淺議智慧型織造工廠生產(chǎn)模式

吉學(xué)齊

（山東日發(fā)紡織機(jī)械有限公司，山東聊城，252000）

紡織行業(yè)智慧型生產(chǎn)模式目前已多有應(yīng)用，如紡紗工序的粗、細(xì)、絡(luò)聯(lián)合智慧型生產(chǎn)線，達(dá)到了紡紗全流程自動化生產(chǎn)，實現(xiàn)了工序間物流自動輸送、夜班無人值守、故障遠(yuǎn)程控制診斷等，萬錠用工在20 人以內(nèi)［1-2］；化纖長絲行業(yè)的智慧型生產(chǎn)線已經(jīng)集成了系統(tǒng)應(yīng)用，實現(xiàn)了卷裝落卷、換筒管、堆放、包裝及物料運(yùn)輸?shù)淖詣踊椭悄芑?；印染行業(yè)的智慧型連續(xù)生產(chǎn)線具有印染生產(chǎn)工藝在線采集、配色及工藝自動管理、染料中央配送、半制品快速檢測等功能，實現(xiàn)了由單一裝備的數(shù)控化向整體智慧型工廠的轉(zhuǎn)變；非織造布行業(yè)實現(xiàn)了紡絲、成形、原料運(yùn)輸、包裝等工藝技術(shù)的自動化、數(shù)字化、連續(xù)化集成應(yīng)用，實現(xiàn)了非織造布生產(chǎn)的全流程數(shù)字化監(jiān)控和智慧型管理。

目前織造行業(yè)仍采用以人力資源為主的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式。主要原因是在織造、漿紗工序中需要上下銜接的操作較多，如經(jīng)軸的運(yùn)輸和上、下機(jī)操作，織軸的運(yùn)輸以及穿綜、穿筘和上、下機(jī)操作，卷布輥的上卸料操作等，實現(xiàn)這些過程的自動化操作難度大、成本高，導(dǎo)致智慧型織造工廠應(yīng)用實施進(jìn)展緩慢。

隨著市場競爭的不斷加劇以及原材料價格上升、能源緊張、企業(yè)人力資源成本提高等不利因素的增多，紡織企業(yè)盈利能力普遍下降。為了達(dá)到降低成本的目的，織造企業(yè)除了提高單機(jī)裝備的自動化水平之外，對于實現(xiàn)智慧型生產(chǎn)的需求越來越強(qiáng)烈，同時在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)時代，用戶需求日趨多樣化、定制化，企業(yè)訂單呈現(xiàn)出小型化、碎片化的趨勢，紡織企業(yè)迫切需要提高反應(yīng)速度，提高應(yīng)對市場變化的快速反應(yīng)能力。傳統(tǒng)織造工廠管理模式已經(jīng)越來越難以適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展需求，發(fā)展智慧型織造工廠已經(jīng)非常急迫。

1 智慧型織造工廠應(yīng)達(dá)到的技術(shù)水平

實施智慧型織造工廠，織造設(shè)備單機(jī)本身要具有一定的信息化、自動化基礎(chǔ)，否則智慧型工廠將是空中樓閣，無法實施。當(dāng)前應(yīng)用數(shù)量較多的織造裝備有噴氣織機(jī)、噴水織機(jī)、劍桿織機(jī)這幾種，其中噴氣織機(jī)的單機(jī)自動化、信息化水平較高，具備了較好的自動化基礎(chǔ)，因此本文以噴氣織機(jī)為例探討實施智慧型織造工廠的可行性。

與傳統(tǒng)織造生產(chǎn)車間相比，智慧型織造工廠應(yīng)該具有以下主要特點(diǎn)：

（1）工廠內(nèi)各機(jī)臺之間要實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)群控功能。與傳統(tǒng)織造車間不同，智慧型織造工廠內(nèi)通過設(shè)置一臺服務(wù)器對各機(jī)臺進(jìn)行信息采集，對各機(jī)臺的運(yùn)行狀態(tài)實時在線監(jiān)控，并實時整理匯報出各機(jī)臺的工作效率、故障信息，實現(xiàn)產(chǎn)量班報、日報數(shù)據(jù)統(tǒng)計，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、傳輸?shù)裙δ堋?/p>

（2）工廠內(nèi)各織機(jī)本身應(yīng)該具備多品種織造工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，織造工廠上機(jī)新織物品種時，其工藝參數(shù)可從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)調(diào)出，執(zhí)行后織機(jī)會自動進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整，當(dāng)織機(jī)工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)沒有相應(yīng)品種時，可以通過織機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在主機(jī)廠調(diào)用該品種的工藝參數(shù)，從而達(dá)到讓不懂工藝的人可輕松調(diào)試織機(jī)，提高開機(jī)效率，縮短調(diào)試時間。

（3）織機(jī)具備緯停自動處理開車操作系統(tǒng)。在日常生產(chǎn)中，織機(jī)緯向故障導(dǎo)致的停機(jī)次數(shù)最多，一般每個班可達(dá)到幾十次，每次停機(jī)均需要人工處理，這就增加了擋車工的用工數(shù)量。以噴氣織機(jī)為例，一般每10 臺～12 臺織機(jī)就需要配置一個擋車工。當(dāng)增加緯停自動處理操作系統(tǒng)后，該系統(tǒng)可以在織機(jī)出現(xiàn)緯停故障時，自動把故障緯紗抽掉，然后自動恢復(fù)織機(jī)的運(yùn)行。根據(jù)實際經(jīng)驗，應(yīng)用該系統(tǒng)后，擋車工看臺數(shù)量可以提高50%，同樣機(jī)臺數(shù)量情況下顯著減少擋車工人數(shù)。

（4）采用先進(jìn)的自動化穿、結(jié)經(jīng)裝置，如當(dāng)前已經(jīng)投放市場的自動接經(jīng)機(jī)，實現(xiàn)了機(jī)時的自動接經(jīng)。特別是采用自動穿經(jīng)機(jī)后，可以大幅度提高穿綜、穿筘效率，降低準(zhǔn)備車間用工人數(shù)，每臺自動穿經(jīng)機(jī)可以節(jié)省6 人～8 人。

（5）實現(xiàn)織軸、卷布輥裝卸料的自動化操作，操作中全程采用電腦控制，安全、科學(xué)地實現(xiàn)機(jī)械手和電腦的一體化控制，各工序自動銜接，動態(tài)監(jiān)控、集中定置管理。與傳統(tǒng)織造工廠相比，智慧型織造工廠織軸上機(jī)和空軸下機(jī)操作均由AGV 自動運(yùn)輸車完成，運(yùn)輸車上配置有二次開發(fā)的機(jī)器人。該機(jī)器人由AGV 車驅(qū)動行走，在織機(jī)了機(jī)或者需要落布操作時，根據(jù)物流調(diào)度系統(tǒng)指令，自動前往相應(yīng)織機(jī)工位，把空軸從織機(jī)上取走，并放置在規(guī)定位置，然后自動抓取準(zhǔn)備車間內(nèi)滿紗織軸，行駛到織機(jī)位置后把滿紗織軸自動安裝到織機(jī)上。織機(jī)的織軸、卷布輥的裝卸料操作采用自動裝卸機(jī)器人時，比傳統(tǒng)模式可以節(jié)省用工50%以上。

（6）實現(xiàn)工藝配方的遠(yuǎn)程管理，工藝人員只需在辦公室通過網(wǎng)絡(luò)操作，即可把工藝自動下載到相應(yīng)機(jī)臺。

（7）實現(xiàn)織機(jī)的自診斷系統(tǒng)，自動更換緯紗紗筒，減少人工操作的繁瑣步驟。

（8）科學(xué)合理規(guī)劃好各種地下和空中架設(shè)的硬件設(shè)備，重點(diǎn)做好安全防護(hù)裝置、工作可靠性測試，實現(xiàn)自動化的有序開展。

（9）實現(xiàn)機(jī)器設(shè)備的自動化維護(hù)保養(yǎng)功能，如自動加油潤滑，自動設(shè)置儲油箱油量，潤滑不到位自動報警等，提高設(shè)備的使用安全和維護(hù)的自動化程度。

（10）配合自動化車間設(shè)計的空調(diào)控制系統(tǒng)?？照{(diào)控制系統(tǒng)與工廠內(nèi)總服務(wù)器系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)機(jī)臺織造品種有改變時，需要的溫濕度標(biāo)準(zhǔn)會在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中調(diào)用，再通過聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行實際調(diào)整，達(dá)到生產(chǎn)工藝所要求的溫濕度。

（11）實現(xiàn)智慧型織造工廠夜班工作應(yīng)急事件的預(yù)警系統(tǒng)，對突發(fā)設(shè)備事故及時呼叫值班工，以及安全可靠的防火報警控制系統(tǒng)。

2 智慧型織造工廠具體實施內(nèi)容及架構(gòu)

2.1 較高自動化程度的單臺織造設(shè)備

具有較高自動化程度的單臺織造設(shè)備是構(gòu)成智慧型織造工廠的基礎(chǔ)，是智慧型織造工廠的重要組成部分，如圖1 所示?？椩煸O(shè)備單機(jī)本身應(yīng)該具備遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)功能，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、傳輸?shù)裙δ?，以提高機(jī)臺效率減少用人；應(yīng)具有常用品種上機(jī)工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，更換織造品種時可以一鍵到位，減少調(diào)機(jī)時間；應(yīng)具有機(jī)臺車速自動調(diào)整功能；應(yīng)具有與智慧型織造工廠物流控制系統(tǒng)的信息接口，否則無法形成整體的智慧型工廠。

圖1 智慧型織造工廠控制系統(tǒng)原理示意圖

2.2 中央物流調(diào)度控制系統(tǒng)

與傳統(tǒng)織造工廠不同，智慧型織造工廠內(nèi)通過設(shè)置一臺中央服務(wù)器及一套物流控制軟件，對各織造設(shè)備進(jìn)行信息采集，各機(jī)臺生產(chǎn)工藝、管理等信息均由中央服務(wù)器統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮，實時整理匯報出各機(jī)臺的工作效率、故障信息，實現(xiàn)產(chǎn)量班報、日報數(shù)據(jù)統(tǒng)計和故障排查。該系統(tǒng)是整個智慧型織造工廠的控制中心，把各個分散的單臺噴氣織機(jī)聯(lián)網(wǎng)后形成整體，所有機(jī)臺的工藝以及上下料操作均由該系統(tǒng)協(xié)調(diào)指揮。比如當(dāng)車間內(nèi)某臺織機(jī)卷布輥達(dá)到預(yù)先設(shè)定長度時，織機(jī)會對系統(tǒng)發(fā)出落布請求信號，調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)信號調(diào)度落布專用運(yùn)輸車，到達(dá)相應(yīng)織機(jī)處進(jìn)行落布操作。調(diào)度系統(tǒng)主控制器由工控主機(jī)（配備開發(fā)的管理軟件）、一套附屬硬件系統(tǒng)及一個無線主站組成。

智慧型織造工廠中央物流控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)包括工控機(jī)、屏幕顯示器、控制盤柜（PLC）、線纜等。軟件部分主要包括工業(yè)采集軟件系統(tǒng)、物流調(diào)度軟件系統(tǒng)等。

工業(yè)采集軟件系統(tǒng)為用戶提供包括各織造設(shè)備的生產(chǎn)工藝信息、數(shù)據(jù)存儲、圖形處理、數(shù)據(jù)分析、報警管理、日志管理等一系列基礎(chǔ)組件，需要具備有強(qiáng)大的IO 通信能力、完善的報警機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)功能、安全措施。

物流調(diào)度軟件系統(tǒng)主要有以下幾部分組成：

（1）主控制器由一臺工控主機(jī)（配備開發(fā)的管理軟件）、一套附屬硬件系統(tǒng)及一個無線主站組成。

（2）工控主機(jī)配備軟件。通過軟件編寫程序來控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行、調(diào)度等功能。當(dāng)織造設(shè)備織軸所剩經(jīng)紗達(dá)到警告值、或者卷布輥布卷達(dá)到預(yù)定值時，自動呼叫系統(tǒng)給出信號，主控制系統(tǒng)收到信號后，對相應(yīng)AGV 自動運(yùn)輸車給出指令，AGV 自動運(yùn)輸車則根據(jù)系統(tǒng)指令自動進(jìn)行織軸卷布輥的裝卸操作。

（3）自動充電系統(tǒng)。電力檢查裝置檢測到AGV 自動運(yùn)輸車的電量到預(yù)警線以下后，發(fā)出警報信號至主控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出指示，AGV 自動運(yùn)輸車接受到指令自動運(yùn)行至充電站進(jìn)行自動充電。

（4）附屬系統(tǒng)。附屬硬件通過信息化標(biāo)準(zhǔn)接口與工控主機(jī)連接，工控主機(jī)通過PLC/MCU 進(jìn)行通訊。

（5）無線主站模塊。負(fù)責(zé)把控制系統(tǒng)的指令發(fā)送到AGV 運(yùn)輸車，并把AGV 運(yùn)輸車的實時運(yùn)行狀態(tài)反饋到控制系統(tǒng)。

軟硬件聯(lián)網(wǎng)通訊：織造設(shè)備工控主機(jī)與現(xiàn)場織機(jī)設(shè)備通信采用CAN 總線通信。由CAN 總線組成的分布式控制系統(tǒng)可實時可靠地傳輸工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)工控現(xiàn)場與管理信息系統(tǒng)的無縫連接。

物流調(diào)度軟件系統(tǒng)是智慧型織造工廠的核心，由于一個工廠內(nèi)往往會有幾十臺甚至幾百臺織造設(shè)備，每臺織機(jī)了機(jī)以及落布是隨機(jī)的，有時候機(jī)臺生產(chǎn)的品種也各不相同，實際應(yīng)用場景十分復(fù)雜。物流調(diào)度系統(tǒng)要根據(jù)實際生產(chǎn)需求，合理安排規(guī)劃各種操作，特別是多臺AGV 運(yùn)輸車之間的協(xié)調(diào)、最合理運(yùn)輸路徑的計算、行走過程中安全的保證、AGV 運(yùn)輸車的充電等環(huán)節(jié)，均需要全面考慮，并整合到系統(tǒng)里面。紡紗工序中前后道工序的銜接，比如開清棉、條并卷、精梳、并紗、粗紗、細(xì)紗、自動絡(luò)筒等，多采用天車導(dǎo)軌裝置進(jìn)行工序間物料的轉(zhuǎn)移運(yùn)輸，而細(xì)紗、粗紗等各工序內(nèi)部基本還是以人工值車為主，采用AGV 運(yùn)輸車模式進(jìn)行生產(chǎn)的依然很少。本文所述的織軸、卷布輥裝卸AGV 運(yùn)輸車，除了運(yùn)輸功能之外，還需要在AGV 車上二次開發(fā)織軸抓取、織機(jī)定位、織軸裝卸等功能，控制系統(tǒng)需要與上層物流調(diào)度系統(tǒng)軟件整合，在系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，進(jìn)行多臺AGV 車協(xié)同工作，這與紡紗工序有著很大的區(qū)別。

控制室工控主機(jī)系統(tǒng)與織軸AGV 運(yùn)輸車、布卷AGV 運(yùn)輸車等移動控制設(shè)備的連接采用無線通訊方式。

2.3 織軸及布輥的專用AGV 運(yùn)輸車

根據(jù)物流控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)調(diào)度，實現(xiàn)落布、裝卸織軸的自動化控制，全程由車間物流控制系統(tǒng)軟件控制，安全、快速的實現(xiàn)自動落布、自動上軸，并實現(xiàn)織軸從整經(jīng)、漿紗工序到織造車間的自動運(yùn)輸管理；實現(xiàn)布輥從織造到驗布、打包工序的自動運(yùn)輸管理。全部物流實現(xiàn)科學(xué)銜接，動態(tài)監(jiān)控、集中定置管理。各AGV 車采用電池驅(qū)動，其規(guī)格型號的選擇應(yīng)滿足織軸最大重量的運(yùn)輸需要。

2.4 其他

采用先進(jìn)的自動穿、接經(jīng)裝置，如當(dāng)前已經(jīng)批量應(yīng)用的自動接經(jīng)機(jī)，實現(xiàn)了機(jī)時的自動接經(jīng)、自動穿綜、自動穿筘等工序。實現(xiàn)工藝配方的遠(yuǎn)程管理，工藝人員可通過聯(lián)網(wǎng)軟件遠(yuǎn)程將工藝自動下載到相應(yīng)機(jī)臺，提高改機(jī)效率。智能化織造車間硬件系統(tǒng)，包括車間廠房、AGV 車運(yùn)輸軌道、AGV 車充電站、智慧工廠物流調(diào)度軟件與噴氣織機(jī)之間通訊設(shè)備、工控機(jī)、屏幕顯示、控制盤柜（PLC）等。

3 智慧型織造工廠效率預(yù)測

具有上述幾個特征的智慧型織造工廠實施后，由于大量自動化設(shè)備的應(yīng)用以及物流調(diào)度系統(tǒng)的整合，預(yù)計整體效率會有明顯提升，主要來自以下三個方面。一是織軸以及布輥的上下操作由系統(tǒng)自動控制進(jìn)行，避免了傳統(tǒng)車間內(nèi)人工等待的時間浪費(fèi)。二是車間內(nèi)全部機(jī)臺聯(lián)網(wǎng)后，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程工藝數(shù)據(jù)傳送，品種改機(jī)效率提升。三是采用自動結(jié)經(jīng)機(jī)后大幅度提高了穿綜穿筘效率。以300 臺噴氣織機(jī)規(guī)模的智慧型織造工廠進(jìn)行預(yù)算，具體情況如下所示。

從上述對比看出，智慧型織造工廠實施后，所配備的自動緯停處理裝置使人均值車從12 臺提高到20 臺；AGV 自動運(yùn)輸車的使用，使落布工、上軸工、掛機(jī)工減少一半；自動接經(jīng)機(jī)的使用，省去接經(jīng)工、穿筘工、穿經(jīng)工；網(wǎng)絡(luò)化自動統(tǒng)計功能也使得管理人員減半。總用工人數(shù)可以減少54 人左右，以月度平均工資5 000 元計算，每月可以節(jié)省人力成本27 萬元左右，年度總成本節(jié)省324 萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

以300 臺噴氣織機(jī)生產(chǎn)C 14.8/14.8 523.5/283 266.7 全棉平紋布，實際車速700 r/min，綜合效率85% 計算，日產(chǎn)坯布90.6 km，全年產(chǎn)量32 616 km。實施智慧型織造工廠模式后，由于采用AGV 車運(yùn)輸織軸、卷布輥，減少了傳統(tǒng)人工等待空停時間，并提升車間聯(lián)網(wǎng)管理效率，工廠整體效率預(yù)計可以提升3%以上，年坯布增加產(chǎn)量可達(dá)978 km，以該坯布市場銷售價格12 元/m 計算，每年新增產(chǎn)值1 174 萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。當(dāng)然此效率為測算，目前行業(yè)內(nèi)尚未有實際應(yīng)用的案例。但由于紡織行業(yè)目前的用工難等問題，這種智慧型工廠的生產(chǎn)模式代表了今后織造行業(yè)的發(fā)展方向。

4 結(jié)束語

當(dāng)前紡織行業(yè)普遍面臨招工難、成本上升、市場競爭激烈等困難，現(xiàn)有的織造工廠各工序用工多，效率低下，加大了紡織行業(yè)的成本壓力，發(fā)展?jié)摿σ呀?jīng)達(dá)到極限。本文探討了一種全新的智慧型織造工廠生產(chǎn)模式，該模式基于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將工廠內(nèi)各工序進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，同時采用多種自動化裝備，以提高效率，降低用工數(shù)量，以達(dá)到降低成本目的，雖然該種生產(chǎn)方式目前還沒有實際的應(yīng)用案例，但它代表了紡織織造行業(yè)未來的發(fā)展方向，也符合國家發(fā)展政策，可供廣大織造企業(yè)參考。