全流程智能化紡紗技術創新點及應用效果

萬由順 衛 江 桂長明 解艷芳 曹麗君

（武漢裕大華紡織服裝集團有限公司，湖北武漢，430415）

武漢裕大華紡織服裝集團有限公司是集“高端紡織制造”“現代紡織服務”“時尚紡織服飾”三大業務為一體的綜合紡織集團，形成了原料貿易?紡紗?織造?印染?服裝的完整產業鏈，進入轉型發展的快車道。2018年武漢裕大華紡織服裝集團有限公司在工控資金支持下，在武漢裕大華紡織有限公司投資了10萬錠全流程智能紡紗項目。目前該項目已經通過中國紡織工業聯合會的鑒定，認定為總體技術達到國際先進水平。

1 全流程智能化紡紗工藝流程

全流程回花/回絲智能收付系統的紡紗過程［1］如下。

（原料）→清梳聯［JWF1011型往復抓棉機→→FT 225B型強力磁鐵→FT 247（B）型風機→FA 124型重物分離器→MPEEO1型金火探除器→（FT 217?70型氣流分離器+JWF0007?70型重物分離器+FT 240F型風機）→JWF1107型單軸流開棉機→FT 240F型風機+FU 2801型風機高架→JWF1109型單軸流開棉機（帶間道）→119A 4型火星探除器→JWF1027?6?160型多倉混棉機+FT 242型風機→FT 211型強力磁鐵→（FT 222F型風機+JWF1115?160型清棉機+FA 055?160型立式纖維分離器）→精靈8D型異纖分揀機+精靈8C型異纖分揀機（清梳聯不含）→FU 2801型風機高架+FT 201B型風機→119AII型火星探除器→FT 202A T型分配器→FT 301B型連續喂棉控制器→12×JWF1213型梳棉機］→預并條（JWF1313型并條機）→條并卷精梳（JWF1383型條并卷聯合機→JWF1286型精梳機）→并條（JWF1316T型并條機）→粗紗（JWF1458A型粗紗機配粗細聯）→細絡聯（JWF1572?1200型細紗機→VCRO?I型細絡聯自動絡筒機）→（成品紗）

2 全流程智能化紡紗流程

全流程智能化紡紗流程見圖1。

圖1 全流程智能化紡紗流程圖

由圖1可見，全流程智能化紡紗流程包括多個模塊，實現了全流程智能紡紗物流和全流程質量追溯。智能紡紗物流系統:使用傳感器、條碼、射頻識別、工業機器人、自動導航和數據庫等技術實現了配棉和上包、條筒輸送和存儲、棉卷自動接頭、粗細聯輸送，筒紗自動包裝輸送等。通過自動化設備實現內部物料的自動轉移。全流程質量追溯系統:在整個生產過程中，新增了條筒芯片、條筒托盤芯片、粗紗管芯片、細紗管托盤芯片、筒紗紙管條碼識別、碼垛托盤芯片、出入庫芯片識別等射頻識別裝置。通過“e系統”，把原料信息、機臺信息、條筒信息、暫存信息、紗管信息、托盤信息、倉儲信息與全流程生產信息融為一體，形成從原料檢測到產品入庫的全流程智能質量追溯系統。

智能化紡紗流程配置:原棉→清梳聯→AGV小車→預并條→條并卷→精梳→一道并條（自調勻整）→提升機+軌道→粗紗→柔性軌道→細紗（單錠檢測+粗紗斷頭停喂）→鋼帶+托盤→自動絡筒→自動打包→AGV小車→入庫。

3 全流程智能紡紗管理系統

智能紡紗管理系統包含數據智能分析和預測子系統，形成以生產運行和產品質量實時狀態為基礎的智能化分析；通過大量數據的自動化采集及生產信息的追溯、信息流與物流協同的管理，達到以精益、精確、精準為核心的智能紡紗車間，打造智能制造協同創新管控平臺。模塊主要包括:訂單管理、紡紗工藝設計、在線質量管控、試驗數據管理分析、產量統計分析、產量工資管理、電量管理、制成率分析、一線員工用APP、專件周期管理等模塊。

該系統提供17個一級菜單，約100個子頁面，同時預留與ERP對接的數據接口，通過該系統協助用戶實現以下功能技術指標:

（1）生產過程透明化，異?？焖夙憫?。

（2）通過效率損失點的分析，定位低效率的落后機臺和落后錠位，協助管理者提升生產產能。

（3）實現設備維護［2］、專件生命周期管理、規范維護保養過程，郵件提醒維修人員及時保養。

（4）通過現場大屏展現生產績效，實現管理者與一線員工的信息交互，提高管理效率。

（5）實時在大屏或PAD顯示計劃進度。

（6）員工產量工資實時計算。

（7）半成品在線質量數據和離線質量數據統計、異常報警。

（8）為關鍵工序落筒和細紗提供的一線保全工和擋車工用APP，協助員工提高工作效率，實現自我管理。

（9）實現隨時隨地的移動辦公，減少重復管理，提高管理效率。

與ERP系統數據對接，通過從訂單到成品的制成率統計及利用在線、離線質量大數據統計分析，實現訂單管理，為管理層決策提供支持。圖2是全流程無死角的智能紡紗管理系統構架圖。

圖2 全流程智能紡紗管理系統構架圖

4 技術創新點

4.1 軟件創新

4.1.1 面向信息物理融合制造系統的紡紗智能制造新模式

全面搭建以智能工藝裝備為基礎［3］，以自動高效生產線為體現，以MES管控為核心，以網絡數據中控平臺為支撐，以ERP大數據分析為擴展的全面集成的信息物理融合制造系統。實現自下而上的執行狀態采集、數字化管控系統的智能決策、自上而下的作業指令下發的閉環控制，支持大批量訂單及其工藝流程為驅動的從物料到產品的全過程管控，以計劃排產與動態調度、精益自動物流配送與控制、產品質量實時精準監控、數字化生產履歷追溯為核心的涵蓋計劃進度、物流執行、質量管控與追溯的全業務協同，形成有序、協調、可控和高效的智能制造新模式。

4.1.2 基于云端平臺的智能遠程設備數據及狀態采集與維護

在智能紡紗生產設備系統的基礎上，在嵌入式狀態感知傳感器、信息管理軟件系統以及互聯網通訊模塊的支持下，基于智能管理系統以及大數據分析中心，為智能設備的生產使用提供支持，并為未來遠程運維奠定基礎?；谠贫似脚_，實施采集設備數據及提供運維服務基礎。該生產模式已經屬于新的生產模式創新。

4.1.3 基于智能工藝裝備信息物理融合的監控系統

基于高精度自動化生產裝備實現了智能性擴展，包括嵌入式的狀態數據采集發送以及控制指令接收，建立與MES系統深度信息物理融合的自動化高效生產線，支持設備狀態的實時在線監控，以及生產線自動運行的實時報警的處理。通過在MES系統中構建與物理生產線相對應的監控系統，使得監控系統具有充分貼合紡織生產線高效自動以及環境敏感的生產特點，有效保證監控高效、實時、精準。經測評，監控系統在自動化、智能化、實時化和精準性方面基本達到國際先進水平。

4.1.4 基于智能制造管理系統平臺構建的ERP和MES系統

系統全面采用統一的、柔性的、基于模型驅動的智能制造管理系統平臺來構建產品研發、工藝、制造執行及數據化工廠系統，減少了系統間的集成，將自動化生產線與信息系統作了深入融合集成，以此為基礎構建出的ERP和MES在確保數據的一致性、及時性、完整性和準確性方面極具優勢。

4.2 硬件關鍵技術突破

4.2.1 全流程智能紡紗物流系統

從原棉到成品入庫實現自動化物流。在清梳聯、粗細聯、細落聯等高精度自動化生產線的基礎上，通過AGV小車全面實現紡紗全流程自動運輸，并形成企業標準。

此外，針對紡紗過程中產生的回花、回絲、下腳，通過全方位智能分揀和收付系統實現自動處理。該系統紡紗及收付流程見圖3。智能紡紗設備機、電、氣控制高度集成，單機設備設置有抽吸回花的吸附點、風箱及吹吸風裝置等。全方位智能分揀和收付系統通過改造或利用智能紡紗吹吸風系統，將智能紡紗吹吸風系統關鍵部位與除塵設備、自動打包設備通過管道連接起來；再通過自動控制程序設計，實現回花、回絲、下腳料等分類自動采集，同時將纖雜分離、分類，并由管道輸送到各自的自動程控打包機內壓縮打包。包含棉卷、棉條、粗紗、細紗、管紗、筒紗全流程回收系統，并形成企業標準。

圖3 全方位智能分揀和收付系統流程圖

4.2.2 梳并聯自動輸送系統

實現梳棉到并條的自動輸送。條筒循環輸送路線:AGV小車推滿條筒（D 1 000 mm×1 200 mm）→擺渡車→暫存區→并條機→空筒→暫存區→AGV推回梳棉機自動換筒空筒處。每個條筒上都裝有芯片，通過AGV小車及條筒輸送軌道上的傳感器讀取裝置進行識別，確保棉條筒能被輸送到指定位置。

4.2.3 精梳自動換卷輸送系統

4.2.3.1 條卷機自動換棉卷筒

每臺條卷機車頭設有與精梳機棉卷架平行的擱卷架，一次存放8個空滿卷。通過與高架運輸系統配合實現條并卷機與精梳機之間的筒管自動運輸，滿筒送精梳機，同時將紡空的棉卷筒送回條卷機擱卷架；條卷機紡滿卷時，由程序控制完成落滿卷、送空卷、低速啟動后再轉正常，滿卷前又降速作落卷準備。

4.2.3.2 自動換卷

與高架運輸系統配合實現條并卷機與精梳機之間的棉卷自動實時更換。精梳機上棉卷紡空時，通知行車運行到該臺精梳機棉卷上方，8對機械手臂將空棉卷筒抓取提升運回條卷機擱卷架空卷庫；同時精梳機換卷氣缸動作將備用滿卷推到工作位置，完成換卷。

4.2.3.3 精梳機自動接頭

棉卷更換到位后自動進行新舊棉網接頭，接頭正常后自動開車完成無人化換卷接頭操作；換卷接頭時，電磁閥控制精梳機上的負壓吸附管開啟，將接頭花抽走。

4.2.4 全流程智能倉儲輸送系統

4.2.4.1 自動碼垛及暫存

自動打包機打好的成品包，自動粘貼噴碼，再被抓取到成品托盤上碼垛堆放，每個成品托盤裝有芯片，每層碼4包，100 kg，按10層設置，裝載1 000 kg，每個托盤為同一批次同一品種，裝滿后，成品AGV接到信號，將碼好的成品托盤運送到暫存區，同時將空的成品托盤放置在碼垛區。

4.2.4.2 自動轉運至成品智能倉庫

暫存區只能存放一天的生產量，由成品AGV小車在每天轉運時間內將前一天放在暫存區的成品托盤運送到車間通往倉庫的滾盤上，滾盤感應到成品托盤輸送電機工作，成品托盤離開滾盤時，電機停止。成品智能倉庫每個倉位容納一個成品托盤，倉位上的感應器自動讀取托盤芯片數據，并存入“e系統”

4.2.4.3 自動出貨銷售

銷售經理通過手機終端或電腦訪問“e系統”，實時掌握生產在機、庫存品種及產量信息，簽訂銷售合同有的放矢；倉庫管理員發貨時，倉庫管理系統按照品種、批次、生產時間自動配貨，不僅提高了效率，減少了差錯，而且杜絕了先入后發（積壓）的發生。

4.2.5 全流程智能質量追溯系統，并形成企業標準

對從原材料接收到在制品轉移、成品檢驗、貯存和交付等各階段進行標識，以防止不同類別、規格、批次的原材料、在制品和成品混用，并驗證在規定的有追溯性要求的場合具有可追溯性。對物料、在制品、成品的檢驗和試驗狀態進行標識，予以控制，防止不合格產品流入下工序或交付給顧客。

質量追溯系統包括:

（1）條筒芯片。即條筒電子標識。它安裝在條筒上，被AGV小車或安裝在條筒輸送軌道上的傳感器識別，并通過數據鏈與“e系統”相連，用于實時監控條筒的位置或狀態及前后設備供應鏈關系。

（2）三自動換卷。條卷的滿卷自動輸送到精梳；精梳自動換卷；空卷自動回收。并通過數據鏈與“e系統”相連，用于實時監控精梳小卷的位置或狀態及前后設備供應鏈關系。

（3）托盤芯片。它用于識別末并條筒，安裝在托盤上，能被條筒輸送軌道上的傳感器識別，并通過數據鏈與“e系統”相連，用于實時監控條筒的位置或狀態及前后設備供應鏈關系。

（4）帶芯片的粗紗塑料紗管。它用于識別粗紗，安裝在塑料紗管上，被粗細聯輸送軌道上的傳感器識別，并通過數據鏈與“e系統”相連，用于實時監控粗紗的位置或狀態及前后設備供應鏈關系。

（5）筒紗到打包機輸送系統。由自動抓取、自動輸送、自動存放、自動套袋、自動裝料、自動封口、自動噴碼、自動存儲和轉運組成。每個抓取架上裝有芯片，用于識別自動絡筒機單錠生產的滿筒位置或狀態及跟蹤物流鏈。

（6）實驗室檢測。用于對客戶反饋或在制品在線監測的不合格或隱患的確認，由檢測中心負責，并通過數據鏈與“e系統”相連，受權人員實時共享。

5 全流程智能紡紗應用實踐

武漢裕大華紡織有限公司10萬錠智能化項目在2019年6月30日全面投入生產運行，已經實現了全流程智能化紡紗的物流運輸，及部分“e系統”的運行。在機生產品種有JC 14.6 tex、JC 9.8 tex、JC 8.3 tex、JC 7.3 tex集聚紡等系列品種，紗線質量達到烏斯特2013公報5%～25%水平，細紗錠速在17 000 r/min～20 000 r/min，細紗千錠時斷頭率控制在5根～10根，萬錠用工在15人～20人，在硬件上初步實現了全流程智能紡紗新模式。

生產的 JC 14.6 tex、JC 9.8 tex、JC 8.3 tex、JC 7.3 tex集聚紗產品質量見表1。

表1 產品質量

在軟件方面，我公司集合武漢紡織大學、經緯紡機、外聘專家、本公司專家等成立了紡織研究院、“e系統”軟件開發小組等，預計在2019年底全面搭建以智能工藝裝備為基礎，以自動高效生產線為體現，以MES管控為核心，以網絡數據中控平臺為支撐，以ERP大數據分析為擴展的全面集成的信息物理融合制造系統，成為全流程全覆蓋的智能化數字化紡紗生產示范基地。

在知識產權方面，我們已經申報了實用新型專利11項，發明專利14項，產品標準1個，設備標準3個，形成適合智能化紡紗的設備操作管理制度，并形成整套《全流程智能紡紗工廠新模式建設》專著，成為易復制型智能紡紗制造新模式，助推紡織行業智能化、信息化、數字化建設。

我們的目標是:生產效率提升22.65%，運營成本降低14.85%，單位產值能耗降低14.12%，用工降低71.70%，萬錠產品升級周期縮短40%，產品質量工藝可追溯率100%，產品不良率降低55.00%。把我們公司10萬錠智能化項目打造成華中地區乃至國內一流的智能化、數字化項目示范標桿。

6 結束語

武漢裕大華紡織有限公司的10萬錠全流程智能紡紗項目從規劃設計到實施，實現了軟件與硬件的深度集成融合，以智能工藝裝備為基礎，以自動高效生產線為體現，以MES管控為核心，以網絡數據中控平臺為支撐，以ERP大數據分析為擴展的全面集成的信息物理融合制造系統。軟件和硬件的良好配合實現了全流程智能紡紗物流系統、梳并聯自動輸送系統、精梳自動換卷輸送系統、全流程智能倉儲輸送系統、全流程回花收付打包系統、全流程智能質量追溯系統的良好運行，產生了多項知識產權和專利，并達到較高的產質量水平，在降低用工方面上也具有顯著優勢，具有較好的推廣價值。