工業(yè)物聯網：紡織工業(yè)的需要

P.Vora A.Powar

1.D.K.T.E.社會紡織工程研究所（印度）

2.國立高等紡織工藝學校（法國）

3.法國里爾第二大學（法國）

作為一項新興技術，物聯網（IoT）有望改變紡織工業(yè)許多現有系統(tǒng)（如運輸系統(tǒng)和制造系統(tǒng)等）的操作和作用。若干工業(yè)物聯網項目被引入農業(yè)、食品加工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、安全監(jiān)測及其他領域。迄今為止，物聯網一直在物流、制造業(yè)、零售業(yè)和制藥等行業(yè)備受青睞。隨著無線通信、智能手機和傳感器接口技術的發(fā)展，越來越多的聯網設備或智能對象被納入物聯網。當前是將物聯網融入紡織制造業(yè)／紡織廠的黃金時期。如圖1所示，制造業(yè)物聯網體現了信息技術與制造業(yè)的融合。

無法預測的定制訂單在高峰時期可能會給生產企業(yè)帶來困難，導致長時間的等待，進而對消費者產生潛在的負面影響。但另一方面，這些訂單又可以幫助企業(yè)增加收入和競爭優(yōu)勢，改善現金流，減少浪費。大規(guī)模定制還可以為產品開發(fā)、在線營銷和有關活動提供有價值的數據。數字傳感器和智能標簽的采用，可提供可視性與靈活性，并控制產品流程，制造業(yè)、供應鏈物流將受益于此。大規(guī)模定制將通過物聯網、傳感器和智能分析實現。

圖1 信息技術與制造業(yè)的融合

1 工業(yè)4.0的發(fā)展及其對紡織工業(yè)的貢獻

買方的主導作用可能會繼續(xù)決定未來的價值鏈。目前，所有的供應鏈流程和行業(yè)活動都是根據客戶的滿意度和期望開展的。市場對定制產品的需求越來越大?？蛻舨幌胭徺I標準產品，而要求更個性化的產品和服務?；诖?，工業(yè)流程和供應鏈運作都將不得不根據這些新準則進行重新設計。為達到競爭所要求的速度和靈活性，技術已經成為這個時代行業(yè)最重要的元素之一。

工業(yè)4.0的發(fā)展主要是基于數字技術。第四次工業(yè)革命正在努力整頓供給、物流、消費與生產等各環(huán)節(jié)。實現這一目標的最佳途徑是提高工廠的技術水平。這有可能減少人為因素導致的各種錯誤。紡織與服裝行業(yè)人力資源過度使用、技術力量不足等問題，致使行業(yè)的產量和效率不高。由于紡織業(yè)缺乏靈活的經營結構，無法平衡這些問題，因此在高壓競爭面前不夠強大。與此同時，行業(yè)還面臨新的挑戰(zhàn)：產品需更加個性化及多樣化，必須在更短的時間內適應市場需求，產品的生命周期比以往任何時候都更短，市場競爭也更加激烈。另外，紡織與服裝行業(yè)表現出對勞動力的高度依賴，往往集中在供應、生產、質控和物流過程中出現人為失誤。除此之外，客戶期望和需求的變化水平也非常高，沒有人愿意購買其他顧客購買過的服裝商品。因此，企業(yè)必須進行特殊的產品圖案設計，生產定制產品。工業(yè)4.0可以幫助紡織服裝行業(yè)解決這些困惑。根據工業(yè)4.0及先進技術，對工業(yè)流程進行重新設計，在紡織價值鏈中，所有與供應、生產、質量和物流相關的流程都可能變得更加靈活、快速和有活力。紡織服裝行業(yè)通過生產和物流手段的轉變，可以更加靈活并快速有效地響應客戶的需求。

2 IoT在紡織工業(yè)的潛在應用

2.1 傳感器在材料容器中的使用

紡紗、織造、整理等基本工藝是實現紡織產業(yè)升級的關鍵。紡織4.0是推動自主生產的過程鏈。自主生產所需信息的載體可以是紡織材料容器、筒子、經軸，也可以是織物本身。射頻識別（RFID）和傳感器是收集和存儲信息（如與產品相關的運維狀態(tài)信息等）的基本模塊。生產單元將快速、靈活地進行自我配置和自我優(yōu)化，以滿足預先確定的生產率和質量標準（圖2）。此外，收集到的信息將作為數據輸入企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)（ERP系統(tǒng)），以供將來的管理決策使用。

圖2 織造工藝自優(yōu)化

2.2 傳感器在機器與設備中的使用

傳感器可以在機器和設備中得到廣泛應用，利用人工智能（AI）和物聯網的概念對環(huán)境進行控制和監(jiān)察。溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、振動傳感器、入侵傳感器等可用于識別當前工作參數和目標條件。傳感器的信號值可與智能手機共享。機器操作員可為放置在工廠中的每個傳感器設置閾值。智能手機可根據輸入的信號檢查閾值。當遇到異常情況時，蜂鳴器或警報等設備可通知操作員或工廠負責人。之后，在人工智能的幫助下，電機或有關操作部件接收到必要步驟的指令，采取適當措施解決這個問題。為使人工智能更完善，需在數據庫中輸入和存儲大量以往的數據。

2.3 編織中的人工智能

利用“自動化信息系統(tǒng)”，即商業(yè)上所稱的“織機數據解釋系統(tǒng)”，可更好地控制和監(jiān)測生產。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點是可以更好地控制織機生產的質量和產量，從而提高整個系統(tǒng)的生產效率。織機的管理及確?？棛C達到最大生產效率，是工廠盈利和成功的關鍵。工廠的每臺織機連續(xù)工作確保了生產率。擁有能夠提供織機實時視圖系統(tǒng)的想法，催生出織機數據系統(tǒng)。該系統(tǒng)建立了機器監(jiān)控平臺，實時采集機器信息（工作參數），實現了機器故障信息的及時反饋。正確地分析和存儲機器啟動后的數據非常重要。分析數據是為了獲得有用且適用的信息，這些信息可被人工神經網絡利用。無論數據是定性的還是定量的，神經網絡都可以描述和匯總數據；確定變量之間的關系；比較變量；確定變量之間的差異；預測結果。織機數據系統(tǒng)有助于管理者提高工廠的生產力和整體質量：

——系統(tǒng)自動化通過控制工廠的風冷系統(tǒng)實現；

——系統(tǒng)中的噴霧元件也實現了自動化，從而可獲得高質量的產品；

——綜合控制質量管理和電能消耗，使其高效、經濟；

——實現了對錐／梁／罐的輸入庫存和輸出數量的監(jiān)控；

——內部存儲值可隨時隨地查看。

3 結語

全球“再工業(yè)化”的影響將使制造業(yè)更具競爭力。紡織業(yè)必須意識到新的挑戰(zhàn)，采取審慎明智的措施，以降低生產成本，提高生產效率，改變勞動力結構。工業(yè)物聯網是一個復雜而有益的信息物理系統(tǒng)，它集成了具有識別、處理、傳感、通信和聯網能力的各種設備和機器部件（圖3）。尤其是傳感器和執(zhí)行器，變得越來越引人注目，更便宜、更小，使其在與實時監(jiān)控應用程序集成時具有通用性。紡織業(yè)在使用物聯網設備開發(fā)自動化監(jiān)控、管理、經營和維護等工業(yè)應用方面落后于其他行業(yè)。隨著技術和工業(yè)基礎設施的加速發(fā)展，紡織業(yè)迫切需要物聯網的廣泛應用。紡織業(yè)和服裝業(yè)必須意識到第四次工業(yè)革命新模式即將出現。在未來的幾年里，由于極端波動的市場條件和日益激烈的競爭，建立智能工廠將是滿足不斷變化的客戶需求的唯一選擇。這樣，紡織業(yè)才能從根本上解決勞動力密集、能源成本高及市場模糊等問題，才能提高生產效率和生產力，同時實現高水平物流服務。

圖3 工業(yè)物聯網系統(tǒng)示意圖