全流程智能化纺纱技术创新点及应用效果

万由顺 卫 江 桂长明 解艳芳 曹丽君

（武汉裕大华纺织服装集团有限公司，湖北武汉，430415）

武汉裕大华纺织服装集团有限公司是集“高端纺织制造”“现代纺织服务”“时尚纺织服饰”三大业务为一体的综合纺织集团，形成了原料贸易⁃纺纱⁃织造⁃印染⁃服装的完整产业链，进入转型发展的快车道。2018年武汉裕大华纺织服装集团有限公司在工控资金支持下，在武汉裕大华纺织有限公司投资了10万锭全流程智能纺纱项目。目前该项目已经通过中国纺织工业联合会的鉴定，认定为总体技术达到国际先进水平。

1 全流程智能化纺纱工艺流程

全流程回花/回丝智能收付系统的纺纱过程［1］如下。

（原料）→清梳联［JWF1011型往复抓棉机→→FT 225B型强力磁铁→FT 247（B）型风机→FA 124型重物分离器→MPEEO1型金火探除器→（FT 217⁃70型气流分离器+JWF0007⁃70型重物分离器+FT 240F型风机）→JWF1107型单轴流开棉机→FT 240F型风机+FU 2801型风机高架→JWF1109型单轴流开棉机（带间道）→119A 4型火星探除器→JWF1027⁃6⁃160型多仓混棉机+FT 242型风机→FT 211型强力磁铁→（FT 222F型风机+JWF1115⁃160型清棉机+FA 055⁃160型立式纤维分离器）→精灵8D型异纤分拣机+精灵8C型异纤分拣机（清梳联不含）→FU 2801型风机高架+FT 201B型风机→119AII型火星探除器→FT 202A T型分配器→FT 301B型连续喂棉控制器→12×JWF1213型梳棉机］→预并条（JWF1313型并条机）→条并卷精梳（JWF1383型条并卷联合机→JWF1286型精梳机）→并条（JWF1316T型并条机）→粗纱（JWF1458A型粗纱机配粗细联）→细络联（JWF1572⁃1200型细纱机→VCRO⁃I型细络联自动络筒机）→（成品纱）

2 全流程智能化纺纱流程

全流程智能化纺纱流程见图1。

图1 全流程智能化纺纱流程图

由图1可见，全流程智能化纺纱流程包括多个模块，实现了全流程智能纺纱物流和全流程质量追溯。智能纺纱物流系统:使用传感器、条码、射频识别、工业机器人、自动导航和数据库等技术实现了配棉和上包、条筒输送和存储、棉卷自动接头、粗细联输送，筒纱自动包装输送等。通过自动化设备实现内部物料的自动转移。全流程质量追溯系统:在整个生产过程中，新增了条筒芯片、条筒托盘芯片、粗纱管芯片、细纱管托盘芯片、筒纱纸管条码识别、码垛托盘芯片、出入库芯片识别等射频识别装置。通过“e系统”，把原料信息、机台信息、条筒信息、暂存信息、纱管信息、托盘信息、仓储信息与全流程生产信息融为一体，形成从原料检测到产品入库的全流程智能质量追溯系统。

智能化纺纱流程配置:原棉→清梳联→AGV小车→预并条→条并卷→精梳→一道并条（自调匀整）→提升机+轨道→粗纱→柔性轨道→细纱（单锭检测+粗纱断头停喂）→钢带+托盘→自动络筒→自动打包→AGV小车→入库。

3 全流程智能纺纱管理系统

智能纺纱管理系统包含数据智能分析和预测子系统，形成以生产运行和产品质量实时状态为基础的智能化分析；通过大量数据的自动化采集及生产信息的追溯、信息流与物流协同的管理，达到以精益、精确、精准为核心的智能纺纱车间，打造智能制造协同创新管控平台。模块主要包括:订单管理、纺纱工艺设计、在线质量管控、试验数据管理分析、产量统计分析、产量工资管理、电量管理、制成率分析、一线员工用APP、专件周期管理等模块。

该系统提供17个一级菜单，约100个子页面，同时预留与ERP对接的数据接口，通过该系统协助用户实现以下功能技术指标:

（1）生产过程透明化，异常快速响应。

（2）通过效率损失点的分析，定位低效率的落后机台和落后锭位，协助管理者提升生产产能。

（3）实现设备维护［2］、专件生命周期管理、规范维护保养过程，邮件提醒维修人员及时保养。

（4）通过现场大屏展现生产绩效，实现管理者与一线员工的信息交互，提高管理效率。

（5）实时在大屏或PAD显示计划进度。

（6）员工产量工资实时计算。

（7）半成品在线质量数据和离线质量数据统计、异常报警。

（8）为关键工序落筒和细纱提供的一线保全工和挡车工用APP，协助员工提高工作效率，实现自我管理。

（9）实现随时随地的移动办公，减少重复管理，提高管理效率。

与ERP系统数据对接，通过从订单到成品的制成率统计及利用在线、离线质量大数据统计分析，实现订单管理，为管理层决策提供支持。图2是全流程无死角的智能纺纱管理系统构架图。

图2 全流程智能纺纱管理系统构架图

4 技术创新点

4.1 软件创新

4.1.1 面向信息物理融合制造系统的纺纱智能制造新模式

全面搭建以智能工艺装备为基础［3］，以自动高效生产线为体现，以MES管控为核心，以网络数据中控平台为支撑，以ERP大数据分析为扩展的全面集成的信息物理融合制造系统。实现自下而上的执行状态采集、数字化管控系统的智能决策、自上而下的作业指令下发的闭环控制，支持大批量订单及其工艺流程为驱动的从物料到产品的全过程管控，以计划排产与动态调度、精益自动物流配送与控制、产品质量实时精准监控、数字化生产履历追溯为核心的涵盖计划进度、物流执行、质量管控与追溯的全业务协同，形成有序、协调、可控和高效的智能制造新模式。

4.1.2 基于云端平台的智能远程设备数据及状态采集与维护

在智能纺纱生产设备系统的基础上，在嵌入式状态感知传感器、信息管理软件系统以及互联网通讯模块的支持下，基于智能管理系统以及大数据分析中心，为智能设备的生产使用提供支持，并为未来远程运维奠定基础。基于云端平台，实施采集设备数据及提供运维服务基础。该生产模式已经属于新的生产模式创新。

4.1.3 基于智能工艺装备信息物理融合的监控系统

基于高精度自动化生产装备实现了智能性扩展，包括嵌入式的状态数据采集发送以及控制指令接收，建立与MES系统深度信息物理融合的自动化高效生产线，支持设备状态的实时在线监控，以及生产线自动运行的实时报警的处理。通过在MES系统中构建与物理生产线相对应的监控系统，使得监控系统具有充分贴合纺织生产线高效自动以及环境敏感的生产特点，有效保证监控高效、实时、精准。经测评，监控系统在自动化、智能化、实时化和精准性方面基本达到国际先进水平。

4.1.4 基于智能制造管理系统平台构建的ERP和MES系统

系统全面采用统一的、柔性的、基于模型驱动的智能制造管理系统平台来构建产品研发、工艺、制造执行及数据化工厂系统，减少了系统间的集成，将自动化生产线与信息系统作了深入融合集成，以此为基础构建出的ERP和MES在确保数据的一致性、及时性、完整性和准确性方面极具优势。

4.2 硬件关键技术突破

4.2.1 全流程智能纺纱物流系统

从原棉到成品入库实现自动化物流。在清梳联、粗细联、细落联等高精度自动化生产线的基础上，通过AGV小车全面实现纺纱全流程自动运输，并形成企业标准。

此外，针对纺纱过程中产生的回花、回丝、下脚，通过全方位智能分拣和收付系统实现自动处理。该系统纺纱及收付流程见图3。智能纺纱设备机、电、气控制高度集成，单机设备设置有抽吸回花的吸附点、风箱及吹吸风装置等。全方位智能分拣和收付系统通过改造或利用智能纺纱吹吸风系统，将智能纺纱吹吸风系统关键部位与除尘设备、自动打包设备通过管道连接起来；再通过自动控制程序设计，实现回花、回丝、下脚料等分类自动采集，同时将纤杂分离、分类，并由管道输送到各自的自动程控打包机内压缩打包。包含棉卷、棉条、粗纱、细纱、管纱、筒纱全流程回收系统，并形成企业标准。

图3 全方位智能分拣和收付系统流程图

4.2.2 梳并联自动输送系统

实现梳棉到并条的自动输送。条筒循环输送路线:AGV小车推满条筒（D 1 000 mm×1 200 mm）→摆渡车→暂存区→并条机→空筒→暂存区→AGV推回梳棉机自动换筒空筒处。每个条筒上都装有芯片，通过AGV小车及条筒输送轨道上的传感器读取装置进行识别，确保棉条筒能被输送到指定位置。

4.2.3 精梳自动换卷输送系统

4.2.3.1 条卷机自动换棉卷筒

每台条卷机车头设有与精梳机棉卷架平行的搁卷架，一次存放8个空满卷。通过与高架运输系统配合实现条并卷机与精梳机之间的筒管自动运输，满筒送精梳机，同时将纺空的棉卷筒送回条卷机搁卷架；条卷机纺满卷时，由程序控制完成落满卷、送空卷、低速启动后再转正常，满卷前又降速作落卷准备。

4.2.3.2 自动换卷

与高架运输系统配合实现条并卷机与精梳机之间的棉卷自动实时更换。精梳机上棉卷纺空时，通知行车运行到该台精梳机棉卷上方，8对机械手臂将空棉卷筒抓取提升运回条卷机搁卷架空卷库；同时精梳机换卷气缸动作将备用满卷推到工作位置，完成换卷。

4.2.3.3 精梳机自动接头

棉卷更换到位后自动进行新旧棉网接头，接头正常后自动开车完成无人化换卷接头操作；换卷接头时，电磁阀控制精梳机上的负压吸附管开启，将接头花抽走。

4.2.4 全流程智能仓储输送系统

4.2.4.1 自动码垛及暂存

自动打包机打好的成品包，自动粘贴喷码，再被抓取到成品托盘上码垛堆放，每个成品托盘装有芯片，每层码4包，100 kg，按10层设置，装载1 000 kg，每个托盘为同一批次同一品种，装满后，成品AGV接到信号，将码好的成品托盘运送到暂存区，同时将空的成品托盘放置在码垛区。

4.2.4.2 自动转运至成品智能仓库

暂存区只能存放一天的生产量，由成品AGV小车在每天转运时间内将前一天放在暂存区的成品托盘运送到车间通往仓库的滚盘上，滚盘感应到成品托盘输送电机工作，成品托盘离开滚盘时，电机停止。成品智能仓库每个仓位容纳一个成品托盘，仓位上的感应器自动读取托盘芯片数据，并存入“e系统”

4.2.4.3 自动出货销售

销售经理通过手机终端或电脑访问“e系统”，实时掌握生产在机、库存品种及产量信息，签订销售合同有的放矢；仓库管理员发货时，仓库管理系统按照品种、批次、生产时间自动配货，不仅提高了效率，减少了差错，而且杜绝了先入后发（积压）的发生。

4.2.5 全流程智能质量追溯系统，并形成企业标准

对从原材料接收到在制品转移、成品检验、贮存和交付等各阶段进行标识，以防止不同类别、规格、批次的原材料、在制品和成品混用，并验证在规定的有追溯性要求的场合具有可追溯性。对物料、在制品、成品的检验和试验状态进行标识，予以控制，防止不合格产品流入下工序或交付给顾客。

质量追溯系统包括:

（1）条筒芯片。即条筒电子标识。它安装在条筒上，被AGV小车或安装在条筒输送轨道上的传感器识别，并通过数据链与“e系统”相连，用于实时监控条筒的位置或状态及前后设备供应链关系。

（2）三自动换卷。条卷的满卷自动输送到精梳；精梳自动换卷；空卷自动回收。并通过数据链与“e系统”相连，用于实时监控精梳小卷的位置或状态及前后设备供应链关系。

（3）托盘芯片。它用于识别末并条筒，安装在托盘上，能被条筒输送轨道上的传感器识别，并通过数据链与“e系统”相连，用于实时监控条筒的位置或状态及前后设备供应链关系。

（4）带芯片的粗纱塑料纱管。它用于识别粗纱，安装在塑料纱管上，被粗细联输送轨道上的传感器识别，并通过数据链与“e系统”相连，用于实时监控粗纱的位置或状态及前后设备供应链关系。

（5）筒纱到打包机输送系统。由自动抓取、自动输送、自动存放、自动套袋、自动装料、自动封口、自动喷码、自动存储和转运组成。每个抓取架上装有芯片，用于识别自动络筒机单锭生产的满筒位置或状态及跟踪物流链。

（6）实验室检测。用于对客户反馈或在制品在线监测的不合格或隐患的确认，由检测中心负责，并通过数据链与“e系统”相连，受权人员实时共享。

5 全流程智能纺纱应用实践

武汉裕大华纺织有限公司10万锭智能化项目在2019年6月30日全面投入生产运行，已经实现了全流程智能化纺纱的物流运输，及部分“e系统”的运行。在机生产品种有JC 14.6 tex、JC 9.8 tex、JC 8.3 tex、JC 7.3 tex集聚纺等系列品种，纱线质量达到乌斯特2013公报5%～25%水平，细纱锭速在17 000 r/min～20 000 r/min，细纱千锭时断头率控制在5根～10根，万锭用工在15人～20人，在硬件上初步实现了全流程智能纺纱新模式。

生产的 JC 14.6 tex、JC 9.8 tex、JC 8.3 tex、JC 7.3 tex集聚纱产品质量见表1。

表1 产品质量

在软件方面，我公司集合武汉纺织大学、经纬纺机、外聘专家、本公司专家等成立了纺织研究院、“e系统”软件开发小组等，预计在2019年底全面搭建以智能工艺装备为基础，以自动高效生产线为体现，以MES管控为核心，以网络数据中控平台为支撑，以ERP大数据分析为扩展的全面集成的信息物理融合制造系统，成为全流程全覆盖的智能化数字化纺纱生产示范基地。

在知识产权方面，我们已经申报了实用新型专利11项，发明专利14项，产品标准1个，设备标准3个，形成适合智能化纺纱的设备操作管理制度，并形成整套《全流程智能纺纱工厂新模式建设》专著，成为易复制型智能纺纱制造新模式，助推纺织行业智能化、信息化、数字化建设。

我们的目标是:生产效率提升22.65%，运营成本降低14.85%，单位产值能耗降低14.12%，用工降低71.70%，万锭产品升级周期缩短40%，产品质量工艺可追溯率100%，产品不良率降低55.00%。把我们公司10万锭智能化项目打造成华中地区乃至国内一流的智能化、数字化项目示范标杆。

6 结束语

武汉裕大华纺织有限公司的10万锭全流程智能纺纱项目从规划设计到实施，实现了软件与硬件的深度集成融合，以智能工艺装备为基础，以自动高效生产线为体现，以MES管控为核心，以网络数据中控平台为支撑，以ERP大数据分析为扩展的全面集成的信息物理融合制造系统。软件和硬件的良好配合实现了全流程智能纺纱物流系统、梳并联自动输送系统、精梳自动换卷输送系统、全流程智能仓储输送系统、全流程回花收付打包系统、全流程智能质量追溯系统的良好运行，产生了多项知识产权和专利，并达到较高的产质量水平，在降低用工方面上也具有显著优势，具有较好的推广价值。