紡織服裝業智能化與智慧化發展探究

伏廣偉，賀志鵬，劉鳳坤

(1.中國紡織工程學會, 北京 100025； 2.中國紡織信息中心， 北京 100020； 3.中國紡織工業聯合會檢測中心, 北京 100025)

當前，全球經濟發展方式正在發生深刻變革，科技創新孕育新的突破，為制造業的轉型發展帶來曙光，“智能化與智慧化”已成為世界制造業發展的大趨勢。數字經濟推動的制造業的智能化是產業資源配置的必然過程，而智慧化才是制造業發展的必然結果。

2012 年4月《經濟學人》發表的“第三次工業革命：制造業與創新”專題報道中將數字化與智能化制造技術描述為第三次工業革命的核心技術[1]。而第四次工業革命的到來使得智能制造成為各國競爭的新戰場。各國圍繞制造業都提出了相應的戰略——美國的“國家制造創新網絡”和 “智能紡織計劃”[2]，德國的“工業4.0”和 “未來紡織項目”[3]，日本的“工業價值鏈”，我國的“中國制造2025”[4]等。

世界制造業在經歷機械化、電氣化、數字化后必然向智能化和智慧化發展，數字化和信息化是制造業智能化、智慧化的基本條件和前提基礎。制造業智慧化是一種依靠物聯網和云計算等一系列新一代的信息技術，同時以客戶需求以及企業經濟效益為出發點，利用企業信息的互聯互通、共享處理，來完成智慧化的采購、制造、銷售以及各種管理活動[5]。

制造時代的智能化和智慧化代表制造業高質量發展的主要方向，正在推動傳統生產方式、組織形式發生系統性、整體性變革。我國紡織行業是踐行智能制造的先驅行業，大數據、云計算、人工智能已得到廣泛應用，尤其是大規模個性化高級定制的生產模式已經成為推動紡織服裝行業轉型的翹楚，正孕育著一場不可避免的產業革命，并推動產業沿著智慧化的道路越走越遠。

1 紡織工業智能化研究范圍

紡織工業的智能化和智慧化研究范圍非常廣泛。現代信息控制技術已經滲透到紡織服裝生產各個領域。紡織工業的各個領域與環節正趨向于建立數字化紡織設計、加工、制造和供給全過程的整體集成模型，因此研究行業智慧化應從全部要素和流程入手。

智慧化的智能紡織工業應至少包括3層含義：①智能紡織產品：以紡織產品為基質(或媒介)通過跨領域技術整合(光電、通信、生物醫藥等)，創新研發、拓寬紡織產品應用范圍；②智能制造：實現生產過程控制智能化，產品設計制造的信息化，制造裝備數字化，企業管理信息化，商貿和咨詢服務網絡化；③智能供給：以電子商務為主要平臺的大規模個性化供給方式正在推動新一輪產業革命的誕生。

紡織行業的智能化不僅表現為以結果為導向，還要深刻理解智能產品給生產和供給帶來的影響和驅動。智能化是一個互相推動和作用的潘多拉魔盒，無論從哪一端研究都會發現其內在的魔力，使生產和供給不再是一個單一依存的系統，更趨向于自我智慧化的智能系統。

2 紡織行業智能化發展現狀

2.1 國外發展情況

總體而言，國外的智能化產品是以原創技術和器件為主，中國以應用和產業化為主。北美目前仍是最大的區域智能紡織品服裝消費區域，早在 2012年就已占全球份額的46.5%。而歐洲也發起設立了基金，專門制定EU FP6和FP7紡織物智能化與交互標準[6]。

2.1.1 投資引導

全球智能化紡織市場已成為包括紡織企業、科技研發機構(科研院所)、高端電子元器件公司、風投機構等的主要競爭市場之一。2016年，從SRI International(斯坦福研究所)分離出來的動力服公司(Superflex)宣布完成A輪960萬美元的融資；與此同時，加拿大智能紡織初創公司(OMsignal)獲得了Relay Ventures 領投的1 000萬美元融資。2017年，智能面料初創公司(Pireta)獲得早期風投基金Rainbow Seed Fund的青睞，同意為其提供種子輪融資[7]。

2.1.2 大企業推動

全球科技巨頭的進軍，加速了紡織智能化的進程。如蘋果公司、美國藍牙智能公司 (BLE)、三星公司等加入了智能紡織研發行列。

以蘋果公司為例，從其專長領域入手，分階段布局其在智能紡織領域的市場。首先，以紡織材料作為其電子產品的邊緣性配件，如能夠實現多點觸控的手套、iPad 保護套等進行研發嘗試，進而將紡織技術與電子產品相結合。從2014 年起，研發的可代替傳統液晶顯示屏、傳統材質鍵盤的織物材質顯示屏、鍵盤等，進一步增強了紡織技術在電子產品中的應用深度和廣度[7]。近年，具有嵌入式電子部件的織物、導電非織造布等紡織品已躍升為其專利保護的關鍵性主體，知識產權保護重點轉為突出紡織技術。

表1為相關電子產品巨頭申請的與智能紡織相關的部分典型專利[7]。通過分析科技巨頭企業的專利可以判斷出智能化的研究趨勢和關鍵技術領域，進而可以更加準確地把握發展方向。從表1還可以看出：織物的信息化傳導和通信技術是大企業的主要關注焦點，同時其在一定程度上已獲得了突破性進展。

2.2 中國發展情況

2.2.1 臺灣地區

臺灣地區的紡織工業智能化已躋身世界先進研發行列。企業力圖通過智能紡織創新實現轉型升級和跨越式發展，且已在測壓、測溫、心率監測、觸覺傳感等技術領域處于世界領先水平，實現了服裝與人類的更高的互動性與回應性，其尖端科技已廣泛應用于夾克、手套等戶外服裝及可加熱式服裝和鞋襪等產品中。如嵌入了LED紗線模塊的防水服具有耐久性、柔軟輕便、可水洗折疊等常規產品的特點[8]，使得安全性、工藝性和舒適性獲得了較為完美的結合。LED紗線無論在任何環境條件下，都能在100 m左右距離清晰可見，達到了高可視性的效果。可加熱模塊通過將獨特的加熱元件、紡織電纜、電池、控制器和充電器進行整合，達到了顯示狀態、調節溫度的目的。同時，為了解決加熱產品耐用性問題，研發人員通過開發新型復合纖維，實現了高效導電和傳熱、經久耐用的目的。

表1 相關電子產品巨頭申請的與智能紡織相關的典型專利

2.2.2 祖國大陸地區

2.2.2.1智能制造發展情況

智能制造中起關鍵性作用的是人，通過統籌協調人、信息系統和物理系統綜合集成的大系統，將制造業的質量和效率提高到新的發展水平。智能制造涵蓋企業生產制造環節的方方面面，重點包括智能工廠和智能生產2個部分。前者重點研究智能化生產全周期以及網絡化分布式生產的實現；后者主要涉及智能化生產物流管理系統、人機交互以及3D 打印等高新技術工業生產過程中的應用等問題。

自2015年工信部開始評選智能制造試點示范項目開始，截止到2018年，紡織行業已累計有16家企業獲得試點批復，我國紡織行業智能制造試點示范項目見表2。

表2 我國紡織行業智能制造試點示范項目

山東華紡股份有限公司作為一家典型印染企業在轉型升級的過程中，在經歷了發展陣痛后，逐漸摸索出了適合其發展的智能化之路。如印染生產管控系統結合最新的自動化和電子化智能控制等技術，對生產過程以及能源消耗等進行實時數據采集、分析、異常預警、反饋控制，幫助企業提高了生產效率，穩定了產品質量，促進了節能減排的實現。其染化料自動稱量及輸送系統由ERP 管理層、車間管理層、機臺執行層3 層網絡結構組成，實現了印染生產化學品物流、信息流的統一高效調度和管理[9]。華紡公司智能制造智慧企業發展構想如圖1所示。

山東康平納集團有限公司“筒子紗數字化自動染色成套技術與裝備”項目作為智能制造的典范，獲得2014年度國家科學技術進步獎(通用項目)一等獎。該項技術在節能、節水、效率等方面均實現了行業的重大突破，其關鍵性指標數據見表3。

2.2.2.2智能紡織品發展情況

智能紡織產品對熱反應、對光反應等可形成電子、化學等資源，并加以利用。能在智能紡織品中應用的材料還包括光纖、金屬、傳導性聚合物以及通過涂層涂覆等技術含有的納米顆粒的纖維材料等。

祖國大陸地區雖然在智能纖維及智能紡織品研發方面起步較晚，但隨著國家層面關注度的提高和一系列重要舉措、規劃的制定，已經涌現出不少代表性產品。如江南大學服裝安全設計中心通過集中攻關對交通、醫療等領域應用較為急需的安全性產品，將傳感裝置與紡織技術相結合開發出了一系列安全性服裝[10]。天津軍事醫學科學院衛生裝備研究所的張政波和北京航空醫學研究所的俞夢孫等通過在彈性背心中嵌入傳感器的方式來檢測不同的生理信號，實現了生命信息檢測技術與可穿戴技術的完美結合，相關產品已用于航空航天、軍事醫學等高端專業領域[11]。

圖1 山東華紡股份有限公司智能制造智慧企業發展構想

類別染色一次合格率/%噸紗用水/t噸紗用電/(kW·h)噸紗用汽/t筒子紗裝卸效率/(個·次-1)國際先進水平>9040 --4～6國內行業平均水平70～8090～120 2 7008.5 人工筒子紗數字化自動染色項目>9835 1 5003.5 10～14先進性對比一次合格率高與國際先進水平相當,比國內行業平均節水70%比國內行業平均節電45%比國內行業平均節汽58%裝紗效率高

3 智慧化制造的特點

3.1 技術的先進性

3.1.1 自動化、數字化、智能化紡織裝備

智慧化制造在紡織裝備方面的開發主要有：開發高性能纖維等新材料成套裝備、短流程新型紡紗織造裝備、新型印染等裝備，提高生產效率、性能以及自動化、數字化水平；開發和應用具有自動感知、智慧決策、自動執行功能的高端智能裝備；開發應用智能物流包裝、智能機器人、網絡化信息管理系統等。

3.1.2 智能企業(工廠、車間)

智能企業是指全流程采用和推進信息化技術在紡織生產、研發、管理、倉儲、物流等各環節得到應用，并由系統自主或在人的參與下實現生產過程智慧化。

3.1.3 跨領域技術整合

紡織工程是一個多學科的交叉學科，需要跨領域整合光電、通信、生物醫藥等先進技術。現代物流業的發展，電子商務的高歌猛進，柔性傳感器的快速發展為智能可穿戴紡織品的快速發展奠定了基礎。

3.2 環境的協調性

紡織工業的環境協調由人的協調向自我協調發展，主要包括紡織綠色制造管理、發展綠色制造技術、構建綠色制造體系、建立綠色評價制度等方面。圖2為服裝全生命周期自然生態系統原理圖[12]。研究服裝全生命周期的相互影響，對于理解服裝行業智慧化具有重要意義。

圖2 服裝全生產周期自然生態系統原理

紡織服裝業的環境協調性體現在各個環節的統一和自主協調，也是智慧化的主要抓手。以健康可持續為目的的行業智慧化是未來紡織服裝業的主要特征，也是紡織服裝業的必由發展路徑。

3.3 經濟的合理性

“中國制造2025”把可持續發展作為建設制造強國的重要且關鍵著力點，要求加強節能環保技術、工藝、裝備推廣應用，全面推行清潔生產，要求發展循環經濟，提高資源的回收利用率，構建綠色制造體系，走生態文明的發展道路。

紡織企業的清潔生產是將綜合預防的環境策略持續應用于企業的生產過程和產品中，減少對人類和環境的風險性。包括：清潔的紡織原材料、清潔能源、環保工藝和設備等。企業應加大力度強化生產技術管理和綜合技術改造，提高資源和能源綜合利用效率；同時減少污染物排放，開發污水處理循環回用技術，以最少的投入，獲得最高的產出和最少的污染，并高效率、低費用處理和處置必排的少量污染物[13]，大力發展循環經濟。循環經濟發展路徑見圖3。

圖3 循環經濟發展路徑

3.4 智慧化的社會責任

企業在創造利潤、對股東和員工承擔法律責任的同時，還應更多的承擔對消費者和環境等的責任，改變把利潤作為唯一目標的傳統觀念，在生產過程中關注人的價值，對環境、消費者、對社會做出應有的貢獻。

4 發展展望

紡織服裝業的智能化和智慧化將很大程度上取決于人工智能技術的發展與技術革命。總體而言，將在如下幾個方面持續進步和發展。

4.1 大數據與智慧平臺

通過集成市場、設計、工藝、生產、管理和銷售等的海量數據，實現紡織產業鏈中各環節的融合與協同；通過深入分析挖掘數據中所蘊含的關鍵信息，并將大數據技術應用于精準營銷、眾創設計平臺、自動工藝規劃、自適應生產調整和自主設備維護等各個環節，為紡織制造業帶來新的業務增長點和高附加價值[14]。

利用網絡和紡織服裝云制造服務平臺，按用戶的需求組織加工網上制造資源(制造云)，為企業或個人用戶提供各類按需定制服務。實現紡織服裝業各類制造資源的統一、集中的智能化管理和經營，為紡織服裝產品制造全生命周期過程提供可隨時獲取的各類服務。目前，紡織服裝仍然沒有嚴格意義上的大數據決策系統，因此，智能化和智慧化仍然處于起步階段。構建行業大數據智慧平臺不僅是企業的需要，更是行業智慧化的需要，具有巨大的市場潛力和發展空間。

4.2 人工智能與產業協同

探索新一代人工智能引領下的智能制造，深入挖掘人工智能在紡織服裝業的可應用場景及程度，將勞動力從繁雜、單一的生產活動中解放出來，更多的從事創造、革新等工作。

紡織服裝業的智慧化與人工智能的發展和協同還有很大的發展空間。智慧的來源是人腦還是基于大數據和計算機是智能制造的根本話題。從全產業鏈的角度看，與人工智能的協同代表未來紡織服裝智慧化的發展方向。中國正在推動人工智能2.0的國家計劃，紡織服裝業也同樣受益于這個國家計劃，在智慧化的道路上如虎添翼。

4.3 大規模高級定制與智慧供給

隨著服裝定制行業的技術突破，服裝行業的小批量、多品種、快交貨和就近化的定制生產模式將逐步取代以往的集約化生產模式。一站式的智能化生產方式代表著紡織服裝業智慧化的未來，具有巨大的發展空間和潛力。大規模高級定制的規模化和智慧供給除了技術的原因外，還是成本不斷上漲引發的減員增效驅動的結果。

4.4 柔性傳感器與智慧紡織品服裝

未來，智慧紡織品服裝的主要方向是由可穿戴向柔性可感知和智慧化方向發展。柔性傳感器的突飛猛進給智慧紡織品帶來了一次又一次驚喜。柔性傳感器大面積應用到智能服裝上的日子已經到來。

4.5 行業規范

智能紡織品是一個新興領域，需要一系列標準和規范引導和限定。歐美等發達國家標準先行先試，已出臺了相關標準，我國也于近年來確定了一系列智能紡織品服裝標準，尤其是團體標準以其快速和便捷的優勢，或許將成為智能紡織品行業規范的主要陣地。

5 結束語

智能化、智慧化技術與發展路徑業已成為古老的紡織工業再次發展與崛起的重要途徑，憑借智能化、智慧化以及清潔生產等技術，紡織服裝業徹底擺脫了污染嚴重、勞動環境差、技術含量低等陳舊印象，取而代之的是智能化的生產車間、智能化的倉儲物流系統、萬錠用工不足10人、一批批智能制造示范車間(工廠)等吸人眼球的成就。紡織服裝業在智能化、智慧化服務與發展方面走在了前列，但也應正視在發展中發現和出現的問題，不斷進行嘗試，在發展中解決問題，同時深度挖掘智能化、智慧化應用和發展的潛力，為實現紡織強國奠定堅實的基礎。