浅议智慧型织造工厂生产模式

吉学齐

（山东日发纺织机械有限公司，山东聊城，252000）

纺织行业智慧型生产模式目前已多有应用，如纺纱工序的粗、细、络联合智慧型生产线，达到了纺纱全流程自动化生产，实现了工序间物流自动输送、夜班无人值守、故障远程控制诊断等，万锭用工在20 人以内［1-2］；化纤长丝行业的智慧型生产线已经集成了系统应用，实现了卷装落卷、换筒管、堆放、包装及物料运输的自动化和智能化；印染行业的智慧型连续生产线具有印染生产工艺在线采集、配色及工艺自动管理、染料中央配送、半制品快速检测等功能，实现了由单一装备的数控化向整体智慧型工厂的转变；非织造布行业实现了纺丝、成形、原料运输、包装等工艺技术的自动化、数字化、连续化集成应用，实现了非织造布生产的全流程数字化监控和智慧型管理。

目前织造行业仍采用以人力资源为主的传统生产模式。主要原因是在织造、浆纱工序中需要上下衔接的操作较多，如经轴的运输和上、下机操作，织轴的运输以及穿综、穿筘和上、下机操作，卷布辊的上卸料操作等，实现这些过程的自动化操作难度大、成本高，导致智慧型织造工厂应用实施进展缓慢。

随着市场竞争的不断加剧以及原材料价格上升、能源紧张、企业人力资源成本提高等不利因素的增多，纺织企业盈利能力普遍下降。为了达到降低成本的目的，织造企业除了提高单机装备的自动化水平之外，对于实现智慧型生产的需求越来越强烈，同时在当前互联网时代，用户需求日趋多样化、定制化，企业订单呈现出小型化、碎片化的趋势，纺织企业迫切需要提高反应速度，提高应对市场变化的快速反应能力。传统织造工厂管理模式已经越来越难以适应当前的发展需求，发展智慧型织造工厂已经非常急迫。

1 智慧型织造工厂应达到的技术水平

实施智慧型织造工厂，织造设备单机本身要具有一定的信息化、自动化基础，否则智慧型工厂将是空中楼阁，无法实施。当前应用数量较多的织造装备有喷气织机、喷水织机、剑杆织机这几种，其中喷气织机的单机自动化、信息化水平较高，具备了较好的自动化基础，因此本文以喷气织机为例探讨实施智慧型织造工厂的可行性。

与传统织造生产车间相比，智慧型织造工厂应该具有以下主要特点：

（1）工厂内各机台之间要实现联网群控功能。与传统织造车间不同，智慧型织造工厂内通过设置一台服务器对各机台进行信息采集，对各机台的运行状态实时在线监控，并实时整理汇报出各机台的工作效率、故障信息，实现产量班报、日报数据统计，具有远程监控、诊断、数据统计、传输等功能。

（2）工厂内各织机本身应该具备多品种织造工艺参数的数据库系统，织造工厂上机新织物品种时，其工艺参数可从数据库系统内调出，执行后织机会自动进行工艺参数调整，当织机工艺参数数据库系统内没有相应品种时，可以通过织机联网系统在主机厂调用该品种的工艺参数，从而达到让不懂工艺的人可轻松调试织机，提高开机效率，缩短调试时间。

（3）织机具备纬停自动处理开车操作系统。在日常生产中，织机纬向故障导致的停机次数最多，一般每个班可达到几十次，每次停机均需要人工处理，这就增加了挡车工的用工数量。以喷气织机为例，一般每10 台～12 台织机就需要配置一个挡车工。当增加纬停自动处理操作系统后，该系统可以在织机出现纬停故障时，自动把故障纬纱抽掉，然后自动恢复织机的运行。根据实际经验，应用该系统后，挡车工看台数量可以提高50%，同样机台数量情况下显著减少挡车工人数。

（4）采用先进的自动化穿、结经装置，如当前已经投放市场的自动接经机，实现了机时的自动接经。特别是采用自动穿经机后，可以大幅度提高穿综、穿筘效率，降低准备车间用工人数，每台自动穿经机可以节省6 人～8 人。

（5）实现织轴、卷布辊装卸料的自动化操作，操作中全程采用电脑控制，安全、科学地实现机械手和电脑的一体化控制，各工序自动衔接，动态监控、集中定置管理。与传统织造工厂相比，智慧型织造工厂织轴上机和空轴下机操作均由AGV 自动运输车完成，运输车上配置有二次开发的机器人。该机器人由AGV 车驱动行走，在织机了机或者需要落布操作时，根据物流调度系统指令，自动前往相应织机工位，把空轴从织机上取走，并放置在规定位置，然后自动抓取准备车间内满纱织轴，行驶到织机位置后把满纱织轴自动安装到织机上。织机的织轴、卷布辊的装卸料操作采用自动装卸机器人时，比传统模式可以节省用工50%以上。

（6）实现工艺配方的远程管理，工艺人员只需在办公室通过网络操作，即可把工艺自动下载到相应机台。

（7）实现织机的自诊断系统，自动更换纬纱纱筒，减少人工操作的繁琐步骤。

（8）科学合理规划好各种地下和空中架设的硬件设备，重点做好安全防护装置、工作可靠性测试，实现自动化的有序开展。

（9）实现机器设备的自动化维护保养功能，如自动加油润滑，自动设置储油箱油量，润滑不到位自动报警等，提高设备的使用安全和维护的自动化程度。

（10）配合自动化车间设计的空调控制系统。空调控制系统与工厂内总服务器系统联网，当机台织造品种有改变时，需要的温湿度标准会在服务器数据库中调用，再通过联网系统控制空调系统进行实际调整，达到生产工艺所要求的温湿度。

（11）实现智慧型织造工厂夜班工作应急事件的预警系统，对突发设备事故及时呼叫值班工，以及安全可靠的防火报警控制系统。

2 智慧型织造工厂具体实施内容及架构

2.1 较高自动化程度的单台织造设备

具有较高自动化程度的单台织造设备是构成智慧型织造工厂的基础，是智慧型织造工厂的重要组成部分，如图1 所示。织造设备单机本身应该具备远程联网功能，实现远程监控、诊断、数据统计、传输等功能，以提高机台效率减少用人；应具有常用品种上机工艺参数数据库系统，更换织造品种时可以一键到位，减少调机时间；应具有机台车速自动调整功能；应具有与智慧型织造工厂物流控制系统的信息接口，否则无法形成整体的智慧型工厂。

图1 智慧型织造工厂控制系统原理示意图

2.2 中央物流调度控制系统

与传统织造工厂不同，智慧型织造工厂内通过设置一台中央服务器及一套物流控制软件，对各织造设备进行信息采集，各机台生产工艺、管理等信息均由中央服务器统一协调指挥，实时整理汇报出各机台的工作效率、故障信息，实现产量班报、日报数据统计和故障排查。该系统是整个智慧型织造工厂的控制中心，把各个分散的单台喷气织机联网后形成整体，所有机台的工艺以及上下料操作均由该系统协调指挥。比如当车间内某台织机卷布辊达到预先设定长度时，织机会对系统发出落布请求信号，调度系统根据信号调度落布专用运输车，到达相应织机处进行落布操作。调度系统主控制器由工控主机（配备开发的管理软件）、一套附属硬件系统及一个无线主站组成。

智慧型织造工厂中央物流控制系统由硬件系统、软件系统两部分组成。硬件系统包括工控机、屏幕显示器、控制盘柜（PLC）、线缆等。软件部分主要包括工业采集软件系统、物流调度软件系统等。

工业采集软件系统为用户提供包括各织造设备的生产工艺信息、数据存储、图形处理、数据分析、报警管理、日志管理等一系列基础组件，需要具备有强大的IO 通信能力、完善的报警机制、网络联网功能、安全措施。

物流调度软件系统主要有以下几部分组成：

（1）主控制器由一台工控主机（配备开发的管理软件）、一套附属硬件系统及一个无线主站组成。

（2）工控主机配备软件。通过软件编写程序来控制整个系统的运行、调度等功能。当织造设备织轴所剩经纱达到警告值、或者卷布辊布卷达到预定值时，自动呼叫系统给出信号，主控制系统收到信号后，对相应AGV 自动运输车给出指令，AGV 自动运输车则根据系统指令自动进行织轴卷布辊的装卸操作。

（3）自动充电系统。电力检查装置检测到AGV 自动运输车的电量到预警线以下后，发出警报信号至主控制系统，控制系统发出指示，AGV 自动运输车接受到指令自动运行至充电站进行自动充电。

（4）附属系统。附属硬件通过信息化标准接口与工控主机连接，工控主机通过PLC/MCU 进行通讯。

（5）无线主站模块。负责把控制系统的指令发送到AGV 运输车，并把AGV 运输车的实时运行状态反馈到控制系统。

软硬件联网通讯：织造设备工控主机与现场织机设备通信采用CAN 总线通信。由CAN 总线组成的分布式控制系统可实时可靠地传输工业控制现场的数据信息，实现工控现场与管理信息系统的无缝连接。

物流调度软件系统是智慧型织造工厂的核心，由于一个工厂内往往会有几十台甚至几百台织造设备，每台织机了机以及落布是随机的，有时候机台生产的品种也各不相同，实际应用场景十分复杂。物流调度系统要根据实际生产需求，合理安排规划各种操作，特别是多台AGV 运输车之间的协调、最合理运输路径的计算、行走过程中安全的保证、AGV 运输车的充电等环节，均需要全面考虑，并整合到系统里面。纺纱工序中前后道工序的衔接，比如开清棉、条并卷、精梳、并纱、粗纱、细纱、自动络筒等，多采用天车导轨装置进行工序间物料的转移运输，而细纱、粗纱等各工序内部基本还是以人工值车为主，采用AGV 运输车模式进行生产的依然很少。本文所述的织轴、卷布辊装卸AGV 运输车，除了运输功能之外，还需要在AGV 车上二次开发织轴抓取、织机定位、织轴装卸等功能，控制系统需要与上层物流调度系统软件整合，在系统的统一协调下，进行多台AGV 车协同工作，这与纺纱工序有着很大的区别。

控制室工控主机系统与织轴AGV 运输车、布卷AGV 运输车等移动控制设备的连接采用无线通讯方式。

2.3 织轴及布辊的专用AGV 运输车

根据物流控制系统的协调调度，实现落布、装卸织轴的自动化控制，全程由车间物流控制系统软件控制，安全、快速的实现自动落布、自动上轴，并实现织轴从整经、浆纱工序到织造车间的自动运输管理；实现布辊从织造到验布、打包工序的自动运输管理。全部物流实现科学衔接，动态监控、集中定置管理。各AGV 车采用电池驱动，其规格型号的选择应满足织轴最大重量的运输需要。

2.4 其他

采用先进的自动穿、接经装置，如当前已经批量应用的自动接经机，实现了机时的自动接经、自动穿综、自动穿筘等工序。实现工艺配方的远程管理，工艺人员可通过联网软件远程将工艺自动下载到相应机台，提高改机效率。智能化织造车间硬件系统，包括车间厂房、AGV 车运输轨道、AGV 车充电站、智慧工厂物流调度软件与喷气织机之间通讯设备、工控机、屏幕显示、控制盘柜（PLC）等。

3 智慧型织造工厂效率预测

具有上述几个特征的智慧型织造工厂实施后，由于大量自动化设备的应用以及物流调度系统的整合，预计整体效率会有明显提升，主要来自以下三个方面。一是织轴以及布辊的上下操作由系统自动控制进行，避免了传统车间内人工等待的时间浪费。二是车间内全部机台联网后，可以实现远程工艺数据传送，品种改机效率提升。三是采用自动结经机后大幅度提高了穿综穿筘效率。以300 台喷气织机规模的智慧型织造工厂进行预算，具体情况如下所示。

从上述对比看出，智慧型织造工厂实施后，所配备的自动纬停处理装置使人均值车从12 台提高到20 台；AGV 自动运输车的使用，使落布工、上轴工、挂机工减少一半；自动接经机的使用，省去接经工、穿筘工、穿经工；网络化自动统计功能也使得管理人员减半。总用工人数可以减少54 人左右，以月度平均工资5 000 元计算，每月可以节省人力成本27 万元左右，年度总成本节省324 万元，经济效益明显。

以300 台喷气织机生产C 14.8/14.8 523.5/283 266.7 全棉平纹布，实际车速700 r/min，综合效率85% 计算，日产坯布90.6 km，全年产量32 616 km。实施智慧型织造工厂模式后，由于采用AGV 车运输织轴、卷布辊，减少了传统人工等待空停时间，并提升车间联网管理效率，工厂整体效率预计可以提升3%以上，年坯布增加产量可达978 km，以该坯布市场销售价格12 元/m 计算，每年新增产值1 174 万元，经济效益十分显著。当然此效率为测算，目前行业内尚未有实际应用的案例。但由于纺织行业目前的用工难等问题，这种智慧型工厂的生产模式代表了今后织造行业的发展方向。

4 结束语

当前纺织行业普遍面临招工难、成本上升、市场竞争激烈等困难，现有的织造工厂各工序用工多，效率低下，加大了纺织行业的成本压力，发展潜力已经达到极限。本文探讨了一种全新的智慧型织造工厂生产模式，该模式基于现代互联网技术，将工厂内各工序进行网络连接，同时采用多种自动化装备，以提高效率，降低用工数量，以达到降低成本目的，虽然该种生产方式目前还没有实际的应用案例，但它代表了纺织织造行业未来的发展方向，也符合国家发展政策，可供广大织造企业参考。