“Uster在線智能化”是中國棉花加工行業發展的必由之路

■ 高海強 王韶斌 陳興橋 李懷坤

〔山東天鵝棉業機械股份有限公司，山東濟南250032〕

“Uster在線智能化”是中國棉花加工行業發展的必由之路

■ 高海強 王韶斌 陳興橋 李懷坤

〔山東天鵝棉業機械股份有限公司，山東濟南250032〕

一、國內外技術現狀

世界主要產棉國中，美國是棉花加工行業技術、設備最先進的國家之一，已全部實現了自動化、信息化及部分智能化控制，加工出的皮棉在世界棉花市場上具有很強的競爭力。1989年，山東天鵝棉業機械股份有限公司（原山東棉麻機械廠）就與新疆自治區農墾科學院農機化研究所合作，在引進消化吸收美國機采棉設備的基礎上研制了適合中國國情的工藝及成套設備，經過多年的努力我國棉機設計研發能力和制造技術已達到較高水平。以新疆兵團為例，截至目前機采棉種植面積已達到70%左右，機采棉成套加工設備實現了全程機械化、自動化，生產線工藝技術及配套設備完全能夠替代美國產品。

隨著科學技術的進步、信息化互聯網技術的快速發展，國際上較先進的國家已開啟了棉花加工的信息化、智能化的發展進程。以美國為例，棉花加工生產線實現了：生產線安裝Uster Intelligin檢測站，做到在線實時采集棉花質量信息數據；皮棉清理機（排雜刀調節）對排雜量的智能控制；工藝過程回潮率智能控制。

棉花加工生產線做到了棉花質量的實時在線檢測及部分關鍵設備的智能調控，實現了加工質量的過程控制，棉花質量得到有效保證。

二、國內棉花加工企業的迫切需求

目前國內棉花市場供大于求，市場競爭日趨激烈，紡織企業對原棉質量要求越來越高。在這種市場背景下棉花加工企業依然采用傳統的管理及加工方式很難滿足市場需求，生產過程中棉花纖檢數據滯后，無法根據棉花特性及時調整生產線，影響棉花加工質量，制約了國內棉花加工技術發展。

棉花加工企業亟待解決的問題如下：

1.棉花物理性狀不同、含水、含雜不同卻采取相同的加工工藝單一設備參數加工，人工控制滯后，加工的皮棉只能“事后驗證”棉纖維損傷大、質量較差；

2.有經驗的技術人員較少，缺乏對生產線有效的指導；

3.不同的技術人員指導，加工出的皮棉質量不同，造成皮棉質量趨同性差；

4.故障較多，設備運行效率偏低；

5.關鍵零部件損壞時有發生，成本較高；

6.工人勞動強度大，用工量多；

7.火情時有發生，隱患較大；

8.大馬拉小車，能耗較高；

9.管理過程信息來源較少，缺少數據分析，難以做到科學化管理。

三、智能化技術的研發及發展

山東天鵝棉業機械股份有限公司從事棉花加工業已有70年的歷史，是國內龍頭企業，從最早引進消化吸收美國棉機工藝設備到實現我國棉花加工全程機械化、自動化，以先進的技術優勢一直走在行業前沿，是國內唯一能夠提供棉花加工設備一站式供貨的企業，棉機產品市場占有率遙遙領先。

針對國內外技術現狀，天鵝棉機率先在國內提出了智能化加工理念，但因國內外籽棉品種特性、含雜情況、氣候條件、管理方式不同，美國的信息化、智能化加工技術并不適用于中國的國情，無法達到理想效果，要想取得技術進步，必須建立適用于我國棉花特性及區域氣候條件的信息化、智能化模式。

為實現智能化加工，必須做到棉花質量的在線實時檢測，它是實現智能化加工的核心基礎，是智能分析、智能加工的根本依據。

美國Uster公司針對棉花質量檢驗設備在國際上具有很高的權威地位，國內纖檢機構大部分也都采用Uster的檢測設備，為此天鵝棉機與美國Uster公司達成戰略合作協議，研發適用于中國棉花特性和環境條件的在線檢測系統，于2004年將Uster In?telligin檢測站安裝在天鵝棉機慶云棉花加工試驗基地進行在線試驗。同時公司與山東大學、新疆石河子大學合作，共同研究不同生產線工藝流程、設備運行參數、溫濕度條件對棉花質量的影響關系，建立多變量數學模型，提供智能化分析依據。

為擴大試驗完善基礎數據庫，2011年將Uster Inteliigin檢測站安裝在第八師149團進行在線機采棉檢測試驗，并驗證前期數學模型的可靠性，同時對南疆籽棉特性做了調查研究，經過三年不同區域的應用試驗，棉花檢測站檢測技術與智能分析數學模型已逐步完善，能夠根據不同的棉花特性，通過智能模型分析制定出最佳加工方案，做到真正的“因花配車”，達到提升皮棉質量的目的。

在實現“因花配車”智能化加工基礎上，根據國內棉花加工廠現狀及存在問題，對智能化系統進行了功能擴展，具體功能實現了生產線節能；火情實時監控；人身安全防護；全面精準的電流、電壓、轉速、風壓、軸承溫升等數據的實時采集、分析，做到故障預警、報警及故障聯動；棉模數據、生產過程數據、能耗數據、設備數據的信息化管理；遠程維護與支持。

從提升棉花質量、減少纖維損傷、節能降耗、故障預警、火災安全聯防、數據管理等方面著手，系統地解決國內棉花加工廠的上述問題。

該項目做到了棉花智能化加工、生產過程實時監控、數據采集與信息化管理，實現了對所有籽清設備、軋花設備、皮清設備運行參數及工藝流程、烘干溫度、籽棉回潮、加工產量的智能化分析調整，生產線智能化程度比美國（美國智能化加工只對皮清機排雜刀進行單一調整）有了大幅度提高。對比原有生產線，從機械化、自動化狀態直接升級到信息化、智能化加工及管理模式，實現了中國棉花加工技術的跨越升級，綜合技術達到世界先進水平。

四、相比傳統棉花加工生產線，智能化系統具有的優勢

對比項目傳統方式加工質量控制完全依靠個人的經驗進行手動調整，棉花質量只能事后驗證。智能化系統棉花質量信息在線實時采集，利用智能分析軟件制定出最佳加工方案，實時調節生產線工藝流程及設備運行參數，由傳統加工后質量不可改變的實事轉變為以質量為目標的過程控制，棉花質量得到保證。故障生產線故障沒有預警、報警，只能靠工作人員進行巡視發現，容易造成設備堵塞、零部件損傷，甚至造成人員傷亡實時監控設備運行參數，做到故障預警、報警及故障聯動，減少故障率，減少零部件損壞。能耗風機滿負荷運行，能耗較大勞動力根據設備參數、信息，通過智能分析后得出優化方案，調整風力系統，以最佳的功率輸出驅動生產線運行，節能10%～15%勞動強度降低，減少用工設備管理信息化管理，預防式維修，針對性制定維修、配件計劃；安全性勞動強度大，人員需求較多設備故障發生后進行維修，費時費力，影響生產進度在生產過程容易出現因誤操作引發安全事故提供安全到位的防護裝置和安全技術手段，保障生產加工過程中的人身安全

2014年第七師125團、第一師1團分別安裝了1 套Uster智能化系統，成為試驗示范點，2015年新增智能化系統在第八師149團安裝了2套、第六師芳草湖四場安裝了1套、第二師33團安裝了1套、第一師13團安裝了1套，共形成涵蓋南北疆6團7線的中試規模。通過這套智能化系統實現了加工方式的規范、統一，避免了相同籽棉、相同設備下，不同加工人員操作造成皮棉質量差異化較大的問題，保證了皮棉質量的趨同性，提高了管理水平，達到了提質、增效、降本的目的，得到客戶好評。

五、智能化技術推動加工企業在新形勢下的變革

智能化系統實現了長期以來棉花加工行業追求的“因花配車”精細化加工理念，以最小的棉花損耗、最小的棉花損傷加工出質量最好的棉花，實現軋花廠效益最大化，由傳統加工后不可改變的質量現實轉變為以質量為目標的過程控制，達到高品質質量要求。

當今，棉花市場供大于求，市場競爭日趨激烈，紡織企業對原棉質量要求越來越高，這給國內棉花種植、加工帶來新的挑戰，而棉花加工企業采用的傳統的管理及加工方式很難滿足市場需求，“智能化”新技術的應用成為棉花加工企業推進供給側改革實現轉型升級的發展之路。

六、智能化有待提高的方面

智能化在國內棉花加工行業中還處于發展的初級階段，因區域籽棉特性、原有生產線加工性能及技術管理的不同，取得的成效也存在一定差距，還需繼續對智能化系統及配套數控裝備進行深化研究，最終實現數字化、智能化的棉花加工生產線，將眾多的外在影響因素做到程序化管控，取得更好的效益。

項目名稱：機采棉原棉品質控制技術研究與示范

國家科技支撐計劃項目課題（2014BAD09B02）