人工智能技術(shù)在紡織檢測中的應(yīng)用研究

Research on the Application of Artificial Intelligence Technology in Textile Testing

CHEN Liang DI Min ZHANG HongmeiWANG Feng JIANG Jingjun (Zibo Municipal General Institute of Inspection and Metrology)

Abstract: With the advent of the Industry 4.0， China has issued the“China Manufacturing 2025^′′ strategy to comprehensively enhance China’s strengths in manufacturing.Under thenew situation，the traditional testing methods have graduallyfailed tomeet the work requirements.Theapplicationofartificial intelligence technologyin the modern textileidustrycaneffectivelyimprove thetesting eficiencyandquality，andimprovetheautomationlevelof textile testing.This paper disusses the applicationand development trendof artificial intellgence technology in the textile testingindustry，providing ideas for achieving the automationandcontinuityof textile testing，and offeringreferences for the development of testing institutions.

Keywords:artificial intelligence;textile testing;application

0 引言

制造業(yè)作為國民經(jīng)濟的主體，逐漸提升其國際競爭力是中國提升綜合國力、保障國家安全、建設(shè)世界強國的必由之路。隨著我國市場經(jīng)濟體制的不斷深化發(fā)展以及《中國制造2025》的出臺，國家對于紡織行業(yè)的發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級提出了更高要求，要向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化逐步轉(zhuǎn)型升級，走創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展道路。紡織業(yè)作為制造業(yè)的重要組成部分之一，應(yīng)當(dāng)抓住人工智能的時代紅利，以提高生產(chǎn)作業(yè)效率與質(zhì)量為目的，將人工智能技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)工作中，促進紡織產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，人工智能技術(shù)在現(xiàn)階段的紡織業(yè)中具有重要意義?；诖?，本文就人工智能技術(shù)在紡織檢測中的應(yīng)用進行研究和討論。

1人工智能技術(shù)在紡織檢測行業(yè)應(yīng)用的意義和優(yōu)勢

隨著人們對生活質(zhì)量追求的提高，御寒保暖不再是消費者對于紡織品的唯一要求，舒適性與安全性更是消費者的重要參考因素。因此，紡織檢測的重要性越來越高，對檢測技術(shù)提出了更高要求。傳統(tǒng)紡織品檢測中人力成本較高，培養(yǎng)一名熟練的檢測實驗員需要2年左右的時間，而且在日常實驗中存在效率較慢、人眼檢測的誤差率等問題；同時紡織品中可能包含有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，比如可致癌芳香胺染料、鄰苯二甲酸酯和有害重金屬等，對檢測人員的身體帶來一定的危害]。人工智能技術(shù)通過數(shù)字賦能手段克服了人力成本高、誤差率高、效率低、化學(xué)物質(zhì)給人體帶來傷害等諸多問題[2]通過運用圖像采集、特征提取、模式識別等方法，結(jié)合人工智能算法替代人工完成對織物的檢測。

此外，人工智能技術(shù)經(jīng)過數(shù)字賦能后還可以對紡織原材料進行識別和分類，進而提升管理效能；在設(shè)計和生產(chǎn)方面，人工智能技術(shù)可以通過圖像識別技術(shù)和生成對抗網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來創(chuàng)建紡織品的圖案和顏色，實現(xiàn)對紗線拉伸、紋理均勻性、顏色匹配等參數(shù)的自動監(jiān)測和控制，對生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時糾偏從而保證產(chǎn)品性能和外觀的穩(wěn)定性，從而進一步提升市場競爭力與消費者滿意度；人工智能技術(shù)能夠根據(jù)檢測數(shù)據(jù)不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化算法模型，用其自身的智能化助力紡織檢測發(fā)展；人工智能技術(shù)具有廣泛適用性，能夠適應(yīng)不同類型的紡織品檢測需求，通過調(diào)整算法參數(shù)和模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同材質(zhì)、顏色和圖案的紡織品進行精準(zhǔn)檢測。

2 人工智能技術(shù)在具體紡織檢測中的應(yīng)用

2.1在纖維檢測中的應(yīng)用

在纖維檢測中，人工智能技術(shù)主要可以應(yīng)用于纖維形態(tài)和結(jié)構(gòu)分析、纖維紡織特性分析、纖維瑕疵檢測、纖維顏色測量與匹配、纖維紡織特性分析等4個方面。

根據(jù)我國目前紡織制造業(yè)的發(fā)展情況，人工智能技術(shù)中的圖像處理技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在纖維檢測過程中，通過光學(xué)電子顯微鏡將纖維樣本的圖像進行掃描拍攝，根據(jù)圖像提取出纖維的形態(tài)特征和結(jié)構(gòu)等相關(guān)信息，通過數(shù)字賦能進行模板代替和拐點的分別處理，可輸出纖維長度、直徑、曲率、平均細度、纖維含量、纖維取向度、棉纖維成熟度、纖維卷曲頻數(shù)、波幅、伸長率等檢測參數(shù)，從而分析出纖維的表面形貌、紋理、彎曲度、抗拉性能等紡織特性，進而對纖維的特性進行評估和控制，對產(chǎn)品進行質(zhì)量上的把關(guān)，提升產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性。

人工智能技術(shù)中的圖像識別技術(shù)生成對抗網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以創(chuàng)建紡織品的圖案和顏色，通過對纖維圖像進行顏色分布分析和比對，可以對顏色不均或顏色未達到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品進行細微調(diào)整，實現(xiàn)纖維產(chǎn)品的色均和色差控制，對紡織產(chǎn)品的顏色、外觀進行初步把關(guān)[3]。此外，對于纖維產(chǎn)品中的瑕疵，如：斷裂、污漬、缺色等問題，人工智能技術(shù)也可以通過圖像中信息進行提取，減少傳統(tǒng)人工方式下的檢查錯漏，提升纖維產(chǎn)品的質(zhì)量及合格率，對纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)生提質(zhì)增效的效果[4

2.2在紗線檢測中的應(yīng)用

紗線質(zhì)量的高低與紗線的粗細度密切相關(guān)，因此紗線的粗細度是紗線測量的一個重要指標(biāo)，與傳統(tǒng)的人工通過測量紗線在公定回潮率時的長度及重量的檢測方式相比，人工智能技術(shù)通過掃描采集圖像，經(jīng)過數(shù)字算法提取紗線的細度、拉伸度、均勻度等相關(guān)信息，其原理是根據(jù)紗與背景之間的灰度不同而精確地確定出其輪廓。再根據(jù)提前預(yù)制的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，通過數(shù)據(jù)對比，將紗線根據(jù)不同品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分門別類地挑選出來，大大減少時間和人力成本。

在紗線的瑕疵檢測和顏色匹配方面，人工智能技術(shù)的應(yīng)用也至關(guān)重要。在紗線生產(chǎn)過程中可以通過數(shù)字賦能根據(jù)采集的圖像信息對識別出的紗線破損、結(jié)頭、結(jié)疤等瑕疵產(chǎn)品進行分類，提升人工檢測的準(zhǔn)確性與效能性。對于顏色匹配，人工智能技術(shù)根據(jù)產(chǎn)品的顏色需求，對紗線的自身特性掃描分析后對不同紗線進行自動識別和匹配，提升配色的準(zhǔn)確性與高效性，避免了人為誤差。

2.3在織物檢測中的應(yīng)用

在織物檢測中，人工智能技術(shù)通過數(shù)字賦能可以掃描采集織物成像的大量實際材質(zhì)數(shù)據(jù)，既可以提升整體織物組織的檢測質(zhì)量，又為構(gòu)建織物組織的動態(tài)檢測體系奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在對織物進行緯紗密度、經(jīng)紗密度檢測時，將分解后的物質(zhì)利用人工智能技術(shù)配套掃描設(shè)備進行分析，在保證整體測量過程精準(zhǔn)度的同時，可以更高效地實現(xiàn)對于織物組織的密度測量。

在對織物組織的紋理的檢測中，人工智能技術(shù)可以更好地識別紡織材質(zhì)灰度。植物組織的紋路可以反映紡織品的整體品質(zhì)，因此利用人工智能技術(shù)對植物組織紋路的幾何圖形特征進行提取，通過對組織結(jié)構(gòu)、相對疏密度及整體材質(zhì)的粗糙質(zhì)量等信息的分析，建立紋理數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)織物紋理的自動分類和識別，還可以針對織物組織的紋理缺陷，如破洞、污漬、斷裂等進行專業(yè)分析，不斷優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)、強化質(zhì)量把關(guān)，對紡織品的工藝水平的提高及紡織行業(yè)智能化發(fā)展有著積極促進作用與重要意義[5]。

3人工智能技術(shù)在紡織檢測應(yīng)用中存在的不足

我國是紡織品生產(chǎn)、檢測大國。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于紡織品檢測領(lǐng)域，不僅提高了檢測效率，也降低了人力成本。盡管人工智能展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢，但仍存在一些需要解決的問題。

特征識別與結(jié)果預(yù)測的準(zhǔn)確性有待提高是亟待解決的關(guān)鍵問題，現(xiàn)有算法在處理復(fù)雜數(shù)據(jù)時，易受數(shù)據(jù)噪聲、特征冗余等因素干擾，導(dǎo)致模型對目標(biāo)特征的提取存在偏差；人工智能檢測技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系仍不健全，嚴(yán)重影響了技術(shù)的規(guī)范化發(fā)展，由于缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同研發(fā)機構(gòu)開發(fā)的檢測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)格式、接口規(guī)范、性能評估指標(biāo)等方面存在顯著差異，這不僅增加了系統(tǒng)間的集成難度，也使得檢測結(jié)果難以橫向?qū)Ρ?；主觀與客觀評價的一致性需要提高，也是當(dāng)前人工智能檢測技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)，客觀評價依賴于量化指標(biāo)，但這些指標(biāo)難以完全反映人工智能系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的真實表現(xiàn)，而主觀評價則受評價者專業(yè)知識、經(jīng)驗和個人偏好的影響，具有較強的主觀性和不確定性，這種主客觀評價的不一致；增強人工智能系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性和可擴展性同樣刻不容緩，現(xiàn)實應(yīng)用場景復(fù)雜多變，光照、溫度、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等因素都會對人工智能系統(tǒng)的運行產(chǎn)生影響，隨著數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長和應(yīng)用需求的不斷變化，現(xiàn)有的人工智能系統(tǒng)往往難以快速適應(yīng)新的任務(wù)和數(shù)據(jù)規(guī)模，系統(tǒng)架構(gòu)的僵化使得擴展新功能、接入新數(shù)據(jù)時需要對整個系統(tǒng)進行大規(guī)模改造，成本高且效率低，限制了人工智能檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍和發(fā)展速度。

4人工智能技術(shù)在紡織檢測應(yīng)用展望

隨著“工業(yè)4.0”時代的全面到來，全球制造業(yè)正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)生產(chǎn)模式向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深刻變革。在我國，紡織行業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)，肩負著穩(wěn)增長、促就業(yè)、惠民生的重要使命。根據(jù)國家對紡織行業(yè)信息化轉(zhuǎn)型的核心要求，人工智能技術(shù)的應(yīng)用已成為提升行業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵要素，對推動紡織產(chǎn)業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。相關(guān)紡織檢測人員應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變自身工作理念，加強人工智能技術(shù)在紡織品生產(chǎn)領(lǐng)域、紡織品檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用推廣力度，趕上時代浪潮，不斷改進與完善當(dāng)前行業(yè)內(nèi)部技術(shù)體系存在的滯后性問題，進一步助推紡織業(yè)領(lǐng)域人工智能技術(shù)發(fā)展從而實現(xiàn)紡織檢測業(yè)務(wù)的整體質(zhì)量提升，推動紡織行業(yè)自動化、信息化轉(zhuǎn)型，為紡織行業(yè)帶來更多的機遇。

未來，隨著人工智能技術(shù)的不斷進步和完善，紡織行業(yè)將迎來更加廣闊的發(fā)展空間。通過持續(xù)改善行業(yè)內(nèi)部技術(shù)體系，加強人工智能技術(shù)的應(yīng)用和創(chuàng)新，紡織行業(yè)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、信息化轉(zhuǎn)型，提升整體質(zhì)量和競爭力，還將為我國建設(shè)具有國際競爭力的紡織制造業(yè)強國奠定堅實基礎(chǔ)，在全球紡織產(chǎn)業(yè)格局中占據(jù)更加重要的地位。

參考文獻

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