文/叶飞 阮棉奖 胡彬慧 梁曼 孙卫红

生丝抱合是指生丝在受摩擦时，集合而成的蚕丝的分裂难易程度，对生丝的加工、织造和织物质量具有重要影响[1-2]，生丝抱合性能是生丝质量的重要指标之一[3]。随着高速织机的发展，对生丝抱合性能要求越来越高，抱合性差的生丝在织造过程中会出现断裂、染色不均、起毛及疵点等问题。中国作为生丝的出口大国[4]，生丝品质好坏越来越成为关注的问题。但依据GB/T 1798—2008《生丝试验方法》[5]，目前生丝抱合性能的检验装置Y731的检验过程为：将生丝连续往复置于抱合机框架两边10个挂钩之间，施加恒定均匀的张力，用摩擦刀片对生丝进行往复摩擦，摩擦速度约为130次/min。摩擦45次左右，停机做第一次观察，之后摩擦一定次数停机人工观察生丝摩擦分裂程度，当半数以上丝条开裂大于6mm时，在抱合检验记录表上记下此时的摩擦次数。将检测完的生丝去除，继续下一个丝锭的丝条检测，以20只丝锭的检验抱合次数的平均值取整作为该批丝的抱合次数。生丝分裂程度通过人工观察，做过检验的生丝不做保留，导致检验结果因人而异和质检过程不可重现、不可追溯，使生丝品质成绩缺乏权威性。由此可以看出生丝抱合性能质检过程可追溯系统的研究与开发在我国势在必行。

随着计算机技术的迅速发展，信息管理系统应用越来越广泛[6-13]，相比于人工管理，使用信息管理系统数据处理效率高，可实现数据共享。本文在Y731装置的基础上，增加了工业相机、stm32单片机、数据采集卡和上位机。丝条的图像通过工业相机传至上位机，用图像算法处理生丝图像，标记出生丝开裂大于6mm区域，用于辅助人工检验。抱合次数经单片机采集并通过数据采集卡上传至上位机，采用数据库存储生丝的图像路径、时间节点、检验结果，设计实现了基于数据库的生丝抱合性能质检过程可追溯的系统。

1 可追溯系统设计

1.1 系统的需求分析

生丝抱合质量信息可追溯管理系统主要实现目标是对抱合检测结果、丝条图像信息和检验人员信息的存储和查询。该系统具备以下功能：

（1）系统能对检验单进行新增、修改、删除、查询等功能，保证检验结果的完整性。

（2）系统能通过串口通信获取下位机抱合检测数据信息，并自动生成检测结果报表。

（3）系统要实现多种查询条件，可以通过设置筛选条件进行检验单快速查询。

（4）系统要对不同身份用户设置不同的权限，检验员和审核员可以访问且只能访问自己被授权的权限，保证了信息的独立性和安全性。

1.2 可追溯系统基本结构

生丝质量信息可追溯系统开发、调试平台选用Visual Studio 2013，开发语言使用C#，数据库选用SQL Server2008，对数据进行存储。由于C/S结构交互性强、网络通信量低、响应速度快、利于处理大量数据，且该系统针对固定用户具有安全的存取模式，故该系统选取了C/S模式的结构作为系统的开发架构。总体框架分为5层：管理层、核心层、展现层、接口层、外部硬件设备数据交互层，如图1所示：（1）管理层功能是将系统分成不同的用户权限，不同用户对数据进行不同层次的操作，审核员可以为检验员授予登录用户名和密码;（2）展现层主要以窗口的形式为用户提供查询表单和生丝图像的信息;（3）核心层是系统进行数据处理的中心层，用户的登录信息和生丝的相关溯源信息都在该层;（4）接口层主要是为用户提供接口，实现用户进行数据库访问以及提交生丝抱合检验单信息和图像数据信息，同时生成生丝信息报表;（5）外部硬件设备数据交互层的主要功能是为数据库提供外部数据，包括检验结果数据和生丝图像数据。

图1 生丝检测可追溯系统总体架构

1.3 可追溯系统模块设计

生丝抱合质检过程可追溯信息管理系统分为两种登录权限：一种为检验员登录方式，另一种为审核员登录方式，不同登录方式可以进行不同功能的操作。系统总体功能流程结构如图2所示，分为7个模块：数据采集模块、数据分析模块、表单模块、审核模块、报表模块、溯源查询模块、用户管理模块。

图2 可追溯系统流程框图

1）数据采集模块：用于采集获取生丝抱合次数数据与生丝图像信息。

2）数据分析模块：经过图像预处理、特征提取、图像分析、图像识别、结果处理判断一系列过程，标记出生丝开裂大于6mm的区域，在表单界面上显示生丝开裂的图像，作为参照，辅助人工判断，如图3所示。

图3 表单界面

3）表单模块：表单包括检验单号、样品规格、生丝图像信息和抱合检验数据等。其中检验单号、样品状态、样品规格和试验环境需要检验员进行填写，样品数量默认20个，设备编号、设备名称及依据标准都默认自动填写。抱合次数的数据与生丝图像主要通过下位机上传而来，不能进行修改。当抱合次数数据接收完毕，进行提交，检验单按照时间顺序进行排序。

4）审核模块：表单分为4种状态：已提交、已审核、退回、未处理。检验员提交表单的状态为已提交，审核员对已提交的检验单进行审核，可根据检验结果对表单进行退回或者审核通过两种处理。对于退回的检验单，检验员进行反馈，再次提交的检验单状态为未处理，需审核员进一步进行处理。

5）报表模块：通过审核的表单会自动生成报表，对生成的检测结果报表，可进行打印，用于存档。

6）溯源查询模块：可以通过任务编号直接对检验单进行查询，也能通过筛选样品规格、检验单状态及检验时间进行查询，如图4所示。对于所查询的检验单，可单击该条目查看检验单结果，并且可点击图片预览查看不同抱合序号生丝被磨损的图像，如图5所示。

图4 可追溯查询功能界面

图5 检验单界面

7）用户管理模块：检验员不能注册、修改、删除账号信息，也不存在对提交的表单进行审核的功能。当以审核员身份进行登录时，审核员可以注册检验员与审核员账号，并能修改检验员的登录密码，并具有表单审核功能。

2 系统数据库设计

数据库的设计是将数据库中的数据实体及这些数据实体之间的关系进行规划和结构化的过程，在整个系统中起着至关重要的作用。数据库设计得好坏，会影响其效率、开发的难易程度。生丝抱合性能检测过程可追溯的系统是一个以生丝从检测开始到结束过程中图像信息采集、处理和输出的管理系统，因此系统数据库设计是非常重要的。

2.1 系统E-R图

根据流程框图得到可追溯系统的E-R图，如图6所示。图中实体检验员拥有用户名、检验员编号和密码属性；审核员拥有用户名、审核员编号、密码和项管理权限属性；图像拥有图像序号、图像时间、图像开裂标记、分辨率、保存路径、图像大小属性；工业相机拥有分辨率、帧数、像元尺寸属性；审核状态拥有已提交、已审核、退回和未处理四种状态属性；报表拥有报表序号、报表生成时间、图像序号、抱合性能信息、样品规格等属性。

2.2 数据库模型图设计

系统使用数据库表来保存生丝抱合次数检验信息、检验员信息、生丝图像信息等。报表（Report）保存报表序号、样品规格、样品名称和样品状态等信息；生丝图像（Image）保存生丝采集时间、图像大小、图像保存路径等信息。根据需求设计的数据库模型图如图7所示，图中ReportID用于记录报表序号，可通过报表序号查询报表的检测过程信息；CohesionInfo用于存储每次检验的抱合次数的结果，根据抱合次数判定生丝级别；ImagePath主要用于记录经过检验的生丝图片的路径，每张报表都有一一对应的图片路径，可通过图片查看当时试验生丝的分裂程度。

图6 系统E-R图

图7 数据库模型图

3 结论

生丝抱合检测过程可追溯系统不仅能自动记录检验数据并生成报表，还可实现检验过程的可追溯。经过验证，该系统将抱合数据信息和检验过程的图像信息进行集合，运行稳定、运用方便、人机交互界面友好、维护方便，提高了生丝质量管理信息化水平，具有广泛的应用前景和深远的意义。