Untitled Tạp chí Khoa học Công nghệ và Thực phẩm 20 (4) (2020) 102 109 102 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG HỖ TRỢ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ DỆT TRÊN MÁY ĐAN LEN PHẲNG 2 GIƯỜNG KIM Nguyễn Hữu Trí*, Nguyễn Ngọc Châu,[.]
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thực phẩm 20 (4) (2020) 102-109 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG HỖ TRỢ Q TRÌNH CƠNG NGHỆ DỆT TRÊN MÁY ĐAN LEN PHẲNG GIƯỜNG KIM Nguyễn Hữu Trí*, Nguyễn Ngọc Châu, Ngơ Hồi Quang Trung Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP.HCM *Email: trinh@hufi.edu.vn Ngày nhận bài: 14/7/2020; Ngày chấp nhận đăng: 03/9/2020 TÓM TẮT Ngành sản xuất áo len mặc giới tập trung vào quốc gia có thu nhập thấp trung bình Phần lớn thiết bị đan ngang phẳng thủ công sử dụng vốn đầu tư sản phẩm đa dạng, hợp thời trang với giá thành rẻ Nâng cấp hồn thiện thao tác cơng nghệ máy đan len nhờ ứng dụng tin học vi điện tử để hỗ trợ giám sát sản xuất, nhằm nâng cao suất lao động công nhân dệt giảm bớt lệ thuộc vào kỹ tay nghề cao người thợ Điều góp phần tạo sức cạnh tranh quốc tế cho mặt hàng xuất có tỷ trọng tương đối lớn ngành dệt may nước ta, sản phẩm knitwear Nghiên cứu trình bày mơ hình thiết kế chế tạo bảng hướng dẫn điện tử gắn máy đan len thủ công với phần mềm nhúng vào vi điều khiển lắp Bảng hướng dẫn làm việc theo thời gian thực giám sát hỗ trợ thao tác công nghệ công nhân dệt Quy trình dệt hiển thị bảng giao diện tương tác người dùng, điều khiển hoạt động máy đan len phẳng gường kim Từ khóa: Máy đan len thủ công, hệ thống nhúng, phần mềm thiết kế dệt may GIỚI THIỆU Áo len mặc (sweater) loại sản phẩm có chức bảo vệ làm đẹp cho người Dạng đơn giản để tạo sản phẩm áo len đan móc thủ cơng có đặc điểm lâu đời tồn ngày Dệt áo len máy công nghệ sản xuất trang phục trực tiếp từ sợi [1, 2], cần dạng thiết bị máy đan len nên q trình gia cơng tương đối ngắn, gọn khơng có phế phẩm dệt mảnh vải theo hình dáng kích thước định ráp lại thành trang phục Sản phẩm bị lỗi tháo thu hồi lại sợi được, loại công nghệ tiết kiệm tài ngun, khơng có phế phẩm nên dùng cho loại nguyên liệu đắt tiền len, tơ tằm, rayon, … Hình Máy đan len thủ công phẳng dùng sản xuất công nghiệp doanh nghiệp vừa nhỏ [3] 102 Thiết kế hệ thống nhúng hỗ trợ q trình cơng nghệ dệt máy đan len phẳng giường kim Từ xa xưa, ngành chế tạo máy phát triển với đời kim lưỡi cho phép người ta thiết kế chế tạo máy dệt có nhiều kim đan lúc tạo nhiều vòng sợi với suất cao Máy đan len thủ cơng (hand-flat-knitting machine - Hình 1) du nhập vào nước ta từ năm 60 kỷ trước [1, 4, 5] Để vận hành máy, công nhân dùng tay đẩy bàn cam hay xe cam (carriage) hai giường kim dịch chuyển qua lại làm kim dệt tiến hành tạo vòng liên kết với thành mảnh vải Các hoa văn tạo người cơng nhân chuyển vịng sợi từ kim sang kim khác theo quy luật thiết kế trước Kim giường kim phối hợp với bàn cam tạo vòng sợi với suất cao kết hợp với thao tác thủ công nên máy dệt nhiều loại sản phẩm phức tạp đáp ứng nhu cầu thị hiếu thời trang người Nhờ vào ưu mức độ đầu tư thấp, đa dạng mặt hàng tiết kiệm tài nguyên nên máy đan len thủ công cịn có mặt phổ biến doanh nghiệp vừa nhỏ hay làng nghề tiểu thủ công nghiệp nước ta Với phát triển khoa học công nghệ, máy đan len tự động nghiên cứu chế tạo ngày đại sử dụng ngày nhiều nước phát triễn, tạo suất vượt trội [2, 6] mơ tả Hình Hình Máy dệt len vi tính [7] Nhược điểm dịng máy chi phí đầu tư cao, lâu thu hồi vốn, khó cạnh tranh giá thành gia cơng sản phẩm bị hạn chế khả thay đổi mặt hàng máy thủ công giới thiệu phần TỔNG QUAN Ngành sản xuất dệt may giới bước vào giai đoạn tồn cầu hóa thời kỳ cách mạng công nghiệp 4.0 Những mẫu máy đan len đời gia cơng quần áo không cần phải may ráp (seamless knitting machine) dệt trực tiếp sản phẩm riêng lẻ thơng qua hình ảnh khách hàng cung cấp (whole-garment knitting machine) [6] Khả công nghệ chúng tạo ấn tượng mạnh hội chợ triển lãm gần [8], nhiên hiệu kinh tế chưa mang lại kỳ vọng để triển khai hàng loạt ngành công nghiệp sản xuất chế tạo Ngành sản xuất áo len giới bị thống trị máy dệt thủ công nước phát triển, công nhân vận hành máy, đôi tay khéo léo tạo hoa văn phức tạp mặt hàng thời trang mặc cho phần lớn cư dân sống vùng ôn đới Việc giảm nhẹ sức lao động, cải tiến hay nâng cấp phận đan máy để trình dệt thuận lợi hơn, giám sát hỗ trợ thao tác cơng nghệ cho người cơng nhân nhầm lẫn gây lỗi sản phẩm lúc dệt trọng nhà quản lý Trong chờ đợi máy đan len tự động hóa, vi tính hóa hạ giá thành tới mức chấp nhận máy đan len thủ công tăng dần số lượng nước ta nhu cầu cải tiến nâng cấp tính cơng nghệ chúng với chi phí tối thiểu giải pháp đặt cho nhà nghiên cứu 103 Nguyễn Hữu Trí, Nguyễn Ngọc Châu, Ngơ Hồi Quang Trung Hiện nay, q trình chuẩn bị sản xuất quản lý công nghệ xưởng đan áo len doanh nghiệp vừa nhỏ theo trình tự sau: Nhận mẫu, thơng số đơn hàng, ngun liệu; phân tích mẫu, thiết kế rập (các dạng kích thước mảnh vải cần đan); xây dựng sơ đồ đan máy dệt, lập quy trình cơng nghệ bố trí máy; đưa xuống xưởng dệt mảnh vải may ráp kiểm tra, đóng gói Tất cơng đoạn thực thủ cơng nên có ý nghĩa đơn hàng lớn, thay đổi mẫu mã cấu trúc sản phẩm đơn giản Tuy nhiên, thực tế thường yêu cầu ngày khắc khe thời gian giao hàng, đa dạng phong phú cấu trúc sản phẩm nên việc ứng dụng công nghệ thông tin vào thiết kế công nghệ quản lý sản xuất ngày cấp thiết Trên sở đó, mục tiêu nghiên cứu nhằm đưa tiến lĩnh vực điện tử vào công đoạn sản xuất đặc thù thiết bị dệt may Tiêu biểu máy đan len thủ công thiết kế, chế tạo hệ thống nhúng giám sát trình dệt sản phẩm theo thời gian thực liên kết với phần mềm thiết kế mặt hàng nhằm phục vụ công tác quản lý công nghệ đan len máy tính PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Máy đan len thủ công máy dệt kim đan ngang phẳng có giường kim đặt đối diện với góc nghiêng khoảng 100-120o nên gọi máy V-bed [1, 4, 8, 9] Khi dệt, người công nhân kéo bàn cam chạy tịnh tiến qua lại dọc theo giường kim để nâng hạ kim lưỡi lắp thực q trình tạo vịng hình thành vải Mỗi lần kéo bàn cam qua lại hành trình, máy dệt hàng vịng Mỗi kim dệt máy tạo thành cột vòng vải Một mảnh sản phẩm dệt máy tập hợp hàng vịng liên kết lại với nhau, hình dạng mảnh sản phẩm dệt với chi tiết thiết kế Sản phẩm knitwear hình thành ráp lại mảnh sản phẩm dệt Vì vậy, hành trình kéo bàn cam qua lại, cơng nhân phải dừng dệt để cài đặt chế độ công nghệ cho phù hợp với hàng đan kế tiếp, thao tác là: cài đặt cam nâng kim (nâng hay khơng nâng); cài đặt chiều sâu uốn sợi cam hạ kim (thay đổi chiều dài vòng sợi hay mật độ đan); thêm bớt kim giường để thay đổi chiều rộng mảnh vải đan; chuyển vòng sợi từ kim sang kim khác để tạo hoa… Tất thao tác thường thực tay công nhân phải nhớ để dệt mảnh vải yêu cầu Nếu mảnh vải lớn có cấu trúc phức tạp, máy dệt có bố trí bảng hướng dẫn ký hiệu gọi bảng kế hoạch đan phịng cơng nghệ xưởng máy thiết kế Hình Sơ đồ cấu trúc hệ thống giám sát công nghệ trình sản xuất máy đan len thủ công 104 Thiết kế hệ thống nhúng hỗ trợ q trình cơng nghệ dệt máy đan len phẳng giường kim Dựa nguyên lý này, nhóm tác giả xây dựng lại sơ đồ khối trình công nghệ đan sản phẩm máy đan len theo mơ tả Hình Từ đơn hàng đến sản phẩm hoàn chỉnh cần số bước phối hợp người thiết bị, phần tham gia nghiên cứu khối sơ đồ Hình Board mạch bảng giám sát máy đan len Để giảm tối đa chi phí nâng cấp, nghiên cứu không biến đổi cấu chấp hành khí can thiệp hay điều khiển hoạt động chi tiết tạo vòng máy đan len Nhóm tác giả thiết kế chế tạo board mạch điện tử xây dựng phần mềm giao tiếp người dùng, máy tính, board mạch máy đan len Nhiệm vụ hệ thống thiết kế giám sát hỗ trợ công nghệ, theo dõi trình dệt đưa dẫn cần thiết hình LCD, phát tín hiệu u cầu động 105 Nguyễn Hữu Trí, Nguyễn Ngọc Châu, Ngơ Hồi Quang Trung dừng lại sau hành trình đan hàng vịng có thay đổi thông số (số kim dệt, kiểu đan, chiều sâu uốn sợi) để công nhân thao tác cài đặt lại theo bảng dẫn Do đó, mặt nguyên lý thực nâng cấp máy đan len thủ công thành máy bán tự động, có hay khơng có trang bị động hướng dẫn công nhân dệt theo cách thụ động Hệ thống nhúng chế tạo nghiên cứu board mạch giám sát, hướng dẫn đan gắn máy dệt có chức mơ tả khối sơ đồ Hình gọi bảng kế hoạch đan, bảng ký hiệu mơ tả số hàng vịng dệt, sơ đồ đặt sợi, vị trí số kim tham gia dệt, trạng thái làm việc mảnh cam tạo vòng bàn cam, vị trí cần tạo hoa hàng vịng… LCD 20×4 ký tự, thơng tin hướng dẫn bảng thể theo dõi trình dệt giám sát hai cảm biến tiếp cận gắn trực tiếp giường kim Sơ đồ mạch điện thiết kế mơ tả Hình Để đảm bảo dự trữ đủ thông số cần thiết cho sản phẩm tiêu biểu áo sweater gồm thân, tay cổ, board mạch nhóm tác giả sử dụng vi điều khiển ATMEGA 128 với nhớ EEPROM đạt Kbyte làm nhớ liệu, ghi, xóa theo mã hàng giao tiếp với phần mềm hay file lưu trữ bên ngồi Chương trình nhúng cho vi điều khiển viết ngôn ngữ C với CodeVisionAVR [10] kit nạp Burn-E Để vận hành hệ thống quản lý công nghệ xưởng dệt, nhóm tác giả xây dựng phần mềm thiết kế áo Sweater máy tính (khối sơ đồ Hình 3) Phần mềm có chức giao tiếp với người dùng cung cấp liệu cho máy đan len q trình dệt Do đó, đầu vào chương trình số đo áo sweater, kiểu dệt phần chi tiết, thơng số mật độ vịng sợi vải Các thơng số thay đổi q trình thiết kế lưu lại file liệu ngân hàng nhằm in, chép sử dụng lại sau với mã hàng đặt tên Sau thông số mã hàng xác nhận, phần mềm có chức tính tốn, mã hố thơng số dệt hàng vòng, chi tiết sản phẩm lưu vào file liệu có định dạng file Hex-Intel phù hợp với vùng địa nhớ EEPROM Phần mềm lập trình ngơn ngữ Visual Basic 6.0 đặt tên KNITWEAR DESIGNER, chạy laptop máy tính để bàn có hệ điều hành từ WinXP đến Win10 với giao diện Hình Hình Giao diện phần mềm thiết kế áo Sweater để dệt máy đan len Phần mềm tiện dụng cho sinh viên thực hành môn học “Kỹ thuật đan len” Khoa Công nghệ May - Thời trang 106 Thiết kế hệ thống nhúng hỗ trợ q trình cơng nghệ dệt máy đan len phẳng giường kim KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phần mềm thiết kế áo len máy tính xây dựng giao tiếp với người dùng sinh viên, kỹ sư công nghệ xưởng dệt nhằm tạo file liệu kết nối với bảng kế hoạch đan điện tử lắp máy đan len Khoa Công nghệ May - Thời trang tạo file lưu trữ cho mặt hàng thiết kế Phần mềm cài đặt laptop máy tính cá nhân dùng hệ điều hành từ Windows XP đến Windows 10 Giao diện thiết kế đơn giản, dễ sử dụng Bảng kế hoạch đan điện tử thiết kế chế tạo lắp lên máy đan len có ký hiệu hướng dẫn hình LCD rõ dễ hiểu Phần mềm nhúng xây dựng nạp vào vi điều khiển phục vụ cho sản xuất (Hình 6) Người dệt cần kiến thức ban đầu vận hành máy gia công sản phẩm quy định, không cần có tay nghề cao Sản phẩm áo sweater trơn có gấu, bo tay tùy chọn dệt theo kiểu đan rib 1×1, rib 2×2, turbular; áo tay tùy chọn kiểu đan rib 1×1, single jersey; nẹp cổ tùy chọn kiểu đan single jersey, rib 1×1 rib 2×2 Hình Bảng kế hoạch đan điện tử lắp máy đan Giá thành chế tạo bảng kế hoạch đan điện tử linh kiện kèm theo tương đối thấp so với hiệu đem lại Hệ thống dễ dàng thuyết phục doanh nghiệp đan len nước ta đưa vào xưởng sản xuất Trong lĩnh vực sản xuất, nghiên cứu đào tạo ngành dệt may nước ta, xu hướng tiếp cận phát triển khoa học công nghệ giới tự động hố vi tính hố Việc xây dựng phần mềm thiết kế sản phẩm lập trình nhúng cho phận công tác thiết bị đặc thù cho phép kỹ sư ngành phát huy hiệu công tác tốt nhiệm vụ Nghiên cứu thí dụ tiêu biểu ứng dụng vi điều khiển lập trình mã nguồn mở phục vụ nhu cầu quản lý công nghệ, đó, nội dung thiết kế chế tạo hệ thống hạn chế cần bổ sung hồn thiện thêm Nghiên cứu sử dụng ngơn ngữ lập trình hệ điều hành cũ, hỗ trợ Microsoft nên tương lai phần mềm thiết kế từ không tương thích với máy tính đời Ngồi ra, phần mềm nhúng phần mềm thiết kế sử dụng cho vài sản phẩm áo len với kiểu đan cấu trúc đơn giản, nên chúng có tính chất tham khảo Do đặc thù sản phẩm áo len tính thời trang, hoa văn phức tạp kèm theo kiểu đan phức tạp nên cần có phần mềm thiết kế riêng cho chúng trường hợp cụ thể Phần cứng hệ thống dựa vào vi điều khiển ATMEGA 128 có cấu hình tương đối mạnh thị trường nay, nhiên, nhớ EEPROM nhỏ so với sản phẩm áo len phức tạp Việc nâng cấp hệ thống chờ đợi hệ vi điều khiển sau với nhớ lớn giá rẻ 107 Nguyễn Hữu Trí, Nguyễn Ngọc Châu, Ngơ Hồi Quang Trung Hệ thống thiết kế gồm có phần: phần mềm thiết kế mặt hàng, hệ thống giám sát trình dệt sản phẩm Hệ thống giám sát trình dệt sản phẩm theo thời gian thực chưa giải phóng sức lao động cơng nhân, Hệ thống thiết kế gồm có phần riêng biệt, nên sử dụng kết nối có phần phức tạp KẾT LUẬN Hiện nay, nhu cầu cải tiến nâng cấp tính cơng nghệ máy đan len thủ cơng với chi phí tối thiểu cần thiết Trên sở đó, mục tiêu nghiên cứu nhằm đưa tiến lĩnh vực điện tử vào công đoạn sản xuất đặc thù thiết bị dệt may Tiêu biểu máy đan len thủ công thiết kế, chế tạo hệ thống nhúng giám sát trình dệt sản phẩm theo thời gian thực liên kết với phần mềm thiết kế mặt hàng nhằm phục vụ công tác quản lý công nghệ đan len máy tính Với cải tiến trên, nghiên cứu nâng cấp máy đan len thủ cơng trở thành máy bán tự động lưu trữ mẫu đan hệ thống vi tính phần mềm KNITWEAR DESIGNER, hồn thành mục tiêu nghiên cứu đặt Hướng phát triển nghiên cứu tập trung vào hướng lắp mô tơ giải phóng sức lao động cơng nhân, tích hợp phần thiết kế sản phẩm hệ thống giám sát trình dệt sản phẩm theo thời gian thực vào phận Lời cảm ơn: Nghiên cứu Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM bảo trợ cấp kinh phí theo hợp đồng số 56/HD-DCT TÀI LIỆU THAM KHẢO Huỳnh Văn Trí - Công nghệ dệt kim, NXB Đại học Quốc gia TPHCM (2003) 15-52 Nguyễn Đình Quang - Kỹ thuật đan dệt len máy, NXB Thanh niên (2003) 5-23 Thùy Trang - Đào tào nghề dệt len ráp áo len công nghiệp, Báo Ấp Bắc (2014), truy cập http://baoapbac.vn/kinh-te/201407/dao-tao-nghe-det-len-va-rap-ao-lencong-nghiep-507273/ Ray S.C - Fundamentals and advances in knitting technology, Woodhead Publishing India Pvt Ltd., India (2012) p.2 Au K F - Advances in knitting technology, Woodhead Publishing Ltd (2011) p.3 Srinivasulu K., Sikka M., Hayavadana J - Study of loop formation process on 1X1 V-bed rib knitting machine, Part 1: A mathematical model for loop length, International Journal of Textile and Fashion Technology (IJTFT) (2) (2013) 1-14 Máy dệt len vi tính http://tamphuhiep.com/upload/products/lx1.jpg Haydn Davis - Shima Seiki unveils new flat knitting technology to ITMA audience, Knittingtrade Journal (2019), truy cập tại: https://www.knittingtradejournal.com/ flat-knitting-news/13793-shima-seiki-unveils-new-flat-knitting-technology-to-itmaaudience Wonseok Choi, Nancy B Powell - Three dimensional seamless garment knitting on V-bed flat knitting machines, Journal of Textile and Apparel, Technology and Management (3) (2005) 1-33 10 Ngô Diên Tập - Vi điều khiển với lập trình C, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội (2006) 448tr 108 Thiết kế hệ thống nhúng hỗ trợ q trình cơng nghệ dệt máy đan len phẳng giường kim ABSTRACT DESIGN OF AN EMBEDDED SYSTEM TO SUPPORT THE PROCESS OF TEXTILE TECHNOLOGY ON MANUAL PLAT KNITTING MACHINE Nguyen Huu Tri*, Nguyen Ngoc Chau, Ngo Hoai Quang Trung Ho Chi Minh City University of Food Industry *Email: trinh@hufi.edu.vn The world 's outerwear industry is now focusing on low- and middle-income countries and mostly use manual flat knitting machine due to low capital investment but the products are very stylish, trendy and cheap Improving technological operations on knitting machines is based on the application of informatics and microelectronics to support production technology supervision, which will improve the labor productivity as well as reduce the dependence on the skill of the worker This contributes to creating international competitiveness for products with a relatively large proportion in our nation's textile and garment export industry - knitwear products This study presents the design and manufacture of an electronic instruction board mounted on a manual knitting machine with software embedded on the microcontroller mounted on it The instruction panel will work in real time to monitor and support the wearable technology operations The weaving process is provided for the instruction panel through a software designed on the computer interface that communicates with the user Keywords: Manual knitting machine, embedded system, textile design software 109 ... “Kỹ thuật đan len? ?? Khoa Công nghệ May - Thời trang 106 Thiết kế hệ thống nhúng hỗ trợ q trình cơng nghệ dệt máy đan len phẳng giường kim KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phần mềm thiết kế áo len máy tính... công 104 Thiết kế hệ thống nhúng hỗ trợ q trình cơng nghệ dệt máy đan len phẳng giường kim Dựa nguyên lý này, nhóm tác giả xây dựng lại sơ đồ khối trình công nghệ đan sản phẩm máy đan len theo mơ.. .Thiết kế hệ thống nhúng hỗ trợ q trình cơng nghệ dệt máy đan len phẳng giường kim Từ xa xưa, ngành chế tạo máy phát triển với đời kim lưỡi cho phép người ta thiết kế chế tạo máy dệt có