紡紗在線檢測的開發(fā)、應(yīng)用與管理

馬麗蕓，汪　軍

(1.新疆大學(xué) 紡織與服裝學(xué)院，烏魯木齊　830046；2.東華大學(xué)，上?！?01620)

紡紗在線檢測的開發(fā)、應(yīng)用與管理

馬麗蕓1，汪軍2

(1.新疆大學(xué) 紡織與服裝學(xué)院，烏魯木齊830046；2.東華大學(xué)，上海201620)

摘要：分析了“中國制造2025”的大背景下紡紗在線檢測的必要性及作用，介紹了異纖檢測技術(shù)、電子清紗技術(shù)和紗線質(zhì)量檢測技術(shù)、自調(diào)勻整技術(shù)；總結(jié)紡紗在線檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢，即：從半制品指標(biāo)檢測向過程控制指標(biāo)檢測發(fā)展，從靜態(tài)指標(biāo)檢測向動(dòng)態(tài)指標(biāo)檢測發(fā)展，從主要指標(biāo)檢測向全面指標(biāo)檢測發(fā)展，從宏觀指標(biāo)檢測向微觀指標(biāo)檢測發(fā)展；闡述了在線檢測的應(yīng)用與管理。指出：紡紗在線檢測是未來智能紡紗發(fā)展的重要基礎(chǔ)與保障；紡紗在線檢測技術(shù)在紡紗行業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中應(yīng)用前景廣闊；紡紗傳統(tǒng)制造行業(yè)要以在線檢測為線索，結(jié)合在線控制與大數(shù)據(jù)分析，努力做到智能紡紗。

關(guān)鍵詞：在線檢測；中國制造2025；智能制造；智能紡紗；大數(shù)據(jù)；在線控制

0引言

隨著中國人口拐點(diǎn)的到來，制造業(yè)“招工難”、“用工貴”的問題日益突出，紡織行業(yè)近年來出現(xiàn)“機(jī)器換人”的潮流，逐漸拉開了紡織行業(yè)“智能制造”的序幕。隨著德國提出“工業(yè)4.0”，美國提出“再工業(yè)化”，我國政府也提出了“中國制造2025”戰(zhàn)略。從這些名稱及其內(nèi)涵可以看出，工業(yè)化、信息化和智能化的融合是工業(yè)4.0或再工業(yè)化的必經(jīng)之路。

智能紡織的終極目標(biāo)是解決智慧制造，是基于滿足個(gè)性需求的快速反應(yīng)和個(gè)性化定制，是立足于“互聯(lián)網(wǎng)+”的技術(shù)嵌入紡織工業(yè)的集成。智能紡織需要很多專業(yè)技術(shù)和關(guān)鍵部件的支持。國內(nèi)目前尚缺乏有效的研究和積累，在智能紡織方面不僅要建設(shè)智能制造體系和公共服務(wù)平臺，更重要的是要提高核心智能部件、檢測系統(tǒng)和裝備系統(tǒng)的自主產(chǎn)業(yè)化。在線檢測作為智能制造中的重要組成部分[1]，筆者主要探討紡紗在線檢測的開發(fā)、應(yīng)用和管理。

1紡紗在線檢測的必要性與作用

現(xiàn)代紡紗工藝過程仍屬于非連續(xù)多工序生產(chǎn)，具備同品種多機(jī)臺的特點(diǎn)。之所以是非連續(xù)生產(chǎn)，主要原因在于紡紗流程相對還是較長，整個(gè)過程出現(xiàn)不確定性的點(diǎn)較多，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題就可能導(dǎo)致整個(gè)流水線暫停，極大影響生產(chǎn)效率。而非連續(xù)生產(chǎn)就會出現(xiàn)多工序之間的半制品質(zhì)量監(jiān)控問題，半制品的質(zhì)量問題會嚴(yán)重影響后道工序的質(zhì)量，從而可能嚴(yán)重影響成紗質(zhì)量。目前紡織廠對半制品和紗線質(zhì)量的檢測大多還是采用抽樣離線檢測法，不僅存在檢測和調(diào)整的滯后問題，且對質(zhì)量問題不能及時(shí)調(diào)整，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。當(dāng)然離線檢測也有其特點(diǎn)，比如在實(shí)驗(yàn)室恒溫恒濕條件下的測試具有較高精度，可以進(jìn)行對比，測試結(jié)果有很好的可重現(xiàn)性。但是這個(gè)檢測量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，以一個(gè)中等規(guī)模的紡紗廠為例，每天大約可以生產(chǎn)100萬km紗線，實(shí)際測試量甚至達(dá)不到1%，絕大部分產(chǎn)品沒有受到嚴(yán)格的測試，更何況離線測試是破壞性檢測，測試量大，浪費(fèi)也比較嚴(yán)重。

隨著科技的進(jìn)步，特別是傳感器、信息傳輸、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)在線檢測成為可能；同時(shí)，紡織品對紗線的質(zhì)量要求也日益提高，對生產(chǎn)全過程的全面監(jiān)控成為紡紗生產(chǎn)的必然發(fā)展趨勢。在線測試的特點(diǎn)是100%受到監(jiān)控，產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)工具對全程的質(zhì)量點(diǎn)進(jìn)行匯總分析，為生產(chǎn)及管理提供全面的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。未來的智能紡紗不僅是自動(dòng)化程度的極大提高，用工減少，更重要的是將整個(gè)紡紗系統(tǒng)形成統(tǒng)一的整體，具有自我調(diào)整和修正的功能，對在線檢測提出了更高的要求。在線檢測就是通過直接安裝在紡紗生產(chǎn)流程上的監(jiān)控裝置，利用軟測量技術(shù)實(shí)時(shí)檢測，實(shí)時(shí)反饋，以便自行智能調(diào)整或?yàn)榧夹g(shù)人員手動(dòng)調(diào)整提供依據(jù)。

根據(jù)紡紗生產(chǎn)質(zhì)量的發(fā)展趨勢，現(xiàn)代紡紗生產(chǎn)質(zhì)量控制與管理應(yīng)具有的要素如下。

a)對生產(chǎn)過程實(shí)行全流程在線檢測，重要的指標(biāo)應(yīng)該有在線自動(dòng)調(diào)控參數(shù)、測試數(shù)據(jù)分析管理和預(yù)警等功能；

b)前紡工序的半制品質(zhì)量應(yīng)根據(jù)在線檢測結(jié)果針對性實(shí)時(shí)調(diào)整，成紗后的在線檢測應(yīng)對管紗全程測試，并對問題紗管和位置進(jìn)行定位和控制；

c)對成紗經(jīng)電子清紗器的質(zhì)量數(shù)據(jù)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)功能，能夠?qū)喚€質(zhì)量進(jìn)行全面測定與評估，并根據(jù)數(shù)據(jù)對紡紗流程中的各問題點(diǎn)及時(shí)定位與調(diào)整；

d)在線檢測與在線控制有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的海量信息優(yōu)勢，挖掘紡紗規(guī)律，提出控制模型，為在線工藝智能調(diào)整提供依據(jù)；

e)可以根據(jù)紗線產(chǎn)品的不同用途，個(gè)性化設(shè)置質(zhì)量控制項(xiàng)目，做到有的放矢。

總之，在線檢測是紡紗智能生產(chǎn)的基礎(chǔ)與保障，只有全程實(shí)現(xiàn)在線檢測，并且能夠覆蓋主要項(xiàng)目，才能夠符合現(xiàn)代紡紗生產(chǎn)的要求。

2在線檢測的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

2.1檢測質(zhì)量指標(biāo)

紡紗在線檢測主要是監(jiān)控纖維、半制品及紗線的質(zhì)量狀態(tài)，這些狀態(tài)基本分類如下。

a)形態(tài)指標(biāo)：如纖維塊(束)的大小、纖維的長度、須條的直徑、厚度、線密度，紗線的粗節(jié)、細(xì)節(jié)以及截面形態(tài)等；

b)表觀指標(biāo)：色澤、毛羽、雜質(zhì)、棉結(jié)和異性纖維等；

c)內(nèi)在指標(biāo)：強(qiáng)力、伸長、捻度、纖維平行伸直等；

d)過程動(dòng)態(tài)指標(biāo)：張力、動(dòng)態(tài)捻度等。

這些指標(biāo)的測試應(yīng)該說形態(tài)和表觀相對容易一些，動(dòng)態(tài)指標(biāo)有難度，而內(nèi)在指標(biāo)目前還很難測試。形態(tài)指標(biāo)和表觀指標(biāo)是外觀指標(biāo)，目前在線測試主要采用光電、圖像處理和電容變化等方式進(jìn)行。

2.2主要在線檢測技術(shù)

紡紗在線檢測技術(shù)也在持續(xù)進(jìn)步，以下主要介紹3種應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)。

2.2.1異纖檢測技術(shù)

異性纖維的混入會形成影響織物外觀的疵點(diǎn)，在印染加工和成品中往往會造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題，因此倍受重視。目前，投入市場的異纖檢測設(shè)備很多，從基本原理上可分為2大類: 一類是以CCD為主的光學(xué)檢測，另一類則是通過傳感器進(jìn)行檢測。一般來說，異性纖維可以分為異色異質(zhì)和同色異質(zhì)兩類。前者檢測較為容易，一般用圖像處理方式即可識別。后者則相對較難，需要借助超聲波、紫外光、偏振光等手段。目前通過開清棉系統(tǒng)的異纖檢測清除裝置和帶有清除異纖的電子清紗器，基本能夠滿足國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的需要，尤其是近年來隨著技術(shù)手段的不斷完善，該裝置對丙綸絲和白色塑料的檢出率已有明顯提高[2-3]。

2.2.2電子清紗技術(shù)和紗線質(zhì)量檢測

絡(luò)筒工序廣泛使用的電子清紗技術(shù)是紗線質(zhì)量得以保證的一個(gè)重要措施，電子清紗器實(shí)際上是一個(gè)在線質(zhì)量檢測和清除紗疵的裝置。市場占有份額比較大的電子清紗器來自烏斯特公司和洛菲公司，分別在絡(luò)筒機(jī)市場占據(jù)前2 位。電子清紗器同樣也有電容式和光電式2 種，與條干儀一樣，2 種不同型式的電子清紗器也存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

目前的趨勢是開始對細(xì)紗機(jī)單錠進(jìn)行全面檢測，及時(shí)得到每錠每米的質(zhì)量數(shù)據(jù)，便于統(tǒng)計(jì)和分析，及時(shí)找出技術(shù)及技術(shù)管理的問題。這些工作國內(nèi)外許多公司也有產(chǎn)品推出，如烏斯特、普瑞美等，這實(shí)際上是將離線的條干儀安裝在單錠上，獲取的質(zhì)量數(shù)據(jù)更為全面和完整[4]。

2.2.3自調(diào)勻整技術(shù)

自調(diào)勻整是根據(jù)棉卷或條子的粗細(xì)(厚度或質(zhì)量) 變化，自動(dòng)地調(diào)整牽伸倍數(shù)，從而使輸出紗條粗細(xì)均勻，自調(diào)勻整技術(shù)在紡紗上是一個(gè)經(jīng)典的在線檢測與控制問題，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)從純機(jī)械式控制發(fā)展到機(jī)電一體化控制，從單工序控制發(fā)展到全流程控制。從檢測方式而言，基本還是使用稱重或凹凸羅拉測定。有關(guān)理論研究和設(shè)備開發(fā)也有不少文獻(xiàn)報(bào)道，應(yīng)該說自調(diào)勻整為紡紗質(zhì)量的提高作出了很大貢獻(xiàn)，在自調(diào)勻整裝置、控制方式等方面有較大進(jìn)展。但是由于纖維集合體在牽伸區(qū)的運(yùn)動(dòng)和變速問題十分復(fù)雜，自調(diào)勻整的效果尚未達(dá)到較理想的狀態(tài)，有關(guān)自調(diào)勻整的理論研究，特別是關(guān)于牽伸區(qū)纖維變速、纖維性能對勻整效果的影響等課題還有待繼續(xù)深入研究[5]。

2.3紡紗在線檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

2.3.1從半制品指標(biāo)檢測向過程控制指標(biāo)檢測發(fā)展

紡紗中的半制品狀態(tài)較多，半制品狀態(tài)檢測只能反映該半制品的最終質(zhì)量，但是問題究竟出在什么地方，還需要仔細(xì)分析和研究；如果將檢測前移至過程中，則能夠迅速發(fā)現(xiàn)質(zhì)量的變化。比如生條質(zhì)量很大程度取決于棉網(wǎng)質(zhì)量，棉網(wǎng)上能夠較為清晰地看到纖維的分離程度、棉結(jié)以及異性纖維等狀況。但是棉網(wǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的展示，測試相對有難度。目前已有特呂茨勒等公司研發(fā)了棉結(jié)雜質(zhì)在線檢測、棉網(wǎng)均勻度在線檢測等，利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行有效監(jiān)控。

除了藝術(shù)欣賞價(jià)值之外，陶瓷自身也具備非常強(qiáng)的功能性，對于我國白酒來說，白酒保存時(shí)間越長，越甘醇、口感越好。通常情況下，白酒需要貯存一年以上才能飲用，也就是說，用來保存白酒的容器必須具備非常好的密封功能。相比較于現(xiàn)代商品包裝設(shè)計(jì)中常用的玻璃、金屬等器材來說，陶瓷容器更有利于白酒的存儲。使用陶瓷瓶作為酒容器時(shí)，內(nèi)裝酒液的氧化、變質(zhì)等問題將能得到很好的預(yù)防，同時(shí)避免滲漏等問題出現(xiàn)。結(jié)合這些因素，陶瓷的材質(zhì)特征與酒類產(chǎn)品包裝在功能上是十分統(tǒng)一的。

2.3.2從靜態(tài)指標(biāo)檢測向動(dòng)態(tài)指標(biāo)檢測發(fā)展

所謂靜態(tài)指標(biāo)是指該指標(biāo)在紡紗過程中與靜態(tài)情況下基本保持穩(wěn)定的指標(biāo)，如紗線的線密度、條干不勻等均屬于此類。而動(dòng)態(tài)指標(biāo)是指僅在紡紗過程中存在的指標(biāo)，一旦成為半制品即不存在或有較大變化的測試量。比如，紡紗張力對粗紗、細(xì)紗過程均非常重要，以細(xì)紗為例，一般認(rèn)為恒張力紡紗較好，但是在紡紗過程中張力很難在線測試，一旦這個(gè)指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)在線檢測將會極大提高紗線質(zhì)量的穩(wěn)定性。又如牽伸過程中的牽伸力，如果能夠順利檢測牽伸力的連續(xù)變化，就可以看出纖維束變速情況的穩(wěn)定性，為更好地實(shí)現(xiàn)自調(diào)勻整提供依據(jù)。特呂茨勒公司的產(chǎn)品可以根據(jù)牽伸力的變化自動(dòng)優(yōu)化后區(qū)牽伸工藝[6]。

2.3.3從主要指標(biāo)檢測向全面指標(biāo)檢測發(fā)展

在自動(dòng)化和數(shù)字化發(fā)展的時(shí)代，在線檢測主要圍繞主要指標(biāo)進(jìn)行檢測，如細(xì)紗質(zhì)量、自調(diào)勻整、異纖檢測等。智能紡紗的一個(gè)重要基礎(chǔ)是全程監(jiān)控，全程監(jiān)控需要對纖維從塊狀分解、梳理、牽伸、加捻直至成紗的全過程實(shí)施在線檢測，這也對紡紗檢測技術(shù)帶來挑戰(zhàn)。涉及到成紗質(zhì)量的檢測手段和方法需要進(jìn)一步研究，如纖維分解后狀態(tài)質(zhì)量的檢測，梳理后纖維的形態(tài)(彎鉤)，纖維在條子、粗紗中的形態(tài)等，這些檢測技術(shù)也在陸續(xù)研發(fā)。需要指出的是，紡紗在線檢測技術(shù)的發(fā)展需要結(jié)合測試技術(shù)與紡紗原理和工藝協(xié)同發(fā)展。

2.3.4從宏觀指標(biāo)檢測向微觀指標(biāo)檢測發(fā)展

3在線檢測的應(yīng)用與管理

在線檢測的應(yīng)用一般可分為兩類：一是為在線控制提供數(shù)據(jù)，便于執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作將關(guān)鍵指標(biāo)控制在預(yù)設(shè)定的范圍內(nèi)；二是為成紗質(zhì)量分析、分等分級和統(tǒng)計(jì)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在前些年的研究中，主要側(cè)重于在線控制；近年來則在成紗質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析方面進(jìn)展迅速，未來這兩個(gè)應(yīng)用方面會趨于融合。

紡紗流程向全聯(lián)合、全自動(dòng)和智能化方向發(fā)展已成共識，因此在全流程生產(chǎn)的許多環(huán)節(jié)會增加在線控制與調(diào)整，這必然要求更多的在線檢測技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[7]。同時(shí)在線檢測技術(shù)會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的處理、挖掘和利用將是紡紗企業(yè)面臨的新挑戰(zhàn)。如果利用得當(dāng)，紡紗流程的狀態(tài)可以一目了然，什么設(shè)備什么地方出現(xiàn)問題可以迅速定位，為解決問題提供了行之有效的診斷手段。紡紗“無人車間”的實(shí)現(xiàn)也是可以期待的，借助于網(wǎng)絡(luò)等信息手段，技術(shù)人員完全可以完成操控生產(chǎn)，修改參數(shù)等。未來的智能紡紗工廠的前景是可以預(yù)期的。

4結(jié)語

紡紗在線檢測是未來智能紡紗發(fā)展的重要基礎(chǔ)與保障，近年的紡紗在線檢測為提高自動(dòng)化水平、減少用工、穩(wěn)定質(zhì)量和提高效益做出了很多貢獻(xiàn)。在新時(shí)期“中國制造2025”宏偉藍(lán)圖的背景下，紡紗行業(yè)也面臨轉(zhuǎn)型升級的歷史時(shí)刻，紡紗在線檢測技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有廣闊前景。作為紡紗設(shè)備、器材和用戶企業(yè)，需要在這方面加以關(guān)注和投入。隨著信息技術(shù)發(fā)展到今天，紡紗這個(gè)傳統(tǒng)制造行業(yè)一定要擁抱以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)，以在線檢測為線索，結(jié)合在線控制與大數(shù)據(jù)分析，智能紡紗的明天不會遙遠(yuǎn)！

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉榮清.紗線質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測方法的演進(jìn)與展望[J].棉紡織技術(shù)，2015,43(5)：25-28.

[2] 趙燕,袁建暢.異性纖維檢測裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].紡織器材,2007,34(3Z):26-28.

[3] 莊曉燕,周森鑫.異性棉纖維智能檢測和除雜方法研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2010,20(1):225-228.

[4] 劉倩.使用USTERQUANTUM3型電子清紗器控制成紗質(zhì)量[J].紡織器材,2015,42(4):48-51.

[5] 于愛春.運(yùn)用NCT在線檢測儀優(yōu)化梳棉工藝[J].棉紡織技術(shù)，2006,34(1)：9-12.

[6] 賈成舉.棉條在線檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析[J].紡織器材,2015,42(3):47-51.

[7] 孟軍鷹.測試儀器對產(chǎn)品質(zhì)量全過程控制的重要性[J].紡織器材,2012,39(3Z):70-74.

TheDevelopmentApplicationandManagementofSpinningOn-lineDetection

MALiyun1，WANGJun2

(1.CollegeofTextileandGarmentXinjiangUniversity,Urumchi830046,China;2.DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

Abstract:Under the background of “Made in China 2025”,the necessity of on-line spinning detection is reinforced.Introduction is made to the detection technology of foreign fiber,clearer technology and yarn quality techniques and auto leveling technology.Summarized hereunder is the development trends of on-line detection technology of spinning process,specifically speaking:from the specimen measured index of semi manufactured goods to the detection process control,from static detection index to dynamic detection,from the detection of main index to detect comprehensive index,from the detection of macro index to micro index.Description is made to the application and management of on-line detection.It is pointed out that the on-line detection is the important foundation and guarantee for the development of future intelligent spinning.On-line detection technology and application of the same has a bright future.Spinning as one of the traditional manufacturing industries must strive to achieve intelligent spinning with the on-line detection as clues,combined with the on-line control and big data analysis.

Key Words:on-line detection;Made in China 2025;intelligent manufacturing;intelligent spinning;big data;on-line control

收稿日期：2015-09-17

作者簡介：馬麗蕓(1990—)，女(哈薩克族)，新疆塔城人，助教，主要從事紡紗技術(shù)研究。

中圖分類號：TS103.6+2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1001-9634(2016)03-0061-04

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-10-20 15∶59

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.20151020.1022.008.html

?檢測儀器