摘要： 總結(jié)第十九屆上海國(guó)際紡織工業(yè)展覽會(huì)上國(guó)內(nèi)外紡紗流程智能化發(fā)展的現(xiàn)狀及其技術(shù)進(jìn)步。分 別從前紡和后紡兩個(gè)方面，對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)設(shè)備及其智能化改造等方面進(jìn)行了對(duì)比分析。指出：從整機(jī)智能化改 造的整體來看，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品近年來有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但與國(guó)外先進(jìn)整機(jī)相比尚有一定差距;而在許多智能化改造的 細(xì)節(jié)方面，國(guó)內(nèi)創(chuàng)新水平不斷提升。認(rèn)為：我國(guó)紡紗產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨大，對(duì)現(xiàn)存紡紗設(shè)備和工序連接的智能化改造將 長(zhǎng)期伴隨行業(yè)發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞： 紡紗流程;智能化;機(jī)器人;單錠檢測(cè);粗紗自停;智能投紗;自動(dòng)包裝

　　國(guó)家提出《中國(guó)制造 2025》，從工業(yè) 4. 0、工業(yè) 信息化到人工智能時(shí)代，實(shí)現(xiàn)人工智能，基礎(chǔ)是 實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，然后需要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的信息化， 而信息化是實(shí)現(xiàn)智能化的必要條件。中國(guó)紡織 工業(yè)現(xiàn)在還沒有完全自動(dòng)化，從總體看，在技術(shù) 裝備、能源、原材料消耗和產(chǎn)品質(zhì)量等方面與紡 織強(qiáng)國(guó)相比仍有較大差距，尤其是裝備的差距最 為突出。

　　在傳統(tǒng)設(shè)備存量巨大的前提下，設(shè)備無 法實(shí)現(xiàn)大范圍更新;維持現(xiàn)狀，則競(jìng)爭(zhēng)力不足，只 有對(duì)現(xiàn)有設(shè)備完成自動(dòng)化技術(shù)改造，才能有效地提高我國(guó)紡織行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。這就是在中國(guó)經(jīng)濟(jì) 增速整體下滑的情況下，中國(guó)紡織制造業(yè)領(lǐng)域?qū)?工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)需求持續(xù)增長(zhǎng)的原因[1⁃3] 。

　　目前，紡織企業(yè)生產(chǎn)成本增加，特別是用工 成本增加等問題日益凸顯，企業(yè)往往基于成本壓 力，主要從“機(jī)器換人推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)”的角度去看 待紡織工業(yè)的自動(dòng)化、信息化和智能化。同時(shí)， 紡織企業(yè)中部分工序簡(jiǎn)單重復(fù)的重體力勞動(dòng)以 “機(jī)器換人”成為必然的選擇[4⁃6] 。紡紗企業(yè)的自 動(dòng)化主要集中在各工序設(shè)備的自動(dòng)化，以及各工 序半制品銜接的自動(dòng)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的信息 化。利用信息技術(shù)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況、生產(chǎn)效率、 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)、用戶采購(gòu)信息和市場(chǎng) 需求等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，依據(jù)產(chǎn)能自主安排生產(chǎn)時(shí) 間和進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)智能化排班。

　　第十九屆上海國(guó)際紡織工業(yè)展覽會(huì)以“智匯紡織，跨出更好生活”為主題，匯集了大量全球紡 織業(yè)頂尖設(shè)備、配件及其領(lǐng)先技術(shù)。但紡紗主機(jī) 設(shè)備較少，主要展出了紡紗流程自動(dòng)化、信息化 和智能化升級(jí)的相關(guān)技術(shù)與設(shè)備。本文將從前 紡和后紡兩個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

　　1 前紡工序的智能化發(fā)展現(xiàn)狀

　　前紡工序包含從開清棉到粗紗的全部過程， 是紡紗流程的前端。前紡工序中物料的傳輸是 智能化改造的一個(gè)重要方向，同時(shí)由于后紡細(xì)紗 工序?qū)Υ旨嗁|(zhì)量要求的提升，使得粗紗工序的智 能監(jiān)控也成為前紡工序智能化的體現(xiàn)方式。因 此，此次展會(huì)中展出的前紡工序智能化主要體現(xiàn) 在以下兩個(gè)方面。

　　1. 1 紡紗物料轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人

　　由于紡紗流程長(zhǎng)，各工序受機(jī)臺(tái)速度和產(chǎn)能 不匹配的制約無法直接銜接，存在大量半制品容 器的轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，以往這些工作都需要人工完成。 自動(dòng)導(dǎo)引車 AGV(Automatic Guided Vehicle)是 指依靠電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠按照預(yù) 先設(shè)定的導(dǎo)引路線自動(dòng)行駛的多功能運(yùn)輸小車。 條筒轉(zhuǎn)運(yùn)過程無需人工參與，可以輸送不同直徑 的條筒。小車裝有自動(dòng)避障、故障報(bào)警等功能， 保證工作過程安全可靠。AGV 物料轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)主 要包括車載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、車體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)航系統(tǒng)、安全 輔助系統(tǒng)。

　　1. 1. 1 車載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

　　車載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是 AGV 的核心部分，保證小 車在同一路徑上穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，有利于節(jié)省 空間，提高效率。

　　1. 1. 2 車體結(jié)構(gòu)

　　車體結(jié)構(gòu)是 AGV 小車的基礎(chǔ)，用于安裝輪 子、各種傳感器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、各種控制和通訊設(shè) 備，以及操作機(jī)構(gòu)。

　　1. 1. 3 導(dǎo)航系統(tǒng)

　　導(dǎo)航系統(tǒng)的功能是保證 AGV 小車沿正確路 徑運(yùn)行，對(duì)精度有較高要求。根據(jù)導(dǎo)航形式可以 分為以下類型：磁條導(dǎo)航、電磁導(dǎo)航、光學(xué)導(dǎo)航、 慣性導(dǎo)航及圖像視覺導(dǎo)航。

　　1. 1. 4 安全與輔助系統(tǒng)

　　為了避免 AGV 小車在系統(tǒng)故障或有障礙物 出現(xiàn)時(shí)發(fā)生碰撞，AGV 小車通過主動(dòng)探測(cè)實(shí)現(xiàn)避撞，并設(shè)置有警音、警視、緊急停止等裝置。 主要生產(chǎn)企業(yè)有經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公 司、杭州銳冠科技有限公司等。

　　1. 2 全數(shù)控粗紗機(jī)

　　全數(shù)控粗紗機(jī)具有多軸聯(lián)動(dòng)智能控制、牽伸 和捻度參數(shù)任意設(shè)定、張力參數(shù)設(shè)定、自動(dòng)調(diào)節(jié) (CCD 張力感應(yīng)和智能控制)等功能。 可以實(shí)現(xiàn)紡紗恒張力、紡紗成形、滿管自動(dòng) 落紗、空滿交換、自動(dòng)生頭紡紗等全過程自動(dòng)化 控制，紡紗的同時(shí)粗細(xì)聯(lián)交換機(jī)向細(xì)紗工序自動(dòng) 輸送粗紗滿紗紗管。全自動(dòng)落紗粗紗機(jī)可以降 低紡紗工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少用工數(shù)量，同時(shí)進(jìn)一 步提高了紡紗質(zhì)量、紡紗效率、紡紗速度，降低了 運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲。 主要生產(chǎn)企業(yè)有青島環(huán)球集團(tuán)股份有限公 司、常州同和紡織機(jī)械制造有限公司、無錫宏源 機(jī)電科技股份有限公司等。

　　2 后紡工序智能化發(fā)展現(xiàn)狀

　　后紡工序包含細(xì)紗和絡(luò)筒兩個(gè)環(huán)節(jié)，而紡紗 機(jī)可以分為環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)、轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)以及噴氣 渦流紡紗機(jī)等。對(duì)于環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)而言，數(shù)控驅(qū) 動(dòng)以及全自動(dòng)落紗、單錠檢測(cè)等技術(shù)成為其智能 化發(fā)展的重要趨勢(shì);轉(zhuǎn)杯紡及噴氣渦流紡等新型 紡紗機(jī)，由于其較為突出的生產(chǎn)效率優(yōu)勢(shì)，其智 能化發(fā)展方向主要為進(jìn)一步提升整機(jī)的生產(chǎn)效 率[7] ;而絡(luò)筒工序則突出表現(xiàn)為智能投紗以及后 續(xù)的全自動(dòng)包裝等。

　　2. 1 環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)的智能化發(fā)展

　　2. 1. 1 全數(shù)控驅(qū)動(dòng)

　　全數(shù)控細(xì)紗機(jī)主要包括電子牽伸系統(tǒng)、電子 卷捻系統(tǒng)以及單電機(jī)驅(qū)動(dòng)錠子。電子牽伸系統(tǒng) 將前、中、后羅拉分別由伺服電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 了各牽伸區(qū)牽伸倍數(shù)的數(shù)字化設(shè)置。電子卷捻 系統(tǒng)是采用伺服電機(jī)和電子模擬凸輪運(yùn)行軌跡， 實(shí)現(xiàn)了鋼領(lǐng)板規(guī)律升降，確保精確的管紗成形。 單電機(jī)驅(qū)動(dòng)錠子對(duì)降低能耗、減少管紗捻度差異 以及弱捻紗方面有明顯優(yōu)勢(shì)。 提供全數(shù)控細(xì)紗機(jī)主機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)包括：經(jīng) 緯紡機(jī)股份有限公司、常州同和紡織機(jī)械制造有 限公司等。具備細(xì)紗機(jī)全數(shù)控化改造的企業(yè)包 括江陰市華方新技術(shù)科研有限公司、南通金馳機(jī)電有限公司、無錫市和展機(jī)械技術(shù)有限公司等。

　　2. 1. 2 細(xì)紗自動(dòng)落紗

　　細(xì)紗自動(dòng)落紗方式包括智能落紗小車和集 體落紗系統(tǒng)。由于環(huán)錠紡細(xì)紗管紗容量較小，落 紗周期較短，落紗工作量巨大，需要配置大量的 落紗工。智能落紗小車可以實(shí)現(xiàn)落紗工作的半 自動(dòng)化，有利于減少用工、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，并 提高生產(chǎn)效率。

　　細(xì)紗集體落紗是伴隨著細(xì)紗機(jī) 長(zhǎng)車的出現(xiàn)而興起的，為解決用工難的問題，企 業(yè)對(duì)細(xì)紗機(jī)短車進(jìn)行集體落紗改造的需求也越 來越迫切。集體落紗的優(yōu)勢(shì)比較明顯，可以替代 細(xì)紗落紗工，避免了手拔紗造成的紗線沾污和損 壞，同時(shí)還為管紗質(zhì)量追蹤提供條件。 具備集體落紗技術(shù)的企業(yè)主要有經(jīng)緯紡機(jī) 股份有限公司、常州同和紡織機(jī)械制造有限公 司、江陰市華方新技術(shù)科研有限公司、南通金馳 機(jī)電有限公司、江蘇海馬紡織機(jī)械有限公司等。

　　2. 1. 3 細(xì)紗單錠檢測(cè)與粗紗自停

　　細(xì)紗單錠檢測(cè)技術(shù)有電磁式和光電式，具有 實(shí)時(shí)探測(cè)細(xì)紗斷頭和紗線弱捻等功能，可以直接 提高擋車工巡回的目的性，提升看臺(tái)能力。在檢 測(cè)到細(xì)紗斷頭的同時(shí)，粗紗自停裝置控制粗紗停 喂，減少吸風(fēng)花，提高制成率。粗紗自停還可以 消除因細(xì)紗斷頭而產(chǎn)生的纖維繞膠輥繞羅拉現(xiàn) 象，也能避免斷頭錠位前羅拉輸出纖維影響臨近 錠子的成紗質(zhì)量。

　　因此，細(xì)紗單錠檢測(cè)與粗紗自 停配合能夠起到改善成紗質(zhì)量的作用。 細(xì)紗單錠檢測(cè)系統(tǒng)與企業(yè)的 ERP 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)， 可提供細(xì)紗產(chǎn)量、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，且 保證統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，便于企業(yè)管理 人員實(shí)時(shí)了解車間的運(yùn)行狀態(tài)。 目前能夠提供細(xì)紗單錠檢測(cè)系統(tǒng)的企業(yè)主 要包括烏斯特技術(shù)有限公司、普瑞美(江蘇)紡織 電子儀器有限公司、日照品特裕華紡織科技有限 公司、浙江浩銘機(jī)械科技有限公司、無錫萬寶紡 織機(jī)電有限公司、杭州凱悅電子有限公司等。

　　2. 2 新型紡紗設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

　　在 此 次 展 會(huì) 上 ，新 型 紡 紗 設(shè) 備 整 機(jī) 展 出 較 少，轉(zhuǎn)杯紡主要展示了意大利 Savio 公司的 He⁃ lioS 型轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)，而噴氣渦流紡只展示了村田 公司的 VORTEX 870 EX 型噴氣渦流紡紗機(jī)。 HelioS 型轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)運(yùn)用多種高科技優(yōu)化 了生產(chǎn)效率，減少了停機(jī)時(shí)間，品種更換靈活，能耗也有所減少。采用新型 Savio 紡紗箱的轉(zhuǎn)杯速 度可達(dá)125 000 r/min，而卷繞速度可達(dá)250 m/min。

　　此外，筒紗形狀采用電子調(diào)控;兩側(cè)獨(dú)立傳動(dòng)，可 生產(chǎn)不同品種;整車可多達(dá) 520 錠。 VORTEX 870 EX型噴氣渦流紡紗機(jī)比VOR⁃ TEX Ⅲ 870型速度更快，設(shè)計(jì)速度從500 m/min 提 高到 550 m/min，使單機(jī)生產(chǎn)效率提高近 30%。 展會(huì)上 VORTEX 870 EX 型噴氣渦流紡紗機(jī)紡 粘膠 14. 8 tex 紗的演示速度達(dá)到 550 m/min，生 產(chǎn)效率仍在 95% 以上。該機(jī)型具有較高自動(dòng)化 水平，使生產(chǎn)一線用工大幅度減少。國(guó)內(nèi)已使用 這種新型紡紗設(shè)備企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，每噸紗 的加工成本可比環(huán)錠紡減少 1 000 元以上。以年 產(chǎn) 5 000 t 紗計(jì)算，每年可為企業(yè)降低加工成本 500 萬元以上。這是國(guó)內(nèi)近幾年噴氣渦流紡新型 紡紗技術(shù)快速發(fā)展的重要原因。

　　2. 3 絡(luò)筒設(shè)備智能化發(fā)展現(xiàn)狀

　　2. 3. 1 絡(luò)筒機(jī)智能投紗系統(tǒng)

　　絡(luò)筒機(jī)智能投紗系統(tǒng)適用于紗庫(kù)式絡(luò)筒機(jī) 的改造升級(jí)，可代替人工找頭和投紗，實(shí)現(xiàn)管紗 入庫(kù)后自動(dòng)提升、自動(dòng)識(shí)別并整理大小頭、自動(dòng) 找頭、識(shí)別多品種、自動(dòng)輸送、自動(dòng)投紗入庫(kù)，可 有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度。人機(jī)交互系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)各部 件速度參數(shù)可調(diào)，實(shí)現(xiàn)人工值車與自動(dòng)化系統(tǒng)的 兼容，系統(tǒng)具有容錯(cuò)性，對(duì)各類品牌絡(luò)筒機(jī)具有 良好的適應(yīng)性。

　　2. 3. 2 筒紗自動(dòng)包裝系統(tǒng)

　　筒紗包裝作為紡紗企業(yè)生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán) 節(jié)，是單調(diào)重復(fù)而又繁重的工作。因此，采用全 自動(dòng)筒紗包裝系統(tǒng)來降低紡紗企業(yè)的用工成本 和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較大經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社 會(huì)效益。包裝流程主要包括絡(luò)筒存紗、取紗轉(zhuǎn) 運(yùn)、筒紗分類、整垛包裝、取筒喂入、稱重配包、包 膜倒頭、筒紗裝袋、收包縫紉、捆包輸送、自動(dòng)碼 垛、掃描驗(yàn)碼、智能運(yùn)紗、紗庫(kù)管理等功能。 采取模塊化技術(shù)的筒紗自動(dòng)包裝線，可自由 配套組合，品種、空間適應(yīng)性好，有效提高了紡紗 生產(chǎn)線后道工序的自動(dòng)化水平。

　　3 展望

　　綜上所述，從整機(jī)智能化改造的整體來看， 國(guó)內(nèi)產(chǎn)品近年來有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但與國(guó)外先進(jìn)整機(jī)相比尚有一定差距;而在許多智能化改造的 細(xì)節(jié)方面，國(guó)內(nèi)創(chuàng)新水平不斷提升。目前，紡紗 流程智能化改造已經(jīng)成為政府和企業(yè)的廣泛共 識(shí)，即以機(jī)器換人推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)以及自動(dòng)化 進(jìn)程，通過整合資源，在系統(tǒng)層次上尋求創(chuàng)新突 破。

　　紡紗流程的智能化主要是通過實(shí)現(xiàn)紡紗設(shè) 備的自動(dòng)化、各工序銜接的自動(dòng)化、紡紗流程數(shù) 據(jù)信息化和智能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)紡紗全流程的智 能化。 面向紡紗行業(yè)智能制造的產(chǎn)業(yè)升級(jí)不是某 項(xiàng)單一技術(shù)，而是以新的技術(shù)、系統(tǒng)、運(yùn)行方式重 塑整個(gè)紡紗工業(yè)體系。不久的將來，紡紗全流程 將會(huì)是具有高度自動(dòng)化的紡紗設(shè)備，各工序自動(dòng) 聯(lián)接技術(shù)，以及數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理一體化的現(xiàn) 代智能化流程。

　　4 結(jié)語

　　隨著用工成本的快速增長(zhǎng)，對(duì)于勞動(dòng)密集型 的紡紗行業(yè)而言，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化迫 在眉睫。由于我國(guó)紡紗產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨大，存量設(shè)備 數(shù)量龐大，所以紡紗流程智能化主要從兩方面發(fā) 展：一是存量設(shè)備的智能化改造和工序連接的智能化改造;二是采用新型智能化設(shè)備替換舊設(shè) 備。筆者認(rèn)為，對(duì)于紡紗行業(yè)這種產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨 大，且新舊產(chǎn)能替換周期較長(zhǎng)的行業(yè)，對(duì)現(xiàn)存紡 紗設(shè)備和工序連接的智能化改造將長(zhǎng)期伴隨行 業(yè)發(fā)展。

　　紡織技術(shù)論文投稿刊物：棉紡織技術(shù)(月刊)創(chuàng)刊于1973年，是由陜西省紡織科學(xué)研究所和中國(guó)紡織信息中心主辦、全國(guó)棉紡織科技信息中心和《棉紡織技術(shù)》期刊社編輯出版的科技期刊，國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行。

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　　作者：郭明瑞 韓晨晨 盧雨正 高衛(wèi)東