生絲抱合檢測過程可追溯系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

文/葉飛 阮棉獎 胡彬慧 梁曼 孫衛(wèi)紅

生絲抱合是指生絲在受摩擦?xí)r，集合而成的蠶絲的分裂難易程度，對生絲的加工、織造和織物質(zhì)量具有重要影響[1-2]，生絲抱合性能是生絲質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[3]。隨著高速織機(jī)的發(fā)展，對生絲抱合性能要求越來越高，抱合性差的生絲在織造過程中會出現(xiàn)斷裂、染色不均、起毛及疵點等問題。中國作為生絲的出口大國[4]，生絲品質(zhì)好壞越來越成為關(guān)注的問題。但依據(jù)GB/T 1798—2008《生絲試驗方法》[5]，目前生絲抱合性能的檢驗裝置Y731的檢驗過程為：將生絲連續(xù)往復(fù)置于抱合機(jī)框架兩邊10個掛鉤之間，施加恒定均勻的張力，用摩擦刀片對生絲進(jìn)行往復(fù)摩擦，摩擦速度約為130次/min。摩擦45次左右，停機(jī)做第一次觀察，之后摩擦一定次數(shù)停機(jī)人工觀察生絲摩擦分裂程度，當(dāng)半數(shù)以上絲條開裂大于6mm時，在抱合檢驗記錄表上記下此時的摩擦次數(shù)。將檢測完的生絲去除，繼續(xù)下一個絲錠的絲條檢測，以20只絲錠的檢驗抱合次數(shù)的平均值取整作為該批絲的抱合次數(shù)。生絲分裂程度通過人工觀察，做過檢驗的生絲不做保留，導(dǎo)致檢驗結(jié)果因人而異和質(zhì)檢過程不可重現(xiàn)、不可追溯，使生絲品質(zhì)成績?nèi)狈?quán)威性。由此可以看出生絲抱合性能質(zhì)檢過程可追溯系統(tǒng)的研究與開發(fā)在我國勢在必行。

隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，信息管理系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛[6-13]，相比于人工管理，使用信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理效率高，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。本文在Y731裝置的基礎(chǔ)上，增加了工業(yè)相機(jī)、stm32單片機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)。絲條的圖像通過工業(yè)相機(jī)傳至上位機(jī)，用圖像算法處理生絲圖像，標(biāo)記出生絲開裂大于6mm區(qū)域，用于輔助人工檢驗。抱合次數(shù)經(jīng)單片機(jī)采集并通過數(shù)據(jù)采集卡上傳至上位機(jī)，采用數(shù)據(jù)庫存儲生絲的圖像路徑、時間節(jié)點、檢驗結(jié)果，設(shè)計實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)庫的生絲抱合性能質(zhì)檢過程可追溯的系統(tǒng)。

1 可追溯系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的需求分析

生絲抱合質(zhì)量信息可追溯管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)目標(biāo)是對抱合檢測結(jié)果、絲條圖像信息和檢驗人員信息的存儲和查詢。該系統(tǒng)具備以下功能：

（1）系統(tǒng)能對檢驗單進(jìn)行新增、修改、刪除、查詢等功能，保證檢驗結(jié)果的完整性。

（2）系統(tǒng)能通過串口通信獲取下位機(jī)抱合檢測數(shù)據(jù)信息，并自動生成檢測結(jié)果報表。

（3）系統(tǒng)要實現(xiàn)多種查詢條件，可以通過設(shè)置篩選條件進(jìn)行檢驗單快速查詢。

（4）系統(tǒng)要對不同身份用戶設(shè)置不同的權(quán)限，檢驗員和審核員可以訪問且只能訪問自己被授權(quán)的權(quán)限，保證了信息的獨立性和安全性。

1.2 可追溯系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

生絲質(zhì)量信息可追溯系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試平臺選用Visual Studio 2013，開發(fā)語言使用C#，數(shù)據(jù)庫選用SQL Server2008，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。由于C/S結(jié)構(gòu)交互性強、網(wǎng)絡(luò)通信量低、響應(yīng)速度快、利于處理大量數(shù)據(jù)，且該系統(tǒng)針對固定用戶具有安全的存取模式，故該系統(tǒng)選取了C/S模式的結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)的開發(fā)架構(gòu)。總體框架分為5層：管理層、核心層、展現(xiàn)層、接口層、外部硬件設(shè)備數(shù)據(jù)交互層，如圖1所示：（1）管理層功能是將系統(tǒng)分成不同的用戶權(quán)限，不同用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行不同層次的操作，審核員可以為檢驗員授予登錄用戶名和密碼;（2）展現(xiàn)層主要以窗口的形式為用戶提供查詢表單和生絲圖像的信息;（3）核心層是系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的中心層，用戶的登錄信息和生絲的相關(guān)溯源信息都在該層;（4）接口層主要是為用戶提供接口，實現(xiàn)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)庫訪問以及提交生絲抱合檢驗單信息和圖像數(shù)據(jù)信息，同時生成生絲信息報表;（5）外部硬件設(shè)備數(shù)據(jù)交互層的主要功能是為數(shù)據(jù)庫提供外部數(shù)據(jù)，包括檢驗結(jié)果數(shù)據(jù)和生絲圖像數(shù)據(jù)。

圖1 生絲檢測可追溯系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.3 可追溯系統(tǒng)模塊設(shè)計

生絲抱合質(zhì)檢過程可追溯信息管理系統(tǒng)分為兩種登錄權(quán)限：一種為檢驗員登錄方式，另一種為審核員登錄方式，不同登錄方式可以進(jìn)行不同功能的操作。系統(tǒng)總體功能流程結(jié)構(gòu)如圖2所示，分為7個模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、表單模塊、審核模塊、報表模塊、溯源查詢模塊、用戶管理模塊。

圖2 可追溯系統(tǒng)流程框圖

1）數(shù)據(jù)采集模塊：用于采集獲取生絲抱合次數(shù)數(shù)據(jù)與生絲圖像信息。

2）數(shù)據(jù)分析模塊：經(jīng)過圖像預(yù)處理、特征提取、圖像分析、圖像識別、結(jié)果處理判斷一系列過程，標(biāo)記出生絲開裂大于6mm的區(qū)域，在表單界面上顯示生絲開裂的圖像，作為參照，輔助人工判斷，如圖3所示。

圖3 表單界面

3）表單模塊：表單包括檢驗單號、樣品規(guī)格、生絲圖像信息和抱合檢驗數(shù)據(jù)等。其中檢驗單號、樣品狀態(tài)、樣品規(guī)格和試驗環(huán)境需要檢驗員進(jìn)行填寫，樣品數(shù)量默認(rèn)20個，設(shè)備編號、設(shè)備名稱及依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)都默認(rèn)自動填寫。抱合次數(shù)的數(shù)據(jù)與生絲圖像主要通過下位機(jī)上傳而來，不能進(jìn)行修改。當(dāng)抱合次數(shù)數(shù)據(jù)接收完畢，進(jìn)行提交，檢驗單按照時間順序進(jìn)行排序。

4）審核模塊：表單分為4種狀態(tài)：已提交、已審核、退回、未處理。檢驗員提交表單的狀態(tài)為已提交，審核員對已提交的檢驗單進(jìn)行審核，可根據(jù)檢驗結(jié)果對表單進(jìn)行退回或者審核通過兩種處理。對于退回的檢驗單，檢驗員進(jìn)行反饋，再次提交的檢驗單狀態(tài)為未處理，需審核員進(jìn)一步進(jìn)行處理。

5）報表模塊：通過審核的表單會自動生成報表，對生成的檢測結(jié)果報表，可進(jìn)行打印，用于存檔。

6）溯源查詢模塊：可以通過任務(wù)編號直接對檢驗單進(jìn)行查詢，也能通過篩選樣品規(guī)格、檢驗單狀態(tài)及檢驗時間進(jìn)行查詢，如圖4所示。對于所查詢的檢驗單，可單擊該條目查看檢驗單結(jié)果，并且可點擊圖片預(yù)覽查看不同抱合序號生絲被磨損的圖像，如圖5所示。

圖4 可追溯查詢功能界面

圖5 檢驗單界面

7）用戶管理模塊：檢驗員不能注冊、修改、刪除賬號信息，也不存在對提交的表單進(jìn)行審核的功能。當(dāng)以審核員身份進(jìn)行登錄時，審核員可以注冊檢驗員與審核員賬號，并能修改檢驗員的登錄密碼，并具有表單審核功能。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫的設(shè)計是將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)實體及這些數(shù)據(jù)實體之間的關(guān)系進(jìn)行規(guī)劃和結(jié)構(gòu)化的過程，在整個系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。數(shù)據(jù)庫設(shè)計得好壞，會影響其效率、開發(fā)的難易程度。生絲抱合性能檢測過程可追溯的系統(tǒng)是一個以生絲從檢測開始到結(jié)束過程中圖像信息采集、處理和輸出的管理系統(tǒng)，因此系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計是非常重要的。

2.1 系統(tǒng)E-R圖

根據(jù)流程框圖得到可追溯系統(tǒng)的E-R圖，如圖6所示。圖中實體檢驗員擁有用戶名、檢驗員編號和密碼屬性；審核員擁有用戶名、審核員編號、密碼和項管理權(quán)限屬性；圖像擁有圖像序號、圖像時間、圖像開裂標(biāo)記、分辨率、保存路徑、圖像大小屬性；工業(yè)相機(jī)擁有分辨率、幀數(shù)、像元尺寸屬性；審核狀態(tài)擁有已提交、已審核、退回和未處理四種狀態(tài)屬性；報表擁有報表序號、報表生成時間、圖像序號、抱合性能信息、樣品規(guī)格等屬性。

2.2 數(shù)據(jù)庫模型圖設(shè)計

系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)庫表來保存生絲抱合次數(shù)檢驗信息、檢驗員信息、生絲圖像信息等。報表（Report）保存報表序號、樣品規(guī)格、樣品名稱和樣品狀態(tài)等信息；生絲圖像（Image）保存生絲采集時間、圖像大小、圖像保存路徑等信息。根據(jù)需求設(shè)計的數(shù)據(jù)庫模型圖如圖7所示，圖中ReportID用于記錄報表序號，可通過報表序號查詢報表的檢測過程信息；CohesionInfo用于存儲每次檢驗的抱合次數(shù)的結(jié)果，根據(jù)抱合次數(shù)判定生絲級別；ImagePath主要用于記錄經(jīng)過檢驗的生絲圖片的路徑，每張報表都有一一對應(yīng)的圖片路徑，可通過圖片查看當(dāng)時試驗生絲的分裂程度。

圖6 系統(tǒng)E-R圖

圖7 數(shù)據(jù)庫模型圖

3 結(jié)論

生絲抱合檢測過程可追溯系統(tǒng)不僅能自動記錄檢驗數(shù)據(jù)并生成報表，還可實現(xiàn)檢驗過程的可追溯。經(jīng)過驗證，該系統(tǒng)將抱合數(shù)據(jù)信息和檢驗過程的圖像信息進(jìn)行集合，運行穩(wěn)定、運用方便、人機(jī)交互界面友好、維護(hù)方便，提高了生絲質(zhì)量管理信息化水平，具有廣泛的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的意義。