（1）专业与年级要求

1、纺织工程专业：二年级第二学期（同步设置在《纺纱学》实验教学或《新型纺纱技术》等课程的开课学期）

2、非织造材料与工程：三年级第一学期（与《纺织概论》课同步开设）

3、轻化工程：三年级第一学期（与《纺织概论》课同步开设）

（2）基本知识和能力要求

1、了解常见纺织纤维的种类和性能

2、了解纺织机械运转的基本原理

3、了解纱线的线密度、毛羽、断裂强力、条干均匀度等质量指标

本项目面向纺织工程、非织造材料与工程、轻化工程等专业本科生，聚焦喷气涡流纺全流程智能生产实践教学。实验以VORTEX 870EX 喷气涡流纺纱机为原型，围绕其高速化、自动化、连续化及智能监测等先进特征，构建虚拟仿真实验场景。通过“人工智能+”技术赋能，贯通装置认知、原理验证、参数设计、故障排查与质量检测等教学环节，为学生提供沉浸式、可交互、可重复的全流程实践体验，有效弥补传统实验在安全保障、设备与耗材成本、操作可逆性及复杂工艺训练方面的不足。

1.实验的必要性及实用性

（1）必要性

①喷气涡流纺纱实践教学具有高危险性。喷气涡流纺设备运行速度可达550 m/min，喷嘴气压高达6 bar，纺纱过程中高速旋转的罗拉、高压气流喷嘴对学生存在机械伤害与气流冲击风险；熟条喂入不当易引发设备卡顿、断头飞溅等安全隐患。传统实训中学生难以近距离观察核心部件运行状态，无法深入理解涡流加捻、纤维包缠等微观机理。

②实验设备投入与运行成本较高，学生实践机会有限。VORTEX 870EX型喷气涡流纺纱机属于大型高端纺纱设备，购置、安装、维护及场地配套要求较高；实验所需纤维原料、喷嘴专件及牵伸部件等耗材也会增加教学运行成本。受设备数量、实验场地和安全管理条件限制，传统教学往往以教师演示或分组观摩为主，学生独立操作和反复试验的机会不足，难以系统掌握工艺设计、设备操作与故障排查等实践技能。

③实验周期长、整个过程具有不可逆性。完整的喷气涡流纺实验从熟条准备、设备调试、参数设定、试纺、质量检测到数据分析，需要6小时以上时间，且一旦参数设置错误导致成纱质量不合格，也无法回溯工艺过程，学生难以建立“工艺参数-成纱质量”的因果关联认知。

④作为大型综合性训练，操作步骤复杂、难度高。喷气涡流纺涉及四罗拉牵伸系统、喷嘴涡流加捻、自动卷绕三大子系统的协同控制，需掌握总牵伸倍数、喂入比、喷嘴气压、卷绕角等12项核心工艺参数的匹配规律，对学生的工艺设计能力、故障诊断能力、质量分析能力提出综合要求。

（2）实用性

本实验具有较强的专业适用性、区域服务价值和产业应用价值。专业适用方面，实验可服务纺织工程、非织造材料与工程、轻化工程等相关专业，并可嵌入《纺纱学》《纺纱工艺实验》《纺织概论》《新型纺纱技术》《纺织服装导论》等相关专业课程。区域服务方面，全国相关高校主要分布于长三角、珠三角、环渤海、中部和西部纺织产业集群，本实验通过虚拟仿真平台突破高端设备配置和地域限制，为不同地区高校提供统一、可重复、可评价的VORTEX 870EX实验教学资源。产业应用方面，实验内容直接对应企业纺纱工艺员、设备操作员和质量检验员的岗位任务，能够支持新员工进行设备认知、参数设计、故障排查和质量分析训练，促进高校实验教学与企业生产实践衔接。

实验遵循“认知-原理-设计-实操-检测-分析”六阶递进式教学路径，将20个交互步骤整合为四个相互衔接、协同支撑的教学模块，形成以生产任务为牵引、以工艺数据为纽带、以质量反馈驱动优化的教学闭环。装置认知与原理验证模块（步骤1-6）：通过设备结构认知和交互式参数验证，帮助学生理解工艺机理，为后续专件选型与参数设计奠定基础；工艺设计与参数诊断模块（步骤7-9）：引导学生将原理知识转化为满足生产任务要求的工艺方案，并将选型结果与参数配置传递至实操环节；设备操作与故障排查模块（步骤10-14）：通过设备调试、运行巡检和故障处置，验证工艺方案的合理性，积累操作记录与运行数据；质量检测与AI溯源模块（步骤15-20）：综合检测结果与前序工艺、操作数据，分析质量问题的可能成因，引导学生回溯设计与操作环节，提出改进方案，实现各模块之间的知识迁移、数据贯通与反馈联动。

人工智能贯穿实验全流程，在认知与原理学习阶段提供情境化答疑和操作引导；在工艺设计阶段识别参数越界、配比冲突及潜在质量风险；在实操阶段辅助学生分析故障原因；在检测分析阶段关联全流程数据，提供质量溯源线索与优化建议。学生通过“自主判断-AI辅助分析-调整验证-反思改进”开展学习，培养工艺分析与人机协同决策能力。同时，各步骤设置与教学目标对应的达成度赋分规则，结合操作记录、参数调整过程、故障处置效果和质量分析结果开展过程性评价，并通过综合考核形成能力画像，实现过程性评价与终结性评价相结合，支持学生针对性复盘和教师差异化指导。

3.实验系统的先进性

（1）数字孪生驱动的全流程可视化仿真

以真实VORTEX 870EX喷气涡流纺纱机为原型，构建设备结构、运行状态和工艺过程相对应的数字孪生模型，对四罗拉牵伸、喷嘴涡流加捻、摩擦卷绕及成纱输出等关键环节进行动态仿真。学生的参数设定和操作行为可实时驱动虚拟设备改变状态，系统能够直观呈现纤维牵伸、分化、包缠和成纱卷绕成型等过程，并能完整记录和回溯实验过程，帮助学生理解真实设备中难以直接观察的细观工艺机理。

（2）人工智能贯穿实验教学全过程

系统融合实验引导智能体、工艺参数诊断模型和质量溯源推理引擎，形成覆盖“认知引导-参数设计-设备操作-故障排查-质量分析”的人工智能辅助教学体系。实验引导智能体基于纺织工艺知识库提供情境化答疑和操作提示；参数诊断模型实时识别参数越界、配比冲突及潜在质量风险；质量溯源引擎关联工艺参数、设备运行数据和质量检测结果，分析质量异常的可能原因并提出优化建议。学生在自主判断的基础上参考、验证和修正人工智能分析结果，形成“自主分析-智能辅助-调整验证-反思优化”的学习过程，培养工程判断和人机协同决策能力。

（3）真实产业数据支撑的工程化教学场景

实验以纺织企业真实生产任务和工艺流程为基础，将VORTEX 870EX设备结构、专件选型、工艺参数、典型故障、质量检测及产品分级等内容转化为可操作、可评价的教学任务。系统所采用的设备型号、专件规格、参数范围、故障案例和质量标准均来源于企业生产资料及工艺数据库，实验任务对接企业新品开发和规模化生产流程。学生通过承担工艺设计、设备操作和质量检验等岗位角色，完成从生产任务分析到产品等级判定的全过程训练，提升实验内容与产业需求、岗位能力和工程实践之间的匹配度。

（4）过程数据驱动的精准评价与持续改进

系统自动采集学生在实验过程中的参数设置、操作行为、故障处置、质量检测和结果分析等数据，建立实验过程数据链。通过对学生操作过程和实验结果进行综合分析，系统能够生成个性化能力评价报告，识别其在装置认知、参数设计、故障排查和质量分析等方面的薄弱环节，并为后续复习、补训和教师差异化指导提供依据，实现实验教学由结果评价向过程评价、由统一训练向个性化学习转变。

通过本实验，学生应达到以下知识、能力和素质水平：

（1）知识目标

①掌握喷气涡流纺纱全流程工艺原理及牵伸、加捻、卷绕系统的协同机制。

②掌握核心工艺参数的作用规律、设计方法及匹配关系。

③理解纱线主要质量指标的检测方法，以及质量指标与工艺参数之间的关联。

（2）能力目标

①能够根据生产任务完成设备专件选型和工艺参数设计。

②能够规范操作喷气涡流纺设备，排查常见工艺故障，规范完成纱线质量检测，并根据检测结果提出改进方案。

③提升数据分析与AI应用能力，增强人机协同决策和持续改进意识。

（3）素质目标

①树立安全生产意识，遵守纺纱设备操作与实验安全规范。

②培养严谨的实验态度和工程思维，形成“假设-验证-归因-优化”的问题解决意识