專家視點(diǎn)：信息技術(shù)支持紡織科學(xué)研究創(chuàng)新（中）
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(duì)研究對(duì)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(duì)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(jiǎn)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(cè)、色差檢測(cè)、整緯測(cè)控、織物結(jié)構(gòu)與服裝CAD、三維不接觸人體測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)研究與開發(fā)對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)對(duì)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(duì)纖維材料及其制品的物理性能及其特性預(yù)測(cè)——估測(cè)熱測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)織物性能；假捻變形加工過程中的紗線特性，預(yù)測(cè)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(cè)紗線的不勻率，預(yù)測(cè)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(duì)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(duì)線縫起皺進(jìn)行客觀評(píng)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(cè)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(duì)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(guó)商務(wù)部技術(shù)管理局、國(guó)家科學(xué)技術(shù)基金會(huì)（NSF）、國(guó)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(zhǎng)一段時(shí)期以來和今后研究開發(fā)的主體對(duì)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(duì)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)。
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(duì)研究對(duì)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(duì)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(jiǎn)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(cè)、色差檢測(cè)、整緯測(cè)控、織物結(jié)構(gòu)與服裝CAD、三維不接觸人體測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)研究與開發(fā)對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)對(duì)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(duì)纖維材料及其制品的物理性能及其特性預(yù)測(cè)——估測(cè)熱測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)織物性能；假捻變形加工過程中的紗線特性，預(yù)測(cè)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(cè)紗線的不勻率，預(yù)測(cè)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(duì)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(duì)線縫起皺進(jìn)行客觀評(píng)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(cè)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(duì)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(guó)商務(wù)部技術(shù)管理局、國(guó)家科學(xué)技術(shù)基金會(huì)（NSF）、國(guó)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(zhǎng)一段時(shí)期以來和今后研究開發(fā)的主體對(duì)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(duì)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)。
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