纺织智能化生产技术现状及对纺织工业转型发展的影响

席立锋，周衡书，2，陈桂春，武世锋，周 蓉，解开放

（1.湖南工程学院 纺织服装学院，湘潭 411104；2.湖南省新型纤维面料及加工工程技术研究中心，益阳 413000；3.韶关市顺昌布厂有限公司，韶关 512000）

0 引言

随着“中国制造2025”与德国“工业4.0”的战略对接，驱动纺织工业的两化融合步入新阶段［1-2］，加速纺织企业实现智能化生产的步伐.“十三五”《纺织工业发展规划（2016-2020）》中明确提出：纺织工业推进智能制造，试点企业重点完成设备短流程化、自动化开发，推进智能工厂建设为纺织工业转型提供系统化的解决方案.

经过“十三五”发展，国家政策对智能化生产技术的深入推进，使得两化融合战略在纺织工业转型方案中得到强有力的发展.2018年国家针对纺织工业发展现状提出进一步推进纺织工业智能制造，在2019年度中国纺织工业智能制造大会的总结报告中得到了强有力的落实，有30多家试点企业相继在纺织单机设备上采用自动化生产技术、智能化技术［3］，实现了降低生产成本和提高生产效率的目标.

在“十三五”发展的收官阶段，完成纺织工业转型升级，实现智能制造和创造国际竞争新优势是政府对纺织工业的重点发展策略.本文通过梳理现阶段纺织工业智能化转型发展现状，重点探讨自动化技术、智能化管理、智能化生产关键技术对纺织工业转型的影响，并提出今后纺织工业智能化转型的技术突破方向，为纺织工业“十四五发展”的智能化无人工厂建设提供研究思路.

1 纺织工业转型发展方式

目前国内纺织企业向智能化转型方案有两种：一种是以自动化生产技术为解决方案的企业，另一种是基于自动化技术结合新兴技术的试点智能化企业.前者占据纺织企业的大多数，但由于国内自动化技术的关键技术受国外控制、资源成本昂贵、标准不成熟，使其成为纺织工业转型的过渡阶段.试点智能化企业结合国际自动化技术、新兴技术［4］，针对产品在生产环节、仓储环节、物流环节、销售环节、顾客信息反馈环节等环节出现的问题快速地进行处理，服务于产品的整个生命周期.

中国纺织工业联合会党委书记兼秘书长高勇在中国纺织工业智能制造大会上指出：“前期行业的智能化生产实践虽取得明显成效，但行业整体的智能化生产水平低下［4-5］.”从中可以看出：纺织工业今后的重点发展方向是自动化设备结合新兴技术形成智能化模式，该模式涉及纺织、机械、电气、计算机、管理等专业，实现交叉领域技术融合，建立涵盖共性技术、关键技术和行业应用的智能制造标准体系［6］，使得国内企业智能制造技术同国际发展接轨，并建立了国内纺织工业无人化工厂.

2 纺织工业智能化生产技术现状与特征

纺织工业智能化生产技术自提出到现在，经历了逐步完善和发展的过程，多数企业都是以原有生产线为主，以自动化技术、柔性制造技术、智能化管理技术为辅进行生产线改造，试点企业将三者融合进行产业改造升级，成为纺织工业智能化转型的先行者.

2.1 自动化生产技术

传统纺织企业在生产过程中因受技术的束缚，存在工序繁琐、生产流程长、人工耗时多、占地面积大等问题.经过长期探索，利用基础共性A和关键技术B的BA融合策略，将特种机械结构、新型微机控制技术、信号检测技术和PLC控制技术结合，形成机械设备基础共性和关键技术融合的自动化理论，运用到企业生产中，以实现产能高效的目的.

自动化生产技术旨在解决单机设备之间协同生产的问题，并优化生产环节技术参数，如对纱线染液温度浓度、张力极限、牵引速度、位置、加工顺序的实时检测，实现产出高质量纺织品的目标.十九届上海国际纺织工业展览会展出了大批的自动化设备［7-10］，如针织业的短流程自动化圆纬机、纺纱设备的各类自动化混棉机及连续化纺纱设备，立信公司开发的COS系列短流程筒子纱染色机，解决纱线染液温度、浓度、位置、加工顺序的实时检测，同时节省人力达60%以上；新疆溢达E80型精梳机结合液压机构完成自动换卷工艺，解决了单机设备之间的协同生产问题，使其精梳质量提升了30%，人工效率提升了66%.

2018年中国国际纺织机械展览会暨ITMA亚洲展显示：目前印染行业在转型过程中的自动化生产技术遇到诸多难题，如理论成熟的助剂自动配送技术［11］、染液浓度自动检测技术［12］受生产线多变的客观因素影响，成为印染行业自动化技术应用瓶颈，是今后纺织印染业需要重点突破方向.

2.2 工业机器人和柔性制造技术

工业机器人代替人工完成移动作业是传统式劳动密集型产业转型的另一个可行性方案，随着近几年新型柔性制造加工技术（如图1所示）的发展，两者协同代替人工作业在纺织工业产能改造中显现出不可替代的优势.

图1 柔性制造加工系统

机器人技术在纺织工业应用中的作用有两点：第一，代替人工高效完成生产线单机生产设备之间的自动化衔接；第二，代替人工作业，避免高危工作对人体健康带来的损伤.如土耳其“唯爱”技术公司（VAV）开发的OB48和MD48型机器人，解决了牛仔业生产线对人体健康不利的问题，受到国内纺织业的推崇和赞扬；江阴华方新技术有限公司生产的落纱机器人可以高效安全完成工艺要求，同时成本缩减50%.新型国产粗纱自动落纱机器人［13］、新松机器人［14］针对化纤纱全自动分拣包装生产线，完成称重、检测、分拣、打标，并对不同型号产品进行重新组盘、装箱、贴箱标、封箱、捆包、码垛等，在业内极具应用价值.

柔性制造技术广泛应用于针织行业和服装行业，不仅解决了批量加工不同尺寸服装的难题，而且提升了企业经济效益和产能，在个性化定制消费理念盛行的今天，它给予生产线多功能、高产量的优势.国内产出代表性设备有针织印染前处理机、印花机、印染后整理机［15-17］，是目前针织产品高效柔性生产的主流设备；岱银集团的卓郎金坛圆盘式清梳联设备［18］，实现多种纤维灵活加工；富怡集团柔性制造设备将被芯从梳棉到绗缝、裁剪的一体化生产，不仅提升了产品质量而且经济效益也得到显著提升.

中国工程院院士姚穆指出集中精力利用机器人技术处理环锭纱细纱机断头问题［19］，完成柔性生产是当前纺织工业机器人的核心技术问题.从行业应用案例中也可以看出，工业机器人和柔性制造加工技术在降低纺织工业劳动成本、提升经济效益和产品质量等方面都有着不可替代的优势，是今后纺织工业生产线改造的可行性方案之一.

2.3 智能化管理技术

纺织工业智能化管理技术是指企业管理层通过终端网络管理系统调控企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）、供应链管理（Supply Chain Management，SCM）、制造企业生产过程执行管理系统（Manufacturing Execution System，MES）、产品生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）、客户关系管理系统（Customer Relationship Management，CRM）等项目安排，完成从产品的原材料购买到生产、最终将成品销售到顾客手中整个过程的管理，如图2所示.在传统纺织工业生产管理缺乏市场竞争力的情况下，结合工业物联网技术，建立大数据驱动下的智能管理系统，实现设备间的智能连接和人机交互，可以有效地规范各类信息资源，明确在岗人员的管理职责和业务流程，使各类信息集成共享，实现工作效率优化，提高企业营运资金的利用率［20］.同时管理者通过网络监控系统，遇到问题实时做出调整，并为搭建纺织工业智能制造公共服务平台［21］、实现集成管理、优化工艺路线提供有效支持.

图2 智能化管理系统

2.4 智能化生产技术

从纺织企业转型发展进程可以得出：自动化技术→工业机器人和柔性制造技术→智能化管理→智能化生产之间是一个层层递进的关系，随着技术的迭代，后者包含前者最终形成智能化生产模式.随着BB智能工厂标准（如图3所示）和新型关键技术的推进，纺织工业未来将是IT向DT转变的时代［22］，并结合人工智能技术，形成全面互联、数据智能、智能制造的新模式.

图3 BB智能工厂标准

国内试点纺织企业根据生产工艺要求，开发适用于生产线的智能化生产设备已取得大量的技术成果.如北京经纬纺机新技术有限公司研发的经纬e系统、福建睿能公司的横机网络管理系统和云服务平台、佛山南海天富公司的染色机中央控制管理系统和染色机能源检测系统.上述智能化生产技术呈现出生产过程可控、生产效率高的特点，并且减少了生产线的人工干预，产品生产周期缩短20%，残次品率下降30%.目前此类智能化技术已在试点企业中得到广泛应用［23］，同时在国内实体业转型的案例中，纺织工业已走在前列.

3 纺织智能化生产技术对纺织工业转型发展的影响

从纺织智能化生产技术对试点纺织工业转型发展现状产生的影响来看，当下智能化生产技术和纺织工业转型相结合，使得试点企业突显出结构调整持续深入、经济效益稳定增长、创新能力稳步提升、绿色发展成效明显的特点，更加适应未来工业发展趋势.

以纺纱试点企业转型前后为例，比较分析其用工人数、生产成本、故障率、产能变化等指标（如表1所示），从表1中可以看出：在国家对纺织工业转型的政策扶持下，纺织行业攻克了许多智能化的关键技术，交叉领域技术深入融合，成套智能化纺纱设备被不断产业化，智能纺纱试点企业的产能和经济效益得到了明显提高，加速了纺织工业转型的步伐.

表1 纺纱业转型前后生产指标对比

2018年中国国际纺织机械展览会暨ITMA亚 洲展览会上展出的印染、针织、机织等领域的智能化设备数量有较大幅度的增长（如图4所示），并且国内自主研发设备逐渐占据主导地位，证明国内纺织工业智能化转型已经成为主流趋势［24］，同时实现了产业产能的快速提升、节能减排、清洁生产的绿色发展目标.从试点企业转型成功案例中可以得知：转型后企业减少了工人劳动强度和成本支出，提高了产品质量，并获得可观的经济效益.现阶段的人工智能技术也在逐步融入纺织智能生产过程，利用人工智能检测技术优化纺织的工艺流程［25］，也是目前智能化转型的一部分.

图4 2018年中国国际纺织机械展览会展出设备数量统计图

4 结语

目前国内纺织工业智能制造转型尚处于探索阶段，同时遇到诸多技术问题还有待突破：

（1）纺织企业两化融合理念虽解决了单机设备互联互通、工艺参数控制的技术难题，但模块自动化技术向区块链智能化转换衔接技术仍不成熟，潜在生产力不能完全体现，将是我国纺织工业自动化技术的主攻方向.

（2）在纺织企业智能化转型过程中，要实现机器人技术和纺织工艺的深度融合，急需攻克细纱断头、自动接头技术.

（3）互联网技术和新型管理技术相结合产生的智能管理技术，可实现设计、生产、物流、销售、服务的网络终端动态管理.

（4）由于诸多新型技术的交叉应用，如物联网、大数据、人工智能等技术的引入，还需建立相应的行业标准，解决产业技术安全、工程伦理等问题.