国内纤纺实验室仪器设备智能化研究进展

吴铨洪，王亚妮，朱军燕，赵珍玉

(1.中国广州分析测试中心 广东省分析测试技术公共实验室，广东 广州510070;2.中山中测纺织产业技术研究中心，广东 中山528476;3.宝鸡市质量技术检验检测中心，陕西 宝鸡721000;4.中山海关技术中心，广东 中山528403)

当前，消费市场对纺织品的品质和安全要求不断提高、检测市场的进一步开放、职能部门机构改革等给纤纺检测行业带了新的挑战，但也迎来了发展的新机遇。从国家统计局权威发布的《战略性新兴产业分类(2018)》获悉，检验检测行业已成为 “十三五”国家战略性新兴产业。面临这样的机遇和挑战，以及互联网+、人工智能、大数据等新时代工业革命的产物，促使纤纺检测行业加速向智能化发展，其中最根本的变革是仪器设备的智能化。

1 我国纤纺检测行业现状

我国纤纺检测领域依然存在劳动密集型，如纤维鉴别、外观检验、色牢度、起毛起球、勾丝评级等项目基本依赖人工肉眼主观检验;织物密度等长度测试通过人工量取，结果重复性和再现性较低;仪器设备普遍技术含量低，功能单一，效率不高，制约了检测周期[1]。

近年来，随着服饰快时尚以及人工智能、大数据等技术变革和应用使纤纺检测项目在检测方法和仪器设备渐趋于高效和智能，部分检测机构大力推动“智慧实验室”建设，在人力、效率、环保等方面优势突出。

2 仪器设备智能化主要特征

2.1 自动化

智能化测试离不开仪器设备自动化。自动化程度越高越能体现技术先进性。实验室仪器设备的技术先进、高度集成、快速高效、准确可靠才是真正的智能检测、智慧检测。

2.2 信息化

当前，全社会对互联网+的依赖程度越来越高。手机应用、小程序在检测行业的应用能够实现实时监控、远程操控、数据传输且随时获得检测数据，改变了传统的检测行为。

2.3 绿色环保

检验检测行业作为生产性技术服务业，智能化的仪器设备不仅要先进高效而且更应体现绿色节能，走环境友好型和资源节约型道路，实现人与自然和谐共处。

3 仪器设备智能化研究进展

3.1 纤维成分分析仪器设备

光谱分析技术近年来在纤维成分定性定量分析方面被广泛研究及应用，其中以近红外光谱法尤为成熟，被誉为纤维成分分析的DNA技术[2-7]。其通过近红外仪探头扫描采集试样的吸收光谱，然后利用化学计量学方法建立模型，对模型校正验证优化，再用建立的模型进行定性定量分析。单个样品的分析时间为几分钟甚至几秒内即可完成，替代了拆纱、烘燥、溶解、过滤等繁杂的检测环节，极大地降低了有毒有害化学试剂的使用和排放，保证了试验人员的安全健康。目前已形成了出入境检验检疫行业系列标准SN/T 3896-2014《进出口纺织品纤维定量分析近红外法》(第1-6部分)和纺织行业标准FZ/T 01144-2018《纺织品纤维定量分析近红外光谱法》。

3.2 色牢度测试仪器设备

孙洁研制了色牢度测试用真空腔快速浸润设备，浸泡试样采用真空负压的条件在短时间内达到快速浸润的目的，浸润效率是人工的3倍，且能对60个试样同时批量操作，解决如毛织物等难以浸润的试样人工频繁翻拨，大大提高色牢度试验前处理的效率并且保持检测数据准确性[8]。吴小孟研制的自动加液装置能够准确控制四氯乙烯加注数量，降低四氯乙烯对试验人员的健康危害[9]。

色牢度的仪器评级早已写入标准方法，但其可操作性和时效性方面有一定的不足，因此未能很好推广应用。国内外不少研究人员对色牢度仪器评级进行优化和改良，提高了仪器评级的适用性[10-14]。

3.3 物理性能测试仪器设备

为消除纺织品拉伸断裂试验试样夹持方式和样品性状对结果的影响，研究人员提出了纺织品拉力试验机和拉伸试验校正夹具，对被测织物进行夹持时，通过发射出的参考光束来调整被测织物的夹持位置，同时借助夹板组件使起皱织物从夹持到试验整个过程处于较佳的平直状态，保证试样表面拉伸受力均匀，提高测试结果重现性[15-16]。

起毛起球、外观评级、织物结构、密度、纬斜、悬垂性等检测项目的计算机视觉技术大量研究和应用，主要原理利用高分辨率相机捕捉图像，通过图像处理软件或其他技术分析图像，提取数据，计算测量[17-22]。其最大优点是替代了传统的目光评价、人工计数，测试数据客观、准确、重现性好。温州市大荣纺织仪器有限公司推出了WDR-3D型织物起球及褶皱外观测量系统，集多功能的智能评级系统，适用于起球、勾丝、起皱等评级。

3.4 化学分析设备

马占峰利用拉曼光谱技术，配合使用金纳米粒子增强剂对纺织品24种芳香胺进行快速筛查[23]。应用了拉曼光谱仪的检测方法更加快捷简易，大幅减少标准方法的前处理环节，节省检测时间，且测试结果与现行标准方法测试吻合，是一种可操作性很高的快速检验方法。

有仪器设备厂家瞄准甲醛、p H值等检测项目，研发了自动检测工作站、流水线全自动测试系统并在部分实验室中应用，目前客户反映良好，效果显著。

3.5 其他辅助设备

电子科技大学中山学院与中山出入境检验检疫局技术中心提出了纺织品自动制样机，能够快速均匀地切割试样，得到满足测试标准要求的规格尺寸，降低了人工剪样的劳动成本[24-25]。

四川省纤维检验局和绍兴力必信仪器有限公司联合研发出羽绒蓬松度测试全自动前处理装置，该装置利用电热风机和蒸汽发生器相互配合，通过控制吹风时间、距离和位置，使羽绒蓬松度测试前处理实现自动化，提高效率的同时节省了劳动力[26]。

上海汇像信息技术有限公司瞄准自动化检测的市场，开发出表面积测量仪，自动计算饰品等小部件表面积，解决了繁琐的人工计算问题[27]。

国内检测行业也有机构试水机械手、机器人等，实现全自动化操作，代替人工，解放劳动力，提高效能。

4 结语

光电技术和计算机视觉技术是目前推动纤纺检测仪器设备智能化高速发展的两大引擎，能够对测试对象进行识别和定量，并在纺织品视觉评价、长度测量等方面的测试发挥了重要作用。标准化主管部门应加快加大智能检测仪器设备及其检测方法的标准化进程，写入我国国家和行业标准体系中，与时俱进。新《标准化法》首次确立了团体标准法律地位，智能检测设备及其检测方法可通过先制定团体标准，待条件成熟逐步向更高层次的标准体系升级。