程慧鵬 楊 朝 李加云 程衛(wèi)平 徐 陽

（1.新疆大學，新疆烏魯木齊，830046；2.新疆東純興紡織有限公司，新疆圖木舒克，844299）

為降低設備制造成本以及使用成本，環(huán)錠紡細紗機在向集體落紗與超長化方向發(fā)展［1］，目前新型環(huán)錠紡長車錠數(shù)一般都在1 000 錠以上，在多錠位中找到有問題的紗錠是環(huán)錠紡紗質(zhì)量攻關(guān)的重要內(nèi)容之一［2］。大部分紡紗企業(yè)對細紗環(huán)節(jié)的質(zhì)量追溯還依賴于傳統(tǒng)的寫字法、二維條形碼等方法［3］，這已經(jīng)無法達到現(xiàn)代紡織企業(yè)對細紗環(huán)節(jié)實時追溯與精細化管理的要求［4］。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，一些企業(yè)引進了利用無線射頻識別（RFID）技術(shù)的手持式錠位追溯系統(tǒng)［5］，這種系統(tǒng)在一定程度上提高了細紗追溯的效率，但停車檢測時間長，需要停車對所有錠位管紗逐一采集，且出錯率高。針對環(huán)錠紡細紗長車的特點和上述方法的弊端，本研究采用紅外感應檢測技術(shù)與RFID 技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了一套環(huán)錠紡自動管紗錠位追溯系統(tǒng)，并在120 臺Zinser 71 型細紗機上進行了實際應用。

1 自動管紗錠位追溯系統(tǒng)架構(gòu)

自動管紗錠位追溯系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1 所示。將含有紅外感應裝置和裝有RFID 芯片的電子紗管閱讀裝置集成為一體化檢測讀寫裝置，安裝在管紗（紡滿紗的管子）的落紗傳送區(qū)段內(nèi)。在集體落紗時，排列間隔有序的專用電子紗管在傳送帶傳輸作用下運動并通過集成檢測裝置，當電子紗管進入檢測區(qū)，就會觸發(fā)紅外感應開關(guān)，啟動RFID 讀寫探頭讀取電子紗管的唯一ID 碼并寫入紗管錠位信息，然后把信息存儲到PC 端的紡織檢測軟件數(shù)據(jù)庫中。管紗在進入絡筒工序后，如果電子清紗器檢測到某個管紗有較多疵點問題，會將其剔除，被剔除的質(zhì)量不符合規(guī)定要求的管紗信息被專用閱讀器讀取后，會按照用戶事先編程設定的選項，自動調(diào)動數(shù)據(jù)處理中心中存儲的生產(chǎn)信息和錠位信息，以信息形式自動發(fā)送到指定人員（管理者、技術(shù)員、擋車工）手機中的錠位信息管理系統(tǒng)APP 上。工作人員可以快速查找到相應的細紗錠位，精準找到紗疵產(chǎn)生的原因并及時采取解決措施，達到提高細紗質(zhì)量、減少細紗疵品和提高成品質(zhì)量的目的，進而提高企業(yè)的精細化管理水平。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2 細紗機電子紗管自動檢測裝置

2.1 檢測與讀寫

錠位信息檢測是系統(tǒng)進行細紗質(zhì)量追溯的基礎。利用環(huán)錠紡長車的集體落紗系統(tǒng)，將集成了管紗紅外感應和RFID 芯片讀寫的檢測裝置固裝于落紗的管紗傳送區(qū)段，檢測時，紅外感應探頭和讀寫探頭互相配合，當裝有RFID 芯片的電子管紗落紗后，在傳送帶的作用下會先進入紅外感應探頭的識別區(qū)域，紅外感應探頭檢測到有物體遮擋時會向讀寫探頭發(fā)送讀取指令，讀寫探頭會讀取上傳管紗的唯一識別ID 號，并記錄其錠號。值得一提的是，管紗對應錠號的確定主要依賴于紅外裝置的計數(shù)功能，紅外裝置只要檢測到有物體經(jīng)過，即使是沒有插管的空托盤都會被計數(shù)1 次，這樣可以確保前面空管或壞管不會影響到后面管紗的實際錠號。

2.2 檢測裝置安裝位置選擇

在實際生產(chǎn)中，檢測裝置安裝位置、檢測范圍、機器故障等因素都會對電子紗管讀寫信息的準確性產(chǎn)生不同程度的影響，其中檢測裝置安裝位置是最重要的影響因素。選擇合適的安裝位置能有效提高系統(tǒng)采集的效率和精準度，并縮小其他因素造成的不良影響。

Zinser 71 型細紗機車頭共有3 處適合安裝檢測裝置，如圖2 所示。位置1 為落紗出口的水平傳送位置，位置2 為傳送斜坡前的水平位置，位置3 為管紗傳送斜坡區(qū)域內(nèi)與斜坡垂直的鐵皮上。一般在機器各部件正常傳動的情況下，都能滿足正常的檢測條件，但機械運轉(zhuǎn)不可避免會出現(xiàn)一些偶發(fā)故障［6］。

圖2 車頭適合安裝檢測裝置的3 處位置

將檢測裝置安裝于位置1 時，因某些機臺的傳送帶破損，在傳送途中管紗偏離檢測區(qū)域，導致某些管紗信息寫入失敗。此外，機器有時候會產(chǎn)生一些偶發(fā)性故障而導致管紗停止傳送。當因紗管輸送口堵塞而停止傳送時，如果恰好有管紗停在檢測裝置的紅外檢測區(qū)域，檢測裝置會反復讀取，致使采集界面出現(xiàn)若干個空格信息，導致后面錠位信息編號全部出錯。對Zinser 71 型細紗機來說，采集寫入的末個管紗錠位編號本應是1 200，由于空格的出現(xiàn)，末個管紗錠位編號會大于1 200。

將檢測裝置安裝在位置2 時，如果傳送機械發(fā)生故障，會一直出現(xiàn)3 個～4 個紗管間緊密相連緊挨著運行，并且速度很快，導致其中有1 個～2個管紗沒來得及被采集，會出現(xiàn)錠位編號錯亂。如錠位編號為10 的管紗，由于前面兩個未被采集，其編號變成了8，造成追溯到的錠號與實際錠號嚴重不符。

將檢測裝置安裝在位置3 后，檢測有序進行。管紗傳送斜坡區(qū)域上面的傳送帶有間隔均勻的鉚釘，管紗運行至斜坡后會自動保持均勻間隔，有效避免了管紗偏離檢測區(qū)域和紗管間緊密相連緊挨著運行的情況，保證裝置采集信息有序進行。再結(jié)合軟件方面，通過優(yōu)化程序代碼，當出現(xiàn)管紗停滯在檢測區(qū)，系統(tǒng)采集到重復的電子紗管ID 信息時，軟件會向檢測裝置發(fā)出指令，即自動暫停檢測；待故障解決后，紅外裝置檢測到物體移出檢測區(qū)域，且當下一個電子紗管到達檢測區(qū)域被紅外裝置檢測到時，解除暫停狀態(tài)，恢復正常檢測。有效解決了偶發(fā)性故障導致管紗停在檢測裝置的紅外檢測區(qū)域而引起錠位信息編號出錯的情況。通過效果對比得出，位置3 是檢測裝置的最佳安裝位置。

3 系統(tǒng)軟件功能和運行流程

實現(xiàn)管紗錠位的自動追溯，開發(fā)實用、操作便捷的軟件是必不可少的一部分。該系統(tǒng)軟件包括PC 端的紡織錠位檢測軟件和手機端的錠位信息管理軟件，兩款軟件的數(shù)據(jù)交互保障了整個系統(tǒng)追溯流程的精準性、實時性和高效性。整個系統(tǒng)軟件的運行流程圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)軟件運行流程圖

PC 端的紡織錠位檢測軟件是根據(jù)環(huán)錠紡長車自動落紗生產(chǎn)特點開發(fā)的一款細紗追溯專用軟件。PC 端的紡織錠位檢測軟件功能主要包括用戶管理（對使用人員及密碼進行管理）、系統(tǒng)管理（對車型、車號等基礎數(shù)據(jù)進行管理）、生產(chǎn)管理（對生產(chǎn)信息采集進行管理）、信息查詢（生產(chǎn)后的信息追溯查詢）、數(shù)據(jù)傳輸（用于與手機端軟件的數(shù)據(jù)交互）、問題成因及分析維護、問題統(tǒng)計。這些功能主要應用在落紗→掃描檢測→采集記錄生產(chǎn)信息和錠位→絡筒→報警剔管→記錄報警→掃描查找機號錠位的整個過程中。PC 端系統(tǒng)軟件主界面如圖4 所示。

圖4 PC 主端系統(tǒng)軟件主界面

手機端的錠位信息管理軟件，其主要功能是將PC 端系統(tǒng)軟件檢測記錄的重要生產(chǎn)信息，在第一時間實時發(fā)送到車間管理者和擋車工的手機上，以便于快速找到相應機號的錠位，及時檢查并解決該錠位引起不良紗疵的隱患。

4 系統(tǒng)應用效果

針對新疆東純興紡織有限公司的實際生產(chǎn)情況，我們對自動管紗錠位追溯系統(tǒng)進行了優(yōu)化完善和改造升級，將改造后的系統(tǒng)在該公司120 臺（14.4 萬錠）Zinser 71 型細紗機上進行了應用，具體應用效果如下。

（1）檢測準確度高、效率快。為了保證追溯的效率和準確度，除了選擇最佳安裝位置外，應用時發(fā)現(xiàn)，細紗車間已有電子設備的一些信號源會對電子標簽信息傳遞產(chǎn)生一定干擾。因此，綜合考慮細紗機錠位空間大小特性，對標簽天線形狀、超高頻RFID 的防碰撞算法等進行研究，通過研究標簽檢測裝置電路阻抗與高頻特性關(guān)系特征，優(yōu)化功率模型，實現(xiàn)了高速、可靠檢測。在檢測時，電子紗管能夠在2 cm～4 cm 內(nèi)被準確檢測讀取，讀取速度為1 個/s 以上。該機型每臺車有1 200個電子紗管，在遭遇故障的最壞情況下，最多有1個～2 個紗管出現(xiàn)讀取失敗的情況，且不會對其他紗管和對應的錠位產(chǎn)生影響，讀取準確率達到99.8%以上。

（2）降低了人工成本，提高了細紗追溯效率。早期，該企業(yè)是通過寫字法，用鉛筆在普通紗管上標記錠位信息，一臺細紗機1 200 個紗管，需要在停車狀態(tài)下10 人同時進行寫字標記。引入手持式管紗錠位追溯系統(tǒng)后，1 個人在停車狀態(tài)下檢測一臺車需要30 min。應用自動管紗錠位追溯系統(tǒng)后，檢測過程中不需要人為干預，不需要停車檢測，可實現(xiàn)自動檢測；正常情況下，1 個人可以同時管理10 臺車的追溯檢測工作，只需在檢測時巡查是否出現(xiàn)故障問題，大幅節(jié)省了人工成本。

（3）減少了疵管數(shù)量和原料的浪費。應用自動管紗錠位追溯系統(tǒng)后，可及時追溯絡筒剔管對應的壞錠，并解決該錠位引起不良紗疵的隱患，顯著減少了疵管數(shù)量。以平均每1 200 個管紗5 個疵管的檢出率計算，有效杜絕了這5 個疵管對應錠位的質(zhì)量隱患，明顯減少了紗疵造成的原料浪費，提高了生產(chǎn)經(jīng)濟效益。

（4）降低了紗疵數(shù)量，提升了紗線質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計，在120 臺Zinser 71 型細紗機上，該系統(tǒng)安裝前由絡筒電子清紗器檢測出的紗疵數(shù)量為39 781個/月；安裝該系統(tǒng)穩(wěn)定運行3 個月后，由絡筒電子清紗器檢測出的紗疵數(shù)量為26 936 個/月。由數(shù)據(jù)對比可以看出，應用該系統(tǒng)后，每月紗疵數(shù)量明顯減少，紗線品質(zhì)得到提升。

5 結(jié)語

本研究針對環(huán)錠紡長車的特點和目前企業(yè)細紗疵點追溯方法的不足，利用紅外感應檢測技術(shù)與RFID 技術(shù)，結(jié)合絡筒工序電子清紗器的疵點檢測結(jié)果，開發(fā)了一種環(huán)錠紡自動管紗錠位追溯系統(tǒng)，并根據(jù)實際生產(chǎn)特點，對系統(tǒng)進行了硬件（檢測裝置）改造和軟件開發(fā)，最終在120 臺Zins?er 71 型細紗機上進行了初步應用。實踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)應用效果良好，檢測效率快、準確度高，降低了追溯的人工成本，提高了疵點紗管的追溯效率，減少了原材料的浪費，降低了紗疵的數(shù)量，提升了紗線的品質(zhì)。該系統(tǒng)的初步應用雖取得了較好成效，但仍需要不斷在實際生產(chǎn)應用中吸取經(jīng)驗，對系統(tǒng)進行升級改造，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進性，以響應紡織產(chǎn)業(yè)智能制造的發(fā)展方向，向更多的紡織企業(yè)推廣，努力為紡織產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)水平發(fā)展起到良好的促進作用。