衬布智能化定形机的创新和开发

张 弘

（江苏海大纺织机械股份有限公司，江苏无锡 214112）

随着我国人力资源红利下降、原材料价格上涨和国家环保管控要求的提高，纺织企业的生产成本有较大幅度的提高，特别是2020年初新冠肺炎疫情的发生和常态化，以及中美贸易摩擦和政治环境的变化，其后果突出表现为纺织市场和纺织服装出口的需求呈现波动性减弱趋势。作为服装辅料的衬布材料订单明显下降，衬布价格竞争激烈，利润空间下降，但质量好、档次高的衬布订单下降较少，甚至有部分产品出现订单提升现象，这说明开发高档衬布和提升衬布质量的需求显而易见，成了衬布行业乃至纺织企业的当务之急。

中国产业用纺织品行业协会衬布材料分会于2019年11月组建成立了“衬布智能装备创新联盟”，联合国内先进的专业设备制造单位与衬布产业链企业进行深度融合，提出对衬布行业内重要生产装备进行专业化、智能化、数字化的创新和研发，使其能达到国际先进水平。为提高衬布材料行业的产品质量和档次，稳定生产工艺，提供装备保障和智能制造基础，研发和制造衬布专业化智能化定形机是其中一项任务。

定形机是衬布材料染整加工生产过程中必不可少的重要装备，对产品质量的提升和稳定、开发高档衬布产品起到至关重要的决定性作用。作为本项目的主要科研和制造承担单位——江苏海大纺织机械股份有限公司参与了调研、研发、制作、实验等全过程，会同衬布材料分会对衬布行业内多家重点龙头企业进行了调研和分析，对比和归纳了国内外各种类型定形机的性能和优缺点，找出解决技术关键的共性问题，拟定创新标准和研发方案，对定形机及其辅助配置进行技术改造和建模设计，以适合高档衬布专业化生产，并协同大专院校和研发单位对智能化装置（感应器、检测控制系统等）进行配合研发和应用，共同建立智能制造系统基础。

1 国内外现状和分析

较高端的定形机制造主要在欧洲、日本，其次是韩国、中国台湾等，我国的定形机制造产业虽然经历了几十年的发展，在数量上已是世界第一，但在质量、性能、智能化等方面与国际先进水平相比尚有一定差距；在某种层面上讲，也限制了我国高端衬布的研发和高品质衬布的生产，即衬布产品档次与国际先进水平有较大距离，特别是低单位面积质量轻薄型的衬布。

主要差距体现在以下几个方面：（1）装备的材料和机械结构与国际先进水平存在差距，表现在设备使用寿命和维护周期、整机的运行稳定性、烘房箱内温度均匀性、纺织材料在定形机烘房箱内状态的监控和控制等方面；（2）装备的智能化、数字化、自动化程度较低，包括各种工艺参数的采集方式和精度、自动控制程度以及各种在线检测系统（包括感应器、信息反馈等），缺少完善、高效的数据显示、采集、传输、存储系统，特别是随机跟踪产品质量疵点的在线检测装置尚未在定形机上真正应用，尽管国内已有许多企业在这方面进行了研发，但没有真正达到生产要求；（3）定形机能耗大、热能利用率较低、废气净化效果不理想，目前国内大多数染整企业采用喷淋、静电除油等废气净化装置，存在安全隐患和维护操作不便等问题；（4）不同染整机械企业生产的定形机机型没有细化类别，即没有个性和柔性设计的专业化定形机，实际上产业用纺织品（例如高档的轻薄型衬布）的定形设备与普通服装、家纺面料的定形机是有很大差异的，特别是烘房箱内喷风管热风风量、风压、风速等是较为重要的因素，这些结构差异严重影响产业用纺织品的质量和档次；（5）由于我国衬布行业起步较晚，行业规模小，受到各种历史原因、传统工艺和管理理念等方面的影响，连接定形机智能化控制的ERP和MES等生产管理软件在衬布行业中还没有普遍应用。

2 影响衬布定形的主要工艺因素和烘房箱内流体模型的建立

衬布材料在服装中起到骨架支撑作用，通过衬布的造型、补强、保形等作用，服装才能形成形形色色的款式，特别是轻薄型高档衬布材料更是高档服装的精髓和重要部件。衬布质量的稳定性直接影响服装的外观和服用寿命，因此定形生产环节十分重要。尤其是热熔粘合类衬布和高档轻薄型衬布，为提高衬布材料的产品档次和质量稳定性，必须提高其定形生产装备的技术水平。

高档衬布有别于其他纺织品面料，特质是“轻、薄、稀”，档次越高特质越明显，对于生产装备也有其特殊要求：衬布面料轻薄，生产过程中要求张力低和恒定，以免引起织物组织结构变形、强力损伤和纬斜等瑕疵；同时在生产过程中，轻薄型衬布对于定形机的风压较为敏感，织物纬密的细微变化会严重影响衬布的单位面积质量均衡和受热加工均匀性，对于超喂调节精度要求高。因此，影响定形机产品质量的因素除了浸轧轧余率、定形温度和时间、超喂量和精度调节、落布温度和运行张力等，还有喷风口的风压风量、布面含湿量、织物布面在烘房箱内各阶段状态等。在目前国内许多衬布染整企业实际生产操作过程中，这些要素大多数都是人为地凭视觉、手感以及经验操作，实际效果严重影响衬布产品质量的稳定性和重现性，也影响了高档衬布的研发和创新。因此，迫切需要实现衬布定形机的数字化显示、自动化调节和智能化控制。

根据衬布材料的特性，特别是超薄型低单位面积质量的高档衬布，对定形机热风风量和风压是较为敏感的，要求风量大、风压小。通过装置实验，应用现代化CFD流体分析软件建立烘房箱内流体模型，设计和制作不同的喷风管形式：喷风管出风口形状、风口导向板以及双层喷风口等如图1所示。针对不同单位面积质量和组织规格的面料，需要调节不同风量和风压，既要求整体布面风压均衡，又要求进行充分的热传导，达到烘干、加热和定形等作用，防止对布面结构的破坏，或者产生“边中差”等瑕疵。同时，采用高耐磨材料，确保无油轨道耐磨性，延长设备的使用寿命和运行稳定性。

图1 衬布定形机烘房喷风管三维图

3 定形机智能化系统的研发和应用

无论是生产印机的机械企业还是应用印机的染整企业，在设计制作智能化方案前，首先要明确目标、标准和要求。虽然每个工厂具有不同工艺路线配置，但肯定有一致的工艺因素和目标，只是产品种类、工艺数据在一定范围内有变化。因此，定形机智能化系统设计的团队必须由工艺技术、智能制造、装备设计等人员组成，根据不同产品或不同客户需要设定技术标准和质量要求，进行个性化柔性定制。

3.1 开发定形机智能化体系的途径

（1）首先确定影响生产工艺、产品质量等主要因素，例如温度、湿度、速度、时间、风量、风压、轧余率、超喂、张力、纬斜和扭曲等；（2）对每个工艺、质量要素点等要有监控和数据采集以及分析，即通过传感器信息处理、数字输送、数据存储和相应软件应用等，工艺条件与质量以数据形式显示（数字化），同时采集数据至数据库和集控中心；（3）反馈信息和数据处理，即通过人机界面预先设置计算机算法等以接收和处理数据，再通过控制器、驱动器等达到自动调节和智能控制，例如各箱烘房温度的检测和控制、运行速度设置和控制、纬密检测和自动调节等；（4）各个智能控制器协调、协同系统的反馈和联合执行，达到人工智能自动调节要求，最终达到设定目标。

3.2 衬布定形机的智能化开发

确保产品质量重现性和提升制成率，品质管控将更稳定，操作更便捷；实现无人或少人化操作，在确保产品质量和提升档次的前提下，降低用工成本；节能减排，达到绿色环保要求；提高设备利用率，维护简单方便，提升设备运行稳定性；结合现有的智能化装置、高效自动控制系统和物联网等新技术，更有利于高档衬布的新品开发和提高衬布产品附加值。

3.3 衬布定形机的应用

应用、开发各项自动检测装置和智能化系统，并制作成高档衬布专业定形机，在衬布龙头企业应用运行，达到预定目标和要求。

主要有以下子项目：（1）进布正反面图像检测监控装置和缝头图像检测报警装置。（2）张力控制调节装置，从进布、浸轧、上针至落布全过程运行中，衬布材料始终要保持低、恒张力控制，且可数字化设置、监测和显示、自动可控调节。（3）化料桶液位监控报警装置和轧槽液位监控报警装置。（4）光电整纬或者图像处理系统，自动调节和纠正纬斜、纬弧等变形瑕疵。（5）进出布纬密检测装置和超喂量自动调节系统。（6）烘房工作状态监控和控制，即温度检测和自动控制，确保定形工艺温度的稳定；上下循环喷风管风压检测装置，确保低单位面积质量高档衬布的生产；过滤网上下风压监控检测，确保烘房箱内风量稳定。（7）出布有衬布布面质量瑕疵在线质量检测系统，具有分类评分、数据统计、存储和输出、自动打印、瑕疵图像显示等功能。（8）工艺参数与生产数据采集和显示、指令设置人机界面交流，采用数字化显示是工艺数值化的基本保障；生产信息采集的数字反馈，数据运作的计算机控制，数字指令的执行器应答，形成全数字控制系统。

衬布智能化定形机结构如图2所示。

图2 衬布智能化定形机

4 结束语

如何择优选型和综合利用好以上新技术、新装备，并在此基础上结合行业工艺技术和产品开发的需求深入研发，形成系统化、智能化、产业化，是“衬布智能化高性能专业化定形机”项目的重点任务和方向。以新一代的智能化高性能定形机为目标，通过专业装备制造企业与衬布材料制造企业的联合技术攻关，开发适应衬布行业需求的新型装备，整体装备达到国际先进水平，填补国内衬布专业化智能化定形机空白，有利于衬布企业开发高档新型产品。

已经取得的成绩和需要进一步改进的方面如下：（1）对定形机关键部件材质进行提升，开发和应用新型耐磨材料，提高装备使用寿命和生产运行的稳定性。（2）制造适应高档衬布产品开发和高质量生产的定形机，重点在5个方面：喷风管风量风压的控制和调整；进出布纬密检测和自动控制；提高烘房箱内工艺条件的精度控制；全机运行保持低恒张力控制；质量在线检测和监控。（3）研发和应用高灵敏度的传感器，提高定形生产工艺参数采集精度，高灵敏度的执行机构可提高控制精度。（4）电气控制柜专门设置各种接口，连接各种检测信息和发送传递数据，连接集中控制系统和云计算、云传输等。（5）研发和应用产品质量在线检测系统，对布面疵点类型的识别和分类，记录、储存疵点信息，打印质量报表等。（6）正在研发内置式定形机废气净化装置，对定形机排放气体确保环保要求和热能回收利用，真正达到节能减排的目的。（7）建立和培养一支可操作、会维护自动化智能化定形机人才队伍也是至关重要的。