基于智能化縫制單元的服裝柔性生產(chǎn)線的構(gòu)建

李雪霞，張志斌，褚建立

(1.邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，河北 邢臺 054000； 2.邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 服裝工程系，河北 邢臺 054000； 3.邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，河北 邢臺 054000)

鑒于當(dāng)前服裝訂單款式多、批量小、周轉(zhuǎn)快、交期短的特點(diǎn)，提出構(gòu)建基于智能化縫制單元的服裝智能制造生產(chǎn)線的對策。對相同的服裝工藝進(jìn)行優(yōu)化并標(biāo)準(zhǔn)化，按照服裝工藝標(biāo)準(zhǔn)來做服裝工藝模板和夾具，構(gòu)建智能化縫制單元[1]。在物聯(lián)網(wǎng)和5G等技術(shù)的支持下，改造升級單元制造生產(chǎn)線體系，通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺快速重組服裝生產(chǎn)線，整合人員、機(jī)器、物料等制造資源，運(yùn)用制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)調(diào)度自動導(dǎo)引運(yùn)輸車或吊掛線配送物料，實(shí)現(xiàn)服裝動態(tài)模塊化生產(chǎn)。本文運(yùn)用模擬法、實(shí)驗法和文獻(xiàn)法等，用新一代信息技術(shù)解決服裝柔性生產(chǎn)線的技術(shù)文件、管理指令等信息的精準(zhǔn)傳輸問題，用自動導(dǎo)引運(yùn)輸車或吊掛生產(chǎn)線解決物料配送問題。

1 智能化縫制單元

1.1 智能化縫制單元概念

智能化縫制單元是指由電控自動縫紉機(jī)和其他輔助功能的程控驅(qū)動器組合而成，具備自動定位、自動送料、自動縫紉等功能的機(jī)電一體化縫制設(shè)備[2]，如自動開袋機(jī)、自動绱袖機(jī)、自動模板縫紉機(jī)、自動褲片包縫縫制單元等均是智能型的縫制設(shè)備。

智能化縫制單元是集機(jī)械、電子、傳感器和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)于一體的智能化、集成化產(chǎn)品，是實(shí)現(xiàn)服裝模塊化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。比如襯衫產(chǎn)品的模塊化，包括：前后身模塊、領(lǐng)子模塊、袖子模塊、組裝模塊、整燙包裝模塊等。這些模塊均可由相應(yīng)的智能化縫制單元完成縫制。智能化縫制單元通過減少服裝工序或合并相同工序，使服裝生產(chǎn)線變短，且能做到生產(chǎn)線順暢快速換款。

1.2 智能化縫制單元構(gòu)成

智能化縫制單元具備自動化、信息化和智能化功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)、信息化聯(lián)網(wǎng)、智能化決策等功能。自動化模塊包括自動化縫制單元、物流模塊和機(jī)器人模塊等[4]。信息化模塊包括5G通信模塊、傳感器模塊和可視化模塊。智能化模塊包括智能排產(chǎn)、智能管理和智能互聯(lián)。智能化縫制單元的模塊構(gòu)成圖見圖1。

智能化縫制單元的特點(diǎn)：①機(jī)器智能記憶，包括縫制記憶、布料薄厚操作記憶、壓力記憶等。②可以及時抓取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括縫制進(jìn)度、工時等數(shù)據(jù)。③可以通過物聯(lián)網(wǎng)和5G網(wǎng)絡(luò)快速組成服裝柔性生產(chǎn)線[5]。

圖1 智能化縫制單元的模塊構(gòu)成圖

使用智能化縫制單元能提升服裝加工的品質(zhì)和效率，可以較大地節(jié)約勞動力成本，降低對操作工熟練程度的要求，確保服裝批量加工時品質(zhì)的一致性。

2 基于智能化縫制單元的服裝生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

把智能化縫制單元和其他智能化縫制設(shè)備連網(wǎng)，通過將智能硬件終端采集到的數(shù)據(jù)上傳到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，構(gòu)建由工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺、智能縫制單元、管理平臺移動端/客戶端組成的遠(yuǎn)程管理監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2.1 服裝智能生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

將各個智能化縫制單元通過物聯(lián)網(wǎng)、5G網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接，在任何地方都可通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺獲取生產(chǎn)現(xiàn)場信息，實(shí)現(xiàn)服裝行業(yè)生產(chǎn)線中設(shè)備聯(lián)網(wǎng)管理和遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)，實(shí)時監(jiān)控服裝生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的效率、產(chǎn)量、工時等，實(shí)時進(jìn)行生產(chǎn)管理。通過構(gòu)建服裝智能生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)服裝制造業(yè)的大數(shù)據(jù)采集、分析和智能服務(wù)，從而大幅提升生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，達(dá)到將傳統(tǒng)服裝工廠升級改造成為智能工廠的目的?；?G技術(shù)的服裝智能生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖見圖2。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器自動收集智能化縫制單元的服裝生產(chǎn)信息，省去服裝IE人員(現(xiàn)場生產(chǎn)工藝負(fù)責(zé)人員)使用秒表等工具進(jìn)行數(shù)據(jù)測試等工作[6]。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實(shí)時統(tǒng)計并分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以便服裝IE人員及時發(fā)現(xiàn)問題，及時進(jìn)行作業(yè)或流程改善活動。攝像頭記錄下作業(yè)人員完整的作業(yè)視頻，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)工時系統(tǒng)(General Sewing Time, GST)對作業(yè)人員動作進(jìn)行分析，便于及時糾正作業(yè)人員的不當(dāng)操作。管理人員通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程指導(dǎo)和管理車間，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理數(shù)字化和透明化。

圖2 基于5G技術(shù)的服裝智能生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

隨著5G技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用，讓“人員-機(jī)器-網(wǎng)絡(luò)” “云服務(wù)-信息傳送-移動終端”融合在一起，形成“互聯(lián)網(wǎng)+”服裝智能生產(chǎn)線，達(dá)到服裝生產(chǎn)過程中信息流、工作流、物流的有機(jī)融合。

2.2 服裝智能生產(chǎn)線管理

智能化縫制設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)和5G網(wǎng)絡(luò)連網(wǎng)后，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺提供設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時上傳、任務(wù)指令下發(fā)、設(shè)備效率分析、設(shè)備參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)置、故障狀態(tài)及時提醒等應(yīng)用[7]。運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)工時系統(tǒng)(GST)推送服裝工藝作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書和服裝作業(yè)視頻，通過MES系統(tǒng)管理智能化縫制單元實(shí)現(xiàn)智能縫制，從而實(shí)現(xiàn)服裝縫制的信息化和數(shù)據(jù)化。運(yùn)用服裝制造高級計劃與排程系統(tǒng)(解決生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)排程問題，常被稱為資源分配問題或排序問題)完成生產(chǎn)計劃管理、產(chǎn)能負(fù)荷管理與排產(chǎn)優(yōu)化，通過可視化車間監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化縫制單元運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的可視化管理，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、設(shè)備、成本、服務(wù)、績效管理的優(yōu)化和提升。利用大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行服裝生產(chǎn)決策，讓企業(yè)管理更加高效。

通過服裝工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺連接服裝車間的人員、機(jī)器、物料等，可以達(dá)到3個方面的可視化，提高生產(chǎn)管理效率[8]。一是生產(chǎn)線的可視化管理，可以實(shí)時顯示生產(chǎn)進(jìn)度顯示每臺設(shè)備的產(chǎn)量對比、顯示每個人員的實(shí)時操作情況，可以圖形化反應(yīng)生產(chǎn)線的布局。二是智能化縫制單元設(shè)備的可視化，把智能化縫制單元的運(yùn)轉(zhuǎn)時間、縫制速度用圖標(biāo)顯示出來。三是工作的可視化，包括生產(chǎn)線平衡度、生產(chǎn)數(shù)量推移、工序分析、動作分析等。

3 動態(tài)模塊化服裝柔性生產(chǎn)線的構(gòu)建

動態(tài)模塊化服裝柔性生產(chǎn)線是指把服裝的生產(chǎn)環(huán)節(jié)拆分成多個相互獨(dú)立的模塊單元，每個模塊單元都由智能化縫制單元完成縫制，把多臺智能化縫制單元通過物聯(lián)網(wǎng)和5G網(wǎng)絡(luò)連接起來，配以自動化物流設(shè)備(自動導(dǎo)引運(yùn)輸車或服裝吊掛系統(tǒng))組成的生產(chǎn)線[9]。利用MES、 GST軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、存儲、挖掘和運(yùn)用。每款個性化服裝訂單都會被電腦記錄，并能清楚地顯示該服裝目前的生產(chǎn)進(jìn)展情況[10]。動態(tài)模塊化生產(chǎn)線可以允許不同型號、不同款式的服裝在同一生產(chǎn)線進(jìn)行混流生產(chǎn)。

3.1 MES系統(tǒng)與自動導(dǎo)引運(yùn)輸車融合構(gòu)建動態(tài)模塊化服裝柔性生產(chǎn)線

動態(tài)模塊化技術(shù)是由MES系統(tǒng)集中控制與調(diào)度自動導(dǎo)引運(yùn)輸車配送物料來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的縱向集成和端到端的集成(端到端集成是把所有該連接的端點(diǎn)都通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來進(jìn)行集成)[11]，其繼承了產(chǎn)品定制化生產(chǎn)和垂直集成的概念。

在服裝制造業(yè)中，自動導(dǎo)引運(yùn)輸車通過MES系統(tǒng)來控制其行進(jìn)路線及動作，其主要任務(wù)是配送生產(chǎn)線上服裝物料。搬運(yùn)路線可隨時調(diào)整，能實(shí)現(xiàn)高效、靈活的物料配送。自動引導(dǎo)運(yùn)輸車的使用提高了服裝生產(chǎn)線組織編排的柔性和及時反應(yīng)能力[12]。不同款式的服裝產(chǎn)品有不同的工藝流程，需要一條單獨(dú)的生產(chǎn)線與之對應(yīng)，自動導(dǎo)引運(yùn)輸車根據(jù)不同款式服裝的工序編排，把服裝半成品從一個工位運(yùn)送到另外一個工位。通過定義不同款式服裝的虛擬生產(chǎn)線，適應(yīng)不同款式的服裝產(chǎn)品生產(chǎn)。通過物料配送、員工配置、設(shè)備監(jiān)控和在制品自動識別等方式實(shí)現(xiàn)服裝生產(chǎn)協(xié)同，滿足服裝小批量、多品種的生產(chǎn)要求，降低瓶頸工序?qū)ιa(chǎn)的限制，均衡生產(chǎn)任務(wù)?；?G網(wǎng)絡(luò)的虛擬生產(chǎn)線設(shè)計示意圖見圖3。

圖3 基于5G網(wǎng)絡(luò)的虛擬生產(chǎn)線設(shè)計示意圖

個性化服裝生產(chǎn)物料調(diào)度的變化性和隨機(jī)性比較大，為了提高服裝廠在裁剪區(qū)、車縫區(qū)的工位和線外工序區(qū)工位的生產(chǎn)效率[13]。服裝動態(tài)模塊化可重構(gòu)柔性生產(chǎn)線的物料配送方式： MES系統(tǒng)對各模塊單元暫存物料進(jìn)行分析，并根據(jù)生產(chǎn)優(yōu)先順序進(jìn)行排序，ERP(Enterprise Resource Planning)的物流需求或生產(chǎn)計劃向自動導(dǎo)引運(yùn)輸車控制系統(tǒng)發(fā)送調(diào)度指令(包含位置、路徑、時間)，自動導(dǎo)引運(yùn)輸車根據(jù)收到的指令自動運(yùn)輸物料至指定模塊單元工位位置。物理工位包括裁剪、縫制、整燙、質(zhì)檢、包裝等工位。

3.2 MES系統(tǒng)與服裝吊掛系統(tǒng)融合構(gòu)建動態(tài)模塊化服裝柔性生產(chǎn)線

服裝吊掛生產(chǎn)線運(yùn)用單元模塊化的生產(chǎn)模式進(jìn)行服裝生產(chǎn)。服裝吊掛系統(tǒng)的基本原理是將服裝部件的裁片掛在吊架上，通過一個環(huán)形傳輸軌道把服裝吊掛生產(chǎn)線上的各個工位連接起來，載有裁片的吊架按預(yù)先設(shè)置的流程，在各工位之間自動傳輸[14]。不同款式、顏色、規(guī)格、面料的裁片可以同時進(jìn)入服裝吊掛生產(chǎn)線，系統(tǒng)會準(zhǔn)確地將其配送到指定的工作站，從而可以實(shí)現(xiàn)同一條服裝吊掛生產(chǎn)線中同時生產(chǎn)多種服裝的柔性化生產(chǎn)。

MES系統(tǒng)與服裝吊掛系統(tǒng)的深度融合，完全實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動生產(chǎn)。通過電子標(biāo)簽 (RFID)等多種傳感器與MES系統(tǒng)的配合，實(shí)現(xiàn)對服裝吊掛生產(chǎn)線上每個衣料的位置和加工等信息精確識別和實(shí)時追蹤。面對關(guān)鍵工作中心等問題時，MES系統(tǒng)會根據(jù)該工序的工藝、設(shè)備、人員等信息，在服裝吊掛生產(chǎn)線查找可代替的工作站，找到可替代瓶頸工序的人員。MES系統(tǒng)自動消除生產(chǎn)瓶頸，保障服裝吊掛生產(chǎn)線高效運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工序間的生產(chǎn)動態(tài)平衡，持續(xù)推動服裝吊掛生產(chǎn)線提質(zhì)增效。

4 結(jié)束語

通過實(shí)驗法、模擬法、文獻(xiàn)法等研究方法，從智能化縫制單元、5G+邊緣云平臺、動態(tài)模塊化生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)組織形式等方面，對動態(tài)模塊化服裝柔性生產(chǎn)線構(gòu)建進(jìn)行研究。研究表明，個性化定制柔性化生產(chǎn)是服裝企業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型升級的重要方向。而智能化縫制單元正是服裝智能制造落地最有效的抓手。由智能化縫制單元構(gòu)建動態(tài)模塊化生產(chǎn)線是建設(shè)服裝柔性生產(chǎn)線的模式之一?；谥悄芑p制單元的服裝柔性生產(chǎn)線，充分發(fā)揮了智能化縫制單元、5G+邊緣云平臺、動態(tài)模塊化生產(chǎn)技術(shù)的作用，實(shí)現(xiàn)動態(tài)、可重構(gòu)的服裝柔性化生產(chǎn)。動態(tài)模塊化服裝生產(chǎn)線能適應(yīng)生產(chǎn)組織形式、產(chǎn)品和工藝的多樣性和可變性，能進(jìn)行個性化服裝產(chǎn)品的柔性生產(chǎn)，在多品種、小批量生產(chǎn)條件下實(shí)現(xiàn)接近大批量生產(chǎn)的高效率和低成本。動態(tài)模塊化生產(chǎn)線設(shè)計方案可以為服裝柔性生產(chǎn)線的設(shè)計、規(guī)劃、建設(shè)提供參考和借鑒。