織造企業實現智能化生產的可行性探討

　　摘要:探討織造企業實現智能化生產的可行性。分析了傳統織造企業生產方式實現智能化升級的基本條件，實現全面智能化存在的難點。提出通過組織合作開發，織造企業實現智能化生產具有一定可行性，在降低用工成本、提升產品質量、提高生產效率方面具有優勢。認為：織造企業實施智能化生產符合紡織業發展方向。

　　周建才， 棉紡織技術 發表時間：2021-09-30

　　關鍵詞:織造企業;數字化;智能化;用工成本;噴氣織機;物聯網

　　當前新一代信息技術在紡織企業不斷深化應用，企業數字化轉型基礎日趨堅實。紡紗企業及時抓住機遇，數字化、智能化生產已經實現，效果明顯[1]。而織造企業仍采用以人力為主的傳統生產模式，與紡紗企業相比，近幾年無論是從改造力度還是資金投入上都有較大差距。隨著市場競爭的不斷加劇以及原材料價格上升、能源緊張、企業員工成本提高等不利因素的增多，紡織企業盈利能力普遍下降。同時在時尚化的今天，訂單具有小批量、交期快的特點，傳統織造企業的生產模式已經越來越難以適應當前的發展需求，迫切需要提高反應速度與盈利能力來應對市場變化。長遠來看，隨著我國人口紅利的消失及勞動力成本的升高，打造織造數字化、智能化企業是未來產業升級和進步的必由之路[2]。作為紡織產業中的重要一環，織造產業實現數字化、智能化也非常必要和重要。

　　1 織部實現數字化、智能化的基礎

　　當前國產設備取得了長足發展，不僅單機自動化、信息化水平較高，而且各種管理系統和工業機器人已有開發與應用，具備了較好的自動化基礎。從投資成本考慮，以國產設備為例，探討織造企業的數字化、智能化技術。

　　1.1 單臺織造設備自動化程度較高

　　單臺織造設備具有較高自動化程度是實現數字化、智能化織造企業的基礎。目前國產織造設備單機具備遠程聯網功能，能夠實現遠程監控、診斷、數據統計、傳輸等功能;具有常用品種上機工藝參數數據庫系統，更換品種時可以一鍵到位，減少調機時間;具有機臺車速自動調整功能;具有與數字化、智能化織造企業物流控制系統的信息接口。總體而言，織造設備的自動化程度整體較高，具有一定的自動化、智能化條件。

　　1.1.1 國產整經機

　　KY6081 型整經機數字化、智能化主要體現在：整經總頭份監控，紗線斷頭后直接顯示斷頭位置。整經機與企業的 ERP 系統聯網，實時上傳數據，可在整經機附近的附房里安裝計算機，將傳來的工藝由人工經觸摸屏錄入到整經機，實行無紙化操作。該整經機具有比較成熟的自動上筒裝置，配置的 KYD 小 V 形自停筒子架安裝有更多的傳感器，導紗輥傳感器檢測到紗線在導紗輥發生纏繞后，可實現整經自動停車;飛花檢測傳感器通過照相識別到飛花堆積，然后自動停車。整經機筒子架張力通過步進電機實現自動調整。當前整經機自動上筒、下管系統已趨于成熟。廣東溢達紡織有限公司研發了整經自動裝筒系統，采用自動化裝筒，生產過程智能監控，包括生產進度監控、效率監控、產量記錄、異常報警，可滿足各種包裝類型紗線裝筒需求，垛板紗全自動裝筒，夾具自動切換。送料系統方面，實現自動定位，筒子紗準確轉移，大小頭無區分。同時實現筒紗自動回收、自動補料、自動定位，最終達到提高效率、降低成本、改善質量、降低勞動強度的效果。山東魏橋等企業也應用有整經機自動上筒、下管系統。該系統相對成熟，可以推廣，當前主要的問題是投資成本比較高。此外，在機器人上落軸系統、筒子架自動找斷頭系統等方面還有待進一步研發。

　　1.1.2 國產漿紗機

　　目前國產漿紗機智能化主要體現在自動、精準控制方面。如 XS620BE 型九單元雙漿槽漿紗機各區張力和伸長實現自動控制;漿槽壓漿輥壓力隨車速自動調節;烘筒溫度實現自動控制;三輥式漿槽的創新設計使漿槽濕伸長和上漿率的控制相對穩定;伺服驅動器與伺服電機共同實現漿紗機精準傳動。國產漿紗機在自動控制方面，增加自動控制系統對單機臺來說費用比較大，織造企業不能接受，目前推廣力度不大。此外，經軸退繞單軸單控，上漿率在線自動檢測控制有待進一步研究開發。

　　在自動調漿方面，研發了模塊化智能調漿系統，主要包括原料存儲計量模塊、預調漿模塊、漿料生產及供給系統、智能化控制系統。經過幾年的自主創新和研究開發，模塊化智能調漿系統已經產品化，并且在一些有代表性的紡織企業成功應用，受到好評。

　　1.1.3 國產自動穿綜機

　　傳統的人工穿經穿錯率高、效率低、勞動強度高，已不能滿足現代紡織企業小批量、多品種、高難度、交期短的發展趨勢。因此，全自動穿經機廣泛應用于當前智能化紡織車間中。自動穿經機采用機器視覺技術對鋼筘位置和寬度信息進行識別，實現精準定位;同時利用張力傳感器實時監測紗線張力變化，控制系統通過紗線張力變化實現單雙紗識別;運用總線式伺服控制技術使設備運行更加穩定可靠;結合人性化交互技術，通過人機界面實現系統參數的輸入、綜絲花形的配制、故障診斷及報警等，實時監控系統的運行狀態，界面友好，操作方便。綜合而言，自動穿經技術的出現有效提高了企業的生產效率、產品質量，同時節約了勞動成本。以我國自主研發的YXS-A 型自動穿經機為例，其依托于實時準確的數字采集技術，自動傳感檢測設備、各模組的運行狀態實時進行監控并統計，通過智能分析設備運行的數據，對自動穿經機狀態進行自我檢測和自我診斷，為設備維護管理人員提供精確的維修對策方案選項，真正減少了不可預測因素對生產的影響，讓設備可以提前預警，給生產提供足夠應變時間，保障生產持續性。多家紡織企業反饋，自動穿經機運行穩定，故障少，穿綜效率高，與進口設備相比物美價廉。RFAD10 型自動穿經機也可高效率地完成各類紗線和組織的穿經工作。

　　1.1.4 國產噴氣織機

　　噴氣織造具有用工多的特點，為了減少用工降低織造成本，有紡機企業開發了緯紗故障自動處理裝置(以下簡稱 APR)。當織機發生斷緯停機時，該裝置可以把織機梭口內的故障緯紗自動拉出，剪掉后自動恢復織機運行，極大減輕了擋車工的工作量，使擋車工將主要精力放在處理斷經上，基本不用處理緯停，可以明顯提高擋車工看臺數量。如山東日發紡織機械有限公司研發的 APR 裝置，采用氣動剪刀機構進行故障緯紗剪斷，動作準確可靠;采用光電探紗機構進行緯紗檢測，可以確保緯紗全部拉出梭口，同時在故障緯紗拉斷時又可以自動報警，避免因此導致的布面疵點;采用步進電機驅動壓力機構進行緯紗抽取，可以通過電子計時控制緯紗長度及調整抽出時間，針對不同緯紗可以保證最短處理時間。APR 裝置的控制系統可與織機電控系統進行有機銜接，各機構動作協調有序，具有較高的成功率。使用該裝置后擋車工看臺數量可提高 50%左右。目前該裝置在全國普及使用率不高。

　　近年來，通過對國外設備技術的引進、吸收、消化和創新，國內織機開口制造企業已制造出智能化電子多臂開口裝置。與傳統的機械多臂開口裝置相比，新型的電子多臂開口裝置在功能、車速、效率、能耗及穩定性上都有很大的優勢。如江蘇牛牌紡織機械有限公司開發的電子多臂開口機構，以良好的使用效果，作為數字化重點技術得到推廣。浙江科趣智能設備有限公司開發的織機智能斷經自停技術，相當于在織機上安裝了“眼睛”，通過神經網絡學習，可進行紡織品中的斷經、斷緯、粗節、稀密路、雙緯、松緯、污漬等疵點的檢測，集自動探測、疵點定位、缺陷分類、質量評估等多種功能于一身。

　　此外，新一代網絡化、智能化噴氣織機也已經面世。RFJA40 型高速噴氣織機實現了控制系統模塊化，設計了動平衡大扭矩打緯機構，采用了新型電磁閥控制技術及配氣系統，開發了織造工藝專家系統，實現了智能化生產。但織機的自動上織軸系統、自動落布系統還需要加大研發力度。另外，JA93-190-360 系列噴氣織機性能先進，更加合理的機架和經紗張力控制系統使高速織造重磅織物更加穩定，引緯系統更加高效節能。

　　1.1.5 自動驗布機

　　目前織造企業以過去折疊包成件為主改變為卷裝為主，主要是為了減少布面折痕，特別適合萊賽爾類品種的成件要求。浙江舜龍紡織機械有限公司開發優化智能制造建設方案，實施智能驗布系統，實現對坯布檢驗的自動判級、包裝以及分垛倉儲。目前該系統在白坯廠使用不多，主要原因是需要整理空間大，投資成本高。在色織行業相對普及率高。另外，蘇州松智能機器科技有限公司開發的織物智能檢測驗布機已經在多家紡織企業使用。其性能特點在于看得更準,最小可實現0.2 mm瑕疵的檢測，綜合識別率可達85%以上;處理更快，在最大40 m/min的驗布速度下實現快速分析，是肉眼檢測的數倍; 全伺服驅動，無張力輸送，適應多種織物;全系列產品搭載人工燈箱看臺，人機檢查對照清晰無誤;全系列搭載疵點標記系統，自動標記;織物適用范圍大，除色織提花織物外均可被檢測。

　　1.2 在 ERP 的基礎上實行 EMS 管理系統

　　充分利用數據采集系統、生產制造過程管理和優化的集成運行系統(以下簡稱 MES)以及企業資源計劃系統(以下簡稱 ERP)實施織造智能化，從產品設計、原料采購、生產、倉儲、物流、服務全過程進行系列智能控制。與傳統織造企業不同，數字化、智能化織造企業內通過設置一臺中央服務器，對各織造設備進行信息采集，各機臺生產工藝、管理等信息均由中央服務器統一協調指揮，實時整理匯報出各機臺的工作效率、故障信息，實現產量班報、日報數據統計和故障排查等。江南大學成功開發了織造車間 MES 系統，目前有多個織造企業在使用。其他的 MES 系統的主要內容都差不多。

　　1.3 完善物流調度控制系統

　　織造企業要實現數字化、智能化，中央物流控制系統必不可少。中央物流控制系統由硬件系統、軟件系統兩部分組成。硬件系統包括工控機、屏幕顯示器、控制盤柜(PLC)、線纜等。軟件部分主要包括工業采集軟件系統、物流調度軟件系統等。

　　物流調度軟件系統是數字化、智能化織造企業的核心，一個企業通常會有幾十臺甚至幾百臺織造設備，迎合市場需求，織造設備規格不一，同時每臺織機的了機以及落布是隨機的，且有多個品種在機，實際應用場景十分復雜。物流調度系統要根據實際生產需求，合理安排規劃各種操作，特別是多臺 不同 AGV 運輸車之間的協調、最合理運輸路徑的計算、優化及充電等環節，均需要全面考慮，并整合到系統里。同時所有移動控制設備的連接均需采用無線通訊方式。

　　1.4 采用專用 AGV 運輸車和儲軸架

　　通過物流控制系統的協調調度，實現車間落布、裝卸織軸的自動化控制，并實現織軸從整經、漿紗工序到織造車間的自動運輸管理;實現布輥從織造到驗布、打包工序的自動運輸管理;同時保證各個操作安全可靠。全部物流實現科學銜接、動態監控、集中定置管理。目前較成熟的有西安新紡工礦設備有限公司開發的軸庫上位機監控系統，現已在國內多家織造企業使用，找軸方便，運行可靠。

　　1.5 配合采用空調自控系統和安全防火報警自控系統

　　空調控制系統與企業內總服務器系統實現聯網，當機臺織造品種改變時，需要的溫濕度標準會在服務器數據庫中調用，再通過聯網系統控制空調系統進行實際調整，達到生產工藝要求的溫濕度。此外，安全可靠的防火報警自動控制系統也很必要，對于新的標準廠房設計，空調自動控制系統和防火報警自動控制系統都是必須采用的。

　　2 織部全面實現數字化、智能化升級的難點

　　與紡部設備智能化程度高相比，國產織造設備還沒有完全達到數字化、智能化制造水平。目前大部分織造企業仍然采用整經、漿紗、穿綜、織機織造、驗布、打包這一傳統工藝流程，單套設備數字化、智能化生產已經在使用，但整套數字化、智能化生產企業還沒有。織造企業在整經漿紗工序、織造工序、整理工序需要上下銜接的操作較多，經軸漿軸、布卷運輸環節也多，實現這些過程的自動化操作難度大、成本高，導致織造企業數字化、智能化生產實施緩慢[3]。全面實現織造企業數字化、智能化升級的主要難點如下。

　　(1)織造工序多，運輸環節長，需要配置不同規格 AGV 運輸車，給企業資金投入帶來困難。

　　(2)織造企業要實現智能化，準備工序、整理工序周轉空間要大，要有足夠的堆放空間和運輸通道。

　　(3)織造企業積極實施數字化、智能化改造取得了一定成果，為產業的信息化、智能化打下了基礎。但要應用于生產，投入的資金較大，目前還沒有現成的案例，需要各主機企業不斷投入和持續研發，也需要行業協會、科研院校、國家的鼓勵資金支持。

　　根據紡部智能化升級的經驗，織部數字化、智能化進程的加快，應以國家、行業重點支持項目為依托，由大型企業主動牽頭，做出一個織造樣板車間，從前到后對設備進行改造投入，并進行生產試驗，取得一定的效果后在全國推廣。浙江蘭溪實施的“4+X”數字化改造模式值得借鑒、推廣。

　　3 構建織部數字化、智能化的設想

　　織部數字化、智能化的目標是打造一個生產設備互聯互通、生產過程實時調度、物料傳送自動化、產品信息可追溯、車間環境智能監控、資源消耗智能監控、設計開發與生產聯動協同的智能化織部企業。

　　(1)理想數字化、智能化生產車間應該是寬敞整潔的，溫濕度相對穩定并可自動調節，高速運轉的自動化機器代替了原先眾多的織部工人，從前道準備到后整理全部通過 AGV 運輸車實現物料的自動輸送，人工承擔巡視和簡單操作任務，一改紡織勞動密集型產業的面貌。

　　(2)全自動化、具有國際先進水平的智能設備實現從整經到織物打包涵蓋套筒、輸送等環節的自動化控制。智能車間通過數字信息技術集成運用，結合 MES、ERP 等管理系統，實現智能車間信息化與 ERP 數據的完美集成。

　　(3)數字化、智能化車間全面實現生產全程自動化、控制系統智能化、在線監測信息化，相關數據通過傳感器上傳網絡，系統可以實時監測到生產線上每臺織機的情況，大大節約人力，提高效率。整個生產過程保持高度連續性，減少人工接觸產品的機會，產品質量得到進一步穩定和提高，極大提高生產效率。

　　(4)自動化、智能化、信息化是企業發展的必由之路，經過持續努力，織造企業實現全面自動化、智能化、信息化是可能的。