襯布智能化定形機的創(chuàng)新和開發(fā)

張 弘

（江蘇海大紡織機械股份有限公司，江蘇無錫 214112）

隨著我國人力資源紅利下降、原材料價格上漲和國家環(huán)保管控要求的提高，紡織企業(yè)的生產(chǎn)成本有較大幅度的提高，特別是2020年初新冠肺炎疫情的發(fā)生和常態(tài)化，以及中美貿(mào)易摩擦和政治環(huán)境的變化，其后果突出表現(xiàn)為紡織市場和紡織服裝出口的需求呈現(xiàn)波動性減弱趨勢。作為服裝輔料的襯布材料訂單明顯下降，襯布價格競爭激烈，利潤空間下降，但質(zhì)量好、檔次高的襯布訂單下降較少，甚至有部分產(chǎn)品出現(xiàn)訂單提升現(xiàn)象，這說明開發(fā)高檔襯布和提升襯布質(zhì)量的需求顯而易見，成了襯布行業(yè)乃至紡織企業(yè)的當務之急。

中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會襯布材料分會于2019年11月組建成立了“襯布智能裝備創(chuàng)新聯(lián)盟”，聯(lián)合國內(nèi)先進的專業(yè)設備制造單位與襯布產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)進行深度融合，提出對襯布行業(yè)內(nèi)重要生產(chǎn)裝備進行專業(yè)化、智能化、數(shù)字化的創(chuàng)新和研發(fā)，使其能達到國際先進水平。為提高襯布材料行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，提供裝備保障和智能制造基礎，研發(fā)和制造襯布專業(yè)化智能化定形機是其中一項任務。

定形機是襯布材料染整加工生產(chǎn)過程中必不可少的重要裝備，對產(chǎn)品質(zhì)量的提升和穩(wěn)定、開發(fā)高檔襯布產(chǎn)品起到至關(guān)重要的決定性作用。作為本項目的主要科研和制造承擔單位——江蘇海大紡織機械股份有限公司參與了調(diào)研、研發(fā)、制作、實驗等全過程，會同襯布材料分會對襯布行業(yè)內(nèi)多家重點龍頭企業(yè)進行了調(diào)研和分析，對比和歸納了國內(nèi)外各種類型定形機的性能和優(yōu)缺點，找出解決技術(shù)關(guān)鍵的共性問題，擬定創(chuàng)新標準和研發(fā)方案，對定形機及其輔助配置進行技術(shù)改造和建模設計，以適合高檔襯布專業(yè)化生產(chǎn)，并協(xié)同大專院校和研發(fā)單位對智能化裝置（感應器、檢測控制系統(tǒng)等）進行配合研發(fā)和應用，共同建立智能制造系統(tǒng)基礎。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀和分析

較高端的定形機制造主要在歐洲、日本，其次是韓國、中國臺灣等，我國的定形機制造產(chǎn)業(yè)雖然經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，在數(shù)量上已是世界第一，但在質(zhì)量、性能、智能化等方面與國際先進水平相比尚有一定差距；在某種層面上講，也限制了我國高端襯布的研發(fā)和高品質(zhì)襯布的生產(chǎn)，即襯布產(chǎn)品檔次與國際先進水平有較大距離，特別是低單位面積質(zhì)量輕薄型的襯布。

主要差距體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）裝備的材料和機械結(jié)構(gòu)與國際先進水平存在差距，表現(xiàn)在設備使用壽命和維護周期、整機的運行穩(wěn)定性、烘房箱內(nèi)溫度均勻性、紡織材料在定形機烘房箱內(nèi)狀態(tài)的監(jiān)控和控制等方面；（2）裝備的智能化、數(shù)字化、自動化程度較低，包括各種工藝參數(shù)的采集方式和精度、自動控制程度以及各種在線檢測系統(tǒng)（包括感應器、信息反饋等），缺少完善、高效的數(shù)據(jù)顯示、采集、傳輸、存儲系統(tǒng)，特別是隨機跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量疵點的在線檢測裝置尚未在定形機上真正應用，盡管國內(nèi)已有許多企業(yè)在這方面進行了研發(fā)，但沒有真正達到生產(chǎn)要求；（3）定形機能耗大、熱能利用率較低、廢氣凈化效果不理想，目前國內(nèi)大多數(shù)染整企業(yè)采用噴淋、靜電除油等廢氣凈化裝置，存在安全隱患和維護操作不便等問題；（4）不同染整機械企業(yè)生產(chǎn)的定形機機型沒有細化類別，即沒有個性和柔性設計的專業(yè)化定形機，實際上產(chǎn)業(yè)用紡織品（例如高檔的輕薄型襯布）的定形設備與普通服裝、家紡面料的定形機是有很大差異的，特別是烘房箱內(nèi)噴風管熱風風量、風壓、風速等是較為重要的因素，這些結(jié)構(gòu)差異嚴重影響產(chǎn)業(yè)用紡織品的質(zhì)量和檔次；（5）由于我國襯布行業(yè)起步較晚，行業(yè)規(guī)模小，受到各種歷史原因、傳統(tǒng)工藝和管理理念等方面的影響，連接定形機智能化控制的ERP和MES等生產(chǎn)管理軟件在襯布行業(yè)中還沒有普遍應用。

2 影響襯布定形的主要工藝因素和烘房箱內(nèi)流體模型的建立

襯布材料在服裝中起到骨架支撐作用，通過襯布的造型、補強、保形等作用，服裝才能形成形形色色的款式，特別是輕薄型高檔襯布材料更是高檔服裝的精髓和重要部件。襯布質(zhì)量的穩(wěn)定性直接影響服裝的外觀和服用壽命，因此定形生產(chǎn)環(huán)節(jié)十分重要。尤其是熱熔粘合類襯布和高檔輕薄型襯布，為提高襯布材料的產(chǎn)品檔次和質(zhì)量穩(wěn)定性，必須提高其定形生產(chǎn)裝備的技術(shù)水平。

高檔襯布有別于其他紡織品面料，特質(zhì)是“輕、薄、稀”，檔次越高特質(zhì)越明顯，對于生產(chǎn)裝備也有其特殊要求：襯布面料輕薄，生產(chǎn)過程中要求張力低和恒定，以免引起織物組織結(jié)構(gòu)變形、強力損傷和緯斜等瑕疵；同時在生產(chǎn)過程中，輕薄型襯布對于定形機的風壓較為敏感，織物緯密的細微變化會嚴重影響襯布的單位面積質(zhì)量均衡和受熱加工均勻性，對于超喂調(diào)節(jié)精度要求高。因此，影響定形機產(chǎn)品質(zhì)量的因素除了浸軋軋余率、定形溫度和時間、超喂量和精度調(diào)節(jié)、落布溫度和運行張力等，還有噴風口的風壓風量、布面含濕量、織物布面在烘房箱內(nèi)各階段狀態(tài)等。在目前國內(nèi)許多襯布染整企業(yè)實際生產(chǎn)操作過程中，這些要素大多數(shù)都是人為地憑視覺、手感以及經(jīng)驗操作，實際效果嚴重影響襯布產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，也影響了高檔襯布的研發(fā)和創(chuàng)新。因此，迫切需要實現(xiàn)襯布定形機的數(shù)字化顯示、自動化調(diào)節(jié)和智能化控制。

根據(jù)襯布材料的特性，特別是超薄型低單位面積質(zhì)量的高檔襯布，對定形機熱風風量和風壓是較為敏感的，要求風量大、風壓小。通過裝置實驗，應用現(xiàn)代化CFD流體分析軟件建立烘房箱內(nèi)流體模型，設計和制作不同的噴風管形式：噴風管出風口形狀、風口導向板以及雙層噴風口等如圖1所示。針對不同單位面積質(zhì)量和組織規(guī)格的面料，需要調(diào)節(jié)不同風量和風壓，既要求整體布面風壓均衡，又要求進行充分的熱傳導，達到烘干、加熱和定形等作用，防止對布面結(jié)構(gòu)的破壞，或者產(chǎn)生“邊中差”等瑕疵。同時，采用高耐磨材料，確保無油軌道耐磨性，延長設備的使用壽命和運行穩(wěn)定性。

圖1 襯布定形機烘房噴風管三維圖

3 定形機智能化系統(tǒng)的研發(fā)和應用

無論是生產(chǎn)印機的機械企業(yè)還是應用印機的染整企業(yè)，在設計制作智能化方案前，首先要明確目標、標準和要求。雖然每個工廠具有不同工藝路線配置，但肯定有一致的工藝因素和目標，只是產(chǎn)品種類、工藝數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)有變化。因此，定形機智能化系統(tǒng)設計的團隊必須由工藝技術(shù)、智能制造、裝備設計等人員組成，根據(jù)不同產(chǎn)品或不同客戶需要設定技術(shù)標準和質(zhì)量要求，進行個性化柔性定制。

3.1 開發(fā)定形機智能化體系的途徑

（1）首先確定影響生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量等主要因素，例如溫度、濕度、速度、時間、風量、風壓、軋余率、超喂、張力、緯斜和扭曲等；（2）對每個工藝、質(zhì)量要素點等要有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集以及分析，即通過傳感器信息處理、數(shù)字輸送、數(shù)據(jù)存儲和相應軟件應用等，工藝條件與質(zhì)量以數(shù)據(jù)形式顯示（數(shù)字化），同時采集數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫和集控中心；（3）反饋信息和數(shù)據(jù)處理，即通過人機界面預先設置計算機算法等以接收和處理數(shù)據(jù)，再通過控制器、驅(qū)動器等達到自動調(diào)節(jié)和智能控制，例如各箱烘房溫度的檢測和控制、運行速度設置和控制、緯密檢測和自動調(diào)節(jié)等；（4）各個智能控制器協(xié)調(diào)、協(xié)同系統(tǒng)的反饋和聯(lián)合執(zhí)行，達到人工智能自動調(diào)節(jié)要求，最終達到設定目標。

3.2 襯布定形機的智能化開發(fā)

確保產(chǎn)品質(zhì)量重現(xiàn)性和提升制成率，品質(zhì)管控將更穩(wěn)定，操作更便捷；實現(xiàn)無人或少人化操作，在確保產(chǎn)品質(zhì)量和提升檔次的前提下，降低用工成本；節(jié)能減排，達到綠色環(huán)保要求；提高設備利用率，維護簡單方便，提升設備運行穩(wěn)定性；結(jié)合現(xiàn)有的智能化裝置、高效自動控制系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，更有利于高檔襯布的新品開發(fā)和提高襯布產(chǎn)品附加值。

3.3 襯布定形機的應用

應用、開發(fā)各項自動檢測裝置和智能化系統(tǒng)，并制作成高檔襯布專業(yè)定形機，在襯布龍頭企業(yè)應用運行，達到預定目標和要求。

主要有以下子項目：（1）進布正反面圖像檢測監(jiān)控裝置和縫頭圖像檢測報警裝置。（2）張力控制調(diào)節(jié)裝置，從進布、浸軋、上針至落布全過程運行中，襯布材料始終要保持低、恒張力控制，且可數(shù)字化設置、監(jiān)測和顯示、自動可控調(diào)節(jié)。（3）化料桶液位監(jiān)控報警裝置和軋槽液位監(jiān)控報警裝置。（4）光電整緯或者圖像處理系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)和糾正緯斜、緯弧等變形瑕疵。（5）進出布緯密檢測裝置和超喂量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（6）烘房工作狀態(tài)監(jiān)控和控制，即溫度檢測和自動控制，確保定形工藝溫度的穩(wěn)定；上下循環(huán)噴風管風壓檢測裝置，確保低單位面積質(zhì)量高檔襯布的生產(chǎn)；過濾網(wǎng)上下風壓監(jiān)控檢測，確保烘房箱內(nèi)風量穩(wěn)定。（7）出布有襯布布面質(zhì)量瑕疵在線質(zhì)量檢測系統(tǒng)，具有分類評分、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、存儲和輸出、自動打印、瑕疵圖像顯示等功能。（8）工藝參數(shù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和顯示、指令設置人機界面交流，采用數(shù)字化顯示是工藝數(shù)值化的基本保障；生產(chǎn)信息采集的數(shù)字反饋，數(shù)據(jù)運作的計算機控制，數(shù)字指令的執(zhí)行器應答，形成全數(shù)字控制系統(tǒng)。

襯布智能化定形機結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 襯布智能化定形機

4 結(jié)束語

如何擇優(yōu)選型和綜合利用好以上新技術(shù)、新裝備，并在此基礎上結(jié)合行業(yè)工藝技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)的需求深入研發(fā)，形成系統(tǒng)化、智能化、產(chǎn)業(yè)化，是“襯布智能化高性能專業(yè)化定形機”項目的重點任務和方向。以新一代的智能化高性能定形機為目標，通過專業(yè)裝備制造企業(yè)與襯布材料制造企業(yè)的聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)適應襯布行業(yè)需求的新型裝備，整體裝備達到國際先進水平，填補國內(nèi)襯布專業(yè)化智能化定形機空白，有利于襯布企業(yè)開發(fā)高檔新型產(chǎn)品。

已經(jīng)取得的成績和需要進一步改進的方面如下：（1）對定形機關(guān)鍵部件材質(zhì)進行提升，開發(fā)和應用新型耐磨材料，提高裝備使用壽命和生產(chǎn)運行的穩(wěn)定性。（2）制造適應高檔襯布產(chǎn)品開發(fā)和高質(zhì)量生產(chǎn)的定形機，重點在5個方面：噴風管風量風壓的控制和調(diào)整；進出布緯密檢測和自動控制；提高烘房箱內(nèi)工藝條件的精度控制；全機運行保持低恒張力控制；質(zhì)量在線檢測和監(jiān)控。（3）研發(fā)和應用高靈敏度的傳感器，提高定形生產(chǎn)工藝參數(shù)采集精度，高靈敏度的執(zhí)行機構(gòu)可提高控制精度。（4）電氣控制柜專門設置各種接口，連接各種檢測信息和發(fā)送傳遞數(shù)據(jù)，連接集中控制系統(tǒng)和云計算、云傳輸?shù)?。?）研發(fā)和應用產(chǎn)品質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)，對布面疵點類型的識別和分類，記錄、儲存疵點信息，打印質(zhì)量報表等。（6）正在研發(fā)內(nèi)置式定形機廢氣凈化裝置，對定形機排放氣體確保環(huán)保要求和熱能回收利用，真正達到節(jié)能減排的目的。（7）建立和培養(yǎng)一支可操作、會維護自動化智能化定形機人才隊伍也是至關(guān)重要的。