傳統(tǒng)紡紗設(shè)備智能化升級改造思路探討

王士合

（山東華興紡織集團(tuán)有限公司，山東泰安，271400）

科技創(chuàng)新孕育新的突破，近幾年智能制造已成為世界制造業(yè)發(fā)展的大趨勢。傳統(tǒng)紡紗企業(yè)在智能化熱潮面前承受著巨大的壓力，通過更新自動化、連續(xù)化設(shè)備來實施智能化改造后效果明顯，但也存在資金投入大、財務(wù)成本偏高等問題。我公司通過對新設(shè)備在智能化實施過程中取得的經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，并借鑒到傳統(tǒng)設(shè)備的改造中，為紡紗設(shè)備升級注入智能化基因，讓傳統(tǒng)設(shè)備煥發(fā)生機(jī)。

1 紡紗智能化進(jìn)程及問題

1.1 紡紗智能化發(fā)展進(jìn)程

在2015年，山東華興紡織集團(tuán)有限公司（以下簡稱山東華興）敏銳地認(rèn)識到智能制造將給紡織行業(yè)帶來機(jī)遇和發(fā)展，便組建了信息化技術(shù)團(tuán)隊，結(jié)合紡織業(yè)務(wù)特點(diǎn)，進(jìn)行了5萬錠智能紡示范車間的建設(shè)。從清梳聯(lián)到成包的七個工序選用了五個國家和企業(yè)的紡織主機(jī)，集眾家之長，優(yōu)化配置，通過AGV小車和仿真無人打包系統(tǒng)，形成了全自動生產(chǎn)線。與各設(shè)備廠商深入?yún)f(xié)調(diào)開發(fā)了數(shù)字接口，將各設(shè)備數(shù)據(jù)匯集到獨(dú)立開發(fā)的紡紗管理系統(tǒng)中，部分實現(xiàn)了自動分析、決策和反饋，實現(xiàn)了大卷裝、高速度、自動換筒接頭和半制品的自動運(yùn)輸，并實現(xiàn)了自動包裝和入庫，提高了勞動效率，萬錠用工降低到15人以下，明顯降低了生產(chǎn)成本。

1.2 紡紗智能化發(fā)展存在的問題

目前部分企業(yè)雖然擁有了不少自動化設(shè)備，并使用ERP管理，甚至與移動互聯(lián)網(wǎng)終端相連，便于管理者實時掌握各類生產(chǎn)信息，但這距離“機(jī)器間的信息交互”“以工業(yè)大數(shù)據(jù)的分析作為依托”“賦予機(jī)器決策能力”顯然還有差距，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到工業(yè)4.0階段。智能化是在自動化基礎(chǔ)上通過應(yīng)用軟件的全面升級，要達(dá)到生產(chǎn)制造自動化、管理流程數(shù)字化、企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)化、智能制造云端化的要求，因此紡紗智能化要走的路還很長。

目前我國企業(yè)對精益生產(chǎn)的認(rèn)識很有限。據(jù)2019世界智能制造大會發(fā)布的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全中國制造業(yè)中非生產(chǎn)人員大概有4 000萬人，其中只有2.5萬人左右理解并專注于精益生產(chǎn)。精益生產(chǎn)薄弱會影響智能化效果，所以不要在落后的工藝基礎(chǔ)上做自動化，不要在落后的管理基礎(chǔ)上做信息化，不要在不具備數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上做智能化。

智能化紡織機(jī)械是在原有機(jī)電一體化設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過數(shù)字化和計算機(jī)技術(shù)，融合傳感器技術(shù)、信息科學(xué)、人工智能等新思想、新方法，模擬人類智能，使其具有感知、推理和邏輯分析功能，以實現(xiàn)自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自組織、自主決策能力。由于紡機(jī)的研發(fā)成本造成智能化設(shè)備和配件價格偏高，AGV、變頻器、CPU、軟件系統(tǒng)維護(hù)成本也很高，給紡織企業(yè)形成較大的運(yùn)營負(fù)擔(dān)。

2 傳統(tǒng)紡紗設(shè)備改造的迫切性

2.1 自動化智能化設(shè)備涌現(xiàn)

隨著制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈快速向自動化與智能化轉(zhuǎn)型升級，棉紡企業(yè)需要更高的生產(chǎn)效率，并實現(xiàn)柔性的生產(chǎn)供應(yīng)，激烈的市場價格競爭致使企業(yè)需要進(jìn)一步壓縮生產(chǎn)成本，各類利益相關(guān)者要求企業(yè)更環(huán)保的生產(chǎn)，對保護(hù)工人健康的要求更高。《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》預(yù)計，到2020年，制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域企業(yè)數(shù)字化研發(fā)設(shè)計工具普及率將超70%，關(guān)鍵工序智能化率將超50%。當(dāng)前，制造型企業(yè)若不積極進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，勢必?zé)o法適應(yīng)逐漸實現(xiàn)自動化與智能化的產(chǎn)業(yè)鏈，從而被激烈的市場競爭所淘汰。長遠(yuǎn)來看，隨著我國人口紅利的消失及勞動力成本的升高，打造智慧型工廠是未來產(chǎn)業(yè)升級和進(jìn)步的必由之路［1］。我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈正在悄然加速升級轉(zhuǎn)型，在工業(yè)4.0的大勢下，落后的生產(chǎn)模式將無法對接與適應(yīng)先進(jìn)的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，結(jié)果只有升級轉(zhuǎn)型或落后淘汰兩種。

2.2 傳統(tǒng)棉紡設(shè)備存量很大

據(jù)《2018年中國紡織機(jī)械行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析》發(fā)布，我國傳統(tǒng)的紡紗設(shè)備占比在85%以上，其中2000年以來的設(shè)備占70%以上，傳統(tǒng)棉紡設(shè)備存量很大，這些設(shè)備基礎(chǔ)好，有的設(shè)備折舊費(fèi)用基本為零，可降低制造成本。

3 傳統(tǒng)紡紗設(shè)備改造的經(jīng)濟(jì)性

設(shè)備的技術(shù)改造，需要應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成就和先進(jìn)經(jīng)驗，改變現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)，安裝或更換新部件、新裝置、新附件，以補(bǔ)償設(shè)備的無形磨損和有形磨損。通過技術(shù)改造，可以改善原有設(shè)備的技術(shù)性能，增加設(shè)備的功能，使之達(dá)到或局部達(dá)到新設(shè)備的技術(shù)水平。設(shè)備技術(shù)改造可以充分利用原有設(shè)備的基礎(chǔ)部件，比采用更新設(shè)備的方案更節(jié)省時間和費(fèi)用。此外，設(shè)備技術(shù)改造常常可以替代進(jìn)口設(shè)備，節(jié)約外匯，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。采用先進(jìn)、實用技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，不僅具有投資少、工期短、見效快等特點(diǎn)，能有效避免重復(fù)建設(shè)，同時還有利于優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改變增長方式、提高企業(yè)的效益和競爭力［2］。

4 傳統(tǒng)紡紗設(shè)備改造的復(fù)雜性

4.1 老設(shè)備門類繁多

紡紗設(shè)備的門類、廠家繁多，同種設(shè)備也分各種系列。為規(guī)避專利糾紛，不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同類設(shè)備也會不同，性能有所差別。同一生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同類設(shè)備，也會由于生產(chǎn)年代不同，其設(shè)備性能也不同，如經(jīng)緯細(xì)紗機(jī)就有A513W、FA502、FA506、JWF1562等幾代。很多老設(shè)備不具備可用通訊接口，且存在單機(jī)多錠、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，以及紡織行業(yè)一線用工量大且工人素質(zhì)參差不齊，中小企業(yè)工廠對技術(shù)改造的投入相對較少，對改造成本非常敏感，這也是做好技術(shù)改造的難點(diǎn)。

4.2 設(shè)備改造空間受限

由于原來設(shè)備功能單一，速度偏低，所以設(shè)備外形尺寸偏小，在設(shè)備排列時，設(shè)備間距也不大，在設(shè)備改造時需外加輔助裝置，如細(xì)紗集體落紗裝置、集聚紡吸風(fēng)裝置等，造成設(shè)備空間受限。另為了保證空氣清潔度，避免氣流紊亂，一般需要配置地面吸風(fēng)，而老廠房沒有預(yù)留風(fēng)道。在進(jìn)行集聚紡和自動絡(luò)筒等改造時，如果沒有地下管道，勢必進(jìn)行高空敷設(shè)，影響美觀，也容易造成積塵下落，影響產(chǎn)品質(zhì)量，在改造過程中需要認(rèn)真考慮解決。

4.3 原有設(shè)備存在諸多問題

4.3.1 原有設(shè)備設(shè)計缺陷

我國紡機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在研發(fā)設(shè)備時，存在著設(shè)計不規(guī)范等問題，未對每個部件的功能、材質(zhì)、工藝要求等進(jìn)行系統(tǒng)考慮與設(shè)計對接。例如梳棉機(jī)、精梳機(jī)及并條機(jī)的圈條形狀，對其細(xì)微的曲線變化沒有理論支撐，一旦有一個因素發(fā)生變化，就會出現(xiàn)問題。某些細(xì)紗長車的卷繞成形主傳動部分（蝸輪箱、分配鈾、牽動鏈條、成形凸輪、轉(zhuǎn)子等成形部件）在材質(zhì)、熱處理、加工精度上都達(dá)不到長車負(fù)荷的要求，致使故障率居高不下。

4.3.2 隨意改變紡機(jī)廠原設(shè)計

部分中小企業(yè)的技術(shù)改造往往不經(jīng)過論證，隨意改變紡機(jī)廠原有設(shè)計，最終影響了設(shè)備整體效能的發(fā)揮。譬如不能為了排列美觀而隨意更改清梳聯(lián)各單機(jī)的管道設(shè)計，彎頭數(shù)量和管道長度隨意增加，會造成能耗大、負(fù)壓小，管道經(jīng)常堵塞，不能確保風(fēng)量、風(fēng)壓的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

4.3.3 不按設(shè)備要求進(jìn)行維護(hù)

在設(shè)備維護(hù)過程中，不按設(shè)備說明書中要求的維護(hù)周期更換相關(guān)易損件、加油潤滑，或為節(jié)約成本隨意使用劣質(zhì)的部件、潤滑脂等，或不清洗軸承、亂拆軸承造成設(shè)備狀態(tài)嚴(yán)重不良，甚至誤用假冒偽劣產(chǎn)品（如冒牌SKF、NTN軸承等）導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。

5 傳統(tǒng)紡紗設(shè)備改造的思路

有些企業(yè)雖然沒有大規(guī)模更換自動化程度較高的成套設(shè)備，但通過關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)備升級改造，也顯著提高了產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率。

5.1 設(shè)備改造要制定規(guī)劃

作為傳統(tǒng)紡紗企業(yè)，要明確自己的產(chǎn)品優(yōu)勢和市場定位，并在此基礎(chǔ)上按照總體設(shè)計、分步實施的原則制定設(shè)備改造規(guī)劃?？梢韵葟年P(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，爭取做到事半功倍。既要避免好大喜功，華而不實，也要避免完全憑借設(shè)備改造廠家的設(shè)計方案，進(jìn)而造成前后不配套，技術(shù)混亂，重復(fù)改造。

5.2 按照產(chǎn)品要求進(jìn)行改造選型和配置

設(shè)備改造選型及配置要適應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量的要求，國內(nèi)大部分紡機(jī)制造精度都可以滿足國內(nèi)棉紡企業(yè)優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)的需求，但也存在魚龍混雜的問題。同時由于紡紗設(shè)備技術(shù)更新速度快，所以棉紡企業(yè)采購的設(shè)備存在或多或少的質(zhì)量問題，或者選型不夠合理，導(dǎo)致紡紗質(zhì)量達(dá)不到要求，設(shè)備問題頻頻出現(xiàn)。要注重專件器材的選配。在選擇專件時，如果受價格影響，使得采購的專件質(zhì)量較差，設(shè)計及制造精度達(dá)不到要求，會嚴(yán)重影響成紗質(zhì)量指標(biāo)。

設(shè)備主機(jī)選型建議根據(jù)產(chǎn)品定位和設(shè)備性價比等情況，選擇制造精度高、口碑好的生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備。如果生產(chǎn)高質(zhì)量、高附加值的產(chǎn)品，尤其要選擇制造精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、使用周期長的專件器材，這對于提升和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的作用［3］。

5.3 注重安裝精度

隨著老一代員工的退休，設(shè)備保全力量普遍薄弱。若設(shè)備安裝外包，無法保證安裝質(zhì)量，安裝精度較差，達(dá)不到技術(shù)要求；或廠房設(shè)計不合理，嚴(yán)重影響了設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，造成設(shè)備的效能發(fā)揮不出來。在基礎(chǔ)設(shè)施和廠房、地面建筑方面，必須嚴(yán)格按照主機(jī)技術(shù)要求進(jìn)行建設(shè)，杜絕因地面、廠房建設(shè)不合格造成主機(jī)設(shè)備性能難以發(fā)揮的問題。

5.4 注重網(wǎng)絡(luò)和信息化技術(shù)應(yīng)用

雖然從20世紀(jì)90年代開始利用電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)紡織機(jī)械，推廣應(yīng)用PLC、變頻器、伺服系統(tǒng)、計算機(jī)控制等自動化技術(shù)，使得紡織機(jī)械的機(jī)構(gòu)簡化、性能改善，提高了機(jī)器的速度和生產(chǎn)效率。但由于多側(cè)重于單臺設(shè)備的紡織工藝性能自動化，造成了大量的“信息孤島”存在。進(jìn)入21世紀(jì)，紡織機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的自動化程度越來越高，單機(jī)自動化已經(jīng)無法滿足紡織行業(yè)發(fā)展的需求，必將走向系統(tǒng)自動化、車間自動化，甚至工廠自動化。智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化已經(jīng)成為紡織機(jī)械控制系統(tǒng)的主要趨勢。通過采集設(shè)備信息和利用總線技術(shù)，將信息進(jìn)行匯集，并具有顯示和監(jiān)控功能。若有條件，可更進(jìn)一步形成MES系統(tǒng)，使管理層下達(dá)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)能與單機(jī)互通，車間環(huán)境控制智能化，減少人為控制失誤，提升車間管理自動化能力。實現(xiàn)車間級別數(shù)據(jù)實時監(jiān)控與任務(wù)下達(dá)，數(shù)據(jù)可在單機(jī)、設(shè)備組和車間管理層面共享，消除“信息孤島”［4］。

5.5 山東華興小微再造模式

山東華興從2016年就開始推進(jìn)智能化改造，在迭代升級的過程中，自主研發(fā)了智能配棉、細(xì)紗智能動態(tài)管理等系統(tǒng)，從一個智能化技術(shù)改造的受益者逐漸成長為行業(yè)智能化技術(shù)改造方案的提供者。

山東華興小微再造模式，可賦能中小紡織企業(yè)智能化，以實現(xiàn)“裝備換芯，生產(chǎn)換線，產(chǎn)品換代，提升換擋，轉(zhuǎn)型換能”的核心內(nèi)容。即給多種多樣的設(shè)備換上智能紡“芯片”；將原來舊的生產(chǎn)線換成高端化、數(shù)字化、透明化生產(chǎn)線；把高成本、質(zhì)量低的產(chǎn)品換成低成本、質(zhì)量優(yōu)且穩(wěn)定的產(chǎn)品，實施品牌化戰(zhàn)略；提升企業(yè)品牌檔次，替換同質(zhì)化低檔次產(chǎn)品；推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換，為中小企業(yè)提供轉(zhuǎn)型升級解決方案，使其盈利能力逐步提升，企業(yè)核心競爭力不斷增強(qiáng)。

該模式具有普遍適用的特性，使中小企業(yè)各個年代的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)不同梯次的改造。通過調(diào)查在用的紡紗設(shè)備，以經(jīng)緯細(xì)紗機(jī)為例，紡紗設(shè)備共分四代：第一代純機(jī)械化，以A513機(jī)型為代表，大約占全國紡紗規(guī)模的10%；第二代信息化，加裝了PLC，以FA506機(jī)型為代表，占全國紡紗規(guī)模的70%；第三代自動化+信息化，以JWF1572機(jī)型為代表，占全國紡紗規(guī)模的15%；第四代全電子牽伸智能化在線應(yīng)用，以JWF1572 EJM機(jī)型為代表，占全國紡紗規(guī)模的5%。這四代的紡紗設(shè)備，我們有 D1.0、D2.0、D3.0、D4.0四種相應(yīng)的智能化升級解決方案。我們不斷總結(jié)四種設(shè)備的改造方案，其中95%都是相通的，5%有差異。因此，我們把95%相通的部分固化成芯片，做到即插即用；將有差異的5%留好接口，由專家團(tuán)隊隨時會診，進(jìn)行調(diào)整后完成上線。完成設(shè)備梯次技術(shù)改造后，萬錠用工平均可減少50%。

山東華興將建設(shè)新舊設(shè)備梯次改造示范基地，利用山東華興智能紡模式賦能中小企業(yè)，利用智慧紡織工業(yè)大腦平臺，通過云連接，實現(xiàn)與中小企業(yè)共享，幫助沒有智能化改造基礎(chǔ)的小微企業(yè)，從零起步，走上智能化改造之路。并通過物聯(lián)網(wǎng)鏈接建成紡織行業(yè)虛擬集群，讓中小企業(yè)逐步走上精益化、數(shù)字化、智能化，實現(xiàn)生態(tài)協(xié)作，解決中小企業(yè)議價能力弱、品牌知名度低、融資難等痛點(diǎn)。

6 結(jié)語

在激烈的市場競爭中，我國中小紡紗企業(yè)雖然面臨生產(chǎn)規(guī)模、工藝、設(shè)備、管理和人才等方面的問題，但要充滿信心做好新舊設(shè)備的協(xié)同改造和創(chuàng)新。從行業(yè)發(fā)展的角度看，企業(yè)制定詳細(xì)的設(shè)備改造方案，遵循改造原則，并注重智能化改造實施過程中的相關(guān)注意事項，開啟智能化、科技化升級改造，逐步實現(xiàn)設(shè)備、過程、管理和產(chǎn)品的智能化，著力提高產(chǎn)品質(zhì)量和檔次。相信中小紡紗企業(yè)通過傳統(tǒng)紡紗設(shè)備的智能化改造，將成為推動我國紡紗智能化進(jìn)程不可或缺的力量。