紡織智能制造及其裝備若干關(guān)鍵技術(shù)的探討

梅順齊， 胡貴攀， 王建偉， 陳 振， 徐 巧

(1. 武漢紡織大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院， 湖北 武漢 430073； 2. 湖北省數(shù)字化紡織裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430073； 3. 湖北工程學(xué)院， 湖北 孝感 432000)

紡織智能制造及其裝備若干關(guān)鍵技術(shù)的探討

梅順齊1,2， 胡貴攀1,3， 王建偉1， 陳 振1,2， 徐 巧1,2

(1. 武漢紡織大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院， 湖北 武漢 430073； 2. 湖北省數(shù)字化紡織裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430073； 3. 湖北工程學(xué)院， 湖北 孝感 432000)

為給紡織智能制造裝備的設(shè)計(jì)開發(fā)提供理論參考和技術(shù)支持，促進(jìn)紡織智能制造技術(shù)的發(fā)展和行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，對(duì)智能制造的內(nèi)涵及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和梳理，對(duì)紡織智能制造的現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行分析；重點(diǎn)探討紡織智能制造裝備涉及的關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展方向、理論基礎(chǔ)。經(jīng)分析得出，建立紡織智能制造裝備的多領(lǐng)域分析模型是實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)，建立了紡織智能制造裝備分析建模的理論框架，內(nèi)容主要包括：多場(chǎng)耦合與多領(lǐng)域建模方法、紡織工藝裝備動(dòng)態(tài)特性、紡織材料工藝作用機(jī)理、紡織工藝裝備智能控制方法等，深入研究這些基礎(chǔ)問題，將可為紡織智能制造及其裝備的設(shè)計(jì)與實(shí)踐提供理論和技術(shù)支持。

紡織裝備； 智能制造； 智能化； 多領(lǐng)域建模； 大數(shù)據(jù)

智能制造是“中國制造2025”的主攻方向，紡織業(yè)的智能制造是實(shí)現(xiàn)行業(yè)技術(shù)升級(jí)、變革產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式與轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式的有效途徑，是近年來政府和行業(yè)大力推進(jìn)的一項(xiàng)系統(tǒng)工程[1-2]。在國內(nèi)外實(shí)踐層面該工程尚處于起步階段，在理論和技術(shù)層面，研究還很不系統(tǒng)充分，尚不能為實(shí)踐提供有效的理論和技術(shù)指導(dǎo)[3]。紡織智能制造裝備是紡織業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)[4]，本文在概述我國紡織智能制造相關(guān)領(lǐng)域現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討紡織智能制造裝備涉及的若干關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展方向,可為紡織智能制造裝備的研究與應(yīng)用提供思路。

1 智能制造內(nèi)涵及其關(guān)鍵技術(shù)

1.1 智能制造概念及其內(nèi)涵

20世紀(jì)80年代，美國賴特(Paul Kenneth Wright)、伯恩(David Alan Bourne)首次正式在其著作中提出智能制造的概念，隨后幾十年智能制造的概念不斷得到發(fā)展，特別是隨著21世紀(jì)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，智能制造的內(nèi)涵又有了新的發(fā)展和深化，現(xiàn)階段智能制造的內(nèi)涵描述為：智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式[1-3]。

智能制造是一個(gè)大系統(tǒng)工程，要從產(chǎn)品、生產(chǎn)、模式、基礎(chǔ)4個(gè)維度系統(tǒng)推進(jìn)，其中，智能產(chǎn)品是主體，智能生產(chǎn)是主線，以用戶為中心的產(chǎn)業(yè)模式變革是主題，以信息-物理系統(tǒng)(cyberphysical system, CPS)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)[1]。需要指出的是，隨著科學(xué)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，智能制造的內(nèi)涵及其相關(guān)理論和技術(shù)也在不斷發(fā)展。

1.2 智能制造涉及的關(guān)鍵技術(shù)

從工業(yè)技術(shù)發(fā)展歷程來看，智能制造是新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)，隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，智能制造有不同的體現(xiàn)形式，如：數(shù)字制造、網(wǎng)絡(luò)制造、云制造等，集成運(yùn)用了數(shù)字化、信息化、智能化技術(shù)的系列最新成果[5-6]。

從宏觀層面分析，智能制造技術(shù)可概括為8個(gè)方面：智能產(chǎn)品、智能裝備、智能產(chǎn)線、智能車間與工廠、智能物流與供應(yīng)鏈、智能研發(fā)、智能管理與決策、智能服務(wù)[6-8]。

其中，智能制造裝備是智能制造業(yè)的基礎(chǔ)，是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)。智能制造裝備最終要從以人為主要決策核心的人機(jī)和諧系統(tǒng)向以機(jī)器為主體的自主運(yùn)行方向轉(zhuǎn)變[6-8]。

從智能裝備的角度看，涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下方面[9-11]：1)信號(hào)傳感與檢測(cè)；2)自動(dòng)化智能化技術(shù)-智能控制與自動(dòng)化；3)工藝裝備集成與自動(dòng)連接技術(shù)；4)信息與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；5)大數(shù)據(jù)與建模技術(shù)。

2 紡織智能制造的現(xiàn)狀與發(fā)展方向

紡織作為我國制造業(yè)中的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一， 其智能制造是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要途徑，紡織智能制造業(yè)的發(fā)展方向包括以下幾個(gè)方面[12-14]：1)紡織產(chǎn)品的智能化；2)紡織制造裝備的智能化；3)紡織生產(chǎn)車間與工廠的智能化；4)紡織生產(chǎn)供應(yīng)鏈的智能化；5)紡織生產(chǎn)管理與服務(wù)的智能化。

目前我國紡織智能制造(紡織生產(chǎn)的智能化)尚處于起步階段，政府和行業(yè)組織大力倡導(dǎo)，不少企業(yè)已開始了有益的實(shí)踐探索，目前來看，探索的主要內(nèi)容和特點(diǎn)表現(xiàn)在以下方面。

1)紡織生產(chǎn)工序間的自動(dòng)連接。采用自動(dòng)化運(yùn)輸裝置將加工工序設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)工序間的無縫連接，從而減少或者消除工序間的物料人工運(yùn)輸或者半自動(dòng)、機(jī)械式的運(yùn)輸。例如，清梳聯(lián)、粗細(xì)聯(lián)、細(xì)絡(luò)聯(lián)等工藝裝備(如表1所示)[14-15]。

2)紡織生產(chǎn)車間與工廠的數(shù)字化與智能化。如棉紡車間的數(shù)字化智能化，基本實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化、生產(chǎn)過程數(shù)字化、管理過程數(shù)字化、分析應(yīng)用數(shù)字化等功能，具體包括紡紗機(jī)械設(shè)備的集成控制系統(tǒng)、車間環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)、智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)等方面[16-17]。

3)紡織生產(chǎn)管理與服務(wù)的智能化。該方面起步較早，少數(shù)企業(yè)信息化水平已經(jīng)較高。主要內(nèi)容包括：生產(chǎn)產(chǎn)品品種、規(guī)格；各工序設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、故障診斷；各工序機(jī)臺(tái)主要工藝參數(shù)、各工序機(jī)臺(tái)產(chǎn)量、車間或工廠產(chǎn)量；車間設(shè)備實(shí)時(shí)耗電、耗水、耗汽等[16-17]。

縱觀目前我國紡織智能制造的應(yīng)用實(shí)踐現(xiàn)狀，有以下特征：

1)紡織智能制造尚處于自動(dòng)化、數(shù)字化的發(fā)展階段，同時(shí)處于智能化的起步階段；至于以促進(jìn)加工質(zhì)量、提升綜合性能為主要目標(biāo)的智能化，則還有待深入研究和推進(jìn)。另外，紡織生產(chǎn)的車間物流、工廠物流、生產(chǎn)信息采集與管理、供應(yīng)鏈智能管理等方面涉及的技術(shù)基本成熟，可以加大試驗(yàn)和應(yīng)用推廣范圍[17]。

表1 典型紡織工藝裝備自動(dòng)化智能化情況Tab.1 Situation of automation and intelligentization for typical textile process equipment

2)高端紡織裝備與國際頂尖水平仍有明顯差距。如：高檔轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)、渦流紡紗機(jī)、全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)、高檔噴氣織機(jī)與片梭織機(jī)、高檔數(shù)碼印花機(jī)等仍然是國外頂尖品牌占據(jù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在裝備的可靠性、加工質(zhì)量等方面國產(chǎn)品牌仍然還無法與海外國際頂尖品牌抗衡。

3)對(duì)紡織智能制造相關(guān)理論和技術(shù)基礎(chǔ)的研究很不充分，目前多數(shù)僅限于對(duì)制造業(yè)智能化現(xiàn)象的定性描述、轉(zhuǎn)型路徑的淺層分析和發(fā)展模式的簡(jiǎn)單總結(jié)，未見理論上的深層次探討。關(guān)于紡織智能制造的實(shí)證與試驗(yàn)研究、學(xué)科交叉研究還很缺乏，無法為紡織智能制造提供理論和數(shù)據(jù)支持。這些將是學(xué)界今后當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的研究領(lǐng)域。

3 紡織智能制造裝備關(guān)鍵技術(shù)

裝備的智能化是智能制造的核心，紡織智能制造裝備涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：智能控制、網(wǎng)絡(luò)化與信息化、紡織智能裝置與機(jī)器人、紡織裝備智能檢測(cè)與故障診斷、工序裝備的自動(dòng)連接、紡織裝備的大數(shù)據(jù)與建模等。

3.1 紡織裝備的智能控制

3.1.1紡織裝備智能控制的特點(diǎn)與主要類型

紡織裝備的工況特點(diǎn)：紡織生產(chǎn)裝備多為連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)(二班或三班運(yùn)轉(zhuǎn))；工作環(huán)境一般為高溫、高壓、高濕、多塵；紡織裝備的典型控制類型包括以下方面(圖1、2示出典型模型實(shí)例)。1)均勻性控制：纖維束(紗線)的定量控制，如條干均勻度、細(xì)度不勻等。2)張力控制：纖維、紗線、織物的在線張力檢測(cè)與控制。3)速度、位置(軌跡)控制：如紗線卷繞成型控制。4)過程量在線檢測(cè)與控制：如染整、漿紗工藝裝備的溫度、壓力、流量控制。5)工藝動(dòng)作順序、循環(huán)控制：如自動(dòng)織機(jī)五大運(yùn)動(dòng)的控制。6)多電動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)控制：采用多電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)各個(gè)工藝動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)紡織裝備的“數(shù)控”。

注：1—檢測(cè)裝置；2—牽伸系統(tǒng)；3—信號(hào)處理器； 4—伺服驅(qū)動(dòng)器; 5—主電動(dòng)機(jī)；6—質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。圖1 并條機(jī)自調(diào)勻整模型Fig.1 Model of autolevelling in drafting frame

圖2 紗線卷繞模型Fig.2 Model of yarn winding

3.1.2紡織裝備的智能控制器

紡織裝備智能控制器及其系統(tǒng)，可以采取2種技術(shù)途徑。

1)針對(duì)某一紡織工藝設(shè)備開發(fā)專用智能控制器，即：根據(jù)工藝設(shè)備的特點(diǎn)，基于嵌入式處理器等先進(jìn)控制器件與芯片技術(shù)，開發(fā)專門的控制系統(tǒng)硬件軟件。近年來，許多企業(yè)致力于開發(fā)基于ARM(advaced RISC machines)、復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)、控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線的高檔織機(jī)控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)是控制速度快、控制精度高、實(shí)時(shí)性好，且軟件保護(hù)性好，易于做到知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，缺點(diǎn)是控制器需專門制造，通用型與互換性差。

2)基于通用控制器件的智能控制系統(tǒng)。紡織裝備采用PLC、工控機(jī)等通用控制器件開發(fā)其智能控制系統(tǒng)，具有通用性好、編程方便、維護(hù)便捷、開發(fā)周期短、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。然而，其硬件成本一般會(huì)高于專用控制器，硬件軟件的可保護(hù)性也往往弱于專用控制器。 究竟采用專用控制器還是基于通用控制器開發(fā)控制器，需要綜合批量、復(fù)雜程度、成本等因素來考慮和取舍。

3.2 紡織生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化與信息化

紡織生產(chǎn)工藝路線長、工序多，裝備種類多，為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化信息化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)紡織制造的智能化，必須使得各設(shè)備間通過網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)控制，因此，制訂紡織設(shè)備的通信接口標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，開發(fā)接口模塊，顯得十分迫切和必要。目前，中國紡織機(jī)械協(xié)會(huì)主持編制了“棉紡設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理通信接口和規(guī)范”，其他紡織裝備的通信接口規(guī)范也在陸續(xù)編制中，尚需建立有力的機(jī)制，使得相關(guān)企業(yè)自覺執(zhí)行這些規(guī)范。

3.3 紡織生產(chǎn)智能裝置與機(jī)器人

在紡織制造過程中，存在許多由人工完成的動(dòng)作，如：細(xì)紗機(jī)自動(dòng)落紗上紗，粗紗機(jī)落紗，并條機(jī)換筒、送筒，梳棉機(jī)并條機(jī)的斷條接條，自動(dòng)織造車間的落布、上經(jīng)軸，自動(dòng)穿經(jīng)結(jié)經(jīng)，印染車間的布卷落卷與上卷等。這些工序動(dòng)作，可以用2種方案實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化乃至智能化。

1)根據(jù)工藝要求和結(jié)構(gòu)條件設(shè)計(jì)開發(fā)專門的自動(dòng)化裝置。其優(yōu)點(diǎn)是工序動(dòng)作可靠性高，可實(shí)現(xiàn)高速，控制便捷，有時(shí)還可以減少裝置占用的空間；缺點(diǎn)是裝置的結(jié)構(gòu)需要單獨(dú)設(shè)計(jì)制造。

2)采用通用工業(yè)機(jī)器人(機(jī)械手)，根據(jù)動(dòng)作軌跡和速度等要求，編程實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)是可以減少專用機(jī)械結(jié)構(gòu)的開發(fā)試制；缺點(diǎn)是當(dāng)工序動(dòng)作較為復(fù)雜時(shí)，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度有限；同時(shí)工序動(dòng)作的精度取決于機(jī)器人(機(jī)械手)的精度，有時(shí)難以保證高的運(yùn)動(dòng)精度要求；另外，通用機(jī)器人占用空間大，系統(tǒng)整體性、緊湊型不佳。

3.4 紡織裝備智能檢測(cè)與故障診斷

紡織裝備的智能檢測(cè)使得其具有“感知”功能，主要包括3個(gè)方面。

1)紡織加工工藝參數(shù)的在線檢測(cè)與控制。例如：異纖檢測(cè)、纖維與纖維束細(xì)度、條干、纖維包密度，纖維束含水率； 紗線張力、紗線運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、捻度；斷紗檢測(cè)；上漿率、含水率、溫度壓力濃度等染整工藝參數(shù)；織物張力、織物運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、織物緯斜與斷緯； 等等[15-17]。

2)機(jī)械電氣性能的在線檢測(cè)與智能控制。主要包括：運(yùn)動(dòng)部件的位移、軌跡、速度加速度，裝備運(yùn)行電壓、電流、功耗等電學(xué)參數(shù)的檢測(cè)與智能控制。

3)紡織裝備故障診斷。在紡織裝備動(dòng)態(tài)特性研究基礎(chǔ)上，建立紡織裝備故障分析與智能診斷方法與模型，通過檢測(cè)紡織裝備工藝參數(shù)與機(jī)械電學(xué)參數(shù)，發(fā)出故障信號(hào)警報(bào)、輸出故障診斷報(bào)告等。

3.5 紡織生產(chǎn)各工序裝備的自動(dòng)連接

如前所述，紡織加工各工序間的自動(dòng)連接是實(shí)現(xiàn)紡織加工智能工廠的關(guān)鍵，主要有2種方案。

1)根據(jù)各工序設(shè)備及其在車間的空間布局，設(shè)計(jì)專門的輸送裝置系統(tǒng)，紡織品從一臺(tái)工序設(shè)備到另一臺(tái)工序設(shè)備自動(dòng)輸送。其特點(diǎn)是傳送效率高，可靠性易于保證；但針對(duì)不同工序設(shè)備需專門設(shè)計(jì)制造不同的輸送裝置系統(tǒng)，互換性差。

2)基于自動(dòng)導(dǎo)引小車的輸送系統(tǒng)。其通用性好，運(yùn)動(dòng)路徑根據(jù)實(shí)際需要編程控制，可適應(yīng)不同工序間設(shè)備的輸送需要；不過，自動(dòng)導(dǎo)引小車與工序設(shè)備之間還需設(shè)置轉(zhuǎn)接裝置。

3.6 紡織智能制造裝備的大數(shù)據(jù)與建模

大數(shù)據(jù)是智能裝備控制模型與算法的基礎(chǔ)，紡織智能裝備大數(shù)據(jù)技術(shù)的主要內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括：紡織裝備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括振動(dòng)、噪聲、主要運(yùn)動(dòng)部件的速度加速度、電流及其波動(dòng)、電壓及其波動(dòng)、功耗，故障信號(hào)等；紡織加工的工藝數(shù)據(jù)包括紗線織物的張力、速度、姿態(tài)，紗線及纖維條的細(xì)度、捻度、條干及其不勻率、溫度、濕度、含潮率、產(chǎn)量、斷紗率等。

值得指出的是，紡織裝備大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用和研究應(yīng)當(dāng)注意以下問題：1)多數(shù)紡織企業(yè)在數(shù)據(jù)采集、信息化等應(yīng)用方面取得一定成效，然而，針對(duì)大數(shù)據(jù)的深入分析和有效運(yùn)用存在困難，采集的大數(shù)據(jù)如何運(yùn)用，如何為提升生產(chǎn)質(zhì)量、產(chǎn)品檔次、設(shè)備可靠性服務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，缺乏理論和技術(shù)支持。2)導(dǎo)致紡織裝備大數(shù)據(jù)運(yùn)用存在困難的主要原因，在于相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)和技術(shù)界對(duì)于紡織裝備的工作機(jī)理研究還不夠深入，缺乏紡織智能制造裝備的分析建模理論方法與技術(shù)，難以為大數(shù)據(jù)的有效運(yùn)用提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。

4 紡織智能制造裝備的理論技術(shù)基礎(chǔ)

紡織智能制造裝備應(yīng)當(dāng)具有感知、檢測(cè)、診斷、預(yù)測(cè)等功能，裝備的分析模型是實(shí)現(xiàn)裝備智能化的基礎(chǔ)。目前智能紡織裝備建模理論與方法的研究還很不系統(tǒng)充分，根據(jù)其涉及的主要理論技術(shù)問題可以建立智能紡織裝備分析建模的大致理論框架，如圖3所示。具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。

圖3 紡織智能制造裝備多領(lǐng)域建模理論框架Fig.3 Theory framework of multidisciplinary modeling for textile intelligent manufacturing equipment

1)紡織材料加工過程中的工藝作用機(jī)理。纖維、紗線、織物、相關(guān)介質(zhì)(空氣等流體)及其與紡織機(jī)械部件相互作用的力學(xué)問題，產(chǎn)品加工質(zhì)量及性能與工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系等。

2)智能紡織裝備多物理場(chǎng)耦合作用機(jī)制。紡織智能裝備是機(jī)-光-電-磁-流(體)高度集成一體化的復(fù)雜系統(tǒng)，存在著復(fù)雜的多場(chǎng)耦合問題，揭示耦合機(jī)理是設(shè)計(jì)智能紡織裝備、建立紡織智能裝備分析控制模型的需要。

3)紡織裝備的動(dòng)力學(xué)與動(dòng)態(tài)特性。智能紡織裝備正向著高速化、精密化、輕量化、智能化發(fā)展，針對(duì)紡織裝備動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)概率設(shè)計(jì)等理論方法的研究還十分缺乏，揭示智能紡織機(jī)裝備的動(dòng)力學(xué)與動(dòng)態(tài)特性的機(jī)制問題，可為提升紡織機(jī)械設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量提供理論與方法指導(dǎo)。

4)智能紡織機(jī)械與機(jī)器人的精度設(shè)計(jì)方法。目前國產(chǎn)智能機(jī)械手機(jī)器人的精度普遍不高，結(jié)合智能機(jī)械與機(jī)器人技術(shù)、以及紡織新材料新工藝，研究智能紡織機(jī)械與紡織機(jī)器人的精度設(shè)計(jì)與控制、軌跡規(guī)劃與控制方法，為提高國產(chǎn)智能紡織機(jī)械機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量提供理論支撐。

5)智能紡織裝備故障診斷與預(yù)測(cè)。智能紡織裝備的故障診斷與預(yù)測(cè)涉及信號(hào)檢測(cè)與分析、基于動(dòng)態(tài)特性與紡織工藝機(jī)理的工藝裝備系統(tǒng)建模、數(shù)據(jù)挖掘與驅(qū)動(dòng)、人工智能、專家決策系統(tǒng)等理論方法和技術(shù)。

6)紡織裝備動(dòng)態(tài)可靠性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前國產(chǎn)紡織裝備與國際先進(jìn)水平的差距，突出表現(xiàn)在可靠性不高，產(chǎn)品加工質(zhì)量、裝備的使用壽命與國際先進(jìn)水平相比存在明顯差距。以自動(dòng)織機(jī)為例，國產(chǎn)中低速劍桿織機(jī)、噴氣織機(jī)與國際先進(jìn)水平相比差別不大，但國產(chǎn)高速噴氣、片梭織機(jī)的可靠性、穩(wěn)定性與國際水平相比則有很大差距。

以提高紡織裝備可靠性和產(chǎn)品加工質(zhì)量、節(jié)能降耗為目標(biāo)，研究智能紡織裝備動(dòng)態(tài)可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和理論是有待繼續(xù)深入研究的方向。

5 結(jié) 語

1)紡織智能制造是一個(gè)多領(lǐng)域交叉的系統(tǒng)工程，應(yīng)從產(chǎn)品、生產(chǎn)、模式、基礎(chǔ)4個(gè)維度系統(tǒng)推進(jìn)，其研究和應(yīng)用目前尚處于初級(jí)階段，可以先從數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化入手逐步推進(jìn)到智能化。

2)紡織智能制造裝備屬于高端裝備，是實(shí)現(xiàn)紡織智能生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而工藝裝備的多領(lǐng)域建模是實(shí)現(xiàn)智能控制的基礎(chǔ)，也是對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)用的核心；為此，必須加強(qiáng)紡織智能制造裝備相關(guān)理論技術(shù)基礎(chǔ)的研究，為紡織智能制造裝備的設(shè)計(jì)和實(shí)踐提供理論技術(shù)支持。

3)紡織智能制造裝備的生產(chǎn)質(zhì)量、效率與可靠性是其是否具有競(jìng)爭(zhēng)力的根本，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，在理論研究基礎(chǔ)上，潛心開展紡織智能制造裝備的試驗(yàn)和實(shí)證研究，積累充足的大數(shù)據(jù)(工藝裝備數(shù)據(jù))，是保障裝備可靠性、提升加工質(zhì)量的有效手段，甚至可能形成企業(yè)獨(dú)特的技術(shù)訣竅和產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 周濟(jì). 智能制造是中國制造2025的主攻方向[J]. 中國機(jī)械工程, 2015，26(17):2273-2284.

ZHOU Ji. Intelligentmanufacturing-main direction of “Made in China 2025”[J]. China Mechanical Engineering, 2015,26(17):2273-2284.

[2] 王友發(fā),周獻(xiàn)中. 國內(nèi)外智能制造研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國科技論, 2016(4):154-159.

WANG Youfa, ZHOU Xianzhong. A Review of research on domestic and International intelligent manufactur-ing[J]. Forum on Science and Technology in China, 2016(4):154-159.

[3] 高端紡織裝備技術(shù)課題組. 高端裝備主攻“數(shù)字化、智能化”[J]. 中國紡織, 2015(6):101.

Research Group of High-end Textile Equipment Technology. Digitalization and intellectualization for High-end textile equipment[J]. China Textile, 2015(6):101.

[4] YORAM Koren. The Global Manufacturing Revolu-tion[M]. Beijing: China Machine Press,2015:1-20.

[5] 朱劍英. 智能制造的意義、技術(shù)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2013(3): 1- 6.

ZHU Jianying. The Significance，technologies and implementation of intelligent manufacturing[J]. Machine Building and Automation, 2013(3): 1- 6.

[6] 熊有倫. 智能制造[J]． 科技導(dǎo)報(bào)，2013，31(10): 1.

XIONG Youlun. Intelligent manufacturing[J]. Science & Technology Review,2013, 31(10): 1.

[7] 朱森第. 我國智能制造與智能制造裝備的發(fā)展[J].. 冶金管理, 2015(9)：9-17.

ZHU Sendi.The development of intelligent manufacturing and intelligent manufacturing equipment in China[J]. China Steel Focus, 2015(9)：9-17.

[8] 傅建中.智能制造裝備的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]. 機(jī)電工程, 2014, 3(8)：959-962.

FU Jianzhong. Development status and trend of intelligent manufacturing equipment [J]. Journal of Mechanical & Electrical engineering, 2014,3(8)：959-962.

[9] GUO Q，ZHANG M. An agent-oriented approach to resolve scheduling optimization in intelligent manufacturing[J]． Robotics and Computer-integrated Manufacturing， 2010(26): 39-45.

[10] Manu cloud[EB/OL]．(2014-03-01)[2014 -03 -01]． http: / /www. manucloud-project. eu /．

[11] CAGNIN C，K?NN?LT. Global foresight: lessons from a scenario and road mapping exercise on manufacturing systems[J]. Futures，2014，59: 27-38.

[12] 朱劍英．現(xiàn)代制造系統(tǒng)模式、建模方法及關(guān)鍵技術(shù)的新發(fā)展[J]．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2000， 36(8): 1-9．

ZHU Jianying. New development on system models, modeling methods and key technologies for modern manufacturing[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2000， 36(8): 1-9．

[13] JAMES T. Smart factories[J]. Engineering and Technology，2012，7(6)：64-67.

[14] 姜凌.紡織裝備制造企業(yè)信息化建設(shè)探討[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2006,27(7)：93-96.

JIANG Ling.Discussion on information system construction of textile equipment manufacturing enterprises[J]. Journal of Textile Research, 2006,27(7)：93-96.

[15] 陳革, 墨影. 高端紡織裝備由何突破[J]. 紡織機(jī)械, 2015(11):14-16.

CHEN Ge, MO Ying.Breakthrough approach for high-end textile equipment[J]. Textile Machinery, 2015(11):14-16.

[16] 管錦文,徐旻.棉紡數(shù)字化車間及其智能化特點(diǎn)[J]. 棉紡織技術(shù)，2016,44(10):80-84.

GUAN Jinwen, XU Min. Cotton spinning digital workshop and its intelligentization characteristic[J]. Cotton Textile Technology, 2016,44(10):80-84.

[17] 徐旻．我國棉紡行業(yè)智能制造的發(fā)展方向探討[J]．棉紡織技術(shù)，2016,44(5):80-83.

XU Min. Discussion on development of intelligent manufacturing for China textile industry[J]. Cotton Textile Technology, 2016,44(5):80-83.

Analysisofsomekeytechnologybasisforintelligenttextilemanufacturinganditsequipment

MEI Shunqi1,2， HU Guipan1,3， WANG Jianwei1， CHEN Zhen1,2， XU Qiao1,2

(1.SchoolofMechanicalEngineering&Automation,WuhanTextileUniversity,Wuhan,Hubei430073,China;2.GovernmentKeyLaboratoryofDigitalTextileEquipmentofHubeiProvince,Wuhan,Hubei430073,China;3.HubeiEngineeringUniversity,Xiaogan,Hubei432000,China)

For the purpose of providing theoretical reference of design and development for textile intelligent manufacturing equipment, promoting the technical development and progress of intelligent textile manufacturing industry, the connotation of intelligent manufacturing and its key technologies are analyzed and combed, the current textile intelligent manufacturing situation and existing problems are analyzed, and the involved key technologies, development direction, and theoretical basis of textile intelligent manufacturing equipment system are discussed emphasically. The analysis indicates that, setting up the multidisciplinary analysis model is the intelligentization foundation for the textile intelligent manufacturing equipment system. Therefore, modeling theory framework for textile intelligent manufacturing equipment system has been established, the contents of which includes as follows: multidisciplinary modeling method with multi-field coupling, dynamic characteristics of process equipment system, working mechanism of equipment with textile material, and intelligent control method. It is indicated that research on these theoretical basis problems can provide theoretical and technical support for development and application of the textile intelligent manufacturing equipment system.

textile equipment; intelligent manufacturing; intelligentization; multidisciplinary modelin; big data

TS 103

A

10.13475/j.fzxb.20170705506

2017-07-17

2017-07-19

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51175385)；湖北省重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目(2012AAA07-02)；湖北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BHE0010)

梅順齊(1966—)男，教授，博士。主要研究方向?yàn)榧徔棛C(jī)械及其自動(dòng)化。E-mail: meishunqi@vip.sina.com。