纺织服装业智能化与智慧化发展探究

伏广伟，贺志鹏，刘凤坤

(1.中国纺织工程学会, 北京 100025； 2.中国纺织信息中心， 北京 100020； 3.中国纺织工业联合会检测中心, 北京 100025)

当前，全球经济发展方式正在发生深刻变革，科技创新孕育新的突破，为制造业的转型发展带来曙光，“智能化与智慧化”已成为世界制造业发展的大趋势。数字经济推动的制造业的智能化是产业资源配置的必然过程，而智慧化才是制造业发展的必然结果。

2012 年4月《经济学人》发表的“第三次工业革命：制造业与创新”专题报道中将数字化与智能化制造技术描述为第三次工业革命的核心技术[1]。而第四次工业革命的到来使得智能制造成为各国竞争的新战场。各国围绕制造业都提出了相应的战略——美国的“国家制造创新网络”和 “智能纺织计划”[2]，德国的“工业4.0”和 “未来纺织项目”[3]，日本的“工业价值链”，我国的“中国制造2025”[4]等。

世界制造业在经历机械化、电气化、数字化后必然向智能化和智慧化发展，数字化和信息化是制造业智能化、智慧化的基本条件和前提基础。制造业智慧化是一种依靠物联网和云计算等一系列新一代的信息技术，同时以客户需求以及企业经济效益为出发点，利用企业信息的互联互通、共享处理，来完成智慧化的采购、制造、销售以及各种管理活动[5]。

制造时代的智能化和智慧化代表制造业高质量发展的主要方向，正在推动传统生产方式、组织形式发生系统性、整体性变革。我国纺织行业是践行智能制造的先驱行业，大数据、云计算、人工智能已得到广泛应用，尤其是大规模个性化高级定制的生产模式已经成为推动纺织服装行业转型的翘楚，正孕育着一场不可避免的产业革命，并推动产业沿着智慧化的道路越走越远。

1 纺织工业智能化研究范围

纺织工业的智能化和智慧化研究范围非常广泛。现代信息控制技术已经渗透到纺织服装生产各个领域。纺织工业的各个领域与环节正趋向于建立数字化纺织设计、加工、制造和供给全过程的整体集成模型，因此研究行业智慧化应从全部要素和流程入手。

智慧化的智能纺织工业应至少包括3层含义：①智能纺织产品：以纺织产品为基质(或媒介)通过跨领域技术整合(光电、通信、生物医药等)，创新研发、拓宽纺织产品应用范围；②智能制造：实现生产过程控制智能化，产品设计制造的信息化，制造装备数字化，企业管理信息化，商贸和咨询服务网络化；③智能供给：以电子商务为主要平台的大规模个性化供给方式正在推动新一轮产业革命的诞生。

纺织行业的智能化不仅表现为以结果为导向，还要深刻理解智能产品给生产和供给带来的影响和驱动。智能化是一个互相推动和作用的潘多拉魔盒，无论从哪一端研究都会发现其内在的魔力，使生产和供给不再是一个单一依存的系统，更趋向于自我智慧化的智能系统。

2 纺织行业智能化发展现状

2.1 国外发展情况

总体而言，国外的智能化产品是以原创技术和器件为主，中国以应用和产业化为主。北美目前仍是最大的区域智能纺织品服装消费区域，早在 2012年就已占全球份额的46.5%。而欧洲也发起设立了基金，专门制定EU FP6和FP7纺织物智能化与交互标准[6]。

2.1.1 投资引导

全球智能化纺织市场已成为包括纺织企业、科技研发机构(科研院所)、高端电子元器件公司、风投机构等的主要竞争市场之一。2016年，从SRI International(斯坦福研究所)分离出来的动力服公司(Superflex)宣布完成A轮960万美元的融资；与此同时，加拿大智能纺织初创公司(OMsignal)获得了Relay Ventures 领投的1 000万美元融资。2017年，智能面料初创公司(Pireta)获得早期风投基金Rainbow Seed Fund的青睐，同意为其提供种子轮融资[7]。

2.1.2 大企业推动

全球科技巨头的进军，加速了纺织智能化的进程。如苹果公司、美国蓝牙智能公司 (BLE)、三星公司等加入了智能纺织研发行列。

以苹果公司为例，从其专长领域入手，分阶段布局其在智能纺织领域的市场。首先，以纺织材料作为其电子产品的边缘性配件，如能够实现多点触控的手套、iPad 保护套等进行研发尝试，进而将纺织技术与电子产品相结合。从2014 年起，研发的可代替传统液晶显示屏、传统材质键盘的织物材质显示屏、键盘等，进一步增强了纺织技术在电子产品中的应用深度和广度[7]。近年，具有嵌入式电子部件的织物、导电非织造布等纺织品已跃升为其专利保护的关键性主体，知识产权保护重点转为突出纺织技术。

表1为相关电子产品巨头申请的与智能纺织相关的部分典型专利[7]。通过分析科技巨头企业的专利可以判断出智能化的研究趋势和关键技术领域，进而可以更加准确地把握发展方向。从表1还可以看出：织物的信息化传导和通信技术是大企业的主要关注焦点，同时其在一定程度上已获得了突破性进展。

2.2 中国发展情况

2.2.1 台湾地区

台湾地区的纺织工业智能化已跻身世界先进研发行列。企业力图通过智能纺织创新实现转型升级和跨越式发展，且已在测压、测温、心率监测、触觉传感等技术领域处于世界领先水平，实现了服装与人类的更高的互动性与回应性，其尖端科技已广泛应用于夹克、手套等户外服装及可加热式服装和鞋袜等产品中。如嵌入了LED纱线模块的防水服具有耐久性、柔软轻便、可水洗折叠等常规产品的特点[8]，使得安全性、工艺性和舒适性获得了较为完美的结合。LED纱线无论在任何环境条件下，都能在100 m左右距离清晰可见，达到了高可视性的效果。可加热模块通过将独特的加热元件、纺织电缆、电池、控制器和充电器进行整合，达到了显示状态、调节温度的目的。同时，为了解决加热产品耐用性问题，研发人员通过开发新型复合纤维，实现了高效导电和传热、经久耐用的目的。

表1 相关电子产品巨头申请的与智能纺织相关的典型专利

2.2.2 祖国大陆地区

2.2.2.1智能制造发展情况

智能制造中起关键性作用的是人，通过统筹协调人、信息系统和物理系统综合集成的大系统，将制造业的质量和效率提高到新的发展水平。智能制造涵盖企业生产制造环节的方方面面，重点包括智能工厂和智能生产2个部分。前者重点研究智能化生产全周期以及网络化分布式生产的实现；后者主要涉及智能化生产物流管理系统、人机交互以及3D 打印等高新技术工业生产过程中的应用等问题。

自2015年工信部开始评选智能制造试点示范项目开始，截止到2018年，纺织行业已累计有16家企业获得试点批复，我国纺织行业智能制造试点示范项目见表2。

表2 我国纺织行业智能制造试点示范项目

山东华纺股份有限公司作为一家典型印染企业在转型升级的过程中，在经历了发展阵痛后，逐渐摸索出了适合其发展的智能化之路。如印染生产管控系统结合最新的自动化和电子化智能控制等技术，对生产过程以及能源消耗等进行实时数据采集、分析、异常预警、反馈控制，帮助企业提高了生产效率，稳定了产品质量，促进了节能减排的实现。其染化料自动称量及输送系统由ERP 管理层、车间管理层、机台执行层3 层网络结构组成，实现了印染生产化学品物流、信息流的统一高效调度和管理[9]。华纺公司智能制造智慧企业发展构想如图1所示。

山东康平纳集团有限公司“筒子纱数字化自动染色成套技术与装备”项目作为智能制造的典范，获得2014年度国家科学技术进步奖(通用项目)一等奖。该项技术在节能、节水、效率等方面均实现了行业的重大突破，其关键性指标数据见表3。

2.2.2.2智能纺织品发展情况

智能纺织产品对热反应、对光反应等可形成电子、化学等资源，并加以利用。能在智能纺织品中应用的材料还包括光纤、金属、传导性聚合物以及通过涂层涂覆等技术含有的纳米颗粒的纤维材料等。

祖国大陆地区虽然在智能纤维及智能纺织品研发方面起步较晚，但随着国家层面关注度的提高和一系列重要举措、规划的制定，已经涌现出不少代表性产品。如江南大学服装安全设计中心通过集中攻关对交通、医疗等领域应用较为急需的安全性产品，将传感装置与纺织技术相结合开发出了一系列安全性服装[10]。天津军事医学科学院卫生装备研究所的张政波和北京航空医学研究所的俞梦孙等通过在弹性背心中嵌入传感器的方式来检测不同的生理信号，实现了生命信息检测技术与可穿戴技术的完美结合，相关产品已用于航空航天、军事医学等高端专业领域[11]。

图1 山东华纺股份有限公司智能制造智慧企业发展构想

类别染色一次合格率/%吨纱用水/t吨纱用电/(kW·h)吨纱用汽/t筒子纱装卸效率/(个·次-1)国际先进水平>9040 --4～6国内行业平均水平70～8090～120 2 7008.5 人工筒子纱数字化自动染色项目>9835 1 5003.5 10～14先进性对比一次合格率高与国际先进水平相当,比国内行业平均节水70%比国内行业平均节电45%比国内行业平均节汽58%装纱效率高

3 智慧化制造的特点

3.1 技术的先进性

3.1.1 自动化、数字化、智能化纺织装备

智慧化制造在纺织装备方面的开发主要有：开发高性能纤维等新材料成套装备、短流程新型纺纱织造装备、新型印染等装备，提高生产效率、性能以及自动化、数字化水平；开发和应用具有自动感知、智慧决策、自动执行功能的高端智能装备；开发应用智能物流包装、智能机器人、网络化信息管理系统等。

3.1.2 智能企业(工厂、车间)

智能企业是指全流程采用和推进信息化技术在纺织生产、研发、管理、仓储、物流等各环节得到应用，并由系统自主或在人的参与下实现生产过程智慧化。

3.1.3 跨领域技术整合

纺织工程是一个多学科的交叉学科，需要跨领域整合光电、通信、生物医药等先进技术。现代物流业的发展，电子商务的高歌猛进，柔性传感器的快速发展为智能可穿戴纺织品的快速发展奠定了基础。

3.2 环境的协调性

纺织工业的环境协调由人的协调向自我协调发展，主要包括纺织绿色制造管理、发展绿色制造技术、构建绿色制造体系、建立绿色评价制度等方面。图2为服装全生命周期自然生态系统原理图[12]。研究服装全生命周期的相互影响，对于理解服装行业智慧化具有重要意义。

图2 服装全生产周期自然生态系统原理

纺织服装业的环境协调性体现在各个环节的统一和自主协调，也是智慧化的主要抓手。以健康可持续为目的的行业智慧化是未来纺织服装业的主要特征，也是纺织服装业的必由发展路径。

3.3 经济的合理性

“中国制造2025”把可持续发展作为建设制造强国的重要且关键着力点，要求加强节能环保技术、工艺、装备推广应用，全面推行清洁生产，要求发展循环经济，提高资源的回收利用率，构建绿色制造体系，走生态文明的发展道路。

纺织企业的清洁生产是将综合预防的环境策略持续应用于企业的生产过程和产品中，减少对人类和环境的风险性。包括：清洁的纺织原材料、清洁能源、环保工艺和设备等。企业应加大力度强化生产技术管理和综合技术改造，提高资源和能源综合利用效率；同时减少污染物排放，开发污水处理循环回用技术，以最少的投入，获得最高的产出和最少的污染，并高效率、低费用处理和处置必排的少量污染物[13]，大力发展循环经济。循环经济发展路径见图3。

图3 循环经济发展路径

3.4 智慧化的社会责任

企业在创造利润、对股东和员工承担法律责任的同时，还应更多的承担对消费者和环境等的责任，改变把利润作为唯一目标的传统观念，在生产过程中关注人的价值，对环境、消费者、对社会做出应有的贡献。

4 发展展望

纺织服装业的智能化和智慧化将很大程度上取决于人工智能技术的发展与技术革命。总体而言，将在如下几个方面持续进步和发展。

4.1 大数据与智慧平台

通过集成市场、设计、工艺、生产、管理和销售等的海量数据，实现纺织产业链中各环节的融合与协同；通过深入分析挖掘数据中所蕴含的关键信息，并将大数据技术应用于精准营销、众创设计平台、自动工艺规划、自适应生产调整和自主设备维护等各个环节，为纺织制造业带来新的业务增长点和高附加价值[14]。

利用网络和纺织服装云制造服务平台，按用户的需求组织加工网上制造资源(制造云)，为企业或个人用户提供各类按需定制服务。实现纺织服装业各类制造资源的统一、集中的智能化管理和经营，为纺织服装产品制造全生命周期过程提供可随时获取的各类服务。目前，纺织服装仍然没有严格意义上的大数据决策系统，因此，智能化和智慧化仍然处于起步阶段。构建行业大数据智慧平台不仅是企业的需要，更是行业智慧化的需要，具有巨大的市场潜力和发展空间。

4.2 人工智能与产业协同

探索新一代人工智能引领下的智能制造，深入挖掘人工智能在纺织服装业的可应用场景及程度，将劳动力从繁杂、单一的生产活动中解放出来，更多的从事创造、革新等工作。

纺织服装业的智慧化与人工智能的发展和协同还有很大的发展空间。智慧的来源是人脑还是基于大数据和计算机是智能制造的根本话题。从全产业链的角度看，与人工智能的协同代表未来纺织服装智慧化的发展方向。中国正在推动人工智能2.0的国家计划，纺织服装业也同样受益于这个国家计划，在智慧化的道路上如虎添翼。

4.3 大规模高级定制与智慧供给

随着服装定制行业的技术突破，服装行业的小批量、多品种、快交货和就近化的定制生产模式将逐步取代以往的集约化生产模式。一站式的智能化生产方式代表着纺织服装业智慧化的未来，具有巨大的发展空间和潜力。大规模高级定制的规模化和智慧供给除了技术的原因外，还是成本不断上涨引发的减员增效驱动的结果。

4.4 柔性传感器与智慧纺织品服装

未来，智慧纺织品服装的主要方向是由可穿戴向柔性可感知和智慧化方向发展。柔性传感器的突飞猛进给智慧纺织品带来了一次又一次惊喜。柔性传感器大面积应用到智能服装上的日子已经到来。

4.5 行业规范

智能纺织品是一个新兴领域，需要一系列标准和规范引导和限定。欧美等发达国家标准先行先试，已出台了相关标准，我国也于近年来确定了一系列智能纺织品服装标准，尤其是团体标准以其快速和便捷的优势，或许将成为智能纺织品行业规范的主要阵地。

5 结束语

智能化、智慧化技术与发展路径业已成为古老的纺织工业再次发展与崛起的重要途径，凭借智能化、智慧化以及清洁生产等技术，纺织服装业彻底摆脱了污染严重、劳动环境差、技术含量低等陈旧印象，取而代之的是智能化的生产车间、智能化的仓储物流系统、万锭用工不足10人、一批批智能制造示范车间(工厂)等吸人眼球的成就。纺织服装业在智能化、智慧化服务与发展方面走在了前列，但也应正视在发展中发现和出现的问题，不断进行尝试，在发展中解决问题，同时深度挖掘智能化、智慧化应用和发展的潜力，为实现纺织强国奠定坚实的基础。