萬由順 衛(wèi) 江 桂長明 解艷芳 曹麗君

（武漢裕大華紡織服裝集團(tuán)有限公司，湖北武漢，430415）

武漢裕大華紡織服裝集團(tuán)有限公司是集“高端紡織制造”“現(xiàn)代紡織服務(wù)”“時尚紡織服飾”三大業(yè)務(wù)為一體的綜合紡織集團(tuán)，形成了原料貿(mào)易?紡紗?織造?印染?服裝的完整產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)入轉(zhuǎn)型發(fā)展的快車道。2018年武漢裕大華紡織服裝集團(tuán)有限公司在工控資金支持下，在武漢裕大華紡織有限公司投資了10萬錠全流程智能紡紗項目。目前該項目已經(jīng)通過中國紡織工業(yè)聯(lián)合會的鑒定，認(rèn)定為總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

1 全流程智能化紡紗工藝流程

全流程回花/回絲智能收付系統(tǒng)的紡紗過程［1］如下。

（原料）→清梳聯(lián)［JWF1011型往復(fù)抓棉機→→FT 225B型強力磁鐵→FT 247（B）型風(fēng)機→FA 124型重物分離器→MPEEO1型金火探除器→（FT 217?70型氣流分離器+JWF0007?70型重物分離器+FT 240F型風(fēng)機）→JWF1107型單軸流開棉機→FT 240F型風(fēng)機+FU 2801型風(fēng)機高架→JWF1109型單軸流開棉機（帶間道）→119A 4型火星探除器→JWF1027?6?160型多倉混棉機+FT 242型風(fēng)機→FT 211型強力磁鐵→（FT 222F型風(fēng)機+JWF1115?160型清棉機+FA 055?160型立式纖維分離器）→精靈8D型異纖分揀機+精靈8C型異纖分揀機（清梳聯(lián)不含）→FU 2801型風(fēng)機高架+FT 201B型風(fēng)機→119AII型火星探除器→FT 202A T型分配器→FT 301B型連續(xù)喂棉控制器→12×JWF1213型梳棉機］→預(yù)并條（JWF1313型并條機）→條并卷精梳（JWF1383型條并卷聯(lián)合機→JWF1286型精梳機）→并條（JWF1316T型并條機）→粗紗（JWF1458A型粗紗機配粗細(xì)聯(lián)）→細(xì)絡(luò)聯(lián)（JWF1572?1200型細(xì)紗機→VCRO?I型細(xì)絡(luò)聯(lián)自動絡(luò)筒機）→（成品紗）

2 全流程智能化紡紗流程

全流程智能化紡紗流程見圖1。

圖1 全流程智能化紡紗流程圖

由圖1可見，全流程智能化紡紗流程包括多個模塊，實現(xiàn)了全流程智能紡紗物流和全流程質(zhì)量追溯。智能紡紗物流系統(tǒng):使用傳感器、條碼、射頻識別、工業(yè)機器人、自動導(dǎo)航和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)實現(xiàn)了配棉和上包、條筒輸送和存儲、棉卷自動接頭、粗細(xì)聯(lián)輸送，筒紗自動包裝輸送等。通過自動化設(shè)備實現(xiàn)內(nèi)部物料的自動轉(zhuǎn)移。全流程質(zhì)量追溯系統(tǒng):在整個生產(chǎn)過程中，新增了條筒芯片、條筒托盤芯片、粗紗管芯片、細(xì)紗管托盤芯片、筒紗紙管條碼識別、碼垛托盤芯片、出入庫芯片識別等射頻識別裝置。通過“e系統(tǒng)”，把原料信息、機臺信息、條筒信息、暫存信息、紗管信息、托盤信息、倉儲信息與全流程生產(chǎn)信息融為一體，形成從原料檢測到產(chǎn)品入庫的全流程智能質(zhì)量追溯系統(tǒng)。

智能化紡紗流程配置:原棉→清梳聯(lián)→AGV小車→預(yù)并條→條并卷→精梳→一道并條（自調(diào)勻整）→提升機+軌道→粗紗→柔性軌道→細(xì)紗（單錠檢測+粗紗斷頭停喂）→鋼帶+托盤→自動絡(luò)筒→自動打包→AGV小車→入庫。

3 全流程智能紡紗管理系統(tǒng)

智能紡紗管理系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)智能分析和預(yù)測子系統(tǒng)，形成以生產(chǎn)運行和產(chǎn)品質(zhì)量實時狀態(tài)為基礎(chǔ)的智能化分析；通過大量數(shù)據(jù)的自動化采集及生產(chǎn)信息的追溯、信息流與物流協(xié)同的管理，達(dá)到以精益、精確、精準(zhǔn)為核心的智能紡紗車間，打造智能制造協(xié)同創(chuàng)新管控平臺。模塊主要包括:訂單管理、紡紗工藝設(shè)計、在線質(zhì)量管控、試驗數(shù)據(jù)管理分析、產(chǎn)量統(tǒng)計分析、產(chǎn)量工資管理、電量管理、制成率分析、一線員工用APP、專件周期管理等模塊。

該系統(tǒng)提供17個一級菜單，約100個子頁面，同時預(yù)留與ERP對接的數(shù)據(jù)接口，通過該系統(tǒng)協(xié)助用戶實現(xiàn)以下功能技術(shù)指標(biāo):

（1）生產(chǎn)過程透明化，異?？焖夙憫?yīng)。

（2）通過效率損失點的分析，定位低效率的落后機臺和落后錠位，協(xié)助管理者提升生產(chǎn)產(chǎn)能。

（3）實現(xiàn)設(shè)備維護(hù)［2］、專件生命周期管理、規(guī)范維護(hù)保養(yǎng)過程，郵件提醒維修人員及時保養(yǎng)。

（4）通過現(xiàn)場大屏展現(xiàn)生產(chǎn)績效，實現(xiàn)管理者與一線員工的信息交互，提高管理效率。

（5）實時在大屏或PAD顯示計劃進(jìn)度。

（6）員工產(chǎn)量工資實時計算。

（7）半成品在線質(zhì)量數(shù)據(jù)和離線質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計、異常報警。

（8）為關(guān)鍵工序落筒和細(xì)紗提供的一線保全工和擋車工用APP，協(xié)助員工提高工作效率，實現(xiàn)自我管理。

（9）實現(xiàn)隨時隨地的移動辦公，減少重復(fù)管理，提高管理效率。

與ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接，通過從訂單到成品的制成率統(tǒng)計及利用在線、離線質(zhì)量大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，實現(xiàn)訂單管理，為管理層決策提供支持。圖2是全流程無死角的智能紡紗管理系統(tǒng)構(gòu)架圖。

圖2 全流程智能紡紗管理系統(tǒng)構(gòu)架圖

4 技術(shù)創(chuàng)新點

4.1 軟件創(chuàng)新

4.1.1 面向信息物理融合制造系統(tǒng)的紡紗智能制造新模式

全面搭建以智能工藝裝備為基礎(chǔ)［3］，以自動高效生產(chǎn)線為體現(xiàn)，以MES管控為核心，以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中控平臺為支撐，以ERP大數(shù)據(jù)分析為擴(kuò)展的全面集成的信息物理融合制造系統(tǒng)。實現(xiàn)自下而上的執(zhí)行狀態(tài)采集、數(shù)字化管控系統(tǒng)的智能決策、自上而下的作業(yè)指令下發(fā)的閉環(huán)控制，支持大批量訂單及其工藝流程為驅(qū)動的從物料到產(chǎn)品的全過程管控，以計劃排產(chǎn)與動態(tài)調(diào)度、精益自動物流配送與控制、產(chǎn)品質(zhì)量實時精準(zhǔn)監(jiān)控、數(shù)字化生產(chǎn)履歷追溯為核心的涵蓋計劃進(jìn)度、物流執(zhí)行、質(zhì)量管控與追溯的全業(yè)務(wù)協(xié)同，形成有序、協(xié)調(diào)、可控和高效的智能制造新模式。

4.1.2 基于云端平臺的智能遠(yuǎn)程設(shè)備數(shù)據(jù)及狀態(tài)采集與維護(hù)

在智能紡紗生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在嵌入式狀態(tài)感知傳感器、信息管理軟件系統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)通訊模塊的支持下，基于智能管理系統(tǒng)以及大數(shù)據(jù)分析中心，為智能設(shè)備的生產(chǎn)使用提供支持，并為未來遠(yuǎn)程運維奠定基礎(chǔ)?；谠贫似脚_，實施采集設(shè)備數(shù)據(jù)及提供運維服務(wù)基礎(chǔ)。該生產(chǎn)模式已經(jīng)屬于新的生產(chǎn)模式創(chuàng)新。

4.1.3 基于智能工藝裝備信息物理融合的監(jiān)控系統(tǒng)

基于高精度自動化生產(chǎn)裝備實現(xiàn)了智能性擴(kuò)展，包括嵌入式的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集發(fā)送以及控制指令接收，建立與MES系統(tǒng)深度信息物理融合的自動化高效生產(chǎn)線，支持設(shè)備狀態(tài)的實時在線監(jiān)控，以及生產(chǎn)線自動運行的實時報警的處理。通過在MES系統(tǒng)中構(gòu)建與物理生產(chǎn)線相對應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，使得監(jiān)控系統(tǒng)具有充分貼合紡織生產(chǎn)線高效自動以及環(huán)境敏感的生產(chǎn)特點，有效保證監(jiān)控高效、實時、精準(zhǔn)。經(jīng)測評，監(jiān)控系統(tǒng)在自動化、智能化、實時化和精準(zhǔn)性方面基本達(dá)到國際先進(jìn)水平。

4.1.4 基于智能制造管理系統(tǒng)平臺構(gòu)建的ERP和MES系統(tǒng)

系統(tǒng)全面采用統(tǒng)一的、柔性的、基于模型驅(qū)動的智能制造管理系統(tǒng)平臺來構(gòu)建產(chǎn)品研發(fā)、工藝、制造執(zhí)行及數(shù)據(jù)化工廠系統(tǒng)，減少了系統(tǒng)間的集成，將自動化生產(chǎn)線與信息系統(tǒng)作了深入融合集成，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建出的ERP和MES在確保數(shù)據(jù)的一致性、及時性、完整性和準(zhǔn)確性方面極具優(yōu)勢。

4.2 硬件關(guān)鍵技術(shù)突破

4.2.1 全流程智能紡紗物流系統(tǒng)

從原棉到成品入庫實現(xiàn)自動化物流。在清梳聯(lián)、粗細(xì)聯(lián)、細(xì)落聯(lián)等高精度自動化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，通過AGV小車全面實現(xiàn)紡紗全流程自動運輸，并形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

此外，針對紡紗過程中產(chǎn)生的回花、回絲、下腳，通過全方位智能分揀和收付系統(tǒng)實現(xiàn)自動處理。該系統(tǒng)紡紗及收付流程見圖3。智能紡紗設(shè)備機、電、氣控制高度集成，單機設(shè)備設(shè)置有抽吸回花的吸附點、風(fēng)箱及吹吸風(fēng)裝置等。全方位智能分揀和收付系統(tǒng)通過改造或利用智能紡紗吹吸風(fēng)系統(tǒng)，將智能紡紗吹吸風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵部位與除塵設(shè)備、自動打包設(shè)備通過管道連接起來；再通過自動控制程序設(shè)計，實現(xiàn)回花、回絲、下腳料等分類自動采集，同時將纖雜分離、分類，并由管道輸送到各自的自動程控打包機內(nèi)壓縮打包。包含棉卷、棉條、粗紗、細(xì)紗、管紗、筒紗全流程回收系統(tǒng)，并形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 全方位智能分揀和收付系統(tǒng)流程圖

4.2.2 梳并聯(lián)自動輸送系統(tǒng)

實現(xiàn)梳棉到并條的自動輸送。條筒循環(huán)輸送路線:AGV小車推滿條筒（D 1 000 mm×1 200 mm）→擺渡車→暫存區(qū)→并條機→空筒→暫存區(qū)→AGV推回梳棉機自動換筒空筒處。每個條筒上都裝有芯片，通過AGV小車及條筒輸送軌道上的傳感器讀取裝置進(jìn)行識別，確保棉條筒能被輸送到指定位置。

4.2.3 精梳自動換卷輸送系統(tǒng)

4.2.3.1 條卷機自動換棉卷筒

每臺條卷機車頭設(shè)有與精梳機棉卷架平行的擱卷架，一次存放8個空滿卷。通過與高架運輸系統(tǒng)配合實現(xiàn)條并卷機與精梳機之間的筒管自動運輸，滿筒送精梳機，同時將紡空的棉卷筒送回條卷機擱卷架；條卷機紡滿卷時，由程序控制完成落滿卷、送空卷、低速啟動后再轉(zhuǎn)正常，滿卷前又降速作落卷準(zhǔn)備。

4.2.3.2 自動換卷

與高架運輸系統(tǒng)配合實現(xiàn)條并卷機與精梳機之間的棉卷自動實時更換。精梳機上棉卷紡空時，通知行車運行到該臺精梳機棉卷上方，8對機械手臂將空棉卷筒抓取提升運回條卷機擱卷架空卷庫；同時精梳機換卷氣缸動作將備用滿卷推到工作位置，完成換卷。

4.2.3.3 精梳機自動接頭

棉卷更換到位后自動進(jìn)行新舊棉網(wǎng)接頭，接頭正常后自動開車完成無人化換卷接頭操作；換卷接頭時，電磁閥控制精梳機上的負(fù)壓吸附管開啟，將接頭花抽走。

4.2.4 全流程智能倉儲輸送系統(tǒng)

4.2.4.1 自動碼垛及暫存

自動打包機打好的成品包，自動粘貼噴碼，再被抓取到成品托盤上碼垛堆放，每個成品托盤裝有芯片，每層碼4包，100 kg，按10層設(shè)置，裝載1 000 kg，每個托盤為同一批次同一品種，裝滿后，成品AGV接到信號，將碼好的成品托盤運送到暫存區(qū)，同時將空的成品托盤放置在碼垛區(qū)。

4.2.4.2 自動轉(zhuǎn)運至成品智能倉庫

暫存區(qū)只能存放一天的生產(chǎn)量，由成品AGV小車在每天轉(zhuǎn)運時間內(nèi)將前一天放在暫存區(qū)的成品托盤運送到車間通往倉庫的滾盤上，滾盤感應(yīng)到成品托盤輸送電機工作，成品托盤離開滾盤時，電機停止。成品智能倉庫每個倉位容納一個成品托盤，倉位上的感應(yīng)器自動讀取托盤芯片數(shù)據(jù)，并存入“e系統(tǒng)”

4.2.4.3 自動出貨銷售

銷售經(jīng)理通過手機終端或電腦訪問“e系統(tǒng)”，實時掌握生產(chǎn)在機、庫存品種及產(chǎn)量信息，簽訂銷售合同有的放矢；倉庫管理員發(fā)貨時，倉庫管理系統(tǒng)按照品種、批次、生產(chǎn)時間自動配貨，不僅提高了效率，減少了差錯，而且杜絕了先入后發(fā)（積壓）的發(fā)生。

4.2.5 全流程智能質(zhì)量追溯系統(tǒng)，并形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

對從原材料接收到在制品轉(zhuǎn)移、成品檢驗、貯存和交付等各階段進(jìn)行標(biāo)識，以防止不同類別、規(guī)格、批次的原材料、在制品和成品混用，并驗證在規(guī)定的有追溯性要求的場合具有可追溯性。對物料、在制品、成品的檢驗和試驗狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)識，予以控制，防止不合格產(chǎn)品流入下工序或交付給顧客。

質(zhì)量追溯系統(tǒng)包括:

（1）條筒芯片。即條筒電子標(biāo)識。它安裝在條筒上，被AGV小車或安裝在條筒輸送軌道上的傳感器識別，并通過數(shù)據(jù)鏈與“e系統(tǒng)”相連，用于實時監(jiān)控條筒的位置或狀態(tài)及前后設(shè)備供應(yīng)鏈關(guān)系。

（2）三自動換卷。條卷的滿卷自動輸送到精梳；精梳自動換卷；空卷自動回收。并通過數(shù)據(jù)鏈與“e系統(tǒng)”相連，用于實時監(jiān)控精梳小卷的位置或狀態(tài)及前后設(shè)備供應(yīng)鏈關(guān)系。

（3）托盤芯片。它用于識別末并條筒，安裝在托盤上，能被條筒輸送軌道上的傳感器識別，并通過數(shù)據(jù)鏈與“e系統(tǒng)”相連，用于實時監(jiān)控條筒的位置或狀態(tài)及前后設(shè)備供應(yīng)鏈關(guān)系。

（4）帶芯片的粗紗塑料紗管。它用于識別粗紗，安裝在塑料紗管上，被粗細(xì)聯(lián)輸送軌道上的傳感器識別，并通過數(shù)據(jù)鏈與“e系統(tǒng)”相連，用于實時監(jiān)控粗紗的位置或狀態(tài)及前后設(shè)備供應(yīng)鏈關(guān)系。

（5）筒紗到打包機輸送系統(tǒng)。由自動抓取、自動輸送、自動存放、自動套袋、自動裝料、自動封口、自動噴碼、自動存儲和轉(zhuǎn)運組成。每個抓取架上裝有芯片，用于識別自動絡(luò)筒機單錠生產(chǎn)的滿筒位置或狀態(tài)及跟蹤物流鏈。

（6）實驗室檢測。用于對客戶反饋或在制品在線監(jiān)測的不合格或隱患的確認(rèn)，由檢測中心負(fù)責(zé)，并通過數(shù)據(jù)鏈與“e系統(tǒng)”相連，受權(quán)人員實時共享。

5 全流程智能紡紗應(yīng)用實踐

武漢裕大華紡織有限公司10萬錠智能化項目在2019年6月30日全面投入生產(chǎn)運行，已經(jīng)實現(xiàn)了全流程智能化紡紗的物流運輸，及部分“e系統(tǒng)”的運行。在機生產(chǎn)品種有JC 14.6 tex、JC 9.8 tex、JC 8.3 tex、JC 7.3 tex集聚紡等系列品種，紗線質(zhì)量達(dá)到烏斯特2013公報5%～25%水平，細(xì)紗錠速在17 000 r/min～20 000 r/min，細(xì)紗千錠時斷頭率控制在5根～10根，萬錠用工在15人～20人，在硬件上初步實現(xiàn)了全流程智能紡紗新模式。

生產(chǎn)的 JC 14.6 tex、JC 9.8 tex、JC 8.3 tex、JC 7.3 tex集聚紗產(chǎn)品質(zhì)量見表1。

表1 產(chǎn)品質(zhì)量

在軟件方面，我公司集合武漢紡織大學(xué)、經(jīng)緯紡機、外聘專家、本公司專家等成立了紡織研究院、“e系統(tǒng)”軟件開發(fā)小組等，預(yù)計在2019年底全面搭建以智能工藝裝備為基礎(chǔ)，以自動高效生產(chǎn)線為體現(xiàn)，以MES管控為核心，以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中控平臺為支撐，以ERP大數(shù)據(jù)分析為擴(kuò)展的全面集成的信息物理融合制造系統(tǒng)，成為全流程全覆蓋的智能化數(shù)字化紡紗生產(chǎn)示范基地。

在知識產(chǎn)權(quán)方面，我們已經(jīng)申報了實用新型專利11項，發(fā)明專利14項，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)1個，設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)3個，形成適合智能化紡紗的設(shè)備操作管理制度，并形成整套《全流程智能紡紗工廠新模式建設(shè)》專著，成為易復(fù)制型智能紡紗制造新模式，助推紡織行業(yè)智能化、信息化、數(shù)字化建設(shè)。

我們的目標(biāo)是:生產(chǎn)效率提升22.65%，運營成本降低14.85%，單位產(chǎn)值能耗降低14.12%，用工降低71.70%，萬錠產(chǎn)品升級周期縮短40%，產(chǎn)品質(zhì)量工藝可追溯率100%，產(chǎn)品不良率降低55.00%。把我們公司10萬錠智能化項目打造成華中地區(qū)乃至國內(nèi)一流的智能化、數(shù)字化項目示范標(biāo)桿。

6 結(jié)束語

武漢裕大華紡織有限公司的10萬錠全流程智能紡紗項目從規(guī)劃設(shè)計到實施，實現(xiàn)了軟件與硬件的深度集成融合，以智能工藝裝備為基礎(chǔ)，以自動高效生產(chǎn)線為體現(xiàn)，以MES管控為核心，以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中控平臺為支撐，以ERP大數(shù)據(jù)分析為擴(kuò)展的全面集成的信息物理融合制造系統(tǒng)。軟件和硬件的良好配合實現(xiàn)了全流程智能紡紗物流系統(tǒng)、梳并聯(lián)自動輸送系統(tǒng)、精梳自動換卷輸送系統(tǒng)、全流程智能倉儲輸送系統(tǒng)、全流程回花收付打包系統(tǒng)、全流程智能質(zhì)量追溯系統(tǒng)的良好運行，產(chǎn)生了多項知識產(chǎn)權(quán)和專利，并達(dá)到較高的產(chǎn)質(zhì)量水平，在降低用工方面上也具有顯著優(yōu)勢，具有較好的推廣價值。