第二节　互联网针织CAD系统发展现状

针织CAD的研究起源于20世纪60年代，由美国IBM公司研制。20世纪70年代CAD软件初步成形，20世纪80年代CAD软件开始真正运用于各个企业。经过50多年的发展，针织CAD技术已逐步成熟，成为辅助针织物设计和生产必不可少的工具。目前，国内外推出的针织CAD系统都是将经编纬编分开的，经编CAD系统主要包括织物设计及仿真模拟两大模块。在织物设计方面，国内外开发的CAD系统功能较齐全，但在稳定性、兼容性等方面存在一些差异；国外对仿真方面的研究起步早，CAD仿真功能已逐步完善，国内软件仿真功能与国外差距比较明显。

一、纬编CAD软件

国外的机械制造、电子化程度一直处于世界前列，在纬编CAD系统方面发展得也较为成熟。国外的纬编CAD系统大多是与其针织设备配套的软件系统，主要用于某一种型号或某一系列的针织设备，如德国迈耶西公司、日本福原公司、意大利圣东尼公司等，这些公司开发的CAD系统专供其生产的针织设备使用。

德国迈耶西公司开发的纬编CAD系统与其公司纬编圆机设备配套使用，目前市面上应用较多的是PIC系统和MDS1系统。PIC系统是迈耶西电脑提花圆机应用较多的CAD系统，分为花型编辑器、色彩排列编辑器以及工艺卡编辑器三个子系统。PIC系统中花型编辑器用于设计织物花型，可通过绘图工具绘制基本的花型，也可直接导入已绘制好的bmp格式的花型图片，还可对有组织结构变化的花型进行组织铺设；色彩排列编辑器主要针对调线织物，对其色彩、调线手指等进行设置排列；工艺卡编辑器主要对路数、色彩数、循环数等标准工艺参数以及减少色彩、色彩分配等花型参数进行设置。MDS1系统是迈耶西较新的基于OVJA系列电脑提花圆机的CAD软件。MDS1系统具有花型绘制、组织铺设、工艺检测等功能，能够实现针筒和针盘花型设计功能。与PIC系统相比，该系统将多个软件统一到一个软件中，操作更为简单便捷，但该软件应用时速度很慢，将上机文件导入机器中需1min左右，而且该软件缺少织物仿真和虚拟展示功能。

福原CAD系统主要包括花型编辑器pattern edit，多色提花编辑器multi color jacquard，工艺参数编辑器parameter&striper,wac格式转换器等几个软件。Pattern edit用于设计织物的花型，设计过程中可直接在新建的花型中绘制，也可直接打开已保存为bmp格式的图片，再进行处理。该软件操作界面直观，但步骤较为烦琐。Parameter&striper用于对织物的上机工艺进行设置，主要包括路数、颜色、纱嘴等参数设置。

WAC Designer软件在国外众多纬编CAD软件系统中应用较为广泛，是与日本WAC电脑提花选针系统相配套的花型设计软件，由于其软件格式与机器设备兼容性好，在国内提花圆机市场中应用极其广泛。该软件界面操作简单，但是功能较少，处理复杂的花型图案较为烦琐。

意大利圣东尼公司开发的CAD系统是目前市面上较为成熟的制版系统。圣东尼CAD系统包括花型组织绘制软件与上机工艺设计软件两个子系统，不同的机型上机工艺设计软件有所不同。花型绘制软件目前较为常见的为photon软件，可以用该软件中的绘图工具绘制花型，也可导入已有bmp格式图片，并对花型进行针法铺设。工艺设计软件包括QUASARS软件、针对圣东尼SM-DJ2T（S）机型专门开发pulsar软件等。该类软件主要用于设置机器动作，对织物的密度、纱嘴、机速等一系列参数进行设置。

国内纬编CAD系统较国外系统起步晚，且不够成熟，多以仿国外系统功能为主。目前国内致力于开发纬编CAD系统的公司较少，主要的研究来源于一些纺织院校。

国内纺织高校对于纬编CAD系统的开发研究包括浙江大学朱艳在花型准备、编织信息等几个方面着手，开发了针织圆机计算机辅助花样制作原型系统。武汉科技学院潘鄂菁开发了插片系列、滚筒系列、摆片系列、提花轮系列和多针道系列共五大系列纬编产品花型设计CAD，其具有统一相似的操作界面，并且可以根据针织企业设备情况定制设计。电子科技大学胡孝树以Visual Basic 6.0和MS-Access2003为开发工具，开发了拨片式圆形纬编机、提花轮纬编提花圆机、滚筒式提花和圆齿片提花圆形纬编机的上机工艺设计和纬编针织物效应模拟软件。江南大学自主研发了纬编CKCAD2.0系统，该系统适用于多针道、机械式提花、电脑提花和无缝内衣等各类圆纬机产品开发。CKCAD2.0系统具有较好的人机界面，操作方便快捷；且具有较好的织物仿真功能，仿真效果逼真；此外，该系统具有较好的虚拟展示效果，使织物能够更直观形象地展示在用户面前；系统具有较好的兼容性，能够适应国内外各类提花圆机、机械圆机的花型与工艺设计。

国内独立开发纬编CAD系统的相关企业很少，多与开发控制系统的企业合作并采用其开发的CAD系统，如国内的金天梭纬编机械制造公司，其采用恒强公司开发的控制系统并配套使用恒强公司开发的HqPDS制版系统来实现机械动作的设置。

纵观国内外纬编CAD系统的发展现状，国外CAD技术较为成熟，功能较为完善，但是目前软件在织物仿真、虚拟展示等方面没有涉及，而且软件的兼容性不好，基本上各公司的软件只配套该公司生产的机型；国内纬编CAD系统开发研究较少，仅有部分纺织高校有所研究，但是都没有能够推向市场。

二、横编CAD软件

国外对横编CAD系统的研究较早且已经比较成熟，主要代表是德国斯托尔公司开发的M1PLUS系统和日本岛精公司开发的SDS-ONE系统，这两套软件都是配套其生产的电脑横机且不兼容其他电脑横机。由于国外对此类应用技术保密，并未公开相关技术，且售价昂贵，单价超过上万美元，因此相关理论资料较少。

针织CAD系统是与电脑针织机配套的软件，随着电脑针织机的发展，针织CAD技术也在不断进步。国外的针织CAD系统以德国ProCAD、MDS1、M1 PLUS和SDS-ONE为代表，国内以恒强、智能吓数为代表被针织企业广泛使用。这些系统在毛衫设计、成形工艺、制版设计等功能上具有很高的实用性。但这些主流针织CAD系统都是单机软件，不能随时随地进行设计，不符合定制化服务的发展方向，所以对针织CAD系统的开发提出了新的要求。

M1 PLUS系统是德国斯托尔公司为其生产的电脑横机配套开发的横编CAD系统，是M1系统的升级版，具有花型设计、模型设计、导出文件等功能，可以设计包括普通织物、嵌花织物以及全成形织物在内的所有横编针织物，具有标志视图、工艺视图和织物视图三种不同的设计视图，三种视图可以同时打开，方便设计人员查看不同的编织信息。M1 PLUS系统不可单独购买且只适用于STOLL电脑横机，其导出的上机文件包括JAC、SET、SIN，其中SIN是上机控制文件的主体，由Sintral语言编写。

SDS-ONE系统目前发展到APEX3版本，同样只配套于日本岛精公司生产的电脑横机。该系统具有纱线模拟、毛衫工艺设计、纸样设计、三维模拟等功能模块，各模块之间可以相互调用生成的信息。SDS-ONE系统覆盖横编针织物从设计、生产到营销的全流程。与M1 PLUS系统不同的是，在设计时只有一个设计视图，因此只能在设计完成后查看织物效果，但其织物模拟仿真效果真实且可进行三维展示，极大减少了打样时间。

整体来看，国外软件起步早，智能化程度高，视图可视性好，操作便捷，功能完善，仿真效果较好，在技术和性能方面都处于行业领先位置，但在使用时都进行了加密且都为单机版软件，没有与互联网技术结合，具有局限性。

国内对于横编CAD系统的研发起步较晚，借力于国产电脑横机技术和计算机技术的发展，国产横编CAD系统已得到快速发展，因其售价便宜甚至有些软件提供免费服务，因此以恒强（HQ-PDS）、智能吓数、富怡毛衫CAD等为代表的横编CAD系统在国内市场占有量大。

恒强制版系统由浙江恒强科技股份有限公司开发，具有工艺成型、图形处理、花型编译、参数设置等功能模块，系统界面直观，操作方便，在国产电脑横机上有较多的应用，如飞虎、越发等。该系统目前还在不断升级完善中。

智能吓数是香港的一款毛衫设计软件，从最初仅具有毛衫成形工艺计算功能，发展到具有毛衫制版、款式设计、织物仿真和文件导出等多种功能，在横编企业中也有较多的应用，但以盗版软件居多。

富怡毛衫CAD由深圳市盈瑞恒科技有限公司开发，是一款全方位的CAD系统，系统界面简洁，功能强大，主要包括毛衫设计、毛衫工艺、毛衫制版模块，具有款式设计、生成文件等功能，在设计衣片的工艺时只需输入毛衫尺寸数据和款型特征且无须人工计算。有免费和付费两种版本，付费版有单机和网络两种，网络版只能在局域网运行。

此外，高校科研机构也对横编CAD开展了一系列研究：莫易敏等提出了新的设计思路，将横编CAD划分为织法库、布纹库、手工编程、自动编程、数控代码编译五个部分，将织法符号分类归纳为九种；罗冰洋等的研究中采用分层绘图的设计思想，实现了一套基于多图层的设计系统，极大地方便了绘图，能够精确快速地设计花型；郑敏博等人对毛衫工艺进行研究，采用基于Bresenham方法计算毛衫工艺，开发了具有款式设计模块、方格模拟模块、工艺显示模块等功能的相关软件；洪岩等从毛衫款式出发，优化了毛衫工艺计算的算法，开发了一套毛衫工艺辅助系统，具有绘制工艺单、自动工艺计算等功能；卢致文等设计了横编针织物的数学模型和数据结构，同时利用三次Bzier曲线建立线圈模型，开发了线圈模拟程序，采用多视图的方式表达织物，简化了成形设计的流程。

整体来看，国内对横编CAD的研究存在以下问题。

（1）过于封闭，网络化程度低，仅能在单机或局域网内运行，并且安装在固定的某台电脑上，受硬件、环境、时空的影响较大。

（2）花型等数据文件只能存放在硬盘里，缺少网络化的产品数据库，不能做到产品的统一管理，且由于存放位置固定不能随时随地取用，造成了企业内部的产品管理困难。

（3）国内软件之间格式兼容性不高，且没有统一的设计标准，缺乏智能化的设计理念。

三、经编CAD软件

国外最典型的经编CAD软件是由德国TEXION公司开发的Procad系统，该系统适用于多梳贾卡织物、双针床织物、少梳织物的花型设计与仿真；德国EAT公司开发了图案和款式设计软件Design Scope系统；西班牙CADT公司开发了花边织物设计软件Lace Drafting Software SA⁃PO；日本武村研发了提花设计系统。国内CAD软件目前应用较多的有江南大学开发的WKCAD系统，武汉纺织大学开发的HZCAD系统。国外拥有领先的图形学技术，对经编CAD研究水平较高，与国内相比，最突出的优势是织物仿真方面，仿真效果逼真、速度快，可实现二维以及三维的动态仿真。

德国TEXION公司研发的Procad花型设计系统分为Procad Developer、Procad Warpknit两部分，该系统功能全面，性能一流，在市场上占有较大份额。Procad Developer软件除设计功能外还包括Procad simulace和Procad simujac模块，这两个模块用于多梳织物及多梳贾卡织物的仿真；Procad Warpknit由Procad velours、Procadwarpknit3D这些子模块组成，Warpknit适用于少梳、双针床绒类织物及间隔织物的设计与开发，并可进行二维仿真与三维仿真。在三维仿真中纱线可实现股线效果，仿真效果较逼真，操作方便。

Scope是EAT公司开发的针对花型图案设计的系统，其针对纺织品提花图案的特点，开发了很多方便易用的设计工具。Procad和Scope的设计能力覆盖了KarlMayer公司所有的经编机型，在国内应用较为广泛。

西班牙CADT公司开发的SAPO系统是一款花边设计与仿真系统，能用于各类花边工艺的设计，仿真效果出色；日本武村开发的花边设计系统与SAPO功能相似，也主要应用于花边和贾卡提花织物的设计与仿真。此外，韩国、印度、土耳其等国家也开发了经编CAD系统，但没有在我国推广使用。

国内关于经编CAD的研究晚于国外，初期以学习国外CAD的先进功能为主，目前在产品设计和仿真方面取得了一定成绩，并针对国内设计需求自主研发了一些实用性较强的功能。国内关于经编CAD的研发主要集中在一些高校。

20世纪90年代中期，江南大学开始对经编针织物CAD系统开展研究，并开发了一套功能齐全的经编针织物CAD系统，该系统的功能模块如图1-2-1所示。该系统在Windows操作系统上运行，人机界面友好，操作方便；系统兼容性强，在织物仿真方面尤为突出，可进行各类经编针织物的花型设计与仿真，包括多梳花边织物、贾卡织物、高速和双针床织物，图1-2-2为该系统的织物二维仿真，（a）图为实物图，（b）图为对应的二维仿真图。除此之外，该系统还能设计特殊的无缝无底提花织物、鞋材织物以及WB浮纹织物等。针织中心自主研发适用于各类针织物设计与仿真的CAD系统，已获得计算机著作权8项，有中文版和英文版。目前覆盖了中国80%以上经编企业，并推广至美国、日本、西班牙、韩国、墨西哥、土耳其、印度等12个国家和地区的近600家企业，全球市场占有率第一，江南大学的经编CAD技术处于国际领先地位。

关于经编针织物结构特征研究与几何模型建立，采用NURBS曲线对线圈进行建模。现有的建模方法有。

1.几何建模法

如图1-2-3所示，基于线圈结构参数，经过大量采样、测量、统计，归纳线圈形变规律。算法简单，快速，但忽略了纱线的物理特性，真实感不佳。

2.物理建模法

如图1-2-4所示，基于纱线性能和动力学原理，分析线圈间受力，利用方程求解线圈的形变位移。该建模法得到的线圈真实感较好，但因其计算复杂，较几何法相比速度稍慢。

3.纹理映射法

如图1-2-5所示，基于实际纱线图像，将纹理像素映射到织物的几何模型上，由此来模拟织物外观的真实感。其真实感较突出，仿真速度快。但需要大量纹理数据，灵活性较差。

4.纹理函数法

如图1-2-6所示，基于几何模型或纹理特征来拟合纹理分布函数，通过此方法计算像素纹理值，获得较好的线圈真实感，且仿真速度较快。但对复杂纹理的模拟存在一定缺陷。

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到目前为止，不管是经编CAD系统、纬编CAD系统还是横编CAD系统，都是单机版软件，然而随着网络技术和信息时代的发展，单机版CAD软件的局限性也在慢慢显现出来，软件的安装、版本升级，局域网限制等阻碍了CAD软件的发展，随着工业互联网时代的到来，为了提升纺织行业在国际市场的竞争力，将针织技术与互联网技术相融合已是必然趋势。