织造企业实现智能化生产的可行性探讨

　　摘要:探讨织造企业实现智能化生产的可行性。分析了传统织造企业生产方式实现智能化升级的基本条件，实现全面智能化存在的难点。提出通过组织合作开发，织造企业实现智能化生产具有一定可行性，在降低用工成本、提升产品质量、提高生产效率方面具有优势。认为：织造企业实施智能化生产符合纺织业发展方向。

　　周建才， 棉纺织技术 发表时间：2021-09-30

　　关键词:织造企业;数字化;智能化;用工成本;喷气织机;物联网

　　当前新一代信息技术在纺织企业不断深化应用，企业数字化转型基础日趋坚实。纺纱企业及时抓住机遇，数字化、智能化生产已经实现，效果明显[1]。而织造企业仍采用以人力为主的传统生产模式，与纺纱企业相比，近几年无论是从改造力度还是资金投入上都有较大差距。随着市场竞争的不断加剧以及原材料价格上升、能源紧张、企业员工成本提高等不利因素的增多，纺织企业盈利能力普遍下降。同时在时尚化的今天，订单具有小批量、交期快的特点，传统织造企业的生产模式已经越来越难以适应当前的发展需求，迫切需要提高反应速度与盈利能力来应对市场变化。长远来看，随着我国人口红利的消失及劳动力成本的升高，打造织造数字化、智能化企业是未来产业升级和进步的必由之路[2]。作为纺织产业中的重要一环，织造产业实现数字化、智能化也非常必要和重要。

　　1 织部实现数字化、智能化的基础

　　当前国产设备取得了长足发展，不仅单机自动化、信息化水平较高，而且各种管理系统和工业机器人已有开发与应用，具备了较好的自动化基础。从投资成本考虑，以国产设备为例，探讨织造企业的数字化、智能化技术。

　　1.1 单台织造设备自动化程度较高

　　单台织造设备具有较高自动化程度是实现数字化、智能化织造企业的基础。目前国产织造设备单机具备远程联网功能，能够实现远程监控、诊断、数据统计、传输等功能;具有常用品种上机工艺参数数据库系统，更换品种时可以一键到位，减少调机时间;具有机台车速自动调整功能;具有与数字化、智能化织造企业物流控制系统的信息接口。总体而言，织造设备的自动化程度整体较高，具有一定的自动化、智能化条件。

　　1.1.1 国产整经机

　　KY6081 型整经机数字化、智能化主要体现在：整经总头份监控，纱线断头后直接显示断头位置。整经机与企业的 ERP 系统联网，实时上传数据，可在整经机附近的附房里安装计算机，将传来的工艺由人工经触摸屏录入到整经机，实行无纸化操作。该整经机具有比较成熟的自动上筒装置，配置的 KYD 小 V 形自停筒子架安装有更多的传感器，导纱辊传感器检测到纱线在导纱辊发生缠绕后，可实现整经自动停车;飞花检测传感器通过照相识别到飞花堆积，然后自动停车。整经机筒子架张力通过步进电机实现自动调整。当前整经机自动上筒、下管系统已趋于成熟。广东溢达纺织有限公司研发了整经自动装筒系统，采用自动化装筒，生产过程智能监控，包括生产进度监控、效率监控、产量记录、异常报警，可满足各种包装类型纱线装筒需求，垛板纱全自动装筒，夹具自动切换。送料系统方面，实现自动定位，筒子纱准确转移，大小头无区分。同时实现筒纱自动回收、自动补料、自动定位，最终达到提高效率、降低成本、改善质量、降低劳动强度的效果。山东魏桥等企业也应用有整经机自动上筒、下管系统。该系统相对成熟，可以推广，当前主要的问题是投资成本比较高。此外，在机器人上落轴系统、筒子架自动找断头系统等方面还有待进一步研发。

　　1.1.2 国产浆纱机

　　目前国产浆纱机智能化主要体现在自动、精准控制方面。如 XS620BE 型九单元双浆槽浆纱机各区张力和伸长实现自动控制;浆槽压浆辊压力随车速自动调节;烘筒温度实现自动控制;三辊式浆槽的创新设计使浆槽湿伸长和上浆率的控制相对稳定;伺服驱动器与伺服电机共同实现浆纱机精准传动。国产浆纱机在自动控制方面，增加自动控制系统对单机台来说费用比较大，织造企业不能接受，目前推广力度不大。此外，经轴退绕单轴单控，上浆率在线自动检测控制有待进一步研究开发。

　　在自动调浆方面，研发了模块化智能调浆系统，主要包括原料存储计量模块、预调浆模块、浆料生产及供给系统、智能化控制系统。经过几年的自主创新和研究开发，模块化智能调浆系统已经产品化，并且在一些有代表性的纺织企业成功应用，受到好评。

　　1.1.3 国产自动穿综机

　　传统的人工穿经穿错率高、效率低、劳动强度高，已不能满足现代纺织企业小批量、多品种、高难度、交期短的发展趋势。因此，全自动穿经机广泛应用于当前智能化纺织车间中。自动穿经机采用机器视觉技术对钢筘位置和宽度信息进行识别，实现精准定位;同时利用张力传感器实时监测纱线张力变化，控制系统通过纱线张力变化实现单双纱识别;运用总线式伺服控制技术使设备运行更加稳定可靠;结合人性化交互技术，通过人机界面实现系统参数的输入、综丝花形的配制、故障诊断及报警等，实时监控系统的运行状态，界面友好，操作方便。综合而言，自动穿经技术的出现有效提高了企业的生产效率、产品质量，同时节约了劳动成本。以我国自主研发的YXS-A 型自动穿经机为例，其依托于实时准确的数字采集技术，自动传感检测设备、各模组的运行状态实时进行监控并统计，通过智能分析设备运行的数据，对自动穿经机状态进行自我检测和自我诊断，为设备维护管理人员提供精确的维修对策方案选项，真正减少了不可预测因素对生产的影响，让设备可以提前预警，给生产提供足够应变时间，保障生产持续性。多家纺织企业反馈，自动穿经机运行稳定，故障少，穿综效率高，与进口设备相比物美价廉。RFAD10 型自动穿经机也可高效率地完成各类纱线和组织的穿经工作。

　　1.1.4 国产喷气织机

　　喷气织造具有用工多的特点，为了减少用工降低织造成本，有纺机企业开发了纬纱故障自动处理装置(以下简称 APR)。当织机发生断纬停机时，该装置可以把织机梭口内的故障纬纱自动拉出，剪掉后自动恢复织机运行，极大减轻了挡车工的工作量，使挡车工将主要精力放在处理断经上，基本不用处理纬停，可以明显提高挡车工看台数量。如山东日发纺织机械有限公司研发的 APR 装置，采用气动剪刀机构进行故障纬纱剪断，动作准确可靠;采用光电探纱机构进行纬纱检测，可以确保纬纱全部拉出梭口，同时在故障纬纱拉断时又可以自动报警，避免因此导致的布面疵点;采用步进电机驱动压力机构进行纬纱抽取，可以通过电子计时控制纬纱长度及调整抽出时间，针对不同纬纱可以保证最短处理时间。APR 装置的控制系统可与织机电控系统进行有机衔接，各机构动作协调有序，具有较高的成功率。使用该装置后挡车工看台数量可提高 50%左右。目前该装置在全国普及使用率不高。

　　近年来，通过对国外设备技术的引进、吸收、消化和创新，国内织机开口制造企业已制造出智能化电子多臂开口装置。与传统的机械多臂开口装置相比，新型的电子多臂开口装置在功能、车速、效率、能耗及稳定性上都有很大的优势。如江苏牛牌纺织机械有限公司开发的电子多臂开口机构，以良好的使用效果，作为数字化重点技术得到推广。浙江科趣智能设备有限公司开发的织机智能断经自停技术，相当于在织机上安装了“眼睛”，通过神经网络学习，可进行纺织品中的断经、断纬、粗节、稀密路、双纬、松纬、污渍等疵点的检测，集自动探测、疵点定位、缺陷分类、质量评估等多种功能于一身。

　　此外，新一代网络化、智能化喷气织机也已经面世。RFJA40 型高速喷气织机实现了控制系统模块化，设计了动平衡大扭矩打纬机构，采用了新型电磁阀控制技术及配气系统，开发了织造工艺专家系统，实现了智能化生产。但织机的自动上织轴系统、自动落布系统还需要加大研发力度。另外，JA93-190-360 系列喷气织机性能先进，更加合理的机架和经纱张力控制系统使高速织造重磅织物更加稳定，引纬系统更加高效节能。

　　1.1.5 自动验布机

　　目前织造企业以过去折叠包成件为主改变为卷装为主，主要是为了减少布面折痕，特别适合莱赛尔类品种的成件要求。浙江舜龙纺织机械有限公司开发优化智能制造建设方案，实施智能验布系统，实现对坯布检验的自动判级、包装以及分垛仓储。目前该系统在白坯厂使用不多，主要原因是需要整理空间大，投资成本高。在色织行业相对普及率高。另外，苏州松智能机器科技有限公司开发的织物智能检测验布机已经在多家纺织企业使用。其性能特点在于看得更准,最小可实现0.2 mm瑕疵的检测，综合识别率可达85%以上;处理更快，在最大40 m/min的验布速度下实现快速分析，是肉眼检测的数倍; 全伺服驱动，无张力输送，适应多种织物;全系列产品搭载人工灯箱看台，人机检查对照清晰无误;全系列搭载疵点标记系统，自动标记;织物适用范围大，除色织提花织物外均可被检测。

　　1.2 在 ERP 的基础上实行 EMS 管理系统

　　充分利用数据采集系统、生产制造过程管理和优化的集成运行系统(以下简称 MES)以及企业资源计划系统(以下简称 ERP)实施织造智能化，从产品设计、原料采购、生产、仓储、物流、服务全过程进行系列智能控制。与传统织造企业不同，数字化、智能化织造企业内通过设置一台中央服务器，对各织造设备进行信息采集，各机台生产工艺、管理等信息均由中央服务器统一协调指挥，实时整理汇报出各机台的工作效率、故障信息，实现产量班报、日报数据统计和故障排查等。江南大学成功开发了织造车间 MES 系统，目前有多个织造企业在使用。其他的 MES 系统的主要内容都差不多。

　　1.3 完善物流调度控制系统

　　织造企业要实现数字化、智能化，中央物流控制系统必不可少。中央物流控制系统由硬件系统、软件系统两部分组成。硬件系统包括工控机、屏幕显示器、控制盘柜(PLC)、线缆等。软件部分主要包括工业采集软件系统、物流调度软件系统等。

　　物流调度软件系统是数字化、智能化织造企业的核心，一个企业通常会有几十台甚至几百台织造设备，迎合市场需求，织造设备规格不一，同时每台织机的了机以及落布是随机的，且有多个品种在机，实际应用场景十分复杂。物流调度系统要根据实际生产需求，合理安排规划各种操作，特别是多台 不同 AGV 运输车之间的协调、最合理运输路径的计算、优化及充电等环节，均需要全面考虑，并整合到系统里。同时所有移动控制设备的连接均需采用无线通讯方式。

　　1.4 采用专用 AGV 运输车和储轴架

　　通过物流控制系统的协调调度，实现车间落布、装卸织轴的自动化控制，并实现织轴从整经、浆纱工序到织造车间的自动运输管理;实现布辊从织造到验布、打包工序的自动运输管理;同时保证各个操作安全可靠。全部物流实现科学衔接、动态监控、集中定置管理。目前较成熟的有西安新纺工矿设备有限公司开发的轴库上位机监控系统，现已在国内多家织造企业使用，找轴方便，运行可靠。

　　1.5 配合采用空调自控系统和安全防火报警自控系统

　　空调控制系统与企业内总服务器系统实现联网，当机台织造品种改变时，需要的温湿度标准会在服务器数据库中调用，再通过联网系统控制空调系统进行实际调整，达到生产工艺要求的温湿度。此外，安全可靠的防火报警自动控制系统也很必要，对于新的标准厂房设计，空调自动控制系统和防火报警自动控制系统都是必须采用的。

　　2 织部全面实现数字化、智能化升级的难点

　　与纺部设备智能化程度高相比，国产织造设备还没有完全达到数字化、智能化制造水平。目前大部分织造企业仍然采用整经、浆纱、穿综、织机织造、验布、打包这一传统工艺流程，单套设备数字化、智能化生产已经在使用，但整套数字化、智能化生产企业还没有。织造企业在整经浆纱工序、织造工序、整理工序需要上下衔接的操作较多，经轴浆轴、布卷运输环节也多，实现这些过程的自动化操作难度大、成本高，导致织造企业数字化、智能化生产实施缓慢[3]。全面实现织造企业数字化、智能化升级的主要难点如下。

　　(1)织造工序多，运输环节长，需要配置不同规格 AGV 运输车，给企业资金投入带来困难。

　　(2)织造企业要实现智能化，准备工序、整理工序周转空间要大，要有足够的堆放空间和运输通道。

　　(3)织造企业积极实施数字化、智能化改造取得了一定成果，为产业的信息化、智能化打下了基础。但要应用于生产，投入的资金较大，目前还没有现成的案例，需要各主机企业不断投入和持续研发，也需要行业协会、科研院校、国家的鼓励资金支持。

　　根据纺部智能化升级的经验，织部数字化、智能化进程的加快，应以国家、行业重点支持项目为依托，由大型企业主动牵头，做出一个织造样板车间，从前到后对设备进行改造投入，并进行生产试验，取得一定的效果后在全国推广。浙江兰溪实施的“4+X”数字化改造模式值得借鉴、推广。

　　3 构建织部数字化、智能化的设想

　　织部数字化、智能化的目标是打造一个生产设备互联互通、生产过程实时调度、物料传送自动化、产品信息可追溯、车间环境智能监控、资源消耗智能监控、设计开发与生产联动协同的智能化织部企业。

　　(1)理想数字化、智能化生产车间应该是宽敞整洁的，温湿度相对稳定并可自动调节，高速运转的自动化机器代替了原先众多的织部工人，从前道准备到后整理全部通过 AGV 运输车实现物料的自动输送，人工承担巡视和简单操作任务，一改纺织劳动密集型产业的面貌。

　　(2)全自动化、具有国际先进水平的智能设备实现从整经到织物打包涵盖套筒、输送等环节的自动化控制。智能车间通过数字信息技术集成运用，结合 MES、ERP 等管理系统，实现智能车间信息化与 ERP 数据的完美集成。

　　(3)数字化、智能化车间全面实现生产全程自动化、控制系统智能化、在线监测信息化，相关数据通过传感器上传网络，系统可以实时监测到生产线上每台织机的情况，大大节约人力，提高效率。整个生产过程保持高度连续性，减少人工接触产品的机会，产品质量得到进一步稳定和提高，极大提高生产效率。

　　(4)自动化、智能化、信息化是企业发展的必由之路，经过持续努力，织造企业实现全面自动化、智能化、信息化是可能的。