紡織智能化生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及對(duì)紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的影響

席立鋒，周衡書(shū)，2，陳桂春，武世鋒，周 蓉，解開(kāi)放

（1.湖南工程學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，湘潭 411104；2.湖南省新型纖維面料及加工工程技術(shù)研究中心，益陽(yáng) 413000；3.韶關(guān)市順昌布廠有限公司，韶關(guān) 512000）

0 引言

隨著“中國(guó)制造2025”與德國(guó)“工業(yè)4.0”的戰(zhàn)略對(duì)接，驅(qū)動(dòng)紡織工業(yè)的兩化融合步入新階段［1-2］，加速紡織企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)的步伐.“十三五”《紡織工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》中明確提出：紡織工業(yè)推進(jìn)智能制造，試點(diǎn)企業(yè)重點(diǎn)完成設(shè)備短流程化、自動(dòng)化開(kāi)發(fā)，推進(jìn)智能工廠建設(shè)為紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型提供系統(tǒng)化的解決方案.

經(jīng)過(guò)“十三五”發(fā)展，國(guó)家政策對(duì)智能化生產(chǎn)技術(shù)的深入推進(jìn)，使得兩化融合戰(zhàn)略在紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型方案中得到強(qiáng)有力的發(fā)展.2018年國(guó)家針對(duì)紡織工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀提出進(jìn)一步推進(jìn)紡織工業(yè)智能制造，在2019年度中國(guó)紡織工業(yè)智能制造大會(huì)的總結(jié)報(bào)告中得到了強(qiáng)有力的落實(shí)，有30多家試點(diǎn)企業(yè)相繼在紡織單機(jī)設(shè)備上采用自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)、智能化技術(shù)［3］，實(shí)現(xiàn)了降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率的目標(biāo).

在“十三五”發(fā)展的收官階段，完成紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)智能制造和創(chuàng)造國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)是政府對(duì)紡織工業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展策略.本文通過(guò)梳理現(xiàn)階段紡織工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)探討自動(dòng)化技術(shù)、智能化管理、智能化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型的影響，并提出今后紡織工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的技術(shù)突破方向，為紡織工業(yè)“十四五發(fā)展”的智能化無(wú)人工廠建設(shè)提供研究思路.

1 紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展方式

目前國(guó)內(nèi)紡織企業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型方案有兩種：一種是以自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)為解決方案的企業(yè)，另一種是基于自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合新興技術(shù)的試點(diǎn)智能化企業(yè).前者占據(jù)紡織企業(yè)的大多數(shù)，但由于國(guó)內(nèi)自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)受國(guó)外控制、資源成本昂貴、標(biāo)準(zhǔn)不成熟，使其成為紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型的過(guò)渡階段.試點(diǎn)智能化企業(yè)結(jié)合國(guó)際自動(dòng)化技術(shù)、新興技術(shù)［4］，針對(duì)產(chǎn)品在生產(chǎn)環(huán)節(jié)、倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)、物流環(huán)節(jié)、銷售環(huán)節(jié)、顧客信息反饋環(huán)節(jié)等環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題快速地進(jìn)行處理，服務(wù)于產(chǎn)品的整個(gè)生命周期.

中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)黨委書(shū)記兼秘書(shū)長(zhǎng)高勇在中國(guó)紡織工業(yè)智能制造大會(huì)上指出：“前期行業(yè)的智能化生產(chǎn)實(shí)踐雖取得明顯成效，但行業(yè)整體的智能化生產(chǎn)水平低下［4-5］.”從中可以看出：紡織工業(yè)今后的重點(diǎn)發(fā)展方向是自動(dòng)化設(shè)備結(jié)合新興技術(shù)形成智能化模式，該模式涉及紡織、機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)、管理等專業(yè)，實(shí)現(xiàn)交叉領(lǐng)域技術(shù)融合，建立涵蓋共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用的智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系［6］，使得國(guó)內(nèi)企業(yè)智能制造技術(shù)同國(guó)際發(fā)展接軌，并建立了國(guó)內(nèi)紡織工業(yè)無(wú)人化工廠.

2 紡織工業(yè)智能化生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀與特征

紡織工業(yè)智能化生產(chǎn)技術(shù)自提出到現(xiàn)在，經(jīng)歷了逐步完善和發(fā)展的過(guò)程，多數(shù)企業(yè)都是以原有生產(chǎn)線為主，以自動(dòng)化技術(shù)、柔性制造技術(shù)、智能化管理技術(shù)為輔進(jìn)行生產(chǎn)線改造，試點(diǎn)企業(yè)將三者融合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)改造升級(jí)，成為紡織工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的先行者.

2.1 自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)

傳統(tǒng)紡織企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中因受技術(shù)的束縛，存在工序繁瑣、生產(chǎn)流程長(zhǎng)、人工耗時(shí)多、占地面積大等問(wèn)題.經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索，利用基礎(chǔ)共性A和關(guān)鍵技術(shù)B的BA融合策略，將特種機(jī)械結(jié)構(gòu)、新型微機(jī)控制技術(shù)、信號(hào)檢測(cè)技術(shù)和PLC控制技術(shù)結(jié)合，形成機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)共性和關(guān)鍵技術(shù)融合的自動(dòng)化理論，運(yùn)用到企業(yè)生產(chǎn)中，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能高效的目的.

自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)旨在解決單機(jī)設(shè)備之間協(xié)同生產(chǎn)的問(wèn)題，并優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)技術(shù)參數(shù)，如對(duì)紗線染液溫度濃度、張力極限、牽引速度、位置、加工順序的實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出高質(zhì)量紡織品的目標(biāo).十九屆上海國(guó)際紡織工業(yè)展覽會(huì)展出了大批的自動(dòng)化設(shè)備［7-10］，如針織業(yè)的短流程自動(dòng)化圓緯機(jī)、紡紗設(shè)備的各類自動(dòng)化混棉機(jī)及連續(xù)化紡紗設(shè)備，立信公司開(kāi)發(fā)的COS系列短流程筒子紗染色機(jī)，解決紗線染液溫度、濃度、位置、加工順序的實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)節(jié)省人力達(dá)60%以上；新疆溢達(dá)E80型精梳機(jī)結(jié)合液壓機(jī)構(gòu)完成自動(dòng)換卷工藝，解決了單機(jī)設(shè)備之間的協(xié)同生產(chǎn)問(wèn)題，使其精梳質(zhì)量提升了30%，人工效率提升了66%.

2018年中國(guó)國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)暨ITMA亞洲展顯示：目前印染行業(yè)在轉(zhuǎn)型過(guò)程中的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)遇到諸多難題，如理論成熟的助劑自動(dòng)配送技術(shù)［11］、染液濃度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)［12］受生產(chǎn)線多變的客觀因素影響，成為印染行業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用瓶頸，是今后紡織印染業(yè)需要重點(diǎn)突破方向.

2.2 工業(yè)機(jī)器人和柔性制造技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人代替人工完成移動(dòng)作業(yè)是傳統(tǒng)式勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的另一個(gè)可行性方案，隨著近幾年新型柔性制造加工技術(shù)（如圖1所示）的發(fā)展，兩者協(xié)同代替人工作業(yè)在紡織工業(yè)產(chǎn)能改造中顯現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢(shì).

圖1 柔性制造加工系統(tǒng)

機(jī)器人技術(shù)在紡織工業(yè)應(yīng)用中的作用有兩點(diǎn)：第一，代替人工高效完成生產(chǎn)線單機(jī)生產(chǎn)設(shè)備之間的自動(dòng)化銜接；第二，代替人工作業(yè)，避免高危工作對(duì)人體健康帶來(lái)的損傷.如土耳其“唯愛(ài)”技術(shù)公司（VAV）開(kāi)發(fā)的OB48和MD48型機(jī)器人，解決了牛仔業(yè)生產(chǎn)線對(duì)人體健康不利的問(wèn)題，受到國(guó)內(nèi)紡織業(yè)的推崇和贊揚(yáng)；江陰華方新技術(shù)有限公司生產(chǎn)的落紗機(jī)器人可以高效安全完成工藝要求，同時(shí)成本縮減50%.新型國(guó)產(chǎn)粗紗自動(dòng)落紗機(jī)器人［13］、新松機(jī)器人［14］針對(duì)化纖紗全自動(dòng)分揀包裝生產(chǎn)線，完成稱重、檢測(cè)、分揀、打標(biāo)，并對(duì)不同型號(hào)產(chǎn)品進(jìn)行重新組盤、裝箱、貼箱標(biāo)、封箱、捆包、碼垛等，在業(yè)內(nèi)極具應(yīng)用價(jià)值.

柔性制造技術(shù)廣泛應(yīng)用于針織行業(yè)和服裝行業(yè)，不僅解決了批量加工不同尺寸服裝的難題，而且提升了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)能，在個(gè)性化定制消費(fèi)理念盛行的今天，它給予生產(chǎn)線多功能、高產(chǎn)量的優(yōu)勢(shì).國(guó)內(nèi)產(chǎn)出代表性設(shè)備有針織印染前處理機(jī)、印花機(jī)、印染后整理機(jī)［15-17］，是目前針織產(chǎn)品高效柔性生產(chǎn)的主流設(shè)備；岱銀集團(tuán)的卓郎金壇圓盤式清梳聯(lián)設(shè)備［18］，實(shí)現(xiàn)多種纖維靈活加工；富怡集團(tuán)柔性制造設(shè)備將被芯從梳棉到絎縫、裁剪的一體化生產(chǎn)，不僅提升了產(chǎn)品質(zhì)量而且經(jīng)濟(jì)效益也得到顯著提升.

中國(guó)工程院院士姚穆指出集中精力利用機(jī)器人技術(shù)處理環(huán)錠紗細(xì)紗機(jī)斷頭問(wèn)題［19］，完成柔性生產(chǎn)是當(dāng)前紡織工業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)問(wèn)題.從行業(yè)應(yīng)用案例中也可以看出，工業(yè)機(jī)器人和柔性制造加工技術(shù)在降低紡織工業(yè)勞動(dòng)成本、提升經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量等方面都有著不可替代的優(yōu)勢(shì)，是今后紡織工業(yè)生產(chǎn)線改造的可行性方案之一.

2.3 智能化管理技術(shù)

紡織工業(yè)智能化管理技術(shù)是指企業(yè)管理層通過(guò)終端網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)調(diào)控企業(yè)資源計(jì)劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、供應(yīng)鏈管理（Supply Chain Management，SCM）、制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行管理系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）、產(chǎn)品生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（Customer Relationship Management，CRM）等項(xiàng)目安排，完成從產(chǎn)品的原材料購(gòu)買到生產(chǎn)、最終將成品銷售到顧客手中整個(gè)過(guò)程的管理，如圖2所示.在傳統(tǒng)紡織工業(yè)生產(chǎn)管理缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的情況下，結(jié)合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的智能連接和人機(jī)交互，可以有效地規(guī)范各類信息資源，明確在崗人員的管理職責(zé)和業(yè)務(wù)流程，使各類信息集成共享，實(shí)現(xiàn)工作效率優(yōu)化，提高企業(yè)營(yíng)運(yùn)資金的利用率［20］.同時(shí)管理者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，遇到問(wèn)題實(shí)時(shí)做出調(diào)整，并為搭建紡織工業(yè)智能制造公共服務(wù)平臺(tái)［21］、實(shí)現(xiàn)集成管理、優(yōu)化工藝路線提供有效支持.

圖2 智能化管理系統(tǒng)

2.4 智能化生產(chǎn)技術(shù)

從紡織企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展進(jìn)程可以得出：自動(dòng)化技術(shù)→工業(yè)機(jī)器人和柔性制造技術(shù)→智能化管理→智能化生產(chǎn)之間是一個(gè)層層遞進(jìn)的關(guān)系，隨著技術(shù)的迭代，后者包含前者最終形成智能化生產(chǎn)模式.隨著B(niǎo)B智能工廠標(biāo)準(zhǔn)（如圖3所示）和新型關(guān)鍵技術(shù)的推進(jìn)，紡織工業(yè)未來(lái)將是IT向DT轉(zhuǎn)變的時(shí)代［22］，并結(jié)合人工智能技術(shù)，形成全面互聯(lián)、數(shù)據(jù)智能、智能制造的新模式.

圖3 BB智能工廠標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)試點(diǎn)紡織企業(yè)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，開(kāi)發(fā)適用于生產(chǎn)線的智能化生產(chǎn)設(shè)備已取得大量的技術(shù)成果.如北京經(jīng)緯紡機(jī)新技術(shù)有限公司研發(fā)的經(jīng)緯e系統(tǒng)、福建睿能公司的橫機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云服務(wù)平臺(tái)、佛山南海天富公司的染色機(jī)中央控制管理系統(tǒng)和染色機(jī)能源檢測(cè)系統(tǒng).上述智能化生產(chǎn)技術(shù)呈現(xiàn)出生產(chǎn)過(guò)程可控、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，并且減少了生產(chǎn)線的人工干預(yù)，產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短20%，殘次品率下降30%.目前此類智能化技術(shù)已在試點(diǎn)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用［23］，同時(shí)在國(guó)內(nèi)實(shí)體業(yè)轉(zhuǎn)型的案例中，紡織工業(yè)已走在前列.

3 紡織智能化生產(chǎn)技術(shù)對(duì)紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的影響

從紡織智能化生產(chǎn)技術(shù)對(duì)試點(diǎn)紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展現(xiàn)狀產(chǎn)生的影響來(lái)看，當(dāng)下智能化生產(chǎn)技術(shù)和紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型相結(jié)合，使得試點(diǎn)企業(yè)突顯出結(jié)構(gòu)調(diào)整持續(xù)深入、經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)定增長(zhǎng)、創(chuàng)新能力穩(wěn)步提升、綠色發(fā)展成效明顯的特點(diǎn)，更加適應(yīng)未來(lái)工業(yè)發(fā)展趨勢(shì).

以紡紗試點(diǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型前后為例，比較分析其用工人數(shù)、生產(chǎn)成本、故障率、產(chǎn)能變化等指標(biāo)（如表1所示），從表1中可以看出：在國(guó)家對(duì)紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型的政策扶持下，紡織行業(yè)攻克了許多智能化的關(guān)鍵技術(shù)，交叉領(lǐng)域技術(shù)深入融合，成套智能化紡紗設(shè)備被不斷產(chǎn)業(yè)化，智能紡紗試點(diǎn)企業(yè)的產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)效益得到了明顯提高，加速了紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型的步伐.

表1 紡紗業(yè)轉(zhuǎn)型前后生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比

2018年中國(guó)國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)暨ITMA亞 洲展覽會(huì)上展出的印染、針織、機(jī)織等領(lǐng)域的智能化設(shè)備數(shù)量有較大幅度的增長(zhǎng)（如圖4所示），并且國(guó)內(nèi)自主研發(fā)設(shè)備逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，證明國(guó)內(nèi)紡織工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為主流趨勢(shì)［24］，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的快速提升、節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)的綠色發(fā)展目標(biāo).從試點(diǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型成功案例中可以得知：轉(zhuǎn)型后企業(yè)減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和成本支出，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，并獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益.現(xiàn)階段的人工智能技術(shù)也在逐步融入紡織智能生產(chǎn)過(guò)程，利用人工智能檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化紡織的工藝流程［25］，也是目前智能化轉(zhuǎn)型的一部分.

圖4 2018年中國(guó)國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)展出設(shè)備數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

4 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)紡織工業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型尚處于探索階段，同時(shí)遇到諸多技術(shù)問(wèn)題還有待突破：

（1）紡織企業(yè)兩化融合理念雖解決了單機(jī)設(shè)備互聯(lián)互通、工藝參數(shù)控制的技術(shù)難題，但模塊自動(dòng)化技術(shù)向區(qū)塊鏈智能化轉(zhuǎn)換銜接技術(shù)仍不成熟，潛在生產(chǎn)力不能完全體現(xiàn)，將是我國(guó)紡織工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的主攻方向.

（2）在紡織企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人技術(shù)和紡織工藝的深度融合，急需攻克細(xì)紗斷頭、自動(dòng)接頭技術(shù).

（3）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和新型管理技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的智能管理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)終端動(dòng)態(tài)管理.

（4）由于諸多新型技術(shù)的交叉應(yīng)用，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的引入，還需建立相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，解決產(chǎn)業(yè)技術(shù)安全、工程倫理等問(wèn)題.