高端紡織裝備由何突破？東華大學機械工程學院院長陳革談高端紡織裝備發(fā)展

本刊記者　墨影

高端紡織裝備由何突破？東華大學機械工程學院院長陳革談高端紡織裝備發(fā)展

本刊記者墨影

陳革

相對其他行業(yè)的機械裝備而言，紡織機械具有科技含量高、品種繁多、性能各異、連續(xù)運轉(zhuǎn)的鮮明特點。然而，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和終端產(chǎn)品的需求轉(zhuǎn)變，紡織機械的發(fā)展迎來了新的市場挑戰(zhàn)。

東華大學機械工程學院院長陳革認為，高端紡織裝備技術(shù)是實現(xiàn)紡織工業(yè)數(shù)字化、智能化、綠色化的重要載體，是支撐我國紡織工業(yè)由勞動密集型、資源消耗型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型、資源節(jié)約型、環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵保障。

陳革認為，高端紡織裝備在實現(xiàn)紡織工藝的功能目標外，還具有高速、高效、柔性、節(jié)能、環(huán)保、集成、可靠、穩(wěn)定、數(shù)字化、智能化、高附加值等相關(guān)特征。其中，“高速、高效”通常涉及機械動力學、機械摩擦學等理論問題；“節(jié)能、環(huán)?！蓖ǔＥc紡織工藝的革新相關(guān)；“數(shù)字化、智能化”與機電一體化技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)相關(guān)；高端紡織裝備“可靠性、穩(wěn)定性”一般與材料質(zhì)量、制造精度關(guān)系最大，還須在設計、制造、外協(xié)、外購、裝配、工藝服務等多方面實施可靠性系統(tǒng)工程來保障。

高端紡織裝備的設計理念及趨勢

陳革認為，高端紡織裝備的設計理念及趨勢大致體現(xiàn)在以下方面：第一，基于紡織新工藝進行裝備設計。

紡織新工藝、新原理的出現(xiàn)為現(xiàn)代紡織裝備的設計帶來了全新的變革。例如，當某種物質(zhì)被壓縮到其臨界壓力和加熱到臨界溫度之上時，其性質(zhì)位于典型氣體和液體之間，并兼具兩者的優(yōu)點，基于此的“超臨界CO2流體染色”可以被印染行業(yè)利用其高度擴散性將染料滲透到纖維內(nèi)部進行染色，實現(xiàn)低能耗、零排放。

陳革認為，紡織工藝研究及應用與紡織裝備開發(fā)的高度融合不僅可以提升紡織裝備的研發(fā)效率和質(zhì)量，也能夠促進紡織工藝的應用?，F(xiàn)在紡織機械的制造商中并不缺乏工藝與裝備結(jié)合開發(fā)的成功案例。比如，常州市第八紡織機械有限公司在開發(fā)出多軸向經(jīng)編機后，成立了生產(chǎn)多軸向經(jīng)編布的企業(yè)，開發(fā)的新設備在自己的企業(yè)先試用，待成熟后再推向市場；同樣在經(jīng)編領域，福建鑫港原來是生產(chǎn)花邊的企業(yè)，在對進口賈卡經(jīng)編機進行維修改造的基礎上，開始研制花邊機設備，成立了紡織機械公司；經(jīng)緯紡機以生產(chǎn)棉紡成套設備為主，在無錫特別建立了四萬錠的紡紗廠作為新產(chǎn)品的試驗中心。

第二，紡織裝備的基礎理論支撐高端紡織裝備的開發(fā)。

紡織裝備的基礎理論是高端紡織裝備開發(fā)萬變不離的“宗”，紡織裝備涉及的諸多技術(shù)問題，都與相關(guān)的基礎理論緊密相關(guān)。例如，紡織機械要解決的高速化涉及到機械動力學；關(guān)鍵零部件的壽命涉及到“纖維-金屬”、“纖維-陶瓷”的磨損機理；紡織材料烘干設備涉及到傳熱動力學……“實現(xiàn)設備的高端升級，基礎理論必須要把握準、研究透?！标惛飶娬{(diào)。

第三，工藝集成化系統(tǒng)設計。

在紡織裝備的設計中，可以充分考慮工藝集成化問題，將單機集成為系統(tǒng)，可以減少物流環(huán)節(jié)和勞動用工。例如，前紡成套設備與梳棉機集成為清梳聯(lián)、細紗機與絡筒機集成為細絡聯(lián)、粗紗機與細紗機集成為細絡聯(lián)等等，這是紡織行業(yè)踐行自動化、邁向智能化的重要基礎。

第四，紡織裝備的模塊化設計。

模塊化設計將有效增強紡織裝備的品種適應性，也更有利于專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)。例如，棉、毛、麻、絲在織造過程中最主要的區(qū)別就在打緯機構(gòu)上，織機打緯機構(gòu)的模塊化設計就更有利于“一機多用”。

第五，光、機、電、氣技術(shù)的應用。

光、機、電、氣技術(shù)的廣泛應用能夠為紡機裝備的新產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)改造提供豐富的路徑和選擇。例如，圖像檢測、光電檢測等就成功應用到了三維人體測量、織機的稀密路檢測、異纖檢測系統(tǒng)等方面；多電機協(xié)同控制技術(shù)的應用，可以大大簡化漿紗機、染整設備、地毯設備的機構(gòu)，提高其數(shù)字化水平。

第六，適應裝配的設計。

很多紡織裝備具有多單元化的特征，我們發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象：同樣的設計和制造，但各單元的工況卻呈現(xiàn)出不一致性。經(jīng)分析，原來是各單元的裝配精度不一致。因此，我們應該通過合理的設計，有效減少裝配對人工的依賴，降低裝配的難度和隨機性，降低人為因素對裝配精度的影響，盡量少用專用安裝工具也能夠保證產(chǎn)品的同一性和可靠性。

第七，專利戰(zhàn)略和創(chuàng)新軟件的應用。

我國紡織裝備生產(chǎn)企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中，應該重視應用專利戰(zhàn)略，保護知識產(chǎn)權(quán)，規(guī)避專利，可以運用商業(yè)化的創(chuàng)新軟件，為產(chǎn)品的創(chuàng)新設計提供新的設計思路和方案，這是目前最為有效實用的規(guī)避專利的手段。

第八，基于新材料的應用設計。

在紡織裝備領域，有大量損耗大、利潤高的關(guān)鍵零部件和專件。提高紡織裝備關(guān)鍵零部件和專件的性能和壽命，是我國紡織機械行業(yè)亟待解決的問題。以紡織陶瓷、輕質(zhì)高強復合材料為代表的新材料，在實現(xiàn)紡織裝備的高速高效，提高紡織裝備關(guān)鍵零部件和專件的性能和壽命方面，具有廣闊的應用前景。

我國實現(xiàn)智能紡織的途徑

智能化程度的高低是衡量紡織機械裝備技術(shù)水平的重要指標。陳革認為，德國“工業(yè)4.0”將信息通訊技術(shù)、網(wǎng)絡空間系統(tǒng)、信息物理系統(tǒng)相結(jié)合，發(fā)展智能制造的思路足以給中國紡織行業(yè)更多的啟示。

“‘工業(yè)4.0’中，智能工廠包括智能生產(chǎn)設施和存儲系統(tǒng)，能夠相互獨立地自動交換信息、觸發(fā)動作和控制；智能產(chǎn)品就是通過獨特的形式加以識別、可以隨時被定位、并能知道它們的歷史、當前狀態(tài)；信息的連接與集成主要涉及產(chǎn)成品間信息的橫向集成、分散設備間信息的橫向集成，以及現(xiàn)場層與MES層的信息縱向集成，可實現(xiàn)從下訂單直到外運物流，以及端到端工程貫穿整個價值鏈的信息集成。”陳革詳細闡述道。

其實，我國紡織業(yè)并不缺乏“橫向聯(lián)接”的成功案例。例如，“滌綸長絲產(chǎn)品的檢驗、倉儲、包裝生產(chǎn)線”可按長絲的染色性分等包裝交付給不同用戶，使供給用戶的產(chǎn)品染色一致性得到成倍的提升；“筒子紗數(shù)字化染色車間”生產(chǎn)的筒子紗，其染色一次符樣率提高到96%以上，產(chǎn)品色差缸差由傳統(tǒng)工藝的4級提高到4.5級以上，指標遠優(yōu)于國內(nèi)外其他產(chǎn)品的水平；“棉紡數(shù)字化車間”除主機智能化外，還包括車間環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)、數(shù)據(jù)智能分析預測系統(tǒng)等，將使噸紗綜合能耗降低15%以上，使萬錠勞動生產(chǎn)率提高70%以上。數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化制造的效果在紡織工業(yè)中的作用已經(jīng)初顯。

陳革認為，通過整體布局、分段實施，全面打通紡織工業(yè)從化纖生產(chǎn)到紡紗、織造、染整和成衣數(shù)字化網(wǎng)絡化智能化制造的全過程，還要把握與智能移動、智能物流、智能建筑、智能電網(wǎng)無縫聯(lián)接。如：可將“滌綸長絲產(chǎn)品的檢驗、倉儲、包裝生產(chǎn)線”向上延伸，實現(xiàn)紡絲的自動落絲餅、絲餅的物流自動輸送，并增加智能傳感裝置，可使每個絲餅不僅有染色性信息，還具有絲的纖度、強力及均勻度等指標信息，并可標明每個絲餅加工路徑及時間等，使絲餅成為一個智能產(chǎn)品。將各項指標進行綜合分級，可對用戶的后續(xù)加工工藝給予指導。

總之，高端紡織裝備的發(fā)展道路依然任重道遠，需要產(chǎn)業(yè)鏈條上的各個主體積極思變，也需要從設計到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)踏實踐行。