引言
皮革裁断机是当前皮革行业制造过程中的必备机器，亦是当前轻工产业中普遍适用于加工各类纺织物、橡胶、石棉等柔性片状物料的裁断设备。依据传动方式来划分，传统裁断机是借助机器运动的作用力加压于刀模，对柔性片状物料进行冲型加工；新型智能裁断机，利用计算机对电路板芯片进行设计，其控制形式与水束裁断机相似，冲切源为超声波发生器。伴随着EDA技术的普及与发展，高校以各种形式深刻挖掘“校企合作，校产合作，校地模式”，培育了大量的EDA技术人才，强有力地推动了我国EDA技术的发展，进一步改善并弥补了当前皮革机械制造类设备的电子电路智能监控缺陷。凭借着计算机、集成电路、电子系统的自动计算优势，使复杂数字系统设计自动化成为可能，只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确，可以在裁断过程中精准对皮革材料进行自动切割，减少废料的产生，有效提高生产效率。
1EDA技术概述
1.1EDA技术概念
EDA技术泛指电子设计自动化技术，英文全称为Electron-icsDesignAutomation，依托计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）进行工具软件平台开发，所采用的是系统逻辑描述方法实施设计工作，进行逻辑编译命令，经过简化之后综合处理并进一步优化[1]，最终由此形成电子系统的自动化工作，被广泛应用于设计各种电子产品、通信电子设备与机械电子设备的系统之中。
1.2EDA技术应用
EDA技术可以看作是一种设计工具，其主要的工作平台是计算机与电子系统设备控制界面，通过逻辑语言的程序编写，在硬件描述语言（HDL）中对电子设备进行运动控制与实时监测，例如利用EDA技术在射频电子线路系统设计过程中，可以精准根据射频信号进行设备的智能监测；再如利用EDA中的异构网络技术可以对机械设备进行辅助制造自动化，从而设计出最优化的设备运动路径策略。
1.3EDA技术特点
EDA技术的特点主要有三点。首先，EDA技术具有操作简单和使用方便的特点，具有计算机开发基础和掌握计算机辅助设计能力的相关人员即可进行简单的开发；其次，EDA技术在电路设计系统中具有功能强大和应用范畴广泛的特点，且具有非常强的开发性和可用性，可以对各类电子设备、机械设备进行广泛开发；最后，EDA技术结合计算机辅助工程软件可以对整个设备的平台起到一定的数据支撑作用，具有自动优化的特点，在开展工作中工作人员通过计算机平台进行电路系统操作即可自动分析设备性能，如果电路设计存在漏洞，能够自行补充，对于所存在的问题可以自行修改，由此起到优化设计电子系统的作用，使其设备性能得以充分发挥[2]。
2EDA技术在皮革裁断电子系统中的结构设计
2.1设计分析
目前，传统的皮革裁断设备智能化与网络化程度较低，无法有效分析裁断过程中的各类数据，同时传统的皮革裁断机对其设备的自动监控存在很大漏洞。为了能更好地解决目前存在的问题，采用EDA异构网络技术，技术辅助设计（CAE）、机械电子总线技术、人工智能技术和网络技术在目前的硬件体系结构的基础上进行开发，设计一套智能型的皮革裁断机设备的电子系统，其主要功能为参数状态监测和智能故障诊断的集成监控系统。
2.2设计原理
皮革裁床切割设备作为一种相对柔性的切割设备，主要是针对各类皮料进行切割，例如人造皮革、天然皮革等具有柔性特点的材料，与传统的皮革切割设备相比而言，运用EDA技术融入的电子数控皮革裁床切割系统成本较低、效率高且灵活性更强，可以大大提高企业的生产效率[4]。针对当前传统皮革裁断设备中存在的问题，例如自动化程度低、材料消耗量大、切割准确率低、实时监控能力弱等问题，运用异构网络EDA技术实现智能皮革裁断电子系统设计，使设计出的皮革裁断机械设备功能强大，通过工业摄像机与流水线的实时电子监控过程中，实现多台皮革裁断机自动智能裁断命令，保障其皮革材料裁断的精准性与高效率，其原理如图1所示。
2.3结构设计
以EDA技术作为皮革裁断电子系统的主要技术支撑，其具体结构设计如图2所示，主要包含了CAN总线网络和Ethernet/IP工业以太网的异构网络、工业摄像机网络、CAN-Ethernet专用网关、PC工作站和控制服务器组成。在其结构设计的组建过程之中，CAN总线技术负责对皮革裁断机进行内网组建连接，将皮革裁断电子系统内部的工作状态进行实时上传；利用异构网络EDA技术进行网关协议转换；将设备实时信息自动上传至工业以太网中；由生产车间的PC工作站和控制服务器进行实时读取。在设计结构的运行过程之中，该电子系统的每台皮革数控机床前侧部位分别加装工业摄像机对传送带中的皮革材料进行快速抓拍，负责对即将加工裁断的皮革面料进行智能自动排样策略，同时分布皮革裁断的先后顺序。在其结构设计的裁切过程之中，抓拍的图像通过USB数据线自动上传至PC工作站和控制服务器进行数据读取，通过流水线电子监控设备进行监控，利用EDA软件OpenCV对传送的皮革面料图像进行自动识别处理，使其快速对皮革面料区域形成排样工区；利用EDA技术中的FPGA（现场可编程逻辑器件）在PC工作站中对其进行特定的排样算法预设自动化，使形成的排样策略针对皮革裁断机的样片组进行智能规划；最终将智能规划策略通过监控网络自上而下向三台皮革裁断数控设备进行命令传输，完成电子系统的自动智能裁断。
2.4设计优势
以EDA技术融合多种智能电子技术，依托CAN-Ethernet专用网关作为整个皮革裁断电子设备系统中的网络通信枢纽，通过工业以太网协议转换快速实现信息数据的异构网络融合，具有高速、准确、稳定的优势。同时，在整个系统中利用USB口可以将工业摄像机中的实时图像准确上传至机器设备的PC工作站进行智能分析，保障对皮革面料样片的区域裁断策略制定的精准性，对工作状态、样片裁断前后顺序进行自动规划，具有能耗少、协调度高、管理便捷的优势。
3EDA技术融合的皮革裁断电子系统设计应用功能
3.1优化处理不规则皮革样片功能
在皮革样片的实际裁断生产过程中，绝大多数的皮革制品样片呈现出不规则形状，造成了皮革材料成本的进一步浪费。以EDA技术融合的智能型皮革裁断电子系统，可以利用计算机辅助设计将不规则皮革样片经过优化算法处理，使皮革材料在样片裁断中可以得到充分的利用。具体方法：首先，将传送过程中抓拍的皮革样片图像数据输送至PC工作站数据库之中，将所有样片的顺序调整为顺时针次序，方便后续的排样工作数据排列；其次，针对皮革样片图像中的圆弧、直线、异形及椭圆等不同图形进行离散化操作，例如对弧线进行多边形线段离散逼近，运用坐标点进行描述弧线，进一步优化整个样片的裁断区间，如图3所示；最后，将整个坐标点进行规划集合，最终得出精准、正确的整段皮革材料裁断排样算法，以此优化处理不规则皮革样片。
3.2智能算法匹配皮革排样功能
经过EDA技术融合的智能皮革裁断电子系统，可以利用计算机辅助工程（CAE）工具软件进行系统逻辑编译命令，对各类不规则皮革样片在皮革裁断设备模板中进行自动排样，具有智能化与自动化的功能。首先，工作人员在PC总站平台之中设计相应的基本逻辑描述语言命令，采用最优匹配方法（Green公式数据排列）进行皮革样片的寻优运动轨迹排样；其次，在寻友排样结果基础之上再次预设新的碰撞检测算法命令，施加凸多边形裁剪-逐边裁剪法（Southerland-HodgmanPolygonClipping）将试探性测试放入最终的排样策略之中，以此确保自动匹配皮革排样的精准性；最终，依据之前Green公式数据排列的面积进行次序处理，以先大后小的方式进行样片处理，其目的在于不浪费多余的皮革材料空白区域，将样片以凸多边形图像晋融合，进一步使整体排样结果更加紧凑，如图4所示，运用智能算法匹配的皮革母板排样结果。
3.3智慧协调自动裁断策略功能
在智能皮革电子系统设计之中，以异构网络EDA技术融合的皮革裁断自动监测与多机协调自动裁断是本次系统设计的重点，可以大幅度的提高皮革制造过程的效率，进一步节约人工与时间成本，智慧协调自动裁剪策略具有较强的数据分析与图像捕捉功能。首先，在预设的3台皮革裁断设备中置入EDA多元智能技术电子系统，对整个裁断过程的进行数控操作；其次，利用工业摄像机完成皮革材料母版的图像捕捉，通过工业以太网协议转换数据进行上传，利用EDA软件OpenCV进行图像识别，完成皮革材料工件排样区的基本选择；最后，对已经完成预设的便宜进行大、中、小样片面积分类与排列，如图5所示，经过智能算法匹配得出协调自动裁断策略，操作人员也可在电子系统中对裁断策略进行修改和标记，策略制定完成之后通过CAN-Eth-ernet通信网络下传至底层网络的三台裁断机进行精准裁切。
4结语
将EDA技术应用在皮革裁断电子系统设计之中，利用融合异构网络EDA技术、工业摄像机网络、CAN-Ethernet专用网关、PC工作站和控制服务器组成的电子监控系统可以对皮革裁断过程实现精准、高效的模式，采用智慧优化排样算法可以自动制定排样策略，从根本上解决不规则样片排样中浪费严重的现象，通过工业摄像机进一步对皮革裁断流水线进行自动监控，提高裁断效率，使皮革企业的生成成本进一步降低，从而实现企业低能耗发展。
参考文献：
[1]梁丽.基于EDA技术的电子线路设计的改革与实践[J].实验技术与管理,2020,37(02):100-103+116.[2]黄韬.浅析EDA技术在通信电子线路中的应用[J].新型工业化,2022,12(06):252-255.
[3]杨世凤,章对磊,杨烨,马良.裁断机实时监控与故障诊断专家系统[J].自动化与仪表,2014,29(11):8-11+48.
[4]宋飞科.数学算法控制下的皮革裁床样片切割路径优化研究[J].西部皮革,2022,44(06):7-9.
作者:谌涛 刘后文 胡顶胜 周加立 郑松 刘豪 单位:兴义民族师范学院物理与工程技术学院