織造企業(yè)實現(xiàn)智能化生產(chǎn)的可行性探討

　　摘要:探討織造企業(yè)實現(xiàn)智能化生產(chǎn)的可行性。分析了傳統(tǒng)織造企業(yè)生產(chǎn)方式實現(xiàn)智能化升級的基本條件，實現(xiàn)全面智能化存在的難點。提出通過組織合作開發(fā)，織造企業(yè)實現(xiàn)智能化生產(chǎn)具有一定可行性，在降低用工成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率方面具有優(yōu)勢。認為：織造企業(yè)實施智能化生產(chǎn)符合紡織業(yè)發(fā)展方向。

　　周建才， 棉紡織技術 發(fā)表時間：2021-09-30

　　關鍵詞:織造企業(yè);數(shù)字化;智能化;用工成本;噴氣織機;物聯(lián)網(wǎng)

　　當前新一代信息技術在紡織企業(yè)不斷深化應用，企業(yè)數(shù)字化轉型基礎日趨堅實。紡紗企業(yè)及時抓住機遇，數(shù)字化、智能化生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)，效果明顯[1]。而織造企業(yè)仍采用以人力為主的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，與紡紗企業(yè)相比，近幾年無論是從改造力度還是資金投入上都有較大差距。隨著市場競爭的不斷加劇以及原材料價格上升、能源緊張、企業(yè)員工成本提高等不利因素的增多，紡織企業(yè)盈利能力普遍下降。同時在時尚化的今天，訂單具有小批量、交期快的特點，傳統(tǒng)織造企業(yè)的生產(chǎn)模式已經(jīng)越來越難以適應當前的發(fā)展需求，迫切需要提高反應速度與盈利能力來應對市場變化。長遠來看，隨著我國人口紅利的消失及勞動力成本的升高，打造織造數(shù)字化、智能化企業(yè)是未來產(chǎn)業(yè)升級和進步的必由之路[2]。作為紡織產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)，織造產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、智能化也非常必要和重要。

　　1 織部實現(xiàn)數(shù)字化、智能化的基礎

　　當前國產(chǎn)設備取得了長足發(fā)展，不僅單機自動化、信息化水平較高，而且各種管理系統(tǒng)和工業(yè)機器人已有開發(fā)與應用，具備了較好的自動化基礎。從投資成本考慮，以國產(chǎn)設備為例，探討織造企業(yè)的數(shù)字化、智能化技術。

　　1.1 單臺織造設備自動化程度較高

　　單臺織造設備具有較高自動化程度是實現(xiàn)數(shù)字化、智能化織造企業(yè)的基礎。目前國產(chǎn)織造設備單機具備遠程聯(lián)網(wǎng)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控、診斷、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、傳輸?shù)裙δ?具有常用品種上機工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，更換品種時可以一鍵到位，減少調(diào)機時間;具有機臺車速自動調(diào)整功能;具有與數(shù)字化、智能化織造企業(yè)物流控制系統(tǒng)的信息接口。總體而言，織造設備的自動化程度整體較高，具有一定的自動化、智能化條件。

　　1.1.1 國產(chǎn)整經(jīng)機

　　KY6081 型整經(jīng)機數(shù)字化、智能化主要體現(xiàn)在：整經(jīng)總頭份監(jiān)控，紗線斷頭后直接顯示斷頭位置。整經(jīng)機與企業(yè)的 ERP 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實時上傳數(shù)據(jù)，可在整經(jīng)機附近的附房里安裝計算機，將傳來的工藝由人工經(jīng)觸摸屏錄入到整經(jīng)機，實行無紙化操作。該整經(jīng)機具有比較成熟的自動上筒裝置，配置的 KYD 小 V 形自停筒子架安裝有更多的傳感器，導紗輥傳感器檢測到紗線在導紗輥發(fā)生纏繞后，可實現(xiàn)整經(jīng)自動停車;飛花檢測傳感器通過照相識別到飛花堆積，然后自動停車。整經(jīng)機筒子架張力通過步進電機實現(xiàn)自動調(diào)整。當前整經(jīng)機自動上筒、下管系統(tǒng)已趨于成熟。廣東溢達紡織有限公司研發(fā)了整經(jīng)自動裝筒系統(tǒng)，采用自動化裝筒，生產(chǎn)過程智能監(jiān)控，包括生產(chǎn)進度監(jiān)控、效率監(jiān)控、產(chǎn)量記錄、異常報警，可滿足各種包裝類型紗線裝筒需求，垛板紗全自動裝筒，夾具自動切換。送料系統(tǒng)方面，實現(xiàn)自動定位，筒子紗準確轉移，大小頭無區(qū)分。同時實現(xiàn)筒紗自動回收、自動補料、自動定位，最終達到提高效率、降低成本、改善質(zhì)量、降低勞動強度的效果。山東魏橋等企業(yè)也應用有整經(jīng)機自動上筒、下管系統(tǒng)。該系統(tǒng)相對成熟，可以推廣，當前主要的問題是投資成本比較高。此外，在機器人上落軸系統(tǒng)、筒子架自動找斷頭系統(tǒng)等方面還有待進一步研發(fā)。

　　1.1.2 國產(chǎn)漿紗機

　　目前國產(chǎn)漿紗機智能化主要體現(xiàn)在自動、精準控制方面。如 XS620BE 型九單元雙漿槽漿紗機各區(qū)張力和伸長實現(xiàn)自動控制;漿槽壓漿輥壓力隨車速自動調(diào)節(jié);烘筒溫度實現(xiàn)自動控制;三輥式漿槽的創(chuàng)新設計使?jié){槽濕伸長和上漿率的控制相對穩(wěn)定;伺服驅(qū)動器與伺服電機共同實現(xiàn)漿紗機精準傳動。國產(chǎn)漿紗機在自動控制方面，增加自動控制系統(tǒng)對單機臺來說費用比較大，織造企業(yè)不能接受，目前推廣力度不大。此外，經(jīng)軸退繞單軸單控，上漿率在線自動檢測控制有待進一步研究開發(fā)。

　　在自動調(diào)漿方面，研發(fā)了模塊化智能調(diào)漿系統(tǒng)，主要包括原料存儲計量模塊、預調(diào)漿模塊、漿料生產(chǎn)及供給系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)。經(jīng)過幾年的自主創(chuàng)新和研究開發(fā)，模塊化智能調(diào)漿系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)品化，并且在一些有代表性的紡織企業(yè)成功應用，受到好評。

　　1.1.3 國產(chǎn)自動穿綜機

　　傳統(tǒng)的人工穿經(jīng)穿錯率高、效率低、勞動強度高，已不能滿足現(xiàn)代紡織企業(yè)小批量、多品種、高難度、交期短的發(fā)展趨勢。因此，全自動穿經(jīng)機廣泛應用于當前智能化紡織車間中。自動穿經(jīng)機采用機器視覺技術對鋼筘位置和寬度信息進行識別，實現(xiàn)精準定位;同時利用張力傳感器實時監(jiān)測紗線張力變化，控制系統(tǒng)通過紗線張力變化實現(xiàn)單雙紗識別;運用總線式伺服控制技術使設備運行更加穩(wěn)定可靠;結合人性化交互技術，通過人機界面實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的輸入、綜絲花形的配制、故障診斷及報警等，實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，界面友好，操作方便。綜合而言，自動穿經(jīng)技術的出現(xiàn)有效提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，同時節(jié)約了勞動成本。以我國自主研發(fā)的YXS-A 型自動穿經(jīng)機為例，其依托于實時準確的數(shù)字采集技術，自動傳感檢測設備、各模組的運行狀態(tài)實時進行監(jiān)控并統(tǒng)計，通過智能分析設備運行的數(shù)據(jù)，對自動穿經(jīng)機狀態(tài)進行自我檢測和自我診斷，為設備維護管理人員提供精確的維修對策方案選項，真正減少了不可預測因素對生產(chǎn)的影響，讓設備可以提前預警，給生產(chǎn)提供足夠應變時間，保障生產(chǎn)持續(xù)性。多家紡織企業(yè)反饋，自動穿經(jīng)機運行穩(wěn)定，故障少，穿綜效率高，與進口設備相比物美價廉。RFAD10 型自動穿經(jīng)機也可高效率地完成各類紗線和組織的穿經(jīng)工作。

　　1.1.4 國產(chǎn)噴氣織機

　　噴氣織造具有用工多的特點，為了減少用工降低織造成本，有紡機企業(yè)開發(fā)了緯紗故障自動處理裝置(以下簡稱 APR)。當織機發(fā)生斷緯停機時，該裝置可以把織機梭口內(nèi)的故障緯紗自動拉出，剪掉后自動恢復織機運行，極大減輕了擋車工的工作量，使擋車工將主要精力放在處理斷經(jīng)上，基本不用處理緯停，可以明顯提高擋車工看臺數(shù)量。如山東日發(fā)紡織機械有限公司研發(fā)的 APR 裝置，采用氣動剪刀機構進行故障緯紗剪斷，動作準確可靠;采用光電探紗機構進行緯紗檢測，可以確保緯紗全部拉出梭口，同時在故障緯紗拉斷時又可以自動報警，避免因此導致的布面疵點;采用步進電機驅(qū)動壓力機構進行緯紗抽取，可以通過電子計時控制緯紗長度及調(diào)整抽出時間，針對不同緯紗可以保證最短處理時間。APR 裝置的控制系統(tǒng)可與織機電控系統(tǒng)進行有機銜接，各機構動作協(xié)調(diào)有序，具有較高的成功率。使用該裝置后擋車工看臺數(shù)量可提高 50%左右。目前該裝置在全國普及使用率不高。

　　近年來，通過對國外設備技術的引進、吸收、消化和創(chuàng)新，國內(nèi)織機開口制造企業(yè)已制造出智能化電子多臂開口裝置。與傳統(tǒng)的機械多臂開口裝置相比，新型的電子多臂開口裝置在功能、車速、效率、能耗及穩(wěn)定性上都有很大的優(yōu)勢。如江蘇牛牌紡織機械有限公司開發(fā)的電子多臂開口機構，以良好的使用效果，作為數(shù)字化重點技術得到推廣。浙江科趣智能設備有限公司開發(fā)的織機智能斷經(jīng)自停技術，相當于在織機上安裝了“眼睛”，通過神經(jīng)網(wǎng)絡學習，可進行紡織品中的斷經(jīng)、斷緯、粗節(jié)、稀密路、雙緯、松緯、污漬等疵點的檢測，集自動探測、疵點定位、缺陷分類、質(zhì)量評估等多種功能于一身。

　　此外，新一代網(wǎng)絡化、智能化噴氣織機也已經(jīng)面世。RFJA40 型高速噴氣織機實現(xiàn)了控制系統(tǒng)模塊化，設計了動平衡大扭矩打緯機構，采用了新型電磁閥控制技術及配氣系統(tǒng)，開發(fā)了織造工藝專家系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能化生產(chǎn)。但織機的自動上織軸系統(tǒng)、自動落布系統(tǒng)還需要加大研發(fā)力度。另外，JA93-190-360 系列噴氣織機性能先進，更加合理的機架和經(jīng)紗張力控制系統(tǒng)使高速織造重磅織物更加穩(wěn)定，引緯系統(tǒng)更加高效節(jié)能。

　　1.1.5 自動驗布機

　　目前織造企業(yè)以過去折疊包成件為主改變?yōu)榫硌b為主，主要是為了減少布面折痕，特別適合萊賽爾類品種的成件要求。浙江舜龍紡織機械有限公司開發(fā)優(yōu)化智能制造建設方案，實施智能驗布系統(tǒng)，實現(xiàn)對坯布檢驗的自動判級、包裝以及分垛倉儲。目前該系統(tǒng)在白坯廠使用不多，主要原因是需要整理空間大，投資成本高。在色織行業(yè)相對普及率高。另外，蘇州松智能機器科技有限公司開發(fā)的織物智能檢測驗布機已經(jīng)在多家紡織企業(yè)使用。其性能特點在于看得更準,最小可實現(xiàn)0.2 mm瑕疵的檢測，綜合識別率可達85%以上;處理更快，在最大40 m/min的驗布速度下實現(xiàn)快速分析，是肉眼檢測的數(shù)倍; 全伺服驅(qū)動，無張力輸送，適應多種織物;全系列產(chǎn)品搭載人工燈箱看臺，人機檢查對照清晰無誤;全系列搭載疵點標記系統(tǒng)，自動標記;織物適用范圍大，除色織提花織物外均可被檢測。

　　1.2 在 ERP 的基礎上實行 EMS 管理系統(tǒng)

　　充分利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、生產(chǎn)制造過程管理和優(yōu)化的集成運行系統(tǒng)(以下簡稱 MES)以及企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(以下簡稱 ERP)實施織造智能化，從產(chǎn)品設計、原料采購、生產(chǎn)、倉儲、物流、服務全過程進行系列智能控制。與傳統(tǒng)織造企業(yè)不同，數(shù)字化、智能化織造企業(yè)內(nèi)通過設置一臺中央服務器，對各織造設備進行信息采集，各機臺生產(chǎn)工藝、管理等信息均由中央服務器統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮，實時整理匯報出各機臺的工作效率、故障信息，實現(xiàn)產(chǎn)量班報、日報數(shù)據(jù)統(tǒng)計和故障排查等。江南大學成功開發(fā)了織造車間 MES 系統(tǒng)，目前有多個織造企業(yè)在使用。其他的 MES 系統(tǒng)的主要內(nèi)容都差不多。

　　1.3 完善物流調(diào)度控制系統(tǒng)

　　織造企業(yè)要實現(xiàn)數(shù)字化、智能化，中央物流控制系統(tǒng)必不可少。中央物流控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)包括工控機、屏幕顯示器、控制盤柜(PLC)、線纜等。軟件部分主要包括工業(yè)采集軟件系統(tǒng)、物流調(diào)度軟件系統(tǒng)等。

　　物流調(diào)度軟件系統(tǒng)是數(shù)字化、智能化織造企業(yè)的核心，一個企業(yè)通常會有幾十臺甚至幾百臺織造設備，迎合市場需求，織造設備規(guī)格不一，同時每臺織機的了機以及落布是隨機的，且有多個品種在機，實際應用場景十分復雜。物流調(diào)度系統(tǒng)要根據(jù)實際生產(chǎn)需求，合理安排規(guī)劃各種操作，特別是多臺 不同 AGV 運輸車之間的協(xié)調(diào)、最合理運輸路徑的計算、優(yōu)化及充電等環(huán)節(jié)，均需要全面考慮，并整合到系統(tǒng)里。同時所有移動控制設備的連接均需采用無線通訊方式。

　　1.4 采用專用 AGV 運輸車和儲軸架

　　通過物流控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)調(diào)度，實現(xiàn)車間落布、裝卸織軸的自動化控制，并實現(xiàn)織軸從整經(jīng)、漿紗工序到織造車間的自動運輸管理;實現(xiàn)布輥從織造到驗布、打包工序的自動運輸管理;同時保證各個操作安全可靠。全部物流實現(xiàn)科學銜接、動態(tài)監(jiān)控、集中定置管理。目前較成熟的有西安新紡工礦設備有限公司開發(fā)的軸庫上位機監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)已在國內(nèi)多家織造企業(yè)使用，找軸方便，運行可靠。

　　1.5 配合采用空調(diào)自控系統(tǒng)和安全防火報警自控系統(tǒng)

　　空調(diào)控制系統(tǒng)與企業(yè)內(nèi)總服務器系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，當機臺織造品種改變時，需要的溫濕度標準會在服務器數(shù)據(jù)庫中調(diào)用，再通過聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制空調(diào)系統(tǒng)進行實際調(diào)整，達到生產(chǎn)工藝要求的溫濕度。此外，安全可靠的防火報警自動控制系統(tǒng)也很必要，對于新的標準廠房設計，空調(diào)自動控制系統(tǒng)和防火報警自動控制系統(tǒng)都是必須采用的。

　　2 織部全面實現(xiàn)數(shù)字化、智能化升級的難點

　　與紡部設備智能化程度高相比，國產(chǎn)織造設備還沒有完全達到數(shù)字化、智能化制造水平。目前大部分織造企業(yè)仍然采用整經(jīng)、漿紗、穿綜、織機織造、驗布、打包這一傳統(tǒng)工藝流程，單套設備數(shù)字化、智能化生產(chǎn)已經(jīng)在使用，但整套數(shù)字化、智能化生產(chǎn)企業(yè)還沒有。織造企業(yè)在整經(jīng)漿紗工序、織造工序、整理工序需要上下銜接的操作較多，經(jīng)軸漿軸、布卷運輸環(huán)節(jié)也多，實現(xiàn)這些過程的自動化操作難度大、成本高，導致織造企業(yè)數(shù)字化、智能化生產(chǎn)實施緩慢[3]。全面實現(xiàn)織造企業(yè)數(shù)字化、智能化升級的主要難點如下。

　　(1)織造工序多，運輸環(huán)節(jié)長，需要配置不同規(guī)格 AGV 運輸車，給企業(yè)資金投入帶來困難。

　　(2)織造企業(yè)要實現(xiàn)智能化，準備工序、整理工序周轉空間要大，要有足夠的堆放空間和運輸通道。

　　(3)織造企業(yè)積極實施數(shù)字化、智能化改造取得了一定成果，為產(chǎn)業(yè)的信息化、智能化打下了基礎。但要應用于生產(chǎn)，投入的資金較大，目前還沒有現(xiàn)成的案例，需要各主機企業(yè)不斷投入和持續(xù)研發(fā)，也需要行業(yè)協(xié)會、科研院校、國家的鼓勵資金支持。

　　根據(jù)紡部智能化升級的經(jīng)驗，織部數(shù)字化、智能化進程的加快，應以國家、行業(yè)重點支持項目為依托，由大型企業(yè)主動牽頭，做出一個織造樣板車間，從前到后對設備進行改造投入，并進行生產(chǎn)試驗，取得一定的效果后在全國推廣。浙江蘭溪實施的“4+X”數(shù)字化改造模式值得借鑒、推廣。

　　3 構建織部數(shù)字化、智能化的設想

　　織部數(shù)字化、智能化的目標是打造一個生產(chǎn)設備互聯(lián)互通、生產(chǎn)過程實時調(diào)度、物料傳送自動化、產(chǎn)品信息可追溯、車間環(huán)境智能監(jiān)控、資源消耗智能監(jiān)控、設計開發(fā)與生產(chǎn)聯(lián)動協(xié)同的智能化織部企業(yè)。

　　(1)理想數(shù)字化、智能化生產(chǎn)車間應該是寬敞整潔的，溫濕度相對穩(wěn)定并可自動調(diào)節(jié)，高速運轉的自動化機器代替了原先眾多的織部工人，從前道準備到后整理全部通過 AGV 運輸車實現(xiàn)物料的自動輸送，人工承擔巡視和簡單操作任務，一改紡織勞動密集型產(chǎn)業(yè)的面貌。

　　(2)全自動化、具有國際先進水平的智能設備實現(xiàn)從整經(jīng)到織物打包涵蓋套筒、輸送等環(huán)節(jié)的自動化控制。智能車間通過數(shù)字信息技術集成運用，結合 MES、ERP 等管理系統(tǒng)，實現(xiàn)智能車間信息化與 ERP 數(shù)據(jù)的完美集成。

　　(3)數(shù)字化、智能化車間全面實現(xiàn)生產(chǎn)全程自動化、控制系統(tǒng)智能化、在線監(jiān)測信息化，相關數(shù)據(jù)通過傳感器上傳網(wǎng)絡，系統(tǒng)可以實時監(jiān)測到生產(chǎn)線上每臺織機的情況，大大節(jié)約人力，提高效率。整個生產(chǎn)過程保持高度連續(xù)性，減少人工接觸產(chǎn)品的機會，產(chǎn)品質(zhì)量得到進一步穩(wěn)定和提高，極大提高生產(chǎn)效率。

　　(4)自動化、智能化、信息化是企業(yè)發(fā)展的必由之路，經(jīng)過持續(xù)努力，織造企業(yè)實現(xiàn)全面自動化、智能化、信息化是可能的。