紡紗技術三維虛擬實驗教學系統簡介

適用專業：服裝設計與工程、非織造材料與工程、紡織工程等相關專業。

紡紗技術是紡織工程教育等相關專業的一門主干基礎課，其理論性和實踐性都很強，它的實驗教學是紡紗技術教學中的一個重要實踐環節。目前，現實中的紡紗技術實驗存在以下局限性：

1、硬件依存性較強，只能在特定實驗室中進行；

2、需要數量較大的儀器設備，才能滿足學生人手一套設備獨立進行實驗的需求；

3、部分實驗的操作過程比較繁瑣，導致學生在實物實驗中操作不順暢，缺少時間去主動思考。

隨著招生規模的逐年擴大，教學改革的不斷深入，紡紗技術實驗的教學任務越來越重，儀器設備臺套數和實驗教師數量相對不足等問題愈加突出。為了以最少的經費投入解決以上問題，并進一步激發學生的學習興趣、增強實驗效果、提高實驗教學質量，我們開發了紡紗技術三維虛擬實驗教學系統軟件。

該軟件可在網上開展的虛擬實驗，軟件模擬實驗中用到的器材和設備，提供與真實實驗相似的實驗環境，提供網上實驗教學過程管理功能，包括：典型實驗庫的維護、實驗安排、提交實驗報告、實驗批改、成績統計、實驗答疑等功能模塊?？蓾M足高等學校和各類培訓機構實驗教學環節的需要，尤其適用于遠程教學。

使用現有器材模型，系統可開展如下9個常用實驗的訓練：

1、紡織專件虛擬實驗

2、細紗錠子虛擬實驗

3、粗紗錠翼虛擬實驗

4、多功能卷繞機虛擬實驗

5、長絲卷繞機虛擬實驗

6、轉杯紡虛擬實驗

7、清梳聯虛擬實驗

8、粗細絡連虛擬實驗

9、并條機虛擬實驗

紡織專件示教模塊

軟件采用三維建模模擬真實實驗中用到的紡織專件，提供與真實實驗相似的實驗環境；

軟件提供紡織專件器材欄，提供打手、錠翼、劍帶、劍輪、劍頭（劍桿）、羅拉、皮輥、搖架、針布、筒管、錠子、鋼領等專件15件；

所有專件尺寸符合國標或行業標準，并能實現系列化設計；

軟件具備良好交互性，左側為專件器材區，右側為互動實驗區，用戶可以自由選擇調用哪些器材進行實驗，靈活互動；

圖1  紡織裝備專件效果示意圖

通過簡單的鼠標拖曳操作，即可將特定的紡織專件調入互動區，可以互動的方式從任意距離、任意角度查看認知專件，并了解其知識點；

同時，軟件還可與三維設計軟件(Pro/E、SolidWorks)和有限元分析軟件（ANSYS、ABAQUS等）進行對接，完成剛強度、應力應變等分析功能。

圖2 紡織裝備專件力學性能分析

細紗錠子

實驗中，軟件支持測量并描繪在不同轉速下設備的相關參數曲線。

圖3 細紗錠子實驗

圖4 細紗錠子實驗

粗紗錠翼虛擬實驗

在本實驗中，可以全方位觀看設備，模擬設備開機，調整設備轉速，查看電壓-錠翼轉速關系圖，壓紗力與官紗直徑關系圖

圖5場景漫游

圖6模擬開機

圖7設置不同轉速

圖8查看電壓-錠翼轉速關系圖

圖9壓紗力與官紗直徑關系圖

多功能卷繞機實驗

多功能卷繞機實驗中，軟件支持用戶采用模塊化設計的方法，設計不同的卷繞機結構，如絲杠式、凸輪式、撥叉式。

對于絲杠式卷繞機，軟件還支持卷繞不同樣式的紗筒，如直邊式、錐邊式、雙錐邊式。

圖10多功能卷繞機

圖11 不同的結構樣式

圖12 卷繞工作視角

長絲卷繞機虛擬實驗

本實驗可以模擬長絲卷繞機設備開啟，通過調整儀器轉速來觀察紡紗過程

圖13模擬開機

圖14調整轉速

圖15觀看紡紗過程轉杯紡實驗

轉杯紡實驗中，軟件支持用戶操作設備進行紡紗操作，同時支持用戶仔細觀察設備的運行狀態。

圖16轉杯紡實驗

軟件支持輸出轉杯紡設備相關的參數曲線，為學生進行創新設計提供設計思路，輸出曲線包括：轉杯轉速與成紗強力關系、轉杯轉速與成紗伸長關系、轉杯轉速與紡紗張力關系等。

圖17 分梳輥轉速與單紗張力關系曲線

清梳聯實驗，粗細絡連實驗，并條機實驗

使學生隨時隨地在電腦上即可進入虛擬的紡織工廠。像在真實的紡紗工廠內一樣去認知紡紗的過程，不再受工廠偏遠、危險性高、條件不具備等制約條件的限制。

圖18實驗場景

圖19 梳棉機

圖20 粗紗機

圖21 細紗機

圖22 絡筒機

圖23 清棉機