中國化纖+智能制造“化反”

編輯/寧翠娟

中國化纖+智能制造“化反”

編輯/寧翠娟

當前，人工智能領域的大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網應用、工業(yè)機器人、智能商業(yè)等已為紡織化纖行業(yè)提供了重要支撐。中國化纖產業(yè)將與智能制造產生怎樣的化學反應？中國紡織工業(yè)聯(lián)合會副會長、中國化學纖維工業(yè)協(xié)會會長端小平將紡織化纖的智能化發(fā)展分為3個階段，即改造生產環(huán)節(jié)、改造銷售環(huán)節(jié)和產業(yè)協(xié)同階段。其中，改造生產環(huán)節(jié)主要包括管理信息化、智能可視化和工廠無人化；改造銷售環(huán)節(jié)涉及“互聯(lián)網+銷售”的電子商務平臺、“互聯(lián)網+物流”的供應鏈協(xié)同平臺以及“互聯(lián)網+金融”的供應鏈融資平臺；產業(yè)協(xié)同則表現(xiàn)為產業(yè)鏈上下游的聯(lián)合研發(fā)、品質提升、品牌塑造。

除此之外，智能纖維材料已成為人工智能在紡織化纖領域的重要載體，美國有“革命性纖維計劃”，德國有FutureTex項目，而中國也提出了“大纖維”概念。所謂的“大纖維產業(yè)革命”，可理解為物聯(lián)網和人工智能在紡織業(yè)的一個應用延伸，即通過賦予纖維“感知”和“信息處理”功能，使傳統(tǒng)的織物變得智能甚至擁有生命。毋庸置疑，這些都與智能纖維的研發(fā)及產業(yè)化密不可分。

紡織化纖的智能化發(fā)展

人工智能引領的自動化可以使中國生產力提高，每年可以增加0.8～1.4個百分點的GDP

據(jù)了解，中國和美國目前是全球人工智能發(fā)展的領導者。2015年，中美在學術期刊上發(fā)表的人工智能相關的論文接近1萬篇，為英國、印度、德國和日本的兩倍。中國51%的工作可以自動化，相當于3.94億全職員工。人工智能引領的自動化可以使中國生產力提高，每年可以增加0.8～1.4個百分點的GDP。

以紡織化纖為例，在改造生產環(huán)節(jié)上，包括管理信息化，即利用MES、ERP等管理系統(tǒng)，將信息化融入生產、經營、管理、物流的各個環(huán)節(jié)，提高管理效率，實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)網絡化；智能可視化，即基于REID、PDA智能終端、電子看板等物聯(lián)感知技術，結合倉儲供應鏈管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)對成品、機配件、原輔料倉庫、物流等進行智能可視化管理；工廠無人化，即實現(xiàn)自動打包生產線、智能化倉庫、智能能耗監(jiān)測等。

在改造銷售環(huán)節(jié)上，包括“互聯(lián)網+銷售”的電子商務平臺，圍繞資源、信息、數(shù)據(jù)、交易，提供客戶大數(shù)據(jù)需求；“互聯(lián)網+物流”的供應鏈協(xié)同平臺，在生產、貿易、物流等方面提供整體解決方案，實現(xiàn)產品的產銷協(xié)調，構筑核心價值鏈；“互聯(lián)網+金融”的供應鏈融資平臺，龍頭企業(yè)對下游客戶開展賒銷、票據(jù)貼現(xiàn)、保兌倉等業(yè)務，依托自身充足的授信資源獲得較低的融資成本，同時通過P2P或者短貸來增強下游客戶黏性。

在產業(yè)協(xié)同階段，龍頭企業(yè)可以借著產業(yè)鏈協(xié)同和價值鏈整合思路，推動協(xié)同創(chuàng)新，通過技術合作、聯(lián)合研發(fā)和信息溝通等形式與集群內其他相關創(chuàng)新主體進行合作，深化生產分工，進行協(xié)同制造。

以具體化纖企業(yè)為例，歐瑞康化學纖維事業(yè)板塊首席執(zhí)行官Georg Stausberg指出，基于IPC4.0智能制造，通過傳感器可提供所有工藝環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。基于工業(yè)4.0解決方案，從原料到最終倉庫中或貨運卡車上的紗線卷裝，都可以看到機器人的身影，實現(xiàn)了自動化；工廠操作中心POC4.0、物聯(lián)網以及電子商務等，實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)分析；基于微軟全息透鏡的遠程服務，也實現(xiàn)了在線服務功能。

工業(yè)大數(shù)據(jù)助力智能制造

工業(yè)大數(shù)據(jù)能夠快速響應用戶需求，實現(xiàn)全產業(yè)信息整合，已成為智能制造的標配

智能制造的核心是自動化與數(shù)字化。自動化即智能裝備升級，以智能化裝備替代“人的體能”，提升整體效率。數(shù)字化即工業(yè)大數(shù)據(jù)，以智能化大數(shù)據(jù)替代“人的智能”，大規(guī)模增長的信息和數(shù)據(jù)已經大大超出了人的數(shù)字處理能力，簡單的數(shù)據(jù)分析已經難以滿足實際的需要，更多的是需要靠大數(shù)據(jù)技術和系統(tǒng)來支持企業(yè)的管理決策。

那么，工業(yè)大數(shù)據(jù)的價值就在于：生產操作智能化，即生產各個環(huán)節(jié)的數(shù)字化和智能化，并能夠以智能邏輯進行分析決策；數(shù)據(jù)資產管理，即數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)質量管理、數(shù)據(jù)安全管理等；供應鏈效率優(yōu)化，強調采購、生產、銷售、物流、研發(fā)等各個環(huán)節(jié)的協(xié)同，以及與上下游業(yè)務過程的協(xié)同；客戶精準服務，即客戶分層分級管理，實現(xiàn)基于客戶全面信息的智能化管理，并對業(yè)務過程進行有效支持。

化纖行業(yè)屬于連續(xù)流程制造行業(yè)，具有“高強度、連續(xù)生產、無法變更成品質量”的特征，并且新老工藝技術在生產線不同階段、或者多條生產線上的交織使企業(yè)整體生產過程和質量更為挑戰(zhàn)。一些頂尖科技前沿機構為智能制造提供了大量的專有技術，對于化纖行業(yè)中的特大型企業(yè)而言，順利將這些“碎片化”的專有技術與工藝生產成功融合是實際經營生產的關鍵，即“平穩(wěn)生產”。

生產均衡穩(wěn)定，是實現(xiàn)成本和質量管理的最核心模式，而平抑價格風險，則是保障企業(yè)運營目標達成的重要手段；周轉頻率提升，則是成本降低和效益提升的有效途徑；客戶質量均一，則是提升客戶滿意和產品價值的關鍵環(huán)節(jié)。以上4點構成了化纖企業(yè)的核心目標，而核心目標的實現(xiàn)離不開智能化，離不開工業(yè)大數(shù)據(jù)。

當數(shù)據(jù)源提取出來，有了質量和穩(wěn)定性，就需要思考如何有效利用這些數(shù)據(jù)。北京三聯(lián)虹普新合纖技術服務股份有限公司董事、副總經理張敏喆提出了化纖工業(yè)大數(shù)據(jù)應用功能組件模型，即 1個數(shù)據(jù)管理平臺、3個DNA檔案庫和10大行業(yè)化應用。其中3個DNA檔案庫分別為客戶、設備和產品DNA檔案庫，是對數(shù)據(jù)收集、歸檔、整理和質量掌控的方向。對于客戶DNA檔案庫，能夠解決對供應鏈信息獲取能力不足的問題，實現(xiàn)對客戶信息的管理，以及能夠自我決策、自我定價等；對于設備DNA檔案庫，實現(xiàn)對設備信息的分析與應用，例如實現(xiàn)同型號設備疲勞度的評估、設備損害率的評估和設備未來的維護運營等；對于產品DNA檔案庫，以客戶質量需求為導向，實現(xiàn)客戶的購買習慣、投入方向與更精準的產品批次劃分相關聯(lián)。

其次，他還提出在流程行業(yè)，打造以“黃金批次”為核心的業(yè)務主線，構建最佳產品質量的達成模式，并尋找可行的復制手段，建立“黃金批次”的預測模型，并以有效的檢測手段加以驗證。而新技術和新手段，例如各類傳感器支持下的數(shù)據(jù)有效采集、基于深度學習算法的模式識別和有效建模等，則為“黃金批次”提供支持。

可以看出，在化纖大數(shù)據(jù)應用方面，三聯(lián)虹普有其獨到的優(yōu)勢：其一，作為化纖核心工藝裝備的EPC服務商，對工廠、設備、工藝的全方位集成有著深入的認識和實踐；其二，作為化纖行業(yè)的服務提供者，與多數(shù)核心企業(yè)有深入合作，對行業(yè)和企業(yè)有深入了解；其三，預見到工業(yè)大數(shù)據(jù)的意義和價值，在化纖行業(yè)超前布局大數(shù)據(jù)技術，開發(fā)行業(yè)數(shù)據(jù)模型和多項應用。

“四流合一”的供應鏈金融服務

供應鏈金融的優(yōu)勢在于網絡化、精準化、數(shù)據(jù)化，實現(xiàn)物流、商流、資金流、信息流“四流合一”

中國“供給側改革”和“金融服務實體經濟”是現(xiàn)階段頂層設計的兩個重要方向。中國化纖行業(yè)經歷了長達50年的發(fā)展，從弱小、分散、混合走到了今天的強大、集中、高度分工，目前面臨著如何有效地滿足市場需求，乃至于引導下游市場需求的難題。并且萬億級別的資金在金融系統(tǒng)內空轉，“通道業(yè)務”活躍繁榮，使得資金使用有效性大為降低。

供應鏈金融是以在線互聯(lián)、風險控制、產融結合等形式，基于大數(shù)據(jù)、云平臺、移動互聯(lián)網、互聯(lián)網金融等平臺打造的一個更富有市場力的實體產業(yè)鏈生態(tài)環(huán)境，其優(yōu)勢主要在于網絡化、精準化、數(shù)據(jù)化，實現(xiàn)物流、商流、資金流、信息流“四流合一”。

在傳統(tǒng)的供應鏈金融服務中，金融機構總是傾向于盡可能地將其應當承擔的風險轉嫁給第三方，忽略了企業(yè)的實際風險承受能力和財務成本上的需求，因此導致傳統(tǒng)的金融企業(yè)在化纖行業(yè)中的開展效果不佳。而化纖傳統(tǒng)行業(yè)中的企業(yè)急需可以匹配其需求的產業(yè)鏈大數(shù)據(jù)應用于金融服務和產品，以在降低其財務成本的同時，提高產品購買力。

浙江纖蜂數(shù)據(jù)科技股份有限公司首席執(zhí)行官謝國忠指出，大數(shù)據(jù)實際應用在化纖行業(yè)中，最具有挑戰(zhàn)的地方是有效信息的過濾與篩選。單純使用大數(shù)據(jù)或者僅關注大數(shù)據(jù)算法而忽略行業(yè)特征和產業(yè)特點不能保證最終能成功運用數(shù)據(jù)完成服務和產品的開發(fā)及運營。而纖蜂數(shù)據(jù)正是具備先天的數(shù)據(jù)驅動和化纖行業(yè)基因，用化纖行業(yè)大數(shù)據(jù)將產業(yè)上下游每一個模塊連接起來，結合先進的算法，將化纖行業(yè)中舊有的供應鏈金融改造得更好地適應行業(yè)客戶實際需求，幫助核心企業(yè)提高銷售額，提高客戶采購能力，強化粘性。

因此，他提出“數(shù)據(jù)工廠”的概念，通過將海量數(shù)據(jù)輸入體系加以過濾和加工，最后將處理后具有行業(yè)特征的數(shù)據(jù)和客戶真實情況與金融合約匹配并且加以合適的設計，為行業(yè)客戶提供符合其需求的供應鏈金融產品和服務。最終目標是，通過專注垂直領域，將金融與行業(yè)結合，通過地域和企業(yè)差別化服務，建設具有行業(yè)特征的供應鏈金融服務。

北京三聯(lián)虹普 張敏喆

浙江纖蜂數(shù)據(jù) 謝國忠

東華大學材料學院 王宏志

德國亞琛大學 Vadim Tenner

智能纖維及產品已成為未來科技革命標志之一

智能化紡織產品是信息化技術在紡織終端產品上的直接應用，也是智能制造不可或缺的一部分

開發(fā)智能服裝需要多門學科的前沿技術，目前主要是通過兩大類方法來實現(xiàn)服裝的智能化：一是運用智能服裝面料；二是可穿著技術(Wearable Technology)，將信息技術和微電子技術引入人們日常穿著的服裝中，包括應用導電材料、柔性傳感器、無線通訊技術和電源等。初級的智能服裝已變?yōu)楝F(xiàn)實，例如Ralph Lauren智能網球衫、MImo智能嬰兒連體衣、Hello Jean充電牛仔褲、OMbra智能胸罩、Athos智能運動衣和TshirtOS屏顯T恤衫等，未來智能服裝集能源、傳感、管理、時尚等必需功能于一體。

智能變色、傳感和變形

智能纖維是能夠感知外界環(huán)境(機械、熱、化學、光、濕度、電磁等)或內部狀態(tài)所發(fā)生的變化，并能做出智能響應的纖維，其與科學前沿問題緊密相關。東華大學材料科學與工程學院王宏志教授團隊在智能變色、智能傳感、智能變形、生化檢測和能源管理等方面均有深入研究。在智能變色方面，一是電致變色的研究：電致變色器件功能層界面穩(wěn)定，可制備大面積電致變色智能窗；通過無機變色材料柔韌性調控和半固態(tài)電解質成膜與拉伸，可實現(xiàn)柔性多級結構功能層集成；通過纖維表面修飾工程，實現(xiàn)可編織電致變色纖維，色彩多且均勻，并且透氣、高分辨。二是柔性結構色纖維的研究：簡易的微空間及膠體自組裝法制備結構色纖維；快速連續(xù)電泳沉積法制備具有可控光學性質的結構色碳纖維；微空間制備磁致變色結構色纖維；基于PNIPAM基體溫度響應型結構色纖維；力學響應性結構色纖維；磁場響應性結構色纖維；氣氛響應性結構色纖維等。

在智能傳感方面，該團隊通過構筑石墨烯宏觀三維結構，來解決柔韌性差、不可拉伸、結構復雜、能耗大及功能單一的缺點?；谑┡cPVDF納米功能纖維的壓電電子皮膚，拉伸應變高達207%，最大拉伸強度91MPa，分別是人體皮膚的2倍與10倍，實現(xiàn)了三維石墨烯導電網絡可逆體積變化與自愈合性能，獲得具有高強度和彈性、自愈合且自發(fā)電的電子皮膚?；谑犭娫?，具有人體觸感的電子皮膚，可實現(xiàn)壓力的空間分布辨識，分辨人體觸摸，可實現(xiàn)手指觸摸應力的強度檢測?；谑┩该鲗щ娔さ目衫祀娮悠つw，可空間分辨，區(qū)分形狀、重量、位置等。結合編織、微流合成、靜電紡絲制備的柔性多功能電子管道，運用ZnO/PVDF熱電壓電原理，具有SWCNTs/ZnO溫度傳感層及PVDF壓力傳感層，可檢測溫度，動作、流體壓力，脈沖流體頻率，溫度測試精確到1℃，測試流體對管壁的壓強與人體血壓范圍接近，此外具有一定動作捕捉能力。

在智能變形方面，該團隊通過低維納米材料選擇及改性，提高響應速率，拓寬驅動方式；通過宏觀梯度結構設計，實現(xiàn)大尺度，與可編輯的折疊行為；通過分子通道設計，緩和驅動條件，提高驅動效率。其創(chuàng)新成果——梯度結構，可編輯柔性致動材料，輸出功率3.1 W/kg，響應時間小于1 s。因此，在民用領域可用于變形衣的設計制作，如體溫調節(jié)變形衣；在軍事領域有望解決“外骨骼系統(tǒng)”自重大的問題。

將智能功能整合到纖維生產體系

市場對智能紡織品的需求顯著增加，為了滿足市場需求，就需要低成本、高效率以及靈活的生產工藝。生產技術本身需要可靠、可復制，特別是關于柔韌的紡織物基底與堅硬的電子組件之間的結合點。

從適應環(huán)境的紡織品，到適應應用的紡織品，再到如今的基于紡織品進行設計的轉變，智能化在不斷地走向高端。在德國亞琛工業(yè)大學紡織技術研究所（ITA）, Vadim Tenner等研究人員將智能功能整合到各類纖維中的多種生產體系。生產機器規(guī)模各異，既有為整合新產品原型電子功能對新技術進行試驗的實驗室規(guī)模，也有為改進現(xiàn)有工藝的半工業(yè)規(guī)模。當前研究和開發(fā)的重點是纖維加熱、防水性以及通過半導體紗線或印刷導體布局實現(xiàn)的增強型信號傳輸。

其研究成果在電子設備領域的應用包括：打印聚酯織物，可顯示紅外圖像；選用碳、碳納米管紗、不銹鋼紗、涂銀聚酰胺紗、銅編織帶、導電糊劑等加熱材料，以及定制的纖維鋪放，針織或機織工藝和印制程序等生產工藝研發(fā)坐墊加熱紡織品；地板材料內的傳感器，可監(jiān)測乘客人數(shù)、探測乘客位置、緊急情況下進行快速評價以及探測無票的乘客等。

開欄語：在9月26日-27日的世界纖維新材料大會暨第23屆中國國際化纖會議上，近70位來自化纖行業(yè)相關領域的重量級專家、學者，圍繞纖維新材料、智能制造和綠色制造三大主線，進行了精彩演講，報告內容豐富，突破傳統(tǒng)化纖紡織領域，與下游充分結合，著眼汽車、工程、防護、環(huán)保等重大應用領域的需求，且理論研究與應用實踐各有側重。從本期開始，本刊將從智能制造、纖維新材料和綠色制造三方面詳細介紹行業(yè)的動態(tài)以及前沿成果。