吉學齊

（山東日發(fā)紡織機械有限公司，山東聊城，252000）

紡織行業(yè)智慧型生產模式目前已多有應用，如紡紗工序的粗、細、絡聯合智慧型生產線，達到了紡紗全流程自動化生產，實現了工序間物流自動輸送、夜班無人值守、故障遠程控制診斷等，萬錠用工在20 人以內［1-2］；化纖長絲行業(yè)的智慧型生產線已經集成了系統應用，實現了卷裝落卷、換筒管、堆放、包裝及物料運輸的自動化和智能化；印染行業(yè)的智慧型連續(xù)生產線具有印染生產工藝在線采集、配色及工藝自動管理、染料中央配送、半制品快速檢測等功能，實現了由單一裝備的數控化向整體智慧型工廠的轉變；非織造布行業(yè)實現了紡絲、成形、原料運輸、包裝等工藝技術的自動化、數字化、連續(xù)化集成應用，實現了非織造布生產的全流程數字化監(jiān)控和智慧型管理。

目前織造行業(yè)仍采用以人力資源為主的傳統生產模式。主要原因是在織造、漿紗工序中需要上下銜接的操作較多，如經軸的運輸和上、下機操作，織軸的運輸以及穿綜、穿筘和上、下機操作，卷布輥的上卸料操作等，實現這些過程的自動化操作難度大、成本高，導致智慧型織造工廠應用實施進展緩慢。

隨著市場競爭的不斷加劇以及原材料價格上升、能源緊張、企業(yè)人力資源成本提高等不利因素的增多，紡織企業(yè)盈利能力普遍下降。為了達到降低成本的目的，織造企業(yè)除了提高單機裝備的自動化水平之外，對于實現智慧型生產的需求越來越強烈，同時在當前互聯網時代，用戶需求日趨多樣化、定制化，企業(yè)訂單呈現出小型化、碎片化的趨勢，紡織企業(yè)迫切需要提高反應速度，提高應對市場變化的快速反應能力。傳統織造工廠管理模式已經越來越難以適應當前的發(fā)展需求，發(fā)展智慧型織造工廠已經非常急迫。

1 智慧型織造工廠應達到的技術水平

實施智慧型織造工廠，織造設備單機本身要具有一定的信息化、自動化基礎，否則智慧型工廠將是空中樓閣，無法實施。當前應用數量較多的織造裝備有噴氣織機、噴水織機、劍桿織機這幾種，其中噴氣織機的單機自動化、信息化水平較高，具備了較好的自動化基礎，因此本文以噴氣織機為例探討實施智慧型織造工廠的可行性。

與傳統織造生產車間相比，智慧型織造工廠應該具有以下主要特點：

（1）工廠內各機臺之間要實現聯網群控功能。與傳統織造車間不同，智慧型織造工廠內通過設置一臺服務器對各機臺進行信息采集，對各機臺的運行狀態(tài)實時在線監(jiān)控，并實時整理匯報出各機臺的工作效率、故障信息，實現產量班報、日報數據統計，具有遠程監(jiān)控、診斷、數據統計、傳輸等功能。

（2）工廠內各織機本身應該具備多品種織造工藝參數的數據庫系統，織造工廠上機新織物品種時，其工藝參數可從數據庫系統內調出，執(zhí)行后織機會自動進行工藝參數調整，當織機工藝參數數據庫系統內沒有相應品種時，可以通過織機聯網系統在主機廠調用該品種的工藝參數，從而達到讓不懂工藝的人可輕松調試織機，提高開機效率，縮短調試時間。

（3）織機具備緯停自動處理開車操作系統。在日常生產中，織機緯向故障導致的停機次數最多，一般每個班可達到幾十次，每次停機均需要人工處理，這就增加了擋車工的用工數量。以噴氣織機為例，一般每10 臺～12 臺織機就需要配置一個擋車工。當增加緯停自動處理操作系統后，該系統可以在織機出現緯停故障時，自動把故障緯紗抽掉，然后自動恢復織機的運行。根據實際經驗，應用該系統后，擋車工看臺數量可以提高50%，同樣機臺數量情況下顯著減少擋車工人數。

（4）采用先進的自動化穿、結經裝置，如當前已經投放市場的自動接經機，實現了機時的自動接經。特別是采用自動穿經機后，可以大幅度提高穿綜、穿筘效率，降低準備車間用工人數，每臺自動穿經機可以節(jié)省6 人～8 人。

（5）實現織軸、卷布輥裝卸料的自動化操作，操作中全程采用電腦控制，安全、科學地實現機械手和電腦的一體化控制，各工序自動銜接，動態(tài)監(jiān)控、集中定置管理。與傳統織造工廠相比，智慧型織造工廠織軸上機和空軸下機操作均由AGV 自動運輸車完成，運輸車上配置有二次開發(fā)的機器人。該機器人由AGV 車驅動行走，在織機了機或者需要落布操作時，根據物流調度系統指令，自動前往相應織機工位，把空軸從織機上取走，并放置在規(guī)定位置，然后自動抓取準備車間內滿紗織軸，行駛到織機位置后把滿紗織軸自動安裝到織機上?？棛C的織軸、卷布輥的裝卸料操作采用自動裝卸機器人時，比傳統模式可以節(jié)省用工50%以上。

（6）實現工藝配方的遠程管理，工藝人員只需在辦公室通過網絡操作，即可把工藝自動下載到相應機臺。

（7）實現織機的自診斷系統，自動更換緯紗紗筒，減少人工操作的繁瑣步驟。

（8）科學合理規(guī)劃好各種地下和空中架設的硬件設備，重點做好安全防護裝置、工作可靠性測試，實現自動化的有序開展。

（9）實現機器設備的自動化維護保養(yǎng)功能，如自動加油潤滑，自動設置儲油箱油量，潤滑不到位自動報警等，提高設備的使用安全和維護的自動化程度。

（10）配合自動化車間設計的空調控制系統?？照{控制系統與工廠內總服務器系統聯網，當機臺織造品種有改變時，需要的溫濕度標準會在服務器數據庫中調用，再通過聯網系統控制空調系統進行實際調整，達到生產工藝所要求的溫濕度。

（11）實現智慧型織造工廠夜班工作應急事件的預警系統，對突發(fā)設備事故及時呼叫值班工，以及安全可靠的防火報警控制系統。

2 智慧型織造工廠具體實施內容及架構

2.1 較高自動化程度的單臺織造設備

具有較高自動化程度的單臺織造設備是構成智慧型織造工廠的基礎，是智慧型織造工廠的重要組成部分，如圖1 所示?？椩煸O備單機本身應該具備遠程聯網功能，實現遠程監(jiān)控、診斷、數據統計、傳輸等功能，以提高機臺效率減少用人；應具有常用品種上機工藝參數數據庫系統，更換織造品種時可以一鍵到位，減少調機時間；應具有機臺車速自動調整功能；應具有與智慧型織造工廠物流控制系統的信息接口，否則無法形成整體的智慧型工廠。

圖1 智慧型織造工廠控制系統原理示意圖

2.2 中央物流調度控制系統

與傳統織造工廠不同，智慧型織造工廠內通過設置一臺中央服務器及一套物流控制軟件，對各織造設備進行信息采集，各機臺生產工藝、管理等信息均由中央服務器統一協調指揮，實時整理匯報出各機臺的工作效率、故障信息，實現產量班報、日報數據統計和故障排查。該系統是整個智慧型織造工廠的控制中心，把各個分散的單臺噴氣織機聯網后形成整體，所有機臺的工藝以及上下料操作均由該系統協調指揮。比如當車間內某臺織機卷布輥達到預先設定長度時，織機會對系統發(fā)出落布請求信號，調度系統根據信號調度落布專用運輸車，到達相應織機處進行落布操作。調度系統主控制器由工控主機（配備開發(fā)的管理軟件）、一套附屬硬件系統及一個無線主站組成。

智慧型織造工廠中央物流控制系統由硬件系統、軟件系統兩部分組成。硬件系統包括工控機、屏幕顯示器、控制盤柜（PLC）、線纜等。軟件部分主要包括工業(yè)采集軟件系統、物流調度軟件系統等。

工業(yè)采集軟件系統為用戶提供包括各織造設備的生產工藝信息、數據存儲、圖形處理、數據分析、報警管理、日志管理等一系列基礎組件，需要具備有強大的IO 通信能力、完善的報警機制、網絡聯網功能、安全措施。

物流調度軟件系統主要有以下幾部分組成：

（1）主控制器由一臺工控主機（配備開發(fā)的管理軟件）、一套附屬硬件系統及一個無線主站組成。

（2）工控主機配備軟件。通過軟件編寫程序來控制整個系統的運行、調度等功能。當織造設備織軸所剩經紗達到警告值、或者卷布輥布卷達到預定值時，自動呼叫系統給出信號，主控制系統收到信號后，對相應AGV 自動運輸車給出指令，AGV 自動運輸車則根據系統指令自動進行織軸卷布輥的裝卸操作。

（3）自動充電系統。電力檢查裝置檢測到AGV 自動運輸車的電量到預警線以下后，發(fā)出警報信號至主控制系統，控制系統發(fā)出指示，AGV 自動運輸車接受到指令自動運行至充電站進行自動充電。

（4）附屬系統。附屬硬件通過信息化標準接口與工控主機連接，工控主機通過PLC/MCU 進行通訊。

（5）無線主站模塊。負責把控制系統的指令發(fā)送到AGV 運輸車，并把AGV 運輸車的實時運行狀態(tài)反饋到控制系統。

軟硬件聯網通訊：織造設備工控主機與現場織機設備通信采用CAN 總線通信。由CAN 總線組成的分布式控制系統可實時可靠地傳輸工業(yè)控制現場的數據信息，實現工控現場與管理信息系統的無縫連接。

物流調度軟件系統是智慧型織造工廠的核心，由于一個工廠內往往會有幾十臺甚至幾百臺織造設備，每臺織機了機以及落布是隨機的，有時候機臺生產的品種也各不相同，實際應用場景十分復雜。物流調度系統要根據實際生產需求，合理安排規(guī)劃各種操作，特別是多臺AGV 運輸車之間的協調、最合理運輸路徑的計算、行走過程中安全的保證、AGV 運輸車的充電等環(huán)節(jié)，均需要全面考慮，并整合到系統里面。紡紗工序中前后道工序的銜接，比如開清棉、條并卷、精梳、并紗、粗紗、細紗、自動絡筒等，多采用天車導軌裝置進行工序間物料的轉移運輸，而細紗、粗紗等各工序內部基本還是以人工值車為主，采用AGV 運輸車模式進行生產的依然很少。本文所述的織軸、卷布輥裝卸AGV 運輸車，除了運輸功能之外，還需要在AGV 車上二次開發(fā)織軸抓取、織機定位、織軸裝卸等功能，控制系統需要與上層物流調度系統軟件整合，在系統的統一協調下，進行多臺AGV 車協同工作，這與紡紗工序有著很大的區(qū)別。

控制室工控主機系統與織軸AGV 運輸車、布卷AGV 運輸車等移動控制設備的連接采用無線通訊方式。

2.3 織軸及布輥的專用AGV 運輸車

根據物流控制系統的協調調度，實現落布、裝卸織軸的自動化控制，全程由車間物流控制系統軟件控制，安全、快速的實現自動落布、自動上軸，并實現織軸從整經、漿紗工序到織造車間的自動運輸管理；實現布輥從織造到驗布、打包工序的自動運輸管理。全部物流實現科學銜接，動態(tài)監(jiān)控、集中定置管理。各AGV 車采用電池驅動，其規(guī)格型號的選擇應滿足織軸最大重量的運輸需要。

2.4 其他

采用先進的自動穿、接經裝置，如當前已經批量應用的自動接經機，實現了機時的自動接經、自動穿綜、自動穿筘等工序。實現工藝配方的遠程管理，工藝人員可通過聯網軟件遠程將工藝自動下載到相應機臺，提高改機效率。智能化織造車間硬件系統，包括車間廠房、AGV 車運輸軌道、AGV 車充電站、智慧工廠物流調度軟件與噴氣織機之間通訊設備、工控機、屏幕顯示、控制盤柜（PLC）等。

3 智慧型織造工廠效率預測

具有上述幾個特征的智慧型織造工廠實施后，由于大量自動化設備的應用以及物流調度系統的整合，預計整體效率會有明顯提升，主要來自以下三個方面。一是織軸以及布輥的上下操作由系統自動控制進行，避免了傳統車間內人工等待的時間浪費。二是車間內全部機臺聯網后，可以實現遠程工藝數據傳送，品種改機效率提升。三是采用自動結經機后大幅度提高了穿綜穿筘效率。以300 臺噴氣織機規(guī)模的智慧型織造工廠進行預算，具體情況如下所示。

從上述對比看出，智慧型織造工廠實施后，所配備的自動緯停處理裝置使人均值車從12 臺提高到20 臺；AGV 自動運輸車的使用，使落布工、上軸工、掛機工減少一半；自動接經機的使用，省去接經工、穿筘工、穿經工；網絡化自動統計功能也使得管理人員減半?？傆霉と藬悼梢詼p少54 人左右，以月度平均工資5 000 元計算，每月可以節(jié)省人力成本27 萬元左右，年度總成本節(jié)省324 萬元，經濟效益明顯。

以300 臺噴氣織機生產C 14.8/14.8 523.5/283 266.7 全棉平紋布，實際車速700 r/min，綜合效率85% 計算，日產坯布90.6 km，全年產量32 616 km。實施智慧型織造工廠模式后，由于采用AGV 車運輸織軸、卷布輥，減少了傳統人工等待空停時間，并提升車間聯網管理效率，工廠整體效率預計可以提升3%以上，年坯布增加產量可達978 km，以該坯布市場銷售價格12 元/m 計算，每年新增產值1 174 萬元，經濟效益十分顯著。當然此效率為測算，目前行業(yè)內尚未有實際應用的案例。但由于紡織行業(yè)目前的用工難等問題，這種智慧型工廠的生產模式代表了今后織造行業(yè)的發(fā)展方向。

4 結束語

當前紡織行業(yè)普遍面臨招工難、成本上升、市場競爭激烈等困難，現有的織造工廠各工序用工多，效率低下，加大了紡織行業(yè)的成本壓力，發(fā)展?jié)摿σ呀涍_到極限。本文探討了一種全新的智慧型織造工廠生產模式，該模式基于現代互聯網技術，將工廠內各工序進行網絡連接，同時采用多種自動化裝備，以提高效率，降低用工數量，以達到降低成本目的，雖然該種生產方式目前還沒有實際的應用案例，但它代表了紡織織造行業(yè)未來的發(fā)展方向，也符合國家發(fā)展政策，可供廣大織造企業(yè)參考。