面向先进制造的针织装备技术及发展趋势

蒋高明+彭佳佳

摘要：针织行业实现转型升级是发展的必然趋势，具备先进制造的针织装备是关键，本文从针织装备智能化、针织装备网络化、针织生产连续化三方面分析了面向先进制造的针织装备技术。装备智能化实现单台装备智能控制，装备网络化对多台装备进行群控，生产连续化将多道针织工序串联成智能化生产线，最后提出未来针织装备要注重“点、群、线”创新与发展。

关键词：针织装备；先进制造；智能化；网络化；连续化

中图分类号：TS183.92 文献标志码：A Developing Trend of Knitting Equipment and Technology for Advanced Manufacturing

Abstract： It is an inevitable trend for the knitting industry to realize transformation and upgrading， while advanced knitting equipment play important part in this process. This paper analyzes advanced manufacturing-oriented knitting equipment and technology from three aspects， i.e. intelligent knitting equipment， networked knitting equipment and continuous knitting production. Intelligent knitting equipment can realize intelligent control of single machine， network knitting equipment can achieve group control of multiple machines， while continuous knitting production can connect different knitting processes into an intelligent production line. Finally， this paper points out that future knitting equipment should play emphasis on the innovation and development in terms of “point， group and line”.

Key words： knitting equipment； advanced manufacturing； intelligent； networked； continuous

近期，西方社会有人提出了“第三次工业革命即将到来”的观点，中国工程院院长周济院士认为，新工业革命是信息技术与制造业的深度融合，以制造业数字化为核心，建立在物联网和务（服务）联网信息物理系统基础上，带动整个制造业升级换代。在新一轮的工业革命中，中国制造业面临转型升级，必须依靠科技的力量，提高自主创新能力，将我国发展成制造大国。我国针织行业正处于转型升级调整期，实现转型升级，具备先进制造的针织装备是关键，装备智能化、网络化和生产连续化是发展的必然趋势。

1 针织装备智能化

产品性能的完善及其结构的复杂与精细化，促使产品设计信息和工艺信息量猛增，针织装备正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，这就要求针织装备不但要具备柔性，而且可表现智能，来处理大量而复杂的信息。其次，瞬息万变的市场需求和激烈竞争的复杂环境，也要求针织装备表现出更高的灵活性、敏捷性和智能性。

智能化是针织生产自动化的发展方向，针织装备智能化即采用“人工智能”的理论、方法和技术处理信息与问题，使针织装备具有“拟人智能”的特性或功能，可进行自适应、自学习、自校正、自协调、自组织、自诊断及自修复等功能，智能化针织装备是具有感知、决策、执行功能的生产装备。针织装备智能化主要从针织机构的智能控制、织物疵点的在线检测、花型数据的智能准备等方面来实现。

1.1 针织机构的智能控制

针织机中的送纱机构、成圈机构、提花机构、牵拉卷取机构运动的精确控制是保证产品质量的前提，也是智能化的核心内容。

1.1.1 送纱机构的智能化

经编生产中送经机构对经纱张力的控制决定了产品的质量，在编织过程中，欲生产出高品质的产品，需保持经纱的张力恒定。神经网络具有大规模并行处理，信息分布存储，连续时间的非线性动力学特征，高度的容错性和鲁棒性，自组织、自学习和实时处理等特点，采用神经网络系统对经纱进行恒张力控制来实现经纱张力的智能化控制。

电脑横机编织过程中，纱线的张力直接影响针织物的质量，稳定的纱线张力能保证织物的尺寸一致性及布面的平整，横机纱线张力智能控制系统能使送纱量及纱线张力得到很好的控制。为实现纱线张力的智能控制，日本Shima Seiki（岛精）横机现配备纱线输入控制系统i-DSCS+DTC，即智能型数控纱环系统+能动张力控制装置；Stoll（斯托尔）公司在其高机号的电脑横机上配置了美名格MSF3型电子匀张力单纱送纱器，其他机型使用的是带有监测装置的ASCON自动控制装置。斯托尔和岛精公司的给纱装置都与其工艺及打版系统软件紧密结合在一起，以共同实现最好的织造效果。1.1.2 成圈机构的智能化

成圈运动是针织机械的核心运动，由织针、针芯、沉降片、导纱针等各成圈机件运动的配合组成。实现成圈机件的自动调整，就是系统在检测出某机构配合出现问题时，可进行方便快捷的调试。

在双针床编织过程中，双针床的间隔决定了毛绒的高度和间隔织物的厚度，是一个重要的控制指标。双针床间隔距离的智能化调整的实现，即根据产品的效果需求，能无极连续且方便快捷地进行调整，达到高效、简单和精确的调整。

1.1.3 提花机构的智能化

横移提花为经编机形成提花织物的重要方式，梳栉智能对位与大针距横移的自动补偿的实现可使横移更加精确，大幅提高运转速度。梳栉对位智能校正技术是经编装备中技术含量高、实现难度大的技术。采用高速摄影技术对梳栉位置进行图像采集，然后利用图像处理技术对所采集的图像进行处理，得到针距偏移数据，最后将这一数据通过控制系统进行校正。梳栉在进行大针距横移时，梳栉横移针距会因纱线张力、累积误差等因素出现误差，该问题导致速度提高困难。若横移机构具有自动补偿功能，即能提高大针距横移的精度，实现横移的智能化控制。

1.1.4 牵拉卷取机构的智能化

在坯布的牵拉卷取过程中，如为氨纶织物，由于织物弹性大，若张力不恒定，氨纶织物的门幅和织物密度等都会出现变化，通过对氨纶织物卷取过程的连续性和恒张力控制的智能化研究是很有必要的，也是智能化牵拉卷取机构的重要部分。

1.2 织物疵点的在线检测

疵点在线检测分析包括断纱自停与布面疵点检测分析。针织装备欲实现智能化疵点在线检测，可采用光电扫描与分析技术。光电扫描与分析技术是利用红外线扫描布面和纱线，若出现破洞或断纱，光电扫描设备将信号反馈至主控制程序中，进行破洞或断纱原因分析，确定断纱位置，同时实现自动修复或自动接头的功能。

1.3 花型数据的智能准备

花型数据的智能准备即在现有的针织物CAD系统基础上具备智能化的人机界面、智能化的专家系统、智能化的设计系统等，能快速准确得到需要的花型数据。智能化的人机界面具备知识和推理能力，使系统自动匹配与适应用户，而且使原先很多要由用户来做的事可由系统来做，降低了用户使用系统的要求。智能化的专家系统将设计人员从繁琐的设计工作中解脱出来，使之能够有更多的时间从事高层次的创造性工作，并可以将设计者的创新知识、实践经验、规范、准则保存、再利用。智能化的设计系统使用3D扫描获得人体尺寸，系统自动推理计算设计服装款式，根据服装款式得到衣片尺寸及工艺单，减少工艺计算时间，加快整个设计进程。

针织装备智能化是信息化与工业化深度融合的重要体现，将会进一步提高针织技术含量，提高生产效率、技术水平和产品质量，降低能源资源消耗，打破针织行业是一个劳动密集型产业的观念，加快针织产业转型升级，促使针织装备制造业迈进先进制造行列。

2 针织装备网络化

随着Internet技术的不断发展，网络化的装备制造技术必将成为未来制造工业的发展趋势。针织装备网络化即以针织装备数字化为核心，建立在物联网的基础之上，将互联网与针织装备相结合实现网络化。针织装备网络化主要体现在远程监控与故障诊断、制造执行系统及基于Internet的CAD/ CAM系统等方面。

2.1 远程监控与故障诊断

远程监控与故障诊断以“维护于千里之外，检测于斗室之内，发现于故障之先，完善于损失之前，抢修于分秒之间，保障于无形之中”为理念，通过建立现场诊断与维护系统、区域监控与管理系统、调度指挥系统等 3 层结构，展开针对远程监控、故障诊断两个方向的研发。

远程监控与故障诊断系统可方便地实现对各生产线自控系统的异地监控与维护，更合理地利用自动化部、车间和班组的技术资源，实现各车间和各班组技术资源的共享。对迅速提高整体维护水平、降低故障率及保障生产线的正常运行具有极为重要的战略意义和极高的实际应用价值。

2.2 制造执行系统（MES系统）

MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，能利用实时的车间制造信息来向企业的上层决策者提供决策支持，为管理者提供参考（图 1）。MES系统为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块。

MES系统能够有效地将经编车间现场与企业管理层连接起来，顺利完成生产指令的及时下达和生产数据的实时反馈，并根据反馈的生产数据作出统计分析，方便企业及时作出生产调整。为针织企业提供快速反应的、有弹性的生产管理环境，协助针织企业保证其织造产品的质量，提高劳动力的利用率，减少废品次品，降低物料资源能源消耗，实现先进的制造管理，适应当前的竞争环境。

2.3 网络化的CAD/CAM系统

网络化的CAD/CAM系统由因特网、局域网、计算机辅助设计与控制系统及针织机械等组成。CAD/CAM及针织机械与各自的局域网相连，然后通过Internet把整个系统连接在一起。设计者利用CAD/CAM可完成设计工作。设计中，可通过Internet与异地的设计者交换设计思想、讨论设计方案、实现资源共享，还可与异地设计者进行合作设计。可把设计结果转换成数控代码，通过Internet发送给远程的控制系统，实现异地加工。还可通过Internet接收生产现场发来的加工信息，对加工过程进行远程监控，及时解决加工中出现的问题。基于Internet的CAD/CAM系统既能接受Internet送来的控制指令，又能通过Internet向异地的用户发送加工状态信息。

基于网络的设计与制造技术不仅可显现包括设计与制造在内的整个生产过程，达到降低成本、缩短设计与制造周期、快速响应市场的目的，而且可实现故障的异地诊断和产品的异地设计与制造。由于Internet覆盖了世界各个角落，因此系统中的CAD/CAM、数控针织机械可位于不同国家或地区，设计与制造的全球化是现代制造业的发展趋势，也是社会和科技发展的必然。

3 针织生产连续化

针织生产连续化即生产过程中可实现从原料→针织→针织产品→后整理→包装的连续进行。连续化的生产线将从原料到包装等多个生产工序联合起来，减少占地面积，生产连续化装备自动化水平高，劳动强度小，劳动生产率高，产品质量高且稳定。在针织织造中，整体服装编织技术、自动化的生产线及智能机器人等体现了连续化的生产过程。

3.1 整体服装编织技术

整体服装编织技术不仅可以减少后道加工工序，节省人工和消耗，而且贴身穿着舒适，是服装界推尚的一个发展方向（图 2）。针织技术中经编无缝编织及纬编成型编织等可实现一次成形。

经编无缝编织在双针床经编机上配置两把贾卡梳，贾卡梳实现前后针床织物的无缝连接，还可形成丰富的花型。双针床经编无缝编织技术在编织门幅的可变性、组织结构的多样化和防脱散性及生产高效等方面具有优越性，不但可以形成不同尺寸的筒形，而且还可形成Y型的分支结构，目前用于生产紧身提花内衣、背心、连裤袜、手套、人造血管等。

纬编成型编织技术主要体现在纬编无缝针织机和电脑横机的织可穿功能上，用纬编无缝针织机可织造一次成形的服装，织可穿电脑横机的产品下机后不需要任何缝合工具，经过适当的后整理即可成为成品。电脑横机编织的成形针织物具有织造工艺灵活、可加工复杂形状而无需裁剪、能快速变化织物组织结构和形状、成本低等特点。

3.2 自动化生产线

自动化生产线是在无人干预的情况下进行操作或控制的过程，其目标是“稳、准、快”。采用自动化生产线把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，极大地提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。

3.3 智能机器人

智能机器人（图 3）是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及当今许多前沿领域的技术。智能机器人用于针织行业中，将推动针织产业从自动化向智能化转型，企业从劳动密集型向科技密集型转变，实现从产品为主到品牌为主的升级。

目前，浙江慈星投入开发的毛衫自动对目缝合系统，采用套口机器人，革命性地改变了传统毛衫的缝合工艺，解决了行业性难题，大幅降低了缝合工的劳动强度，极大提升了生产效率，属于世界首创。

4 结束语

未来针织装备要注重“点、群、线”的创新与发展，“点” —— 单台装备智能控制，“群” —— 多台装备网络化进行群控，“线” —— 多道针织工序串联成智能化生产线。智能化、网络化、连续化将全面提升针织制造业产品设计、制造和管理水平，从根本上提高产品功能、性能和市场竞争力，深刻地改革制造业的生产模式，使我国针织工业由生产大国向技术强国转变、劳动密集型向技术密集型转变。

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