摘要： 總結(jié)第十九屆上海國際紡織工業(yè)展覽會上國內(nèi)外紡紗流程智能化發(fā)展的現(xiàn)狀及其技術(shù)進步。分 別從前紡和后紡兩個方面，對國內(nèi)外相關(guān)設(shè)備及其智能化改造等方面進行了對比分析。指出：從整機智能化改 造的整體來看，國內(nèi)產(chǎn)品近年來有了長足的進步，但與國外先進整機相比尚有一定差距;而在許多智能化改造的 細節(jié)方面，國內(nèi)創(chuàng)新水平不斷提升。認為：我國紡紗產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨大，對現(xiàn)存紡紗設(shè)備和工序連接的智能化改造將 長期伴隨行業(yè)發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞： 紡紗流程;智能化;機器人;單錠檢測;粗紗自停;智能投紗;自動包裝

　　國家提出《中國制造 2025》，從工業(yè) 4. 0、工業(yè) 信息化到人工智能時代，實現(xiàn)人工智能，基礎(chǔ)是 實現(xiàn)工業(yè)自動化，然后需要實現(xiàn)設(shè)備的信息化， 而信息化是實現(xiàn)智能化的必要條件。中國紡織 工業(yè)現(xiàn)在還沒有完全自動化，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 織強國相比仍有較大差距，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 法實現(xiàn)大范圍更新;維持現(xiàn)狀，則競爭力不足，只 有對現(xiàn)有設(shè)備完成自動化技術(shù)改造，才能有效地提高我國紡織行業(yè)競爭力。這就是在中國經(jīng)濟 增速整體下滑的情況下，中國紡織制造業(yè)領(lǐng)域?qū)?工業(yè)自動化技術(shù)需求持續(xù)增長的原因[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“機器換人推動產(chǎn)業(yè)升級”的角度去看 待紡織工業(yè)的自動化、信息化和智能化。同時， 紡織企業(yè)中部分工序簡單重復(fù)的重體力勞動以 “機器換人”成為必然的選擇[4⁃6] 。紡紗企業(yè)的自 動化主要集中在各工序設(shè)備的自動化，以及各工 序半制品銜接的自動化，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的信息 化。利用信息技術(shù)對設(shè)備運轉(zhuǎn)情況、生產(chǎn)效率、 產(chǎn)品質(zhì)量指標、倉儲數(shù)據(jù)、用戶采購信息和市場 需求等數(shù)據(jù)進行分析，依據(jù)產(chǎn)能自主安排生產(chǎn)時 間和進度，實現(xiàn)智能化排班。

　　第十九屆上海國際紡織工業(yè)展覽會以“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 設(shè)備較少，主要展出了紡紗流程自動化、信息化 和智能化升級的相關(guān)技術(shù)與設(shè)備。本文將從前 紡和后紡兩個方面進行詳細的闡述。

　　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 智能化改造的一個重要方向，同時由于后紡細紗 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，此次展會中展出的前紡工序智能化主要體現(xiàn) 在以下兩個方面。

　　1. 1 紡紗物料轉(zhuǎn)運機器人

　　由于紡紗流程長，各工序受機臺速度和產(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)運環(huán)節(jié)，以往這些工作都需要人工完成。 自動導(dǎo)引車 AGV(Automatic Guided Vehicle)是 指依靠電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠按照預(yù) 先設(shè)定的導(dǎo)引路線自動行駛的多功能運輸小車。 條筒轉(zhuǎn)運過程無需人工參與，可以輸送不同直徑 的條筒。小車裝有自動避障、故障報警等功能， 保證工作過程安全可靠。AGV 物料轉(zhuǎn)運系統(tǒng)主 要包括車載驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)

　　車載驅(qū)動系統(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)動電機、各種控制和通訊設(shè) 備，以及操作機構(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 徑運行，對精度有較高要求。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)時發(fā)生碰撞，AGV 小車通過主動探測實現(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

　　全數(shù)控粗紗機具有多軸聯(lián)動智能控制、牽伸 和捻度參數(shù)任意設(shè)定、張力參數(shù)設(shè)定、自動調(diào)節(jié) (CCD 張力感應(yīng)和智能控制)等功能。 可以實現(xiàn)紡紗恒張力、紡紗成形、滿管自動 落紗、空滿交換、自動生頭紡紗等全過程自動化 控制，紡紗的同時粗細聯(lián)交換機向細紗工序自動 輸送粗紗滿紗紗管。全自動落紗粗紗機可以降 低紡紗工人勞動強度，減少用工數(shù)量，同時進一 步提高了紡紗質(zhì)量、紡紗效率、紡紗速度，降低了 運轉(zhuǎn)噪聲。 主要生產(chǎn)企業(yè)有青島環(huán)球集團股份有限公 司、常州同和紡織機械制造有限公司、無錫宏源 機電科技股份有限公司等。

　　2 后紡工序智能化發(fā)展現(xiàn)狀

　　后紡工序包含細紗和絡(luò)筒兩個環(huán)節(jié)，而紡紗 機可以分為環(huán)錠紡細紗機、轉(zhuǎn)杯紡紗機以及噴氣 渦流紡紗機等。對于環(huán)錠紡細紗機而言，數(shù)控驅(qū) 動以及全自動落紗、單錠檢測等技術(shù)成為其智能 化發(fā)展的重要趨勢;轉(zhuǎn)杯紡及噴氣渦流紡等新型 紡紗機，由于其較為突出的生產(chǎn)效率優(yōu)勢，其智 能化發(fā)展方向主要為進一步提升整機的生產(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)的全自動包裝等。

　　2. 1 環(huán)錠紡細紗機的智能化發(fā)展

　　2. 1. 1 全數(shù)控驅(qū)動

　　全數(shù)控細紗機主要包括電子牽伸系統(tǒng)、電子 卷捻系統(tǒng)以及單電機驅(qū)動錠子。電子牽伸系統(tǒng) 將前、中、后羅拉分別由伺服電機單獨傳動，實現(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)是采用伺服電機和電子模擬凸輪運行軌跡， 實現(xiàn)了鋼領(lǐng)板規(guī)律升降，確保精確的管紗成形。 單電機驅(qū)動錠子對降低能耗、減少管紗捻度差異 以及弱捻紗方面有明顯優(yōu)勢。 提供全數(shù)控細紗機主機的生產(chǎn)企業(yè)包括：經(jīng) 緯紡機股份有限公司、常州同和紡織機械制造有 限公司等。具備細紗機全數(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、南通金馳機電有限公司、無錫市和展機械技術(shù)有限公司等。

　　2. 1. 2 細紗自動落紗

　　細紗自動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現(xiàn)落紗工作的半 自動化，有利于減少用工、降低工人勞動強度，并 提高生產(chǎn)效率。

　　細紗集體落紗是伴隨著細紗機 長車的出現(xiàn)而興起的，為解決用工難的問題，企 業(yè)對細紗機短車進行集體落紗改造的需求也越 來越迫切。集體落紗的優(yōu)勢比較明顯，可以替代 細紗落紗工，避免了手拔紗造成的紗線沾污和損 壞，同時還為管紗質(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 股份有限公司、常州同和紡織機械制造有限公 司、江陰市華方新技術(shù)科研有限公司、南通金馳 機電有限公司、江蘇海馬紡織機械有限公司等。

　　2. 1. 3 細紗單錠檢測與粗紗自停

　　細紗單錠檢測技術(shù)有電磁式和光電式，具有 實時探測細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，提升看臺能力。在檢 測到細紗斷頭的同時，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，細紗單錠檢測與粗紗自 停配合能夠起到改善成紗質(zhì)量的作用。 細紗單錠檢測系統(tǒng)與企業(yè)的 ERP 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)， 可提供細紗產(chǎn)量、設(shè)備運轉(zhuǎn)效率等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，且 保證統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準確性和真實性，便于企業(yè)管理 人員實時了解車間的運行狀態(tài)。 目前能夠提供細紗單錠檢測系統(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、浙江浩銘機械科技有限公司、無錫萬寶紡 織機電有限公司、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 上 ，新 型 紡 紗 設(shè) 備 整 機 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，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。 HelioS 型轉(zhuǎn)杯紡紗機運用多種高科技優(yōu)化 了生產(chǎn)效率，減少了停機時間，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125 000 r/min，而卷繞速度可達250 m/min。

　　此外，筒紗形狀采用電子調(diào)控;兩側(cè)獨立傳動，可 生產(chǎn)不同品種;整車可多達 520 錠。 VORTEX 870 EX型噴氣渦流紡紗機比VOR⁃ TEX Ⅲ 870型速度更快，設(shè)計速度從500 m/min 提 高到 550 m/min，使單機生產(chǎn)效率提高近 30%。 展會上 VORTEX 870 EX 型噴氣渦流紡紗機紡 粘膠 14. 8 tex 紗的演示速度達到 550 m/min，生 產(chǎn)效率仍在 95% 以上。該機型具有較高自動化 水平，使生產(chǎn)一線用工大幅度減少。國內(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 紗計算，每年可為企業(yè)降低加工成本 500 萬元以上。這是國內(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)筒機智能投紗系統(tǒng)

　　絡(luò)筒機智能投紗系統(tǒng)適用于紗庫式絡(luò)筒機 的改造升級，可代替人工找頭和投紗，實現(xiàn)管紗 入庫后自動提升、自動識別并整理大小頭、自動 找頭、識別多品種、自動輸送、自動投紗入庫，可 有效降低勞動強度。人機交互系統(tǒng)可實現(xiàn)各部 件速度參數(shù)可調(diào)，實現(xiàn)人工值車與自動化系統(tǒng)的 兼容，系統(tǒng)具有容錯性，對各類品牌絡(luò)筒機具有 良好的適應(yīng)性。

　　2. 3. 2 筒紗自動包裝系統(tǒng)

　　筒紗包裝作為紡紗企業(yè)生產(chǎn)的最后一個環(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 和減輕工人的勞動強度，具有較大經(jīng)濟價值和社 會效益。包裝流程主要包括絡(luò)筒存紗、取紗轉(zhuǎn) 運、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、自動碼 垛、掃描驗碼、智能運紗、紗庫管理等功能。 采取模塊化技術(shù)的筒紗自動包裝線，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)線后道工序的自動化水平。

　　3 展望

　　綜上所述，從整機智能化改造的整體來看， 國內(nèi)產(chǎn)品近年來有了長足的進步，但與國外先進整機相比尚有一定差距;而在許多智能化改造的 細節(jié)方面，國內(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，即以機器換人推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級以及自動化 進程，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現(xiàn)紡紗設(shè) 備的自動化、各工序銜接的自動化、紡紗流程數(shù) 據(jù)信息化和智能化，進而實現(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)升級不是某 項單一技術(shù)，而是以新的技術(shù)、系統(tǒng)、運行方式重 塑整個紡紗工業(yè)體系。不久的將來，紡紗全流程 將會是具有高度自動化的紡紗設(shè)備，各工序自動 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，對于勞動密集型 的紡紗行業(yè)而言，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化、智能化迫 在眉睫。由于我國紡紗產(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。筆者認為，對于紡紗行業(yè)這種產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨 大，且新舊產(chǎn)能替換周期較長的行業(yè)，對現(xiàn)存紡 紗設(shè)備和工序連接的智能化改造將長期伴隨行 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)研究所和中國紡織信息中心主辦、全國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，國內(nèi)外公開發(fā)行。

　　參考文獻：

　　[1] 王小蘭 . 紡織智能制造正在“彎道超車”[J]. 中國纖檢，2019(6)：105-107.

　　[2] 李增潤，管幼平 . 淺談智能紡的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨 勢[J].棉紡織技術(shù)，2019，47(5)：1-4.

　　[3] 唐維強，高小林，喬冠娣 . 紡織智能制造關(guān)鍵技術(shù)研 究[J].輕紡工業(yè)與技術(shù)，2019，48(10)：76-77.

　　[4] 高衛(wèi)東，孫豐鑫 .棉紡織科技發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].棉 紡織技術(shù)，2019，47(9)：1-6.

　　作者：郭明瑞 韓晨晨 盧雨正 高衛(wèi)東