本刊記者　墨影

高端紡織裝備由何突破？東華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長陳革談高端紡織裝備發(fā)展

本刊記者墨影

陳革

相對其他行業(yè)的機(jī)械裝備而言，紡織機(jī)械具有科技含量高、品種繁多、性能各異、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的鮮明特點(diǎn)。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和終端產(chǎn)品的需求轉(zhuǎn)變，紡織機(jī)械的發(fā)展迎來了新的市場挑戰(zhàn)。

東華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長陳革認(rèn)為，高端紡織裝備技術(shù)是實(shí)現(xiàn)紡織工業(yè)數(shù)字化、智能化、綠色化的重要載體，是支撐我國紡織工業(yè)由勞動(dòng)密集型、資源消耗型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型、資源節(jié)約型、環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵保障。

陳革認(rèn)為，高端紡織裝備在實(shí)現(xiàn)紡織工藝的功能目標(biāo)外，還具有高速、高效、柔性、節(jié)能、環(huán)保、集成、可靠、穩(wěn)定、數(shù)字化、智能化、高附加值等相關(guān)特征。其中，“高速、高效”通常涉及機(jī)械動(dòng)力學(xué)、機(jī)械摩擦學(xué)等理論問題；“節(jié)能、環(huán)?！蓖ǔＥc紡織工藝的革新相關(guān)；“數(shù)字化、智能化”與機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)相關(guān)；高端紡織裝備“可靠性、穩(wěn)定性”一般與材料質(zhì)量、制造精度關(guān)系最大，還須在設(shè)計(jì)、制造、外協(xié)、外購、裝配、工藝服務(wù)等多方面實(shí)施可靠性系統(tǒng)工程來保障。

高端紡織裝備的設(shè)計(jì)理念及趨勢

陳革認(rèn)為，高端紡織裝備的設(shè)計(jì)理念及趨勢大致體現(xiàn)在以下方面：第一，基于紡織新工藝進(jìn)行裝備設(shè)計(jì)。

紡織新工藝、新原理的出現(xiàn)為現(xiàn)代紡織裝備的設(shè)計(jì)帶來了全新的變革。例如，當(dāng)某種物質(zhì)被壓縮到其臨界壓力和加熱到臨界溫度之上時(shí)，其性質(zhì)位于典型氣體和液體之間，并兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，基于此的“超臨界CO2流體染色”可以被印染行業(yè)利用其高度擴(kuò)散性將染料滲透到纖維內(nèi)部進(jìn)行染色，實(shí)現(xiàn)低能耗、零排放。

陳革認(rèn)為，紡織工藝研究及應(yīng)用與紡織裝備開發(fā)的高度融合不僅可以提升紡織裝備的研發(fā)效率和質(zhì)量，也能夠促進(jìn)紡織工藝的應(yīng)用?，F(xiàn)在紡織機(jī)械的制造商中并不缺乏工藝與裝備結(jié)合開發(fā)的成功案例。比如，常州市第八紡織機(jī)械有限公司在開發(fā)出多軸向經(jīng)編機(jī)后，成立了生產(chǎn)多軸向經(jīng)編布的企業(yè)，開發(fā)的新設(shè)備在自己的企業(yè)先試用，待成熟后再推向市場；同樣在經(jīng)編領(lǐng)域，福建鑫港原來是生產(chǎn)花邊的企業(yè)，在對進(jìn)口賈卡經(jīng)編機(jī)進(jìn)行維修改造的基礎(chǔ)上，開始研制花邊機(jī)設(shè)備，成立了紡織機(jī)械公司；經(jīng)緯紡機(jī)以生產(chǎn)棉紡成套設(shè)備為主，在無錫特別建立了四萬錠的紡紗廠作為新產(chǎn)品的試驗(yàn)中心。

第二，紡織裝備的基礎(chǔ)理論支撐高端紡織裝備的開發(fā)。

紡織裝備的基礎(chǔ)理論是高端紡織裝備開發(fā)萬變不離的“宗”，紡織裝備涉及的諸多技術(shù)問題，都與相關(guān)的基礎(chǔ)理論緊密相關(guān)。例如，紡織機(jī)械要解決的高速化涉及到機(jī)械動(dòng)力學(xué)；關(guān)鍵零部件的壽命涉及到“纖維-金屬”、“纖維-陶瓷”的磨損機(jī)理；紡織材料烘干設(shè)備涉及到傳熱動(dòng)力學(xué)……“實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高端升級，基礎(chǔ)理論必須要把握準(zhǔn)、研究透。”陳革強(qiáng)調(diào)。

第三，工藝集成化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

在紡織裝備的設(shè)計(jì)中，可以充分考慮工藝集成化問題，將單機(jī)集成為系統(tǒng)，可以減少物流環(huán)節(jié)和勞動(dòng)用工。例如，前紡成套設(shè)備與梳棉機(jī)集成為清梳聯(lián)、細(xì)紗機(jī)與絡(luò)筒機(jī)集成為細(xì)絡(luò)聯(lián)、粗紗機(jī)與細(xì)紗機(jī)集成為細(xì)絡(luò)聯(lián)等等，這是紡織行業(yè)踐行自動(dòng)化、邁向智能化的重要基礎(chǔ)。

第四，紡織裝備的模塊化設(shè)計(jì)。

模塊化設(shè)計(jì)將有效增強(qiáng)紡織裝備的品種適應(yīng)性，也更有利于專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)。例如，棉、毛、麻、絲在織造過程中最主要的區(qū)別就在打緯機(jī)構(gòu)上，織機(jī)打緯機(jī)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)就更有利于“一機(jī)多用”。

第五，光、機(jī)、電、氣技術(shù)的應(yīng)用。

光、機(jī)、電、氣技術(shù)的廣泛應(yīng)用能夠?yàn)榧彊C(jī)裝備的新產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)改造提供豐富的路徑和選擇。例如，圖像檢測、光電檢測等就成功應(yīng)用到了三維人體測量、織機(jī)的稀密路檢測、異纖檢測系統(tǒng)等方面；多電機(jī)協(xié)同控制技術(shù)的應(yīng)用，可以大大簡化漿紗機(jī)、染整設(shè)備、地毯設(shè)備的機(jī)構(gòu)，提高其數(shù)字化水平。

第六，適應(yīng)裝配的設(shè)計(jì)。

很多紡織裝備具有多單元化的特征，我們發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象：同樣的設(shè)計(jì)和制造，但各單元的工況卻呈現(xiàn)出不一致性。經(jīng)分析，原來是各單元的裝配精度不一致。因此，我們應(yīng)該通過合理的設(shè)計(jì)，有效減少裝配對人工的依賴，降低裝配的難度和隨機(jī)性，降低人為因素對裝配精度的影響，盡量少用專用安裝工具也能夠保證產(chǎn)品的同一性和可靠性。

第七，專利戰(zhàn)略和創(chuàng)新軟件的應(yīng)用。

我國紡織裝備生產(chǎn)企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中，應(yīng)該重視應(yīng)用專利戰(zhàn)略，保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，規(guī)避專利，可以運(yùn)用商業(yè)化的創(chuàng)新軟件，為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供新的設(shè)計(jì)思路和方案，這是目前最為有效實(shí)用的規(guī)避專利的手段。

第八，基于新材料的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

在紡織裝備領(lǐng)域，有大量損耗大、利潤高的關(guān)鍵零部件和專件。提高紡織裝備關(guān)鍵零部件和專件的性能和壽命，是我國紡織機(jī)械行業(yè)亟待解決的問題。以紡織陶瓷、輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料為代表的新材料，在實(shí)現(xiàn)紡織裝備的高速高效，提高紡織裝備關(guān)鍵零部件和專件的性能和壽命方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。

我國實(shí)現(xiàn)智能紡織的途徑

智能化程度的高低是衡量紡織機(jī)械裝備技術(shù)水平的重要指標(biāo)。陳革認(rèn)為，德國“工業(yè)4.0”將信息通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)空間系統(tǒng)、信息物理系統(tǒng)相結(jié)合，發(fā)展智能制造的思路足以給中國紡織行業(yè)更多的啟示。

“‘工業(yè)4.0’中，智能工廠包括智能生產(chǎn)設(shè)施和存儲(chǔ)系統(tǒng)，能夠相互獨(dú)立地自動(dòng)交換信息、觸發(fā)動(dòng)作和控制；智能產(chǎn)品就是通過獨(dú)特的形式加以識別、可以隨時(shí)被定位、并能知道它們的歷史、當(dāng)前狀態(tài)；信息的連接與集成主要涉及產(chǎn)成品間信息的橫向集成、分散設(shè)備間信息的橫向集成，以及現(xiàn)場層與MES層的信息縱向集成，可實(shí)現(xiàn)從下訂單直到外運(yùn)物流，以及端到端工程貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的信息集成?！标惛镌敿?xì)闡述道。

其實(shí)，我國紡織業(yè)并不缺乏“橫向聯(lián)接”的成功案例。例如，“滌綸長絲產(chǎn)品的檢驗(yàn)、倉儲(chǔ)、包裝生產(chǎn)線”可按長絲的染色性分等包裝交付給不同用戶，使供給用戶的產(chǎn)品染色一致性得到成倍的提升；“筒子紗數(shù)字化染色車間”生產(chǎn)的筒子紗，其染色一次符樣率提高到96%以上，產(chǎn)品色差缸差由傳統(tǒng)工藝的4級提高到4.5級以上，指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于國內(nèi)外其他產(chǎn)品的水平；“棉紡數(shù)字化車間”除主機(jī)智能化外，還包括車間環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)、數(shù)據(jù)智能分析預(yù)測系統(tǒng)等，將使噸紗綜合能耗降低15%以上，使萬錠勞動(dòng)生產(chǎn)率提高70%以上。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化制造的效果在紡織工業(yè)中的作用已經(jīng)初顯。

陳革認(rèn)為，通過整體布局、分段實(shí)施，全面打通紡織工業(yè)從化纖生產(chǎn)到紡紗、織造、染整和成衣數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造的全過程，還要把握與智能移動(dòng)、智能物流、智能建筑、智能電網(wǎng)無縫聯(lián)接。如：可將“滌綸長絲產(chǎn)品的檢驗(yàn)、倉儲(chǔ)、包裝生產(chǎn)線”向上延伸，實(shí)現(xiàn)紡絲的自動(dòng)落絲餅、絲餅的物流自動(dòng)輸送，并增加智能傳感裝置，可使每個(gè)絲餅不僅有染色性信息，還具有絲的纖度、強(qiáng)力及均勻度等指標(biāo)信息，并可標(biāo)明每個(gè)絲餅加工路徑及時(shí)間等，使絲餅成為一個(gè)智能產(chǎn)品。將各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合分級，可對用戶的后續(xù)加工工藝給予指導(dǎo)。

總之，高端紡織裝備的發(fā)展道路依然任重道遠(yuǎn)，需要產(chǎn)業(yè)鏈條上的各個(gè)主體積極思變，也需要從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)踏實(shí)踐行。