智能物聯網在紡織行業的應用解決方案

胡首鋒

摘 要： 介紹了一個智能物聯網在紡織行業的應用方案。利用智能物聯網和云數據技術，使多種崗位的工作人員能在計算機上完成大部分工作；利用網絡把相應數據傳輸到紡織機器，并通過軟件系統對機器實時運行狀態進行監控管理等，從而飛躍式地提高工作效率，降低人工成本，實現紡織行業的產業升級。

關鍵詞： 智慧車間； 物聯網； 云數據； 產業升級

中圖分類號：TP31 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）06-36-04

Abstract： This paper introduces an intelligent IoT application solution in textile industry. The system uses intelligent IoT and cloud data technology to help staff complete most work on the computer， and send corresponding data to the textile machines via network， while monitoring and managing real-time running state of machines， so as to improve efficiency， reduce labor costs， achieve the textile industry industrial upgrading.

Key words： intelligent workshop； IoT； cloud data； industrial upgrading

0 引言

中國是紡織品生產和出口的大國，紡織行業經過多年的發展，已具備世界上最完整的產業鏈和較高的加工配套水平，但同時紡織行業仍是一個勞動密集程度高和對外依存度較大的產業。近些年，隨著國際市場的需求萎縮，國內生產成本不斷提高，以及國際同業競爭加劇，我國紡織企業感受到前所未有的壓力和挑戰。在這種形勢下，眾多紡織企業陷入了生產經營困難的窘境，有些企業已處于停產、半停產狀態，甚至倒閉。因此，自主創新、節約成本，實現產業升級，才是紡織企業走出困境的良方[1]。

1 行業現狀與解決方案

1.1 行業現狀

當前，大多數紡織企業內的機器設備，包括棉襪機、絲襪機、內衣機、大小圓機等，其工作模式主要是單機模式，生產車間智能化程度很低，在生產管理過程中需要大量人力資源的參與。

下面以內衣機車間的生產流程為例來說明。

當紡織企業接到訂單后，車間主任安排生產計劃，由人工配置好各類資源（包括機器、人員、原材料等），并排定生產任務和日期。接下來，由打樣師傅制作花型文件，并輸入到工作機器里，同時擋車工領料并進行生產活動。在生產過程中，擋車工要24小時不間斷地在現場監視機器運行狀況，處理生產中可能的異常情況，同時質檢員要檢查產品質量，車間管理員要統計各種生產數據等。

在人力大量參與的生產活動中，由于人員的素質參差不齊、人力容易疲勞等特點，容易造成生產效率低下；同時，隨著人力成本不斷提高，導致了生產成本居高不下。紡織企業普遍希望能夠提供一種解決方案，既能提高生產效率，又能減少生產人員。

1.2 解決方案

為了解決上述問題，我們提出智慧車間的概念。系統利用智能物聯網和云數據技術，通過計算機與紡織機器聯網，使得多種崗位的工作人員能在計算機上完成大部分工作，并利用網絡把相應數據傳輸到紡織機器，同時通過軟件系統對機器實時運行狀態進行監控管理等[2]。

下面仍以內衣機車間的生產流程為例來說明智慧車間的解決方案。

通過本系統，車間主任在安排生產計劃時，先對紡織機器進行分組管理，并對分組機器的生產任務進行排班；打樣師傅編好花型后，通過網絡把花型文件發送給相應的紡織機器；機修人員在監控室對所有紡織機器的實時運行狀態進行集中監視，并根據機器報警信息及時處理各種異常情況；擋車工主要在監控室監視機器生產活動，偶爾巡查機器運行情況，并處理編織異常、整理織物等；質檢員在檢查織物質量時就同步錄入織物質量和生產數據；最后，系統自動統計并生成生產管理員所需的各種機器生產數據和報表。

同時，本系統還提供接口，實現與車間物流系統、企業ERP管理系統等對接。

2 系統總體設計

該系統網絡采用基于TCP/IP協議或UDP協議的C/S架構[3]，應用分級控制結構，范圍包括：紡織設備制造廠家（機械廠）和紡織設備應用廠家（紡織廠）。其中，紡織廠內網絡分三級：廠級網絡，主干控制網絡和設備組控制網絡，分別布置在總廠、廠區和車間。紡織廠內監視器、管理PC及內衣機、襪機、圓機等設備作為客戶端，連接到服務器和數據庫；機械廠服務器通過Internet廣域網連接到紡織廠服務器[4]；質檢設備通過Modbus協議與紡織設備控制系統連接[5]。

該系統包含兩大子系統：智慧車間子系統和云數據業務子系統。其中，智慧車間子系統通過網絡對紡織廠內的內衣機、襪機、大小圓機等機器進行監控和管理，實現系統管理、用戶管理、設備管理、文件管理、生產管理、報警管理和查詢統計等功能；云數據業務子系統通過網絡收集紡織廠家相關數據，并為機械廠提供遠程數據分析、遠程業務操作、分期付款管理和遠程維護等功能。該系統網絡架構如圖1所示。

3 系統的詳細設計與實現

3.1 智慧車間子系統

3.1.1 系統管理

提供系統管理和參數設置等功能。

服務器管理：啟動或關閉服務器模塊和看門狗，連接數據庫，確保服務器正常運行。

參數設置：設置服務器IP、端口號，花型文件目錄等系統參數。

界面設置：設置軟件界面風格。

語言設置：設置軟件語言種類（支持中英文）。

以上參數數據保存在本機注冊表或數據庫中。

3.1.2 用戶管理

提供用戶權限設置功能。

權限設置：把權限分為菜單權限和機器管理權限。其中菜單權限指對該菜單項是否可操作；機器管理權限針對機器群組級別，即可以對包含在該群組內的所有機器進行操作。每個用戶可以分配多種角色，每個角色可以分配多種權限，即通過“用戶——角色——權限”的多對多對應關系，來最終確定用戶的權限。

用戶設置：設置和查詢用戶相關的信息。

密碼設置：設置用戶的登錄密碼。

用戶在客戶端輸入用戶名和密碼，服務器校驗密碼正確性，并返回結果，包括詳細的用戶信息和角色信息。客戶端依據用戶角色，分別顯示對應的菜單項和部門信息。每個用戶的權限是用戶的所有角色的權限集合。

3.1.3 設備管理

提供設備管理功能。設置機器信息有兩種方式。

⑴ 用戶在客戶端輸入IP地址范圍，系統自動搜索IP符合條件的機器并判斷網絡是否有效，如果有效，則系統自動增加一條機器信息。

⑵ 機器開機時，自動向服務器發送注冊消息，服務器登記該設備信息，該信息只需要注冊一次。

用戶設置工作組和機器信息后，通過“工作組——機型”的多對多對應關系來確定機器管理權限。

機器開關機或開停機時，向服務器發送狀態登記消息，系統自動記錄機器狀態。同時，服務器向所有客戶端發送機器狀態消息，更新客戶端中相應機器的狀態（如：離線為灰色；運轉為綠色；停止為黃色等）。

服務器每隔一段時間自動檢查所有機器的網絡狀態，并修改相應機器的在線狀態。

用戶在客戶端選中機器，打開實時監控界面，可以查看機器運行狀況的數據。用戶在客戶端發送機器狀態查詢指令，機器把當前運行狀態的數據返回給客戶端，并每隔一段時間自動更新一次。當多個客戶端查詢同一臺機器的實時運行狀態，機器只需要把數據發送給服務器，由服務器分發給所有客戶端。

用戶在客戶端通過服務器可向機器發送操作命令。在機器進入受控狀態后，用戶可以通過模擬鍵盤遠程操控機器（如運行，停止，加油，燈控制等操作）。

3.1.4 文件管理

提供文件（包括花型文件、配置文件等）管理功能。花型文件支持多種格式，用不同的文件后綴名來區分。用戶可以查詢下位機的目錄和文件列表，把下位機的文件刪除或下載到本地，也可以把本地的文件上傳給多臺下位機。

提供下位機程序升級服務，把本地的升級程序文件傳給多臺下位機，并升級下位機。

3.1.5 生產管理

提供生產計劃管理功能。用戶填寫訂單并分配執行該訂單的機器分組，系統自動把訂單轉成生產計劃單，并分發給相應的紡織機器。紡織機器按照生產計劃分配的花型進行編織，在該生產計劃達到計劃產量的某個百分比時，系統自動發出提醒信息，并自動重新分配每臺機器的計劃產量。因為紡織機器編織效率不盡相同，往往在開始時所有機器平均分配訂單計劃產量。當產量達到一定量后，每臺機器按照等差配額原則分配剩余的計劃產量。這樣，機器會逐臺完成生產任務，方便管理人員按照下個訂單準備所需的物料、花型文件等。

用戶可以按條件查詢訂單或生產計劃，也可以取消生產計劃。機器可以實時發送生產數據給服務器，用戶也可以通過查詢獲取生產計劃的實際執行情況。

3.1.6 報警管理

提供報警管理功能。用戶可以通過系統設置報警屏蔽列表，并上傳給紡織機器。當紡織機器有報警時，自動發送報警信息給服務器。系統收到報警后，自動在報警監視器上閃爍顯示，并轉發給有相應權限的在線客戶端。如果有多條未處理報警，則這些報警信息輪流顯示。

擋車工看到報警信息后，到現場處理完報警問題；然后在客戶端打開報警信息，填寫報警處理方法；同時紡織機器報警消除后，通知系統自動把報警狀態改為“已處理”，系統自動填寫處理時間。

用戶可以按條件查詢報警信息。

3.1.7 查詢統計

提供查詢各種統計數據的功能，如生產數據、報警數據等，并把查詢結果保存成文件或打印。

3.2 云數據業務子系統

3.2.1 文件管理

機械廠工作人員可以遠程查看紡織機器文件列表，并把新研制的花型文件或機器配置文件上傳給紡織機器，協助客戶開發新產品。

3.2.2 報警管理

機械廠工作人員可以遠程查看紡織機器出現的故障問題，并提供維修建議和解決問題方法。

3.2.3 分期付款

機械廠工作人員可以遠程設定機器分期付款的日期；可以遠程鎖定未按期付款的機器運轉速度；可以遠程解鎖已按期付款的機器運轉速度；系統自動發送分期付款解鎖密碼，可以解除機器的當月或全部分期付款日期等。

3.2.4 查詢統計

機械廠工作人員可以遠程查詢、統計紡織機器出現的故障數據等，用于改進新一代機器或開發新需求。

4 技術指標及應用效果

4.1 技術指標

⑴ 支持內衣機、絲襪機、棉襪機及圓機等各類機器設備接入網絡；

⑵ 支持工廠、車間多級遠程數據與指令交互，實現智能化管理；

⑶ 系統支持的機器數量無限制，可依照紡織企業實際情況進行配置；

⑷ 系統布置方便，除紡織機器控制系統外，只需要有網絡支持；

⑸ 系統具備接口連接ERP系統、物流管理系統等，為企業級的智能化管理提供支持。

4.2 應用效果

通過本系統，把紡織企業內所有機器設備連成網絡并與計算機實現數據交互，從而使工作人員能夠遠程管理車間內機器設備及生產活動，大幅度提高生產效率，節省人力和生產成本。本解決方案的應用效果最直接體現在兩方面：①有效縮減紡織企業工人數量；②有效提高紡織員工工作效率，以及機器生產效率。

5 結束語

本解決方案已應用在多家紡織企業，能有效提高紡織生產效率，減少紡織人工成本，從而使企業獲得更好的收益。由此可見，通過智能物聯網和云數據技術在紡織行業的推廣應用，能夠大幅度提高紡織企業競爭力，加快我國紡織行業的轉型升級，解決需求不足和成本提高給企業造成的困難，為我國紡織行業實現產業升級作出貢獻。

參考文獻（References）：

[1] 楊紀朝.紡織行業現狀與發展分析[J].棉紡織技術，2011.1.

[2] 萬笛.電腦橫機遠程在線監控系統的設計[J].機電產品開發

與創新，2012.2：137-139

[3] GB/T 9387.1-1998信息技術 開放系統互連 基本參考模

型 第1部分：基本模型（IDT ISO/IEC 7498-1：1994）

[4] FZ/T 90108-2010.針織設備網絡管理通信接口和規范.

[5] GB/T 19582.3-2008.基于Modbus協議的工業自動化網

絡規范 第3部分：Modbus協議在TCP/IP上的實現指南.