包德全

（江蘇賽格紡織機械有限公司，江蘇揚州 211403）

近兩年來，德國工業(yè)4.0概念被越來越多人提及，成為未來工業(yè)的發(fā)展趨勢。2010年，我國的制造業(yè)產(chǎn)值在全球占比超過美國，成為世界制造業(yè)第一大國。2015年5月8日，國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，布置全面推進實施制造業(yè)強國的戰(zhàn)略。最新《勞動法》的實施、史上最嚴環(huán)保政策的出臺使中國和全球制造業(yè)一樣，走到了新的十字路口；隨著人口紅利的消失，產(chǎn)能過剩問題突出，印染企業(yè)也走到了十字路口，環(huán)保節(jié)能、數(shù)字化、信息化、智能化轉(zhuǎn)型升級已經(jīng)成為印染企業(yè)生存發(fā)展的必由之路。這里主要探討印染企業(yè)的智能化建設(shè)、智能車間的建設(shè)。

1 智能制造在中國其他行業(yè)的成功實踐

1.1 海爾的“黑燈車間”

作為國內(nèi)知名企業(yè)，海爾的創(chuàng)新、管理與發(fā)展一直是其他企業(yè)學習的典范。早在2012年德國剛剛提出工業(yè)4.0 的時候，海爾就開始了智能工廠的實踐。短短幾年，海爾已經(jīng)在四大產(chǎn)業(yè)建成7家“工業(yè)4.0”的示范工廠，包括沈陽的冰箱、鄭州和膠州的空調(diào)、佛山的滾筒洗衣機、青島熱水器等整機工廠；從一個工序的無人到一個車間的無人，再到整個工廠的智能化、自動化。以海爾佛山工廠為例，采用了iMES 全程訂單執(zhí)行管理系統(tǒng)，裝配了200多個RFID，4 300多個傳感器，60多個設(shè)備控制器，整個車間均由機器人操作，全面實現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備的互聯(lián)、設(shè)備與物料的互聯(lián)、設(shè)備與人的互聯(lián)。整個生產(chǎn)過程真正實現(xiàn)無人操作、產(chǎn)品質(zhì)量自動控制，在家電產(chǎn)業(yè)率先進入了工業(yè)4.0時代，實現(xiàn)智能化制造，達到國際領(lǐng)先水平。

1.2 物流行業(yè)率先實現(xiàn)智能化

智能化倉儲、自動分揀系統(tǒng)已在電商物流行業(yè)成功運用。近年來，由于中國人口眾多，經(jīng)濟發(fā)展迅速，加之電商的出現(xiàn)極大刺激了物流的發(fā)展。中國物流行業(yè)發(fā)展突飛猛進，淘寶雙11 更是創(chuàng)單日千億成交量，海量的商品需要以最快的速度送到消費者手里，單靠人工勞動是難以完成的。順豐、淘寶、京東都相繼投入了智能物流系統(tǒng)領(lǐng)域的研究，不斷延伸產(chǎn)業(yè)鏈，開展多方的跨界合作，投資建設(shè)大型智能倉儲站，研發(fā)建設(shè)全自動分揀系統(tǒng)，極大地減輕了員工的勞動強度，提高了人員使用效率，同時避免了人為出錯率。京東甚至率先嘗試無人機送貨，并在部分地區(qū)開始了試運行。這些企業(yè)在中國智能制造方面均作出了艱辛的探索，并取得了優(yōu)異的成績，為行業(yè)的發(fā)展作出了巨大的貢獻，促進了中國工業(yè)智能化的發(fā)展。

2 智能制造在紡織印染行業(yè)的實踐

2.1 泰安康平納在筒子紗染色方面的智能化生產(chǎn)

山東康平納集團有限公司在筒子紗染色智能化車間建設(shè)方面取得了喜人的成績，榮獲2014年國家科學技術(shù)進步一等獎，成功列入2015年國家首批46 家智能制造試點示范項目之一，成為實施“中國制造2015”規(guī)劃的引導(dǎo)工程。創(chuàng)新使我國成為世界首個實現(xiàn)全流程自動化染色技術(shù)并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的國家。筒子紗智能化生產(chǎn)車間只有幾個員工在車間查看設(shè)備運行數(shù)據(jù)，原來由2 人操作的工作全部由智能機器人替代，解決了印染車間崗位勞動強度大、工作環(huán)境差、招工難等問題；所有操作全部由傳感器和中央系統(tǒng)來控制，工藝重演性拋開了人為因素，從理論上實現(xiàn)了一致性。據(jù)統(tǒng)計，色差與缸差由原來的4 級提高到4.5 級以上，染色一次成功率由原來的80%提高到96%以上，生產(chǎn)效率提高15%，噸紗節(jié)水28 t、節(jié)電250 kWh、節(jié)汽1.7 t，減少污水排放 28 t，節(jié)約用工10%以上，車間干凈整潔，趕超德國、意大利等國際領(lǐng)先水平。

2.2 青島紅領(lǐng)在服裝領(lǐng)域的智能化實踐

青島紅領(lǐng)集團作為一家傳統(tǒng)的服裝生產(chǎn)企業(yè)，用了幾年時間，投入近3 億元，在3 000 多人的工廠通過不斷創(chuàng)新，完成了傳統(tǒng)生產(chǎn)方式向自動化、智能化生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。紅領(lǐng)企業(yè)借助互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了個性化定制的工廠化生產(chǎn)，從大規(guī)模制造轉(zhuǎn)為大規(guī)模定制，直接面向消費者、終端客戶，滿足客戶個性化的需求體驗。紅領(lǐng)企業(yè)自主研發(fā)的西裝個性化定制系統(tǒng)建立了人體各項尺寸與西裝版式尺寸相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；該系統(tǒng)可以對客戶的身形尺寸進行數(shù)據(jù)建模，通過計算機3D 打版形成顧客專屬的數(shù)據(jù)版型，數(shù)據(jù)信息被傳輸?shù)絺淞喜块T后，在自動裁床上完成裁剪。每套西裝所需的全部布片會被掛在一個吊掛上，同時掛上一張附著客戶信息的電子磁卡，儲存顧客對西裝的個性化需求，流水線上的電腦識別終端會讀取這些信息，并提示操作，通過流水線向具體個性化工位傳遞信息。紅領(lǐng)服裝采用智能化生產(chǎn)將高端定制服裝周期由3個月縮短為7天，可實現(xiàn)零庫存；取消諸多中間環(huán)節(jié)，成本和價格大幅降低，企業(yè)利潤成倍增長。

3 印染行業(yè)智能化現(xiàn)狀

3.1 染化料配送和自動監(jiān)控

印染企業(yè)智能化在染料自動配送方面受到很多企業(yè)的重視，有很多企業(yè)從事該方面的研發(fā)，如杭州開源、凡騰公司以及德國SADO 公司等，并成功運用到生產(chǎn)實踐中。建立印染全流程設(shè)備數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)已成為新建項目的方向。該系統(tǒng)通過各種傳感器對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)如：水、電、汽、溫度、濕度、化學品含量、織物幅寬、單位面積質(zhì)量、速度等進行實時監(jiān)控，可實現(xiàn)節(jié)能減排、質(zhì)量追蹤、產(chǎn)品品質(zhì)提升、提高生產(chǎn)效率、減少用工，提高了工藝技術(shù)水平和管理水平，改變了以前依靠操作工、老師傅憑經(jīng)驗生產(chǎn)，受制于人的現(xiàn)象。新建的項目如山東如意金鄉(xiāng)印染工業(yè)園、浙江金梭印染項目；同時，宜興樂祺、愉悅家紡等知名企業(yè)很早就在車間設(shè)備上安裝了水、電、汽測控系統(tǒng)，進行成本核算、消耗考核，提高節(jié)能減排管理水平。但有的系統(tǒng)對各種工藝參數(shù)采集到中央控制系統(tǒng)并作相應(yīng)控制還不完善。

3.2 智能化管理系統(tǒng)

基于車間現(xiàn)場作業(yè)層面的信息化采集系統(tǒng)SFC得到逐步重視，生產(chǎn)管理MES系統(tǒng)也逐步被運用到印染企業(yè)。完善ERP 系統(tǒng)中的基礎(chǔ)信息和生產(chǎn)過程與企業(yè)計劃的信息斷層問題，還需從根本上提升ERP系統(tǒng)的運用水平。

3.3 智能互聯(lián)

從產(chǎn)品上來講，真正能夠?qū)崿F(xiàn)物料、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備之間智能互聯(lián)的是康平納筒子紗項目。但筒子紗的染色和布匹的染整從工藝到產(chǎn)品形態(tài)有著根本的區(qū)別。布的染整或者更確切地說，純棉平幅織物連續(xù)印染工廠完全智能化生產(chǎn)目前還沒有企業(yè)能夠做到。榮盛染整被譽為傳統(tǒng)印染工廠向智能化工廠成功轉(zhuǎn)型的案例，為行業(yè)在智能化生產(chǎn)方向起了很好的標桿和表率作用；但該公司產(chǎn)品以化纖和針織為主，染整設(shè)備基本上是單一的機缸，織物形態(tài)為繩狀加工，而且布匹的轉(zhuǎn)運設(shè)備之間互聯(lián)還是基本采用傳統(tǒng)人工方式，尚需完善。

4 平幅棉織物生產(chǎn)智能化工廠

印染工廠實現(xiàn)智能化的目的包括減少人工成本，提高生產(chǎn)效率、企業(yè)技術(shù)管理水平、節(jié)能減排水平、產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性，提高市場反應(yīng)能力和服務(wù)能力等。印染工廠雖然不及紡織服裝廠用工多，但很多工序勞動強度大、工作環(huán)境差，對現(xiàn)場工作人員經(jīng)驗要求高，造成印染企業(yè)一線生產(chǎn)人員嚴重短缺，人員逐步老年化，年輕人不愿意從事印染行業(yè)，生產(chǎn)一線出現(xiàn)工資支出逐年提高的現(xiàn)象。采用機器人減少用人對于印染企業(yè)同樣至關(guān)重要，印染工廠智能化生產(chǎn)能否取得重大突破，能否最大程度上減少用工，將繁重的體力勞動、重復(fù)的人為勞動采用機器人代替是個關(guān)鍵，也是一個重要標志。

4.1 卸貨、倉儲

坯布從紡織廠運輸?shù)接∪酒髽I(yè)從卸貨、倉儲開始，就是智能化生產(chǎn)的開始，運輸坯布的車輛停到倉庫的固定工位，由智能機器人完成坯布卸貨與智能倉庫互通互聯(lián)，擺放到相應(yīng)位置。

4.2 生產(chǎn)工藝智能化

布匹從卸貨開始和智能倉庫相結(jié)合，根據(jù)訂單及相應(yīng)的生產(chǎn)工藝流程，MES 系統(tǒng)自動配制相應(yīng)染化料，與設(shè)備互聯(lián)互通。

4.2.1 純棉織物印染工廠生產(chǎn)工藝

坯布準備：坯布進廠→卸貨→倉儲→拆包→翻邊→縫頭。

印染生產(chǎn)過程：冷堆+氧漂；染色→定型→預(yù)縮；燒毛→退煮漂→絲光；印花→定型→預(yù)縮；預(yù)定型→蒸化水洗→軋光。

成品包裝：檢驗→裁剪→包裝→倉庫→發(fā)運。

4.2.2 分步實施智能化生產(chǎn)

以客戶的生產(chǎn)訂單為導(dǎo)向，在導(dǎo)流中生成相應(yīng)生產(chǎn)工藝流程，通過智能倉庫自動取出相應(yīng)訂單的坯布進入第一道燒毛工序，正反布面智能識別，每匹布之間縫頭相連，突破現(xiàn)有設(shè)備水平，降低勞動強度。

國內(nèi)外都沒有成熟的經(jīng)驗來借鑒，產(chǎn)品品種不一樣，客戶要求不一樣，生產(chǎn)工藝也會產(chǎn)生不一樣，印染設(shè)備涉及諸多工藝參數(shù)，如：溫度、濕度、濃度、液位、張力、pH、含潮率、門幅等物理化學參數(shù)，還涉及化學品、水、電、汽消耗的在線控制。生產(chǎn)過程中，余熱熱能回收、中水回用，同時，高溫和大量化學品的使用對設(shè)備和傳感器不可避免產(chǎn)生腐蝕，而生產(chǎn)過程又是連續(xù)化生產(chǎn)作業(yè)，印染工廠智能化的復(fù)雜程度和難度超過其他行業(yè)。

印染工廠根據(jù)工藝工序劃分成五個車間：坯布倉儲車間、前處理車間、染色印花車間、后整理車間、成品倉儲車間，考慮到生產(chǎn)的靈活調(diào)配，車間之間設(shè)有智能儲布倉庫，作為生產(chǎn)過程的柔性連接，通過實現(xiàn)每個車間智能化生產(chǎn)，從而實現(xiàn)全工藝流程的智能化生產(chǎn)，流程如下。

4.2.3 根據(jù)工序車間功能進行智能化

4.2.3.1 坯布倉儲車間

坯布倉儲車間的智能化包括坯布機器人卸貨、智能倉庫自動拆包、正反識別、智能縫頭運輸?shù)较碌拦ば颉?/p>

4.2.3.2 前處理車間

前處理車間工序包括燒毛、冷堆、退漿、煮煉漂、絲光、磨毛等，成品為漂白制品，為下道染色或印花工序作準備，或者是漂白布，經(jīng)過后整理工序進入成品出廠工序。在本車間牽涉的設(shè)備很多，品種不一樣，工藝也會不一樣，但本工藝段化學品的使用相對固定，只在濃度上會因品種相應(yīng)變化。在印染工廠中，多機臺工藝車速有可能統(tǒng)一，給連續(xù)生產(chǎn)或者無人生產(chǎn)帶來可能性，是最有可能率先實現(xiàn)智能化、無人化生產(chǎn)的車間；具體的技術(shù)方案可分為連續(xù)無縫頭方案和有縫頭方案，同時還與車間廠房條件相關(guān)。

4.2.3.3 白坯智能倉儲

白坯智能倉儲既是前處理車間的中轉(zhuǎn)倉庫，又是后道染色、印花的原料倉庫，具有自動輸入和自動輸出功能，同時具有在智能化生產(chǎn)過程中滿足后道生產(chǎn)計劃的作用。

4.2.3.4 染色車間

染色車間要根據(jù)生產(chǎn)量規(guī)模確定機臺的數(shù)量，這里指的是連續(xù)式軋染設(shè)備。由于純棉和滌棉工藝的差別，滌棉生產(chǎn)需要使用高溫焙烘，設(shè)備選型應(yīng)盡可能滿足通用性，染化料選型工藝盡可能選擇滿足連續(xù)化生產(chǎn)特性。染色是個復(fù)雜的物理化學過程，涉及到的染化料品種及助劑非常多，智能化生產(chǎn)將對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提升起到根本性的作用。染化料測配可對各種參數(shù)指標，如：溫度、壓力、濕度、濃度、液位等實現(xiàn)智能控制，徹底擺脫了人為因素，提高了產(chǎn)品的正品率、重演性。

4.2.3.5 印花車間

印花車間和染色車間有相似之處，根據(jù)生產(chǎn)決定印花機數(shù)量的多少，由智能倉庫根據(jù)訂單提供相應(yīng)的漂白布，系統(tǒng)根據(jù)訂單的花型自動完成分色配料、涂料印花和活性印花生產(chǎn)流程。生產(chǎn)過程中，設(shè)備布局要盡可能將離散性生產(chǎn)方式改造為連續(xù)式生產(chǎn)方式，因工藝因素不能夠連續(xù)式，則需要創(chuàng)新解決。印花過程相對染色過程更為復(fù)雜，染料助劑品種繁多，還涉及花型制網(wǎng)、蒸化、焙固、水洗、洗網(wǎng)等工序，隨著數(shù)碼印花特別是高速數(shù)碼印花的成熟，成本的下降，給印花智能化生產(chǎn)帶來了根本性的突破，同時可改善工作環(huán)境、節(jié)能降耗、減少排放，產(chǎn)生革命性的變革。

4.2.3.6 色布智能倉儲

色布智能倉儲作為染色車間和印花車間完工后的中轉(zhuǎn)倉儲，同時也作為后整理車間的準備倉庫，是智能生產(chǎn)過程中的柔性連接，在ERP 和MES 系統(tǒng)下按照生產(chǎn)訂單，由中央控制系統(tǒng)與后道工序智能配送生產(chǎn)所用布料。

4.2.3.7 后整理車間

后整理車間包括定型、預(yù)縮機、軋光機以及特種整理，如樹脂整理、阻燃整理。前幾道工序，化學品、助劑使用較少，水、汽消耗也較少，主要采用烘燥熱源，如導(dǎo)熱油、天然氣、高壓蒸汽，因而污水排放較少，廢氣排放較多，要注意廢氣的治理和余熱回收利用。門幅的控制、縮率的控制、濕度的控制、溫度的控制、液位的控制、自動配料、縫頭的檢測等均可實現(xiàn)智能生產(chǎn)。

4.2.3.8 成品檢驗包裝

該工序包括檢驗、裁剪、自動包裝、出庫、裝運等，本車間可采用先進的圖像識別系統(tǒng)用于檢驗、自動裁剪，輔助少量的人工。由于不涉及到化學品，生產(chǎn)過程相對簡單。傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程用工較多，自動化水平低下，通過智能生產(chǎn)的改造可將人員從簡單、重復(fù)的勞動中解放出來。

4.2.3.9 印染工廠智能方案

印染工程有其特殊的復(fù)雜性，宜分步實施智能方案。通過印染工廠生產(chǎn)流程的分類介紹，筆者認為印染工廠智能化應(yīng)該由智能坯布倉庫、智能化前處理車間、智能化染色印花車間、智能化后整理車間、智能化檢驗包裝車間組成。各個部門之間通過ERP 系統(tǒng)、MES 系統(tǒng)統(tǒng)一指揮；硬件上，在各車間之間建有配合生產(chǎn)規(guī)模的智能倉儲，滿足訂單、生產(chǎn)調(diào)配需要，協(xié)調(diào)車速、檢修、保養(yǎng)等儲布功能。根據(jù)工藝、染化料使用、設(shè)備制定相應(yīng)方案，做到人機相連，機器與機器相連，最大程度上機器換人。無人化車間是終極目標，但實施起來難度很大，可以分步實施，先易后難；先以減少一半人工為目標，隨著實踐的深入和技術(shù)的進步逐步減少，在探索階段可以不考慮成本，在實際產(chǎn)業(yè)過程中還要考慮投資回報的經(jīng)濟性。構(gòu)建印染工廠的智能化也可以從一道工序、一個車間開始實施，譬如，從前處理車間開始實踐，該車間既涉及到化學品的配送，又需要配備濃度、溫度、濕度、流量等計量檢測設(shè)備，生產(chǎn)過程相對簡單，但布的物流技術(shù)、縫頭技術(shù)、設(shè)備進布出布、人機互連、設(shè)備與設(shè)備互連等技術(shù)上是相通的。鑒于印染工廠智能化生產(chǎn)的復(fù)雜性，可在倉儲、前處理車間、檢驗成品率等方面先取得突破，繼而在印染工廠全產(chǎn)鏈實施。

5 平幅棉織物生產(chǎn)布匹智能物流的方案

5.1 AGV小車

AGV 小 車（Automated Guided Vehicle，簡 稱AGV）是一種智能無人搬運小車，可以用來搬運車間到車間、機臺到機臺之間的加工布匹，用充電蓄電池為動力來源，通過系統(tǒng)來控制其運行路線，或者利用地磁軌道來設(shè)立行進路線，地磁軌道埋于地下或貼于地板上。AGV小車還可進行導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃運行路線，光學傳感器可導(dǎo)到路線及回避障礙物，且具有智能充電功能。當電量即將耗盡時，會向系統(tǒng)發(fā)出指令請求充電，并可自動到充電位置接受無線充電。AGV小車要運用到印染工廠還需要作相應(yīng)改造，以滿足印染工廠平面運輸?shù)囊蟆?/p>

5.2 智能立體行車機器人

智能立體行車機器人可以將布匹進行上下、左右、前后、三維立體搬運。立體行車機器人可在一定的區(qū)域內(nèi)替代人工操作，在系統(tǒng)控制下精確定位運輸，并且能夠和AGV小車協(xié)同工作，從而完成加工織物在生產(chǎn)過程中的無人運送工作。

5.3 智能縫頭裝置

這是印染工廠智能化生產(chǎn)的關(guān)鍵裝置，也是印染工廠車間能夠?qū)崿F(xiàn)無人化的關(guān)鍵。在系統(tǒng)操作下，智能縫頭裝置自動檢測布卷即將到頭，完成后卷布頭備縫，自動縫頭，在干布和濕布狀態(tài)下均能夠正常工作。該裝置在系統(tǒng)指揮下生產(chǎn)訂單的織物通過AGV小車和智能立體行車機器人協(xié)同工作，實現(xiàn)織物無人操作。

6 結(jié)束語

筆者從事印染成套設(shè)備的研發(fā)與制造已近30年，見證了54型印染設(shè)備向74型印染設(shè)備的轉(zhuǎn)變，參與了96新型印染成套設(shè)備的探索實踐，見證了十多年來中國印染設(shè)備逐步趕上國際水平的過程，并于2002年創(chuàng)建了賽格紡織機械有限公司。通過十多年的努力，賽格品牌成為了行業(yè)熟知的一個品牌，并且成功進入土耳其、巴基斯坦、孟加拉、印度、越南、非洲等海外市場，改變了印染成套設(shè)備只能從國外進口的局面，憑借好的品質(zhì)、性能和適當?shù)膬r格贏得國際買家的青睞，打破了印染成套設(shè)備由歐洲同行壟斷的局面。德國的工業(yè)4.0、中國制造2025 給中國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級指明了方向。筆者先后去德國游學，親身感受德國工業(yè)4.0的現(xiàn)狀；2017年，參加了江蘇省經(jīng)信委智能制造總裁班為期一年的系統(tǒng)學習，對智能化生產(chǎn)的理論和實踐有了更深入的了解；參觀了國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)：青島紅領(lǐng)、韓都衣舍、康平納、德國大眾第五工廠，積極關(guān)注智能制造技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展。印染工廠智能化生產(chǎn)需要攻克的課題很多，要整合多學科、多門類的技術(shù)人才，同時，轉(zhuǎn)化成適應(yīng)印染工廠的實用技術(shù)。平幅棉織物智能化生產(chǎn)采用ERP 系統(tǒng)，連接MES 系統(tǒng)和SFC信息化采集系統(tǒng)，在系統(tǒng)操控下實現(xiàn)以訂單為核心智能編排生產(chǎn)工藝。在生產(chǎn)過程中，織物實現(xiàn)智能無人輸送，同時實現(xiàn)各種染化料的智能分析和自動輸送。企業(yè)用工人數(shù)大幅度降低，減少了生產(chǎn)一線員工的勞動強度，改善了生產(chǎn)環(huán)境。江蘇賽格紡織機械有限公司作為印染成套設(shè)備研發(fā)單位期望能夠與有志于印染智能化產(chǎn)業(yè)的企業(yè)和個人開展合作，共同探索印染工廠智能化生產(chǎn)建設(shè)，實現(xiàn)中國紡織大國夢、強國夢。