家紡智能制造技術架構

鄭寬，沈鋰鳴，李濤

（中國紡織建設規(guī)劃院，北京 100125）

前言

紡織服裝產業(yè)是勞動密集型產業(yè)，隨著勞動力成本上升及其觀念的變化，“招工貴、招工難”成為行業(yè)普遍存在的一大難題，智能制造可有效解決這一難題。根據(jù)2019 年阿里研究院報告顯示，紡織服裝產業(yè)數(shù)字化研發(fā)設計工具、數(shù)字化生產設備、數(shù)字化設備聯(lián)網率、智能制造就緒率分別為59.2%、45.6%、37.4%、5.7%[1]，智能化水平提升仍具有較大空間。如何實現(xiàn)“機器換人”成了企業(yè)突破發(fā)展的關鍵點。本文綜合文獻調研結果，提出了家紡智能制造的技術架構，為家紡企業(yè)建設智能制造提供了參考資料。

1 智能制造概述

1.1 智能制造的概念

我們經常會聽到數(shù)字化工廠、智能工廠、智能制造等詞匯，不同學者對于上述名詞的解釋不盡相同，作者認為其中較為合理的一種解釋是：數(shù)字化工廠是由數(shù)據(jù)組成的綜合網絡，本質是信息的集成；智能工廠是數(shù)字化工廠的升級版，可將多維度資源融合，形成最佳的系統(tǒng)結構，并具備自主學習、維護能力，實現(xiàn)了人、機的有效交互；智能工廠是智能制造的一部分，除了工廠的智能化，也包括分析推理、管理決策和發(fā)展判斷的智能化。

1.2 智能制造的框架及關鍵技術

2015 年我國首次發(fā)布了《國家智能制造標準體系建設指南》，提出了智能制造系統(tǒng)框架，如圖1 所示。該系統(tǒng)架構由生命周期維度和系統(tǒng)層級維度組成的平面自上而下依次映射到智能特征維度，涉及智能裝備、智能工廠、智能服務、智能賦能技術、工業(yè)網絡五類關鍵技術。

圖1 智能制造系統(tǒng)架構①Fig.1 Intelligent manufacturing system architecture

鄭曉敏[2]、趙雋鴿[3]、趙妮[4]等多位學者參考此模型提出了紡織服裝企業(yè)智能制造成熟度評價方法。其評價過程是：首先根據(jù)智能化水平將預設智能制造分為多個層級，設定不同層級所對應的分值；其次將智能制造系統(tǒng)架構由三維拆分為二維，以生命周期和系統(tǒng)層級為基礎，通過專家打分等方法獲得企業(yè)的分值，使用加權平均法等方法計算出結果；最后，判斷該企業(yè)的打分屬于智能制造的哪一層級，獲得該智能制造的成熟度評價。

1.3 智能制造行業(yè)標準

目前已經有多項智能制造行業(yè)標準發(fā)布，如GB/T40647-2021《智能制造系統(tǒng)架構》、GB/T39116-2020《智能制造能力成熟度模型》、GB/T40659-2021《智能制造機器視覺在線檢測系統(tǒng)通用要求》等。服裝行業(yè)已經發(fā)布了相關多項標準，如T-CNGA 9-2019《服裝智能制造工廠體系架構》、T-CNGA 10-2019《服裝智能制造能力成熟度評估規(guī)范》、T/CNGA 14-2019《服裝智能制造軟件互聯(lián)互通接口規(guī)范》等，雖然還不完善，沒有涉及虛擬工廠等相關標準，但已取得階段性進步。家紡行業(yè)尚未有相關標準出臺。

2 家紡的特點及需求

2.1 家紡的特點

紡織品質地柔軟、有彈性導致生產過程中易變形，相對于電子器件等標準化產品實現(xiàn)智能制造存在一定困難，但相對于服裝而言，家紡產品以四邊形為主，尺寸相對固定，相對容易實現(xiàn)智能制造。因此家紡行業(yè)實現(xiàn)智能制造是紡織服裝產業(yè)實現(xiàn)智能制造的突破口之一。

2.2 家紡企業(yè)需求及技術架構

研究家紡企業(yè)主要部門的需求是構建智能制造技術框架的基礎，家紡企業(yè)主要部門的需求如表1 所示。部分需求為多部門共同需求，因此僅在需求程度最高的部門里提及。

3 家紡智能制造技術架構

目前有多位學者從不同角度出發(fā)提出了智能制造技術架構（由于不同學者對智能制造和智能工廠的解釋不同，部分學者提出的智能工廠框架可作為智能制造框架參考），如從技術層面出發(fā)，焦洪碩[5]提出了基于大數(shù)據(jù)技術、虛擬仿真技術、網絡通信技術的智能工廠框架；從需求層面出發(fā)，張泉靈[6]提出了基于智能決策、智能運營、智能操作、智能控制、智能監(jiān)測、智能機構六個維度需求所需一一對應的技術；從技術和需求同時出發(fā)，林萍[7]基于智能設計、智能生產、智能運營、智能服務維度，指出各維度一一對應的技術以及共用技術。不同的架構各有優(yōu)缺點：只從技術層面出發(fā)，架構層級分明，但無法直觀看到解決的相應需求；只從需求出發(fā)，需求明確，但存在同一技術解決多個需求的問題；同時考慮技術和需求，會發(fā)現(xiàn)大多技術覆蓋了產品全生命周期，重歸于以技術為基礎搭建架構的問題。值得一提的是，部分學者提出了虛擬工廠概念，如焦洪碩指出將智能工廠分為實體工廠和虛擬工廠兩個層級，實體工廠為虛擬工廠提供基礎數(shù)據(jù)，虛擬工廠為實體工廠提供數(shù)據(jù)分析、仿真生產、仿真驗證、仿真設計等。

基于上述考慮，并參考已經提出的架構，本文提出以各部門需求為出發(fā)點，本文將某項技術僅在其最需要的部分提及，其余部門不再重復的原則，提出了層級分明、結構清楚的智能制造框架。該技術框架是以“智能制造系統(tǒng)架構”為理論基礎，同時考慮生命周期、系統(tǒng)層級、智能特征三個維度，打造出的技術架構兼顧產品全生命周期、實現(xiàn)企業(yè)間相互協(xié)同、使用工業(yè)網絡實現(xiàn)個性化定制等新興業(yè)態(tài)。技術框架如圖2 所示。

圖2 家紡智能制造技術架構Fig.2 Home textiles intelligent manufacturing technology architecture

決策部門主要負責制定企業(yè)的發(fā)展方向，以及與企業(yè)間的合作關系等，考慮的是企業(yè)的宏觀層面。借助智能化數(shù)據(jù)采集、存儲、分析，明確企業(yè)內外部的資源、市場等情況，從而得出智能決策參考建議。決策部門參考智能決策建議以及原始資料，結合自主資料收集、分析、處理，最終得出符合本企業(yè)實際發(fā)展的階段性決策。其中，決策部門涉及客戶和供應商管理，由于客戶管理與銷售部門的關系更緊密，因此放在銷售部門內。輔助決策部門實現(xiàn)智能決策建議的相關技術包括數(shù)據(jù)挖掘、智能數(shù)據(jù)處理、分析、客戶關系管理系統(tǒng)SRM 等。

運營部門主要負責企業(yè)內部的運行管理，保障企業(yè)的生產、生活平穩(wěn)運行。涉及企業(yè)內部的資源協(xié)調，并對智能化辦公軟、硬件的需求最為迫切，涉及的主要技術包括企業(yè)資源計劃ERP、OFFICE 等。

研發(fā)設計部門的主要任務是根據(jù)客戶要求、市場需求研發(fā)設計出新產品，或是為占領行業(yè)高地研發(fā)新技術等。該部門對于設計素材、工藝參數(shù)等方面存在較大需求。家紡產品吸引人的第一印象來自圖案、色彩，其次是面料，最后是真實體驗。包含圖案素材庫、色彩流行趨勢等素材的知識庫至關重要。同時隨著家紡產品科技含量越來越高，對于產品研發(fā)過程中的試驗資料管理較為重視，且希望看到產品投產前的預期效果。因此涉及的技術包括數(shù)據(jù)庫存儲、計算機輔助設計軟件、智能仿真設計軟件、產品全流程管理等。

生產部門的任務是按照研發(fā)設計部門派發(fā)的工藝單，完成原材料采購到產品生產、質量檢驗的全流程。涉及的智能化設備、系統(tǒng)最多。理想情況下，通過設備、系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)從原材料獲取、裁剪、縫制、印染、熨燙、質量檢測、運送至倉庫的全流程智能化，僅有部分值班人員，通過車間或控制中心的電子看板監(jiān)測生產情況，也可通過手機、平板電腦等終端設備實時觀看、預警提示。涉及的技術包括智能生產裝備、智能搬運設備、App 軟件開發(fā)、智能監(jiān)測系統(tǒng)等。

物流部門的主要職責是將生產的產品及時、準確的派送到客戶手中。對于家紡產品而言，其門店數(shù)量相對較少，線上銷售的地位十分重要。線上銷售的特點是購買產品數(shù)量較少、產品種類繁雜、發(fā)貨地點不集中、希望實時了解自己的訂單配送情況等，因此智能倉儲、智能配送、實時定位等尤為重要。涉及的技術包括智能倉儲管理系統(tǒng)WMS、自動無人運輸系統(tǒng)PDP 等。

銷售部門的主要職責是制定銷售計劃、拓展客戶群體、精準營銷等。受限于門店租金的高成本，家紡產品展示占地面積較大，因此如何在門店內最大程度地實現(xiàn)產品展示至關重要。通過店內實體展示與虛擬仿真技術結合，可以有效解決這一問題。線上銷售同樣適用產品的虛擬仿真展示。通過智能監(jiān)測、爬蟲等技術收集顧客在門店內的停留時間、進門店次數(shù)、觸碰產品次數(shù)等，以及線上用戶產品瀏覽停留時間、點擊位置、瀏覽的產品種類等有助于實施精準營銷，也有利于智能AI、客戶數(shù)據(jù)統(tǒng)計集成平臺CDP 等。

服務部門責任范圍不斷擴大到對客戶、對合作企業(yè)、對企業(yè)內部等。將家紡智能制造中涉及的所有服務內容集成，并建立客戶化信息門戶，形成云服務平臺。該平臺的內容包括對客戶的產品展示、個性化定制、售后服務、廢舊產品處理或回收等；對合作企業(yè)的協(xié)同研發(fā)設計、協(xié)同運營、協(xié)同生產、協(xié)同物流等；對企業(yè)內部是企業(yè)資源的整合、虛擬工廠模擬研發(fā)設計、生產、產品驗證等。涉及的技術包括企業(yè)信息門戶系統(tǒng)EIP、工業(yè)網絡、以太網等。

4 結語

家紡行業(yè)出現(xiàn)了智能制造成功案例。在國家大力推進智能制造的背景下，以及企業(yè)主動向智能制造方向發(fā)展的內生動力下，目前紡織服裝產業(yè)智能化水平在不斷提升。家紡行業(yè)涌現(xiàn)出了部分智能制造成功案例，如夢潔家紡從2018 年著手智能工廠建設，開啟智能制造時代，已經取得了良好進展。截至目前，夢潔家紡擁有3 條全自動被芯生產線，實現(xiàn)了從喂料、梳理、縫制、裁切、包邊、檢測、打包等工序的自動化生產，從原料投放到被芯成品縫制完成僅需36 s，日產被芯3000 床。每條生產線僅需6 名工人。該企業(yè)還打通了全流程協(xié)同，實現(xiàn)了線上、線下銷售，并搭建了云平臺，實現(xiàn)云數(shù)據(jù)處理中心、辦公云平臺、云倉庫等功能。

多家企業(yè)為家紡行業(yè)實現(xiàn)智能制造提供技術支持。從家紡智能制造整體解決方案來看，蘇州瓊派瑞特科技股份有限公司（簡稱TPET）可以為家紡企業(yè)提供硬件、軟件、企業(yè)咨詢等全流程服務；從硬件來看，江蘇中馨紡織智能設備有限公司研發(fā)了家紡智能設備，如全自動毛巾縱開剪機、全自動毛巾鏈式縱縫機、全自動床品鋪布機等；從軟件來看，紹興環(huán)思智慧科技股份有限公司研發(fā)了服裝家紡ERP、BI 數(shù)據(jù)分析、可視化看板、移動App 等軟件。

日后隨著智能制造進程的不斷推進，底層技術的不斷突破，以及相關標準的不斷完善，家紡智能制造的成功案例將不斷增加。

注釋：

①圖片來源：《國家智能制造標準體系建設指南（2018 年版）》。