纺织智能工厂关键技术及应用现状分析.pdf
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1、第 51 卷 第 10 期2023 年 10 月Cotton Textile Technology纺织智能工厂关键技术及应用现状分析潘如如 张宁 向军(江南大学,江苏无锡,214122)摘要:探讨智能纺织工厂的关键技术及其应用现状。回顾了纺织信息化到纺织智能工厂的发展历程,从智能化装备和智能化管理两个方面介绍了纺织智能工厂的关键技术,概括了智能化装备、智能化加工、智能化管理系统在纺织企业的应用情况和效果,并对纺织智能工厂未来的发展方向和趋势进行了展望。认为:纺织智能工厂提高了纺织企业的生产效率,缩短了产品周期,对于纺织智能化转型具有重要意义;未来,通过推进先进纺织智能化装备的开发和应用,开发轻
2、量型、通用型的纺织智能化管理系统,构建集成多功能的纺织智能化管理平台,推动人工智能技术与纺织技术的深度融合,进一步拓展纺织智能化技术的应用场景。关键词:纺织企业;智能工厂;智能化装备;智能化加工;制造执行系统;仓储管理系统中图分类号:TS101.8 文献标志码:A 文章编号:1000-7415(2023)10-0105-06Analysis of key technology and application status of textile intelligent factoryPAN Ruru ZHANG Ning XIANG Jun(Jiangnan University,Wuxi,21
3、4122,China)Abstract Key technology and its application status of intelligent textile factory were discussed.Development process of textile informatization to textile intelligent factory were reviewed.Key technologies of textile intelligent factory from two aspects of intelligent equipment and intell
4、igent management were introduced.Application situation and application effect of intelligent equipment,intelligent processing and intelligent management system in textile enterprises were summarized.Development direction and trend of textile intelligent factory were prospect.It is considered that th
5、e textile intelligent factory improves the production efficiency of textile enterprises and shorten the product cycle,which has great significance for the intelligent transformation of textile.In the future,by promoting the development and application of advanced textile intelligent equipment,develo
6、pment of lightweight&general textile intelligent management system,construction of integrated multi-functional textile intelligent management platform to promote the deep integration of artificial intelligence technology and textile technology,further expand the application scenario of textile intel
7、ligent technology.Key Words textile enterprise,intelligent factory,intelligent equipment,intelligent processing,manufacturing execution system,warehouse management system当前信息化技术的发展为制造企业的转型升级带来了契机,在制造业中应用越来越广泛,全球制造大国也出台了相关措施1。2014 年,德国提出“工业 4.0”的概念;2015 年,我国提出“中国制造 2025”的概念;2016 年,美国出台“制造业重返美国”的政策,成立
8、了工业互联网联盟;2017 年,日本提出“互联工业”的概念,并与德国联合发表了 汉诺威宣言,推进互联工业的发展。我国则在“十四五”规划提出,建设智能制造示范工厂,完善智能制造标准体系。在相关政策和措施的推动下,信息化技术与制造装备及技术的交叉融合、更新换代,实现了制造企业的高度自动化、智能化、柔性化生产2,提升了制造业的生产、管理和服务水平,逐步发展成为智能工厂。1 纺织智能化发展历程纺织业作为传统的制造行业,在几十年的信基金项目:国家自然科学基金(61976105);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(JUSRP123001)作者简介:潘如如(1982),男,教授,收稿日期:2023-0
9、5-25】【105第 51 卷 第 10 期2023 年 10 月Cotton Textile Technology息化、智能化转型升级过程中,对于具有行业特点的共性技术和关键技术进行了大量开发、应用和推广,覆盖棉纺、毛纺、长丝、印染等细分行业,包括产品设计信息化、生产装备智能化、生产过程自动化、制造管理和企业管理信息化、协作网络化等领域3。20世纪 70年代,以计算机技术为代表的电子信息技术飞速发展,纺织信息化由此萌生和起步。20世纪 80年代,计算机管理技术应用于纺织企业,但一般属于单项管理系统,如库存管理、设备管理和财务管理等。此时的计算机管理技术显示方式较为单一,大多中小企业采用微型机
10、局域网,大中型企业则采用了主机/终端系统。同期,细纱断头检测装置得以应用,提高了产品质量控制水平。20 世纪 90 年代中期,客户机/服务器(C/S)模式开始应用于纺织企业,企业资源计划(ERP)概念也开始引入纺织行业,加快了企业管理信息化的进程,并在 21 世纪得到了广泛应用。由于纺织企业大多属于中小型企业,需求多样、资金有限、管理基础薄弱等特点导致其建立信息系统较为困难。因此,纺织公共服务信息平台在 21世纪初开始建设,实现产业集群地的互联,可为周边的中小型企业提供大量的信息服务。随着信息技术与纺织装备的日益融合,在线监测、自动控制、信息网络等技术在纺织细分行业得到了广泛应用,大大提高了纺
11、织装备的信息化水平。为了提高纺织企业的精细生产管理,针对生产制造管理的制造执行系统(MES),在 21世纪之初开始应用于纺织行业。MES 中物联网技术的应用加强了在线实时采集和数据处理能力,以精细和动态的方式管理生产过程,提升了纺织行业的整体信息化水平。2013年以来,移动互联网、机器人、云计算、大数据等新一代信息技术4飞速发展,互联网应用在纺织行业得到深化,深刻变革了传统的产业模式。加之数字化、智能化技术的交叉融合,纺织智能制造应运而生,在装备智能化、生产过程连续化、物流信息化、管理精细化等领域取得了较大进展,逐步演变为纺织智能工厂,深刻改变了制造业的生产模式和产业形态。本文通过梳理纺织智能
12、工厂的发展历程,围绕纺织智能工厂的关键技术展开综述,结合纺织行业的特点,从智能化装备和智能化管理两个方面进行系统介绍,并对现有技术进行分析,给出了纺织智能工厂面临的问题及未来的发展前景。2 智能化装备纺织企业在推进信息化的过程中,以机械装备的数字化、自动化、智能化为基础,催生了在线监测、自动控制、智能物流等高新技术,大大提高了纺织装备的智能化水平5。纺织智能化装备是新一代信息技术与纺织技术相融合的载体,对于提高生产效率和产品质量具有关键作用。目前,智能化装备主要包括智能化设备和智能化加工两个方面,在纺纱和织造工序中应用广泛。2.1智能化设备自动化是指设备或过程完成预先设定的工作,系统自身缺少判
13、断和决策能力。智能化是指设备不仅能够实现预先设定的目标,还能根据外界条件变化不断地修正和优化目标,具有感知、思维、学习和自适应以及行为决策等能力。近年来,纺织设备通过应用信号传感与检测、自动化、智能化等高新技术,实现生产设备和生产过程的自动化、智能化,主要体现在纺织机械设备的自动化、集成控制和智能监控等方面6。纺纱工序中,多年的快速发展大幅提升了设备的自动化水平,在上料、生头、落纱、换筒和码垛等工序均实现了设备的自动化。纺纱设备主要包括清梳联、并条机、精梳机、粗纱机、细纱机、转杯纺纱机、络筒机等7。目前,自动抓包机、自动换筒系统、精梳机自动换卷和生头系统、粗纱自动落纱机和筒纱自动打包系统等均已
14、得到了成熟应用。随着智能化技术的发展,部分纺纱装置和设备8逐步具备了智能化的功能。开清棉工序中配置的异纤检测清除装置,实现了异纤的自动化检测和智能化清除。以 USTER Jossi Vision Shield异纤检测仪为代表,对于有色合成物,甚至是透明、白色丙纶,该异纤检测仪均能提供可靠的检测准确率和高的去除率;此外,该仪器能够区分棉花和异纤污染物,有效地减少浪费。梳棉和并条工序中应用的自调匀整装置,可根据线密度变化调整产品的牵伸倍数,使得线密度保持一致。立达公司开发的 Autoconer X6 型自动络筒机装配上纱传感器、智能辅助找头装置、智能落纱装置等,可确保自动络筒工艺的灵活性和智能化水
15、平。织造工序中的设备包括整经机、穿经机、浆纱机、织机。由于设备生产企业通常较多,还未形成如纺纱工序成套的自动化设备9,一般是各具特】【106第 51 卷 第 10 期2023 年 10 月Cotton Textile Technology色的单台自动化设备。目前的自动化设备主要包括整经自动上纱系统、整经自动装筒系统、自动穿经机、浆液黏度在线检测装置、浆纱回潮率和上浆率在线检测装置、喷气织机自动抽纬开机系统、疵点在线检测系统、面料自动包装系统等。在智能化方面,研发较多的是智能化组件,如机器气压智能调控的智能节气系统、机台气压和压缩空气消耗量监测与报警的智能压力监控系统、供纬失误时自动切换到其他储
16、纬器的智能投纬系统。如浙江日发纺织机械股份有限公司研发的 RFJA40型喷气织机10可实现织造导航、智能化实时气路控制、自动上轴、自动落布、纬停自动处理等智能化操作。在浆纱过程中,国内研发了模块化智能调浆系统11,通过存储计量、预调浆、智能化控制实现浆料的智能化调配,适用于不同类型纱线的浆纱。2.2智能化加工在纺织加工工序中,纺纱和织造均具有多工序的特点。纺纱工序包括清棉、梳棉、并条、粗纱、细纱、络筒 6大关键步骤。织造工序包括整经、浆纱、穿结经、织造 4大关键步骤。这种多工序的特点大大增加了半成品的运输与加工难度。因此,纺织企业提出了不同的智能化加工技术以实现纺织产品加工的连续化。智能化加工
17、是指纺织过程中利用机械化输送实现不同工序连接的生产方式,可减少产品加工的中间环节,省去人工装卸、搬运半成品的环节,从而减少企业用工,提高生产效率。在纺纱工序中,清梳联、粗细联、细络联、粗细络联是典型的智能化加工模式12,通过搭配物流自动输送系统,可实现中间工序半成品的自动装卸与运输。清梳联系统完成开清棉与梳棉的工序一体化,可实现纤维流量自动控制、异纤自动检测与清除、梳棉机自调匀整等。粗细联系统在粗纱满卷后可自动落纱,满卷与空管整列自动交换,提高了粗细联的机动性。细络联系统装配新型管纱输送托盘结构、管纱实时报警处理系统、自动插拔管装置、自动残纱检测分离装置等,实现高速化、智能化的细络联合。粗细络
18、联将粗纱、细纱、络筒及打包工序进行智能化联结,实时收集处理生产过程中的信息,使得整个系统自动运行。立达智能化纺纱系统可实现纺纱企业的自动化、连续化、数字化和智能化。织造工序中的智能化加工设备较少,目前应用最广泛的是整浆联合机、浆染联合机。整浆联合机13将整经和浆纱工序合二为一,直接完成织轴的生产,集成了整经机和浆纱机的优点。浆染联合机采用机、电、仪一体化技术,搭配工艺参数在线检测与控制系统,用于牛仔系列面料的经纱染色与上浆。自动导引运输车(以下简称 AGV 小车)14采用自动导航、自主避让等技术实现物流运输的自动化和智能化。在纺纱和织造过程中,AGV 已被广泛用于不同工序间半成品或成品的输送,
19、保证各工序间有效地进行科学衔接、路线优化、动态监控。在棉条智能输送系统中,AGV 小车可实现棉条筒的自动装载、输送和卸载。在纺纱打包入库运输系统中,AGV 小车将筒纱产品输送至自动打包机,完成打包后输送至仓库。在织造自动送纬、运轴、落布系统15中,AGV 小车与车间调度系统相配合,实现纱线、经轴、织轴、布匹等的自动运输。3 智能化管理在纺织生产过程中,工艺路线通常较长,所用的装备种类较多,生产工序较多,即使采用了智能化加工技术,仍存在不同工序的半成品。如何及时了解不同工序的产品生产状态、实时监控整个生产过程、数据实时分析与展示、辅助生产管理与决策等,是纺织企业进行智能化管理的迫切需求。随着信息
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