电脑控制的刺绣机代替传统的手工、机械刺绣，是绣花工艺的一个质的飞跃。电脑刺绣技术早在20世纪70年代就在国外发展起来，80年代成为绣花机的主导设备。其典型产品有德国ZSK系列和日本田岛TMEF系列。1988年上海协昌有限公司引进日本的刺绣机技术，成功研制了GY4-1型电脑多头绣花机。该机目前在国际制衣工业上属先进的缝纫刺绣设备，适用于服装、床上用品、窗帘以及刺绣工艺品等产品的刺绣花样图案。
（1）改型方案的提出
从工作原理上讲，GY4-1型电脑多头绣花机与一般的家用缝纫机是类似的。必须实现以下主要功能：①使机针刺穿绣料形成线环的功能；②使底线与面线交织的功能；③输送和抽紧面线的功能；④使绣料送进的功能；⑤绣线换色的功能。除此以外，它还有编辑图案（如合并、分割、插针和缩放等）、断线报警、自动剪线以及监控等一些辅助功能。从机械运动系统的组成结构的角度看，该机由四大机构组成：刺布机构、排线机构、送布机构和钩线机构在机头部件中，通常统一考虑。
图11.1 田岛刺绣机的挑线刺布机构简图
GY4-1型电脑多头绣花机参考日本东海缝纫机有限公司田岛刺绣机研制而成，但田岛刺绣机的挑线刺布机构在美国、德国、意大利等国已经申请了专利，因而GY4-1型电脑多头绣花机很难进入国际市场。针对这种情况，协昌公司提出了避开田岛刺绣机的专利保护，进行挑线刺布机构方案的适应性设计，以生产新型的电脑多头绣花机系列产品。田岛刺绣机的挑线刺布机构简图如图11.1所示。它的专利申请建立在跳线机构使用凸轮机构的基础上，因而设计时应尽量避免使用凸轮。
（2）挑线刺布机构系统的本体知识表示
本体知识是指在某一应用领域中设计某一机械系统时所遵循的知识的本质和内涵。例如在家用缝纫机设计中，刺布、挑线、钩线和送布4个功能对应的行为是机针的上下运动、挑线杆供线和收线、梭子钩线和推动缝料4组不同的运动行为。这些知识是缝纫机设计的本体知识。
由于绣花机的工作原理与一般家用或工业用缝纫机基本相同，因此我们包括田岛刺绣机机构在内，把家用和工业缝纫机的挑线刺布机构作为形成本体知识的示教例子，利用机器学习方法分别得出两类机构和本体知识。
图11.2示出3种刺布机构的示教例子。
图11.2 刺布机构的机构实例
3种刺布机构的运动行为列入表11.1中。
表11.1 刺布机构的行为数据
图11.3示出4种挑线机构的实例。
图11.3 挑线机构实例
表11.2列出4种挑线机构运动特性的差异。
表11.2 挑线机构运动特性的差异
（3）挑线刺布机构系统方案(www.xing528.com)
1）刺布机构方案的拟订
根据机械运动系统智能化概念设计的理论及其计算机实现方法的研究所开发出的一种概念设计平台原型系统1MCDP表明，可以根据刺布机构的本体运动行为，得到刺布机构的备选方案，如图11.4所示。4种新生成的机构方案的运动行为评价，按优劣排序列于表11.3中。
图11.4 新刺布机构备选方案简图
表11.3 4种新刺布机构及其运动行为评价
2）挑线机构的方案生成
根据挑线机构的本体运动行为，得到挑线机构备选方案，如图11.5所示，4种新跳线机构及其运动行为评价列于表11.3中。
方案（a）优于方案（b），方案（a）优于方案（c），方案（a）优于方案（d）；方案（a）优于田岛方案；方案（b）优于方案（c），方案（d）优于方案（c），田岛方案优于方案（c）。
根据以上优先顺序关系，可以认为方案（a）最好，方案（b）、（d）和田岛方案居中，方案（c）最差。
3）挑线机构的评价
田岛方案＞方案（c）；
方案（a）＞方案（b）＞方案（d）。
四杆齿轮组合机构和六杆齿轮组合机构的评价基本相同（六杆机构略好于四杆机构），但它们稍逊于田岛的挑线机构。
图11.5 新挑线机构备选方案
在以上结果的基础上，新型挑线刺布机构的构型选定还要依赖设计的具体要求。本设计是改进设计，力求在避免有专利的前提下，尽量少改动量，甚至不改变原机构各安装孔的位置。在此要求下，根据刺布机构的评价：凸轮机构最好，但考虑到其在高速和耐磨性方面的缺陷，最终刺布机构方案只从六杆滑块机构和田岛刺布机构中选择。由于田岛专利不在刺布机构中，为了不改变原机构安装孔的位置，仍选用田岛的刺布机构。在挑线机构的形式选择中，田岛挑线机构最优，但六杆齿轮机构和四杆齿轮机构稍逊于它，也可以选用。六杆机构一方面略优于四杆机构，另一方面在设计时更容易满足安装孔的位置，挑线机构最终选用六杆机构。由此得出新型挑线刺布机构，如图11.6所示。经样机试验表明，改进的机构方案具有较好的运动平稳性。
图11.6 新型挑线刺布机构简图
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