國(guó)內(nèi)纖紡實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備智能化研究進(jìn)展

吳銓洪，王亞妮，朱軍燕，趙珍玉

(1.中國(guó)廣州分析測(cè)試中心 廣東省分析測(cè)試技術(shù)公共實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州510070;2.中山中測(cè)紡織產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心，廣東 中山528476;3.寶雞市質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測(cè)中心，陜西 寶雞721000;4.中山海關(guān)技術(shù)中心，廣東 中山528403)

當(dāng)前，消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)紡織品的品質(zhì)和安全要求不斷提高、檢測(cè)市場(chǎng)的進(jìn)一步開(kāi)放、職能部門機(jī)構(gòu)改革等給纖紡檢測(cè)行業(yè)帶了新的挑戰(zhàn)，但也迎來(lái)了發(fā)展的新機(jī)遇。從國(guó)家統(tǒng)計(jì)局權(quán)威發(fā)布的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類(2018)》獲悉，檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)已成為 “十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。面臨這樣的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，以及互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、大數(shù)據(jù)等新時(shí)代工業(yè)革命的產(chǎn)物，促使纖紡檢測(cè)行業(yè)加速向智能化發(fā)展，其中最根本的變革是儀器設(shè)備的智能化。

1 我國(guó)纖紡檢測(cè)行業(yè)現(xiàn)狀

我國(guó)纖紡檢測(cè)領(lǐng)域依然存在勞動(dòng)密集型，如纖維鑒別、外觀檢驗(yàn)、色牢度、起毛起球、勾絲評(píng)級(jí)等項(xiàng)目基本依賴人工肉眼主觀檢驗(yàn);織物密度等長(zhǎng)度測(cè)試通過(guò)人工量取，結(jié)果重復(fù)性和再現(xiàn)性較低;儀器設(shè)備普遍技術(shù)含量低，功能單一，效率不高，制約了檢測(cè)周期[1]。

近年來(lái)，隨著服飾快時(shí)尚以及人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)變革和應(yīng)用使纖紡檢測(cè)項(xiàng)目在檢測(cè)方法和儀器設(shè)備漸趨于高效和智能，部分檢測(cè)機(jī)構(gòu)大力推動(dòng)“智慧實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)，在人力、效率、環(huán)保等方面優(yōu)勢(shì)突出。

2 儀器設(shè)備智能化主要特征

2.1 自動(dòng)化

智能化測(cè)試離不開(kāi)儀器設(shè)備自動(dòng)化。自動(dòng)化程度越高越能體現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)性。實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的技術(shù)先進(jìn)、高度集成、快速高效、準(zhǔn)確可靠才是真正的智能檢測(cè)、智慧檢測(cè)。

2.2 信息化

當(dāng)前，全社會(huì)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)+的依賴程度越來(lái)越高。手機(jī)應(yīng)用、小程序在檢測(cè)行業(yè)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程操控、數(shù)據(jù)傳輸且隨時(shí)獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)，改變了傳統(tǒng)的檢測(cè)行為。

2.3 綠色環(huán)保

檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)作為生產(chǎn)性技術(shù)服務(wù)業(yè)，智能化的儀器設(shè)備不僅要先進(jìn)高效而且更應(yīng)體現(xiàn)綠色節(jié)能，走環(huán)境友好型和資源節(jié)約型道路，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處。

3 儀器設(shè)備智能化研究進(jìn)展

3.1 纖維成分分析儀器設(shè)備

光譜分析技術(shù)近年來(lái)在纖維成分定性定量分析方面被廣泛研究及應(yīng)用，其中以近紅外光譜法尤為成熟，被譽(yù)為纖維成分分析的DNA技術(shù)[2-7]。其通過(guò)近紅外儀探頭掃描采集試樣的吸收光譜，然后利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立模型，對(duì)模型校正驗(yàn)證優(yōu)化，再用建立的模型進(jìn)行定性定量分析。單個(gè)樣品的分析時(shí)間為幾分鐘甚至幾秒內(nèi)即可完成，替代了拆紗、烘燥、溶解、過(guò)濾等繁雜的檢測(cè)環(huán)節(jié)，極大地降低了有毒有害化學(xué)試劑的使用和排放，保證了試驗(yàn)人員的安全健康。目前已形成了出入境檢驗(yàn)檢疫行業(yè)系列標(biāo)準(zhǔn)SN/T 3896-2014《進(jìn)出口紡織品纖維定量分析近紅外法》(第1-6部分)和紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01144-2018《紡織品纖維定量分析近紅外光譜法》。

3.2 色牢度測(cè)試儀器設(shè)備

孫潔研制了色牢度測(cè)試用真空腔快速浸潤(rùn)設(shè)備，浸泡試樣采用真空負(fù)壓的條件在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到快速浸潤(rùn)的目的，浸潤(rùn)效率是人工的3倍，且能對(duì)60個(gè)試樣同時(shí)批量操作，解決如毛織物等難以浸潤(rùn)的試樣人工頻繁翻撥，大大提高色牢度試驗(yàn)前處理的效率并且保持檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性[8]。吳小孟研制的自動(dòng)加液裝置能夠準(zhǔn)確控制四氯乙烯加注數(shù)量，降低四氯乙烯對(duì)試驗(yàn)人員的健康危害[9]。

色牢度的儀器評(píng)級(jí)早已寫入標(biāo)準(zhǔn)方法，但其可操作性和時(shí)效性方面有一定的不足，因此未能很好推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外不少研究人員對(duì)色牢度儀器評(píng)級(jí)進(jìn)行優(yōu)化和改良，提高了儀器評(píng)級(jí)的適用性[10-14]。

3.3 物理性能測(cè)試儀器設(shè)備

為消除紡織品拉伸斷裂試驗(yàn)試樣夾持方式和樣品性狀對(duì)結(jié)果的影響，研究人員提出了紡織品拉力試驗(yàn)機(jī)和拉伸試驗(yàn)校正夾具，對(duì)被測(cè)織物進(jìn)行夾持時(shí)，通過(guò)發(fā)射出的參考光束來(lái)調(diào)整被測(cè)織物的夾持位置，同時(shí)借助夾板組件使起皺織物從夾持到試驗(yàn)整個(gè)過(guò)程處于較佳的平直狀態(tài)，保證試樣表面拉伸受力均勻，提高測(cè)試結(jié)果重現(xiàn)性[15-16]。

起毛起球、外觀評(píng)級(jí)、織物結(jié)構(gòu)、密度、緯斜、懸垂性等檢測(cè)項(xiàng)目的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)大量研究和應(yīng)用，主要原理利用高分辨率相機(jī)捕捉圖像，通過(guò)圖像處理軟件或其他技術(shù)分析圖像，提取數(shù)據(jù)，計(jì)算測(cè)量[17-22]。其最大優(yōu)點(diǎn)是替代了傳統(tǒng)的目光評(píng)價(jià)、人工計(jì)數(shù)，測(cè)試數(shù)據(jù)客觀、準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好。溫州市大榮紡織儀器有限公司推出了WDR-3D型織物起球及褶皺外觀測(cè)量系統(tǒng)，集多功能的智能評(píng)級(jí)系統(tǒng)，適用于起球、勾絲、起皺等評(píng)級(jí)。

3.4 化學(xué)分析設(shè)備

馬占峰利用拉曼光譜技術(shù)，配合使用金納米粒子增強(qiáng)劑對(duì)紡織品24種芳香胺進(jìn)行快速篩查[23]。應(yīng)用了拉曼光譜儀的檢測(cè)方法更加快捷簡(jiǎn)易，大幅減少標(biāo)準(zhǔn)方法的前處理環(huán)節(jié)，節(jié)省檢測(cè)時(shí)間，且測(cè)試結(jié)果與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試吻合，是一種可操作性很高的快速檢驗(yàn)方法。

有儀器設(shè)備廠家瞄準(zhǔn)甲醛、p H值等檢測(cè)項(xiàng)目，研發(fā)了自動(dòng)檢測(cè)工作站、流水線全自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)并在部分實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用，目前客戶反映良好，效果顯著。

3.5 其他輔助設(shè)備

電子科技大學(xué)中山學(xué)院與中山出入境檢驗(yàn)檢疫局技術(shù)中心提出了紡織品自動(dòng)制樣機(jī)，能夠快速均勻地切割試樣，得到滿足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求的規(guī)格尺寸，降低了人工剪樣的勞動(dòng)成本[24-25]。

四川省纖維檢驗(yàn)局和紹興力必信儀器有限公司聯(lián)合研發(fā)出羽絨蓬松度測(cè)試全自動(dòng)前處理裝置，該裝置利用電熱風(fēng)機(jī)和蒸汽發(fā)生器相互配合，通過(guò)控制吹風(fēng)時(shí)間、距離和位置，使羽絨蓬松度測(cè)試前處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高效率的同時(shí)節(jié)省了勞動(dòng)力[26]。

上海匯像信息技術(shù)有限公司瞄準(zhǔn)自動(dòng)化檢測(cè)的市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)出表面積測(cè)量?jī)x，自動(dòng)計(jì)算飾品等小部件表面積，解決了繁瑣的人工計(jì)算問(wèn)題[27]。

國(guó)內(nèi)檢測(cè)行業(yè)也有機(jī)構(gòu)試水機(jī)械手、機(jī)器人等，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作，代替人工，解放勞動(dòng)力，提高效能。

4 結(jié)語(yǔ)

光電技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是目前推動(dòng)纖紡檢測(cè)儀器設(shè)備智能化高速發(fā)展的兩大引擎，能夠?qū)y(cè)試對(duì)象進(jìn)行識(shí)別和定量，并在紡織品視覺(jué)評(píng)價(jià)、長(zhǎng)度測(cè)量等方面的測(cè)試發(fā)揮了重要作用。標(biāo)準(zhǔn)化主管部門應(yīng)加快加大智能檢測(cè)儀器設(shè)備及其檢測(cè)方法的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，寫入我國(guó)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系中，與時(shí)俱進(jìn)。新《標(biāo)準(zhǔn)化法》首次確立了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)法律地位，智能檢測(cè)設(shè)備及其檢測(cè)方法可通過(guò)先制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，待條件成熟逐步向更高層次的標(biāo)準(zhǔn)體系升級(jí)。