床是根據工件與刀具相對運動產生切削作用的原理進行工作的。因此，工件與刀具的運動方式不同，便產生不同用途的機床。所以說機械自動化的發展空間非常廣闊，具有極大的想向空間，需要我們利用先進技術符合科學原理來不斷創新，設計制造出一流的自動化產品。
2.機械自動化系統的優點與效益
隨著機械自動化技術的快速發展，機械自動化產品有逐步取代傳統機電產品的趨勢，與傳統機電產品相比，機械自動化產品具有高的功能水平和附加值，它將給開發生產者和用戶帶來社會、經濟效益。
2.1生產能力和工作質量提高
機械自動化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動化控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和較高的產品合格率。同時，由于機械自動化產品實現了工作自動化，所以生產力大大提高。例如:數控機床對工件的加工穩定性大大提高,生產效率比普通機床提高5～6倍。柔性制造系統的生產設備利用率可提高1.5～3.5倍，機床數量可減少約50%，節省操作人員約50%，縮短生產周期40%，使加工成本降低50%左右。此外，由于機械自動化工作方式具有可通過調整軟件來適應需求的良好柔性，特別適合于多品種、小批量產品的生產、是縮短產品開發周期、加速更新換代的重要途徑。
2.2使用安全性和可靠性提高
機械自動化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身與設備事故，顯著提高設備的使用安全性，機械自動化產品由于采用電子元器件，減少了機械產品中的可動構件和磨損部件，從而使其具有較高的靈敏度和可靠性。故障率降低，壽命得到了延長。
2.3調整和維修方便，使用性能改善
機械自動化產品在安裝調試時，可通過改變控制程序來實現工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現場參數變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機械自動化產品的控制系統中，而不需要改變產品中的任何部件和零件。對于具有存儲功能的機械自動化主品，可以事先存入若干套不同的執行程序，然后根據不同的工作對象，給定一個代碼信號輸入
即可按指定的預定程序進行自動工作。機械自動化產品的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施，使工作恢復正常。由于機械自動化產品普遍采用程序控制和數字顯示，操作按鈕和手柄數量顯著減少，使得操作大大簡化，并且方便、簡單。機械自動化產品的工作過程根據預設的程序逐步由電子控制系統指揮，系統可重復實現全部動作。高級的機械自動化產品可通過被控對象的數學模型以及外界參數的變化隨機自尋最佳工作程序，實現自動化最優化操作。
2.4具有復合功能，適用面廣
機械自動化產品跳出機電產品單技術、單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機械自動化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求，應變能力較強。
2.5改善勞動條件，有利于自動化生產
機械自動化產品自動化程度高，是知識密集型和技術密集型產品，是將人們從繁重的體力勞動中解放出來的重要途徑，可以加速工廠自動化、辦公自動化、農業自動化、交通自動化甚至是家庭自動化，從而可促進我國四個現代化的實現。
2.6節約能源，減少耗材
節約一次和二次能源是國家的戰略目標，也是用戶十分關心的問題，機械自動化產品通過采用低能耗驅動機構，最佳的調節控制，以提高設備的能源利用率，可達到明顯的節能效果。同時，由于多種學科的交叉融合，機械自動化系統的許多功能一方面從機械系統轉移到微電子、計算機系統，另一方面從硬件系統轉移到軟件系統，從而使得機械自動化產品系統朝著輕小型方向發展，減少了材料消耗。
所以，無論是生產部門還是使用單位，機械自動化技術和產品的應用，都會帶來顯著的社會和經濟效益。正因為如此，世界各國，首先是日本、美國、歐洲各國都在大力發展和推動機械自動化技術。
3.結語
因為現代機械自動化在設計和制造上具有多功能、高質量、高可靠性，低能耗的意義所以機械的設計、制造、都是圍繞著機械自動化來進行的。所以設計人員不能只熱衷于技術引進，不能僅僅安心于作為新技術的傳播者，而應該作為新技術產業化的創造者。
參考文獻：
紡織機械設計原理范文5
（①西安工程大學人事處，西安 710048；②西安工程大學管理學院，西安 710048）
（①Department of Human Resource，Xi’an Polytechnic University，Xi’an 710048，China；
②School of Management，Xi’an Polytechnic University，Xi’an 710048，China）
摘要： 為解決紡織企業計劃層與車間制造層之間數據表示、集成問題，首先，對制造過程中業務及數據流程問題進行了分析，構建了面向制造層面的紡織制造執行系統體系框架；然后，對制造執行系統中的數據約束規則、數據形式化表示、異構數據庫的集成原理進行了設計與優化。其次，在局域網環境下，開發了一種面向制造層面的紡織制造執行系統。通過系統功能的實際應用，結果表明：經數據問題設計與優化后，制造執行系統有效實現了計劃層與車間層之間數據的有效銜接，解決了企業內部數據重復度高，利用率低的問題。
Abstract： In order to solve the problem of data expression and integration between production planning layer and shop manufacturing layer in the textile enterprise， first， the workflows for business and data was deeply analyzed， and a system framework oriented to manufacturing layer for textile manufacturing execution system was built. Then， data constraint rules， formal representation， heterogeneous database integration principle in the manufacturing execution system were designed and optimized. Second， in the LAN environment， a textile manufacturing execution system oriented for manufacturing-level was developed. As verified in the practical application of the system， the results have shown that manufacturing execution system has achieved effective data convergence between production planning layer and shop manufacturing layer after designing and optimizing the data problem， and solved the problem of high duplication degree and low utilization of internal data.
關鍵詞 ： 制造執行系統；紡織企業；數據集成；數據表示 ing
Key words： manufacturing execution system；textile industry；data integration；data expression
中圖分類號：TS103.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）18-0047-06
收稿日期：2015年5月13日。
基金項目：陜西省科技計劃項目（2013KRM07）；陜西省社科基金項目（13D026）；陜西省社科界重大理論與現實問題研究項目（2014Z039）；中國紡織工業協會指導性計劃項目（2014076，2013068，2011081）；陜西省教育科學“十二五”規劃課題（SGH140649）；陜西省教育廳科研計劃項目（2013JK0742，11JK10550。
作者簡介：張衛東（1979-），男，陜西西安人，碩士，工程師，主要研究方向為紡織生產過程管理；邵景峰（1980-），男，陜西西安人，博士生，副教授，碩士生導師，主要研究方向為智能信息處理。
0 引言
制造執行系統（Manufacturing Execution System，簡稱MES）是美國AMR（Advanced Manufacturing Research，Inc.）公司在90年代初提出的，其目的在于將企業資源計劃層同車間現場控制，通過執行系統聯系起來，實現企業生產信息的有效整合[1]。紡織企業作為傳統的制造業，在ERP或設備控制系統設計實施時都涉及中間的車間管理層，對MES的需求就應運而生，其效果也逐步顯現[2]。
國外從很早以前就開始研究紡織制造執行系統了，如Colorni A M[3]等人在1991年開始研究紡織制造執行系統；1995年Geroge Coppus等人，為紡織企業開發了一種制造信息系統（MIS），其屬于制造執行系統的范疇；在1996年Dorigo M[4]等人研發了一種面向紡織企業的制造執行系統；1998年Tanju Yurtsever[5]等人，為紡織企業構建了一種集生產監控與調度功能于一體的制造執行系統；而且，Michael N Huhns[6]等人在深入研究流程企業制造執行系統的基礎上，在2005年開發了紡織企業的制造執行系統等，促進了紡織制造執行系統的發展。我國關于紡織制造執行系統的研究起于20世紀80年代初[7]，雖然當時我國的紡織業發展良好，但是設備自動化水平低的問題不容忽視，再加上信息技術力量薄弱，生產管理方式落后等原因，造成我國一直沒有建立完善的的紡織企業的制造執行系統，只在某一特定領域建立了相應的制造執行系統。直到1991年，Cheng Fantien[8]等人提出一種面向紡織企業的制造執行系統框架，我國的相關專家才開始研究這方面的內容。如鄭永前[9]等人，提出了一種基于UML的面向服務的MES模型；董玉倩[10]等人對制造執行系統的關鍵技術進行了研究，并將其應用于紡織企業，同時，于冬青[11]等人將制造執行系統應用于紡織企業等。通過分析這些文獻發現，我國關于紡織制造執行系統的研究比較單一，忽視了對制造層面的紡織制造執行系統的研究。因此在中國紡織工業聯合會制訂的“十二五”規劃中[12]，首次將面向制造層面的制造執行系統作為了研究重點對象，這無疑推動了我國紡織制造執行系統的研發和進步。
通過文獻回顧發現：國內外很多專家都把研究重點放在了系統模型的構建、先進技術在系統中的應用等方面，對系統體系結構的整合方面研究不足，在這種形勢下，現有的系統雖然具有良好的先進性和兼容性，但是并沒有面向制造層面的紡織制造執行系統。為此，本文將整個紡織過程的業務作為切入點，在原有各個車間監控系統的基礎上，進行系統體系結構的構建，以實現上層計劃層與車間現場控制層間信息的有效銜接。
1 系統結構
要想實現企業資源計劃（ERP）層與車間生產控制層（PCS）之間的良好溝通，紡織制造執行系統需要起到一個承上啟下的作用，為實現上述目的，應將紡織制造執行系統定位成一個多功能為一體的創新服務平臺，該平臺的最終目的是實現企業內部各類數據的共享共用，避免出現企業信息“孤島”問題。具體操作如下：首先通過增量聚類算法進行聚類，并從中抽出潛在的知識規則；然后，通過數據表名稱及字段的沖突處理，實現異構數據庫間數據表中相應信息的統一；其次，借助數據接口，從各異構數據庫中獲取實時數據，建立多數據表間的品種數據信息鏈接，其目的是通過品種數據信息建立多數據表間的相關性，可以增強底層生產控制層數據的采集、處理、分析和存儲能力；最后，通過這種關系規則，實現生產計劃層與車間制造層之間數據的有效對接，進行數據的融合處理。
這樣，在系統結構構建過程中，將其設計為計劃層、執行層、控制層三部分。其中，計劃層的主要作用是將各類車間監控系統中的異構數據進行集成，并進行數據的通信、存儲以及加工。具體而言，就是實時地接收生產控制層所回送的各類生產數據，經過數據融合處理后，將其結果一方面存儲在本地數據庫TextileDB中，另一方面同步轉儲給上層ERP系統。
執行層的主要目的是進行各異構數據庫記錄的沖突處理，并通過數據接口進行數據的融合、存取和鏈接。
控制層用來統一管理制造層面的車間生產數據，主要通過實時數據與歷史數據的分離方法來有效保證生產數據的實時性、完整性和正確性。這樣，所構建的系統體系結構如圖1所示。
2 數據問題
2.1 數據關聯規則約束
紡織企業是一個多車間、多部門、多設備、多用戶的企業，加之，企業內部數據眾多、業務規則復雜、管理系統繁多、數據庫類型各異，使得多用戶在同一時間并發操作數據庫時，使得系統服務器的負載過大，在這種情形下，需要對系統數據庫進行合理的設計，并對各個異構數據庫中的數據進行合理地規范，以提高系統數據庫的反饋、效率，從而達到數據共享共用的目的[13]。
具體的設計過程為：首先，將對象及對象之間的關系映射成關系數據庫中的表元素；然后，將對象屬性映射成關系數據庫的列，同時將對象間關聯、組成和聚合等關系映射成關系數據庫中完整性等約束。而對象又包含多個屬性，其構成狀態集反映靜態特征和當前所處的狀態。業務對象的行為是業務對象完成其功能的基礎，如品種數據的錄入、原料信息的入庫、品種試驗數據的錄入、紗織疵信息的導入導出等；同時，根據紡織企業的業務管理規則，即各個業務對象之間并非獨立，而是存在多種聯系的規則。如在機品種信息的翻改、生產計劃的調整與調度、紗織疵信息的反饋等業務規則，而這些規則對業務對象的屬性、行為和關系產生了約束。為了使各個對象之間具有良好的銜接性，在系統數據庫設計階段，設置了兩個表來完整映射一個對象，即：一個是體現業務對象靜態特征的業務表，另一個是反映實際業務流程信息的流程表。通過這兩個表，使得業務對象內部的流程關系以及各業務對象之間的業務規則關系，通過業務邏輯層映射成表內或表間的關聯關系或約束來體現[14]。
2.2 數據形式化表示
就紡織業務過程而言，主要涉及從訂單到計劃，再從纖維到紡織成品的整個過程，分別解釋紡織品成形過程對應的what，how，who，why，where，when問題，則整個業務流程對應的業務數據可以包括（以下用B表示）主要包括過程對象集O、工藝計劃集H、原料集R與設備集D、制造過程集T以及織物集S，由此，紡織業務數據B可用一個如下所示的六元組來表達[15]。
B：：={O，H，R，D，T，S} （1）
上式中，由于H與T在整個紡織制造過程中表達了織物成形過程的時序變化，并按照H的計劃進行控制著織物成形過程的前進，以及T的過程監控從而演繹出紡織成品的結果數據。同時，對紡織過程的業務流程而言，其對應制造過程數據可以按照織物質量形成過程的時序與邏輯關系，通過工序間的“輸入——輸出”關系，在具體形式表達時解析成網絡結構，用以實現制造過程數據的有效集成。而多色集理論為紡織過程異構數據的集成和形式化建模提供了理論依據。
由此，基于多色集合理論[16]，對加工過程中產生的各類數據進行統一描述。具體流程為：首先從集成數據庫中抽象出構建多色集合的基本元素集合，并將抽象到的數據形成網絡結構，同時定義對應的節點集為：Ns={Ni|1?燮i<n}，其中，Ni是集合Ns的具體實體，主要包括工藝計劃集H、原料集R 、設備集D、制造過程集T以及織物集S等具體具體對象，當然，也可以包括與具體對象相關的多個關聯節點。在紡織數據集成過程中，Ni可以表示與數據相關的O、H、R、D、T、S中任意一個對象或者對象的組合，而這個對象或對象的組合可以在多色集合中被虛擬地染上一種顏色，借助聚類方法實現對象類型的區分。
假設A={a1，a2，…，aj，aj+1，…，an}表示紡織過程中工序之間數據的活動節點集，并以兩兩節點組合（ai，aj）表示多色集元素，則工序間活動節點之間關系可以表示為多色集的圍道，即Fk（ai，aj），其中k=1，2，…，5。當k=1時，（ai，aj）為順序連接，k=2時，（ai，aj）為與分連接，k=3時，（ai，aj）為與合連接，k=4時，（ai，aj）為或分連接，以及k=5時，（ai，aj）為或合連接。現根據上述兩兩節點組合關系，建立表示數據節點集對應的“活動—活動”關系布爾矩陣模型，記為[（A*A）*F（A*A）]，則具體的形式如式（3）所示。
根據訂單信息和紡織企業的生產狀況，安排具體的生產計劃任務，并確定具體的生產加工路線，并借助紡織生產過程關系模式進行表達，其中v1、v2、v3、v4表示紡織過程數據活動節點并包括具體的工序流程對應的數據節點，以及節點之間的相互關系如圖2所示。例如v1：：=a2a3a4a5，各數據節點的具體表示過程如表1所示，具體的“工序—工序”之間的關系布爾矩陣如表2所示。其中，若行列之間存在關聯關系則對應表2中的“1”，否則，對應表2中的“0”。
2.3 異構數據庫集成
在系統數據集成過程中，為保證各工序間信息的有效銜接，采取XML技術與全局數據模式相結合的方法[20]，使所有的數據交互操作在中間件中以XML文檔形式存在，對異構數據庫中的數據進行轉換，其優點是在數據交互過程中，保持了一定的獨立性，降低了數據間的耦合度，提高了數據的重用性[21]。異構數據庫間的集成方案如圖3所示。
由圖3可見，整個集成方案包括應用層、中間件層和數據源層三層。其中中間件層的目的是通過集成各個車間的異構數據源，實現紡織制造執行系統數據庫中數據的共享。中間件層中的注冊器主要負責各異構數據庫的注冊服務，并生成公共模型；查詢處理器需要根據用戶提交的查詢請求，并提交給包裝器進行執行，結果處理器將包裝器中的執行結果進行匯總，并以XML的格式返回；包裝器主要用于底層數據源的交互，實現數據位置和訪問的透明性。
為此，該異構數據庫的集成工作原理與實現流程為：首先由客戶端發出一個全局查詢請求，其可能涉及到異構數據庫中的數據，例如查詢品種的生產執行情況，可能涉及到細紗、筒并捻、準備、織布，以及整理等車間的生產信息監測系統，信息管理系統等；然后，應用服務器確認接收到客戶端的請求時，由中間件層接收客戶端的查詢請求，具體的處理步驟是：首先，對異構數據源所注冊的共享信息進行分析，然后，將全局查詢分解為具體的數據庫子查詢，并將子查詢發送到對應的數據源。
其次，處于數據層的所有數據庫管理系統接收到查詢中間件層傳輸的查詢請求后，它首先從數據庫中查詢相關信息，然后把查詢結果返還給結果處理器，由結果處理器將其合并成同一條數據記錄，并將所需要的查詢結果返還給應用服務器，由應用程序服務器再將用戶的請求結果返回給用戶。
2.3.1 關系模式轉換算法的設計
關系模式的轉換包括兩個部分：一是數據庫關系模式的提取；二是關系數據模式到XML Schema 的轉換。前者的目的是構建共享數據庫的關系模式，進而保證數據提取的完整性。
在關系數據模式到XML Schema模式的轉換過程中，由于客觀原因的限制，使用DTD 無法對關系表之間的約束進行轉換[22]，為此，在關系模式轉換過程中，通過XML Schema 轉換算法來實現數據庫關系模式到XML 的轉換。其算法的構建過程如下：
①針對紡織制造執行系統中的每一個異構數據源，首先為其XML Schema的轉換結果定義一個唯一的命名空間；
②然后，為異構數據庫中的每張表T和表T中的字段A1，…，An，創建復雜類型元素和子元素A1，…，An，并設置子元素的數據類型；
③在XML Schema中，為數據庫TextileMesBase增加一個TextileMesBase元素，并為其插入一個復合類型元素，使其子元素分別為T1，…，Tm，這樣，各子元素對應的數據類型為每個表創建的復雜類型；
④表中主鍵映射的屬性或元素定義為key屬性，外鍵映射的屬性或元素定義為keyref屬性。根據主外鍵之間的關系，創建子元素，若一個表中的外鍵作為另一個表中的主鍵或主鍵的一部分，則同一字段為外鍵的表映射為父元素，而另一個表映射為子元素。
2.3.2 基于GAV的查詢分配方法設計
以XML作為數據交換語言，通常查詢分配方式有兩種：一是LAV（Local As View）方法；二是GAV（Global As View）方法[23]。鑒于GAV方法具有查詢轉換簡單的特點，所以本系統設計過程中采用了GAV方法，其轉換后的重要數據表之間的關系如圖4所示。
3 系統實現
當合法系統用戶登錄系統后，系統管理模塊要根據用戶登錄信息表中的用戶角色和權限來自動判斷用戶的類型，通過這種角色——權限——類型的系統安全管理機制，系統會自動屏蔽無權操作的系統功能模塊和系統子菜單，有效防止了非法用戶的訪問。
系統主要具有六大功能，分別是系統管理、數據錄入、實時監測、數據查詢、參數設置、報表輸出。這些功能可有效實現相應車間的動態數據采集和信息化管理，不僅面向了整個紡織業制造層面，也能夠具體到某一特定車間的監測系統功能。如通過制造執行系統可進行并粗車間機臺崗位的動態設置，此動態設置功能與并粗車間監控系統中的崗位設置功能是同步的，詳見圖5所示。
若某個部門想查詢或者調用其他部門的生產數據時，需系統功能授權。在擁有系統功能權限后，可通過制造執行系統實現數據的共享。如計劃調度科需調用各車間的棉紗產量數據時，系統根據計劃調度科的用戶角色，自動分配系統功能權限，其通過通用數據接口，實現數據的訪問和報表的統計分析，具體的實現功能界面如圖6所示。
4 結論
根據紡織企業生產管理的實際需要和發展需求，結合企業生產制造過程的特點，圍繞紡織企業MES項目的建設目標，進行了面向紡織企業制造執行系統（MES）關鍵技術研究，以及MES系統的設計和開發。紡織執行制造系統作為紡織企業現代集成制造系統中制造管理自動化領域的一項重要技術，一方面，MES可以對來自ERP的生產管理信息進行細化、分解，將計劃層操作指令傳遞給底層控制層；另一方面，可以采集設備的狀態數據，以實時監控底層設備的運行狀態；同時，可以為ERP提供生產現場的實時數據，實現生產數據的自動化采集，從而加強計劃管理層與底層控制之間的溝通，起到了承上啟下的作用，彌合了企業計劃層和生產車間過程控制系統之間的間隔，通過強調制造過程的整體優化來幫助企業實施完整的閉環生產，同時也為企業信息化的建設提供了良好的基礎。
紡織企業MES系統主要面向制造層面，具有良好的靈活性、可維護性，使MES在生產管理中發揮重要的作用，為企業實時成本的計算、生產過程的管理而提供基礎數據，并將全面提高紡織企業的信息化管理水平。
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