摘要

 

        探讨数字化纺纱车间的智能化技术特点及效果。简要介绍了江苏大生集团数字化车间的项目概况,重点从该车间智能制造、两化融合、节能减排3个方面进行了阐述,对数字化纺纱车间的应用效果进行了重点分析。认为:棉纺数字化车间在优质、高效、低耗方面效果显著,国产智能化纺纱技术为传统纺织行业转型升级指明了新路径。 

 

 

1 数字化纺纱车间的项目概况

 

        根据国家产业规划,结合江苏大生集团有限公司“主业全面集聚,实施纺织产业整体升级转型”的技术改造指导思想，2015年江苏大生集团以向120周年大生献礼项目,建立并全面投产数字化纺纱车间，借助国家级项目实施，与经纬纺机合作,配备了全流程国产自动化、连续化、数字化棉纺成套设备,运用了经纬“E”系统、质量管理系统、环境智控系统,为提升企业自主创新和产品质量水平提供技术支撑。按照差异化产品定位，实现了装备技术转型升级的目标，经过一年多的实践运行，对智能化纺纱技术有了更深的理解。

 

 

2 数字化纺纱车间的项目特点

 

        我公司的数字化纺纱车间生产规模为4.56万锭，产品定位为高端纤维素纤维纯纺或混纺集聚纺，配置全流程国产自动化生产线，其工艺流程配置如下:清梳联JWF211 型梳棉机→JWF1310型并条机→JWF1312B型并条机→AGV条筒输送小车曻JWF1418A 型自动落纱粗纱机→JWF9562 型粗细联输送系统→JWF1562EJM 型赛络集聚纺细纱机→SMARO；I(E)型托盘式自动络筒机→码垛机器人→筒纱自动打包机。

 

        2.1 数字化智能化的输送系统

 

        数字化纺纱车间所采用的智能化物流系统颠覆了传统纺纱车间的物流输送模式，通过工序间的两两联合，逐步将工序间半制品由传统的人工搬运变革为自动化供给的方式。

 

        2.1.1 清梳联输送系统

 

        清梳联是纺纱系统中最成熟的技术，国产清梳联生产线已基本达到了国际先进水平。

 

        车间配置4条短流程清梳联生产线，1条大线，3条小线，均为一台抓棉机配一台多仓混棉机，可满足4种原料同时生产，能适应多品种、多组分、差别化的生产要求。大线流程中配置了高产往复式抓棉机，小线流程中配置了可灵活多变的1.2m 高的圆盘抓棉机，滤尘机组中配置了再用棉在线自动收集打包系统。清梳联自调匀整系统对棉流、棉箱、棉层、棉条实现在线智能控制，梳棉机采用新型内循环风形式，棉箱内部落棉不受外界气流影响，压力稳定，精确控制筵棉均匀度，生条重量不匀率能达到1.6%以下。

 

        2.1.2 并条及棉条输送系统

 

        纺纱车间空满筒的输送数量非常大，严重制约挡车工的扩台；并粗工序是纺纱的关键工序，毛条、破条对纱线条干及成纱纱疵影响很大，制约着纱线品质的进一步提升。为此，我们联合制造厂商将AGV 小车运用在并条与粗纱两个工序的环节中，实现棉条筒自动装载、自动输送、自动卸载。

 

        AGV 输送条筒严格受程序控制，避免了人工输送的随意性，提高了条筒输送的正确性，在一定程度上减轻了工人的劳动强度，为提升产品品质提供了保障。应用AGV 输送条筒也遇到了一些新的问题，尚待与设备主机厂家研究解决。AGV条筒输送系统是我集团基于无人值守工厂设计的第一阶段。

 

        2.1.3 粗细联轨道系统

 

        数字化车间粗细联轨道系统采用内置式8列轨道替代原1200锭细纱机粗纱架，采用直接入轨、全进全出的运动方式，300锭超长链杆式滑车从满纱库携带满粗纱直接进入细纱机上的轨道，实现满粗纱与空管整列交换；为减少细纱停台，在细纱工序两侧各采用4列空尾纱轨道作为辅库，确保满粗纱管能在第一时间进入细纱机；为适应差别化品种需求，每台粗纱机均可摆放两挂链满粗纱；粗纱空满管周转采用立体式纱库，上层空管库，下层满粗纱库，每层32列轨道。带有满粗纱或空管的链杆进入纱库后，控制系统将记录进入纱库的先后顺序，当有细纱机需要满粗纱或粗纱机需要空管时，系统按先进先出的原则出库。通过对滑车链数据的读取，将每一台粗纱机生产的粗纱输送到对应的细纱机，并将细纱机使用后的粗纱空管返回对应粗纱机三合一装置，完成自动尾纱清除、自动筛选管、自动空满管交换(三项工作在一个节拍下同时进行)，空管自动进入内置式JWF1418A→型粗纱机进入落纱换管→生头→开车的全自动纺纱循环。

 

        该粗细联轨道系统具有占地面积小、品种适应性强、反应速度快、运转效率高的特点。经过一年的统计，细纱运转率能达95%以上。

 

        2.1.4 细络联系统

 

        针对细纱与络筒两大工序，我们采用钢性与柔性两种连接方式。细纱与络筒通过轨道刚性连接，采用托盘运输方式输送满纱与空管，实现细纱全自动落纱→自动输送满纱→自动喂入络筒完成挑头、生头、检测、分类、残纱识别→空管输送，该方式适应批量、高速、高产的需求。柔性连接即络筒采用大纱库形式，细纱自动落纱，满纱短距离运输至络筒大纱库，络完后通过检测、识别装置将空管短距离运输至细纱空管库，该方式适应细特、多品种的需求。

 

        2.1.5 自动堆垛及打包系统

 

        码垛机器人根据录入的品种信息，对络筒络完的筒纱，自动完成抓筒→置托盘→吸放隔板→抓筒等堆垛循环，筒纱托盘通过自动缠绕机进行防护、加固处理后供客户使用。托盘、隔板可循环再用，包装成本低，且绿色环保。根据个性化客户需求，编织袋包装采用自动打包系统，自动完成筒子配重→筛选筒曻自动封膜套袋→装袋工作，目前我们正准备对打包系统的抓筒、外观识别、自动缝袋、自动置盘等流程进行升级工作。

 

        2.2 信息化与工业化的深度结合

 

        数字化车间通过信息化与工业化的深度融合，实现传统纺织的转型升级及产业价值的深度挖掘。

 

        2.2.1 全流程在线监控与通信系统

 

        采用无线网络技术，通过车间WIFI系统，组建局域网，实现车间无线信号全覆盖。纺纱主机设备数万个传感器通过中央集控系统拥抱互联网，通过移动手机终端对车间现场进行远程实时监控与回现；通过经纬“E”系统实现对不同工序生产过程数据信息的实时显示、追溯及回现；通过辅助工具系统对关键设备进行远程通信，逐步实现远程工厂管理。

 

        2.2.2 可视化的生产计划管理系统

 

        以订单为主题的订单管理功能，实时显示订单生产进度、质量、开台数量、订单完成时间的预测，通过人员调度模块实现员工与机台的各种对应关系，实时统计显示挡车工的产量，减少了大量抄表和繁琐重复统计的工作，提高了协同工作效率。

 

        2.2.3 设备维护保养辅助系统

 

        通过设备状态、效率超标、质量超标、环境超标、能耗超标等预警信息与生产在线数据的融合分析，通过刚性数据对设备维修人员进行评价，提高了设备生产效率。

 

        2.2.4 运转操作导航系统

 

        通过单锭管理模块对落后单锭、断头时间、落纱留头等信息进行实时显示及统计分析。运转挡车工借助掌上单锭导航系统终端，轻松、定向挡车，细纱断头实时控制照明灯光系统。

 

        2.2.5 产成品物流管理系统

 

        经纬车间“E”系统结合企业ERP管理系统，实时在线掌握原料、生产过程、成品物流动态信息，使得原料供应信息满足生产节奏，生产过程及成品物流信息贴近市场需求。

 

        2.3 节能减排，绿色生产

 

        2.3.1 光伏发电

 

        车间屋顶配置了1.5MW 光伏发电装置，每年可发电1500000kW·h，实现了绿色低碳的发展理念。

 

        2.3.2 冬灌夏用、雨水收集

 

        我公司改变了传统纺织空调用深井水或制冷机制冷的方式，以净化后的地表水、雨水，采用冬灌夏用、重复利用的方式达到夏天制冷的目的。每年减少夏季用电约8000000 kW·h。与雨水冬灌夏用系统相结合，建立了雨水收集系统，每年可收集雨水30000t。

 

        2.3.3 能源在线监控管理

 

        车间通过能源在线监控系统适时采集、分析能源数据，辅助车间实施能源管理、峰谷用电、生产计划等，不断优化管理，提高了工作效率，降低了能耗，节约了生产成本。

 

        2.3.4 综合节能系统方案

 

        车间照明采用人体体温感应智能LED 高效节能灯，并应用细纱断头自动控制照明系统、稀土永磁电机、新型节能叶轮、高速高效节能锭子等新技术，合理配置设备开台，以上措施的实施有效降低了生产能耗。

 

 

3 智能化技术的使用效果分析

 

        3.1 提高劳动生产效率节省用工

 

        通过智能化物流系统的应用大幅度节省了用工，万锭用工可达15人，尤其是运转一线的操作要求趋向简单化、专业化，人员顶岗培训周期得到了进一步缩短，大幅度降低了一线员工的劳动强度，员工快乐工作。但是，大量先进技术的应用，对技术工人的要求越来越高，大生在自动化项目实施前，未雨绸缪，培养梯队，与职业技校紧密合作，挑选了一批精英进行重点培养，打造精通设备、机电合一的蓝领队伍。

 

        3.2 智能化技术的应用降低生产成本

 

        3.2.1 节能技术的广泛应用

 

        通过光伏发电、冬灌夏用、雨水收集、能源在线监控管理、综合节能方案，车间综合用电单耗相比传统纺纱车间降低15%以上。

 

        3.2.2 智能预测合理安排

 

        对于智能物流车间，员工操作趋于简单，劳动强度显著降低，通过员工多岗位、多工种的培训，打破了运转班前后纺及运转班与长日班的界线，巧妙利用粗纱了机时间预测功能，避峰移谷用电，优化用工，提高协同作战的工作效率，有效降低了能源及用工成本。

 

        3.3 定向维修充分发掘设备效能

 

        以状态监控为题的实时监视功能，全车间设备生产状态一目了然，当前的产量、质量、故障、预警等数据以列表和图形的方式呈现，方便管理人员及设备维护人员关注落后机台。

 

        通过单锭管理，及时消灭落后单锭，减少漫无边际的寻找。对细纱重复断头的单锭进行筛选，及时修复细纱弱捻单锭及络筒异常单锭。

 

        通过对设备、单锭运行的故障信息、效率数据、产量信息的统计分析，对设备维修人员进行客观公正评价，目标更加明确，评价更加公平。

 

        3.4 纺织智能化技术水平助推产品质量提升

 

        3.4.1 工序间的两两联合

 

        工序间半制品由传统的人工搬运变革为自动化供给，消除了传统车间因触、摩、撞等给半制品、成品带来的副作用，大大降低了人为混错、放错、用错的质量风险，提高了纱线质量，同时智能化流程再造使得生产环境更加通畅。

 

        3.4.2 产品质量的实时在线控制

 

        (1)实时掌握从前到后所有设备上位机所有工艺、运转数据，并对数据的更改情况实时进行跟踪、记录。

 

        (2)实时掌握梳棉喂入棉层、并条熟条重量波动、并条熟条CV 波动、细纱牵伸、细纱捻度、筒纱纱疵、筒纱条干等重要信息，并对以上信息实时在线显示、追溯、回现。

 

        (3)条筒至粗纱定号供应、有序排放，粗纱自动落纱后粗纱在轨道系统中有序排放，自动进入细纱纱架，细纱落纱后管纱有序排放进入络筒。如此即能对前道半制品的质量异常进行有效跟踪，同时根据后道发生质量异常的单锭对前道进行快速追溯，为产品质量的稳定与提升提供了有效保障。

 

        (4)实验室离线数据的采集、集成分析，提高了数字化车间生产的莱赛尔纱等高附加值产品的质量及稳定性，减少了不合格品的产生。

 

        (5)棉纺车间温湿度是纺好纱的重要指标，尤其是纺莱赛尔品种。温湿度变化趋势图实时记录车间的温湿度变化情况，可以远程实时掌握温湿度情况及趋势，如发生异常及时调整。表1和表2为不同车间生产的纱线质量数据对比。由表中数据可知，数字化车间生产的各品种质量均有显著改善。

 

        3.5 数字化车间标准化体系的拓展应用

 

        江苏大生集团有限公司以数字化车间为试点，通过科学配置资源、明确工作内容、统一考核标准等，充分利用丰富的数据资源，优化、量化管理模型，形成了标准化的管理体系，并在集团予以推广应用，进一步调动了员工的积极性，提高了全员劳动生产率，同时在其他车间进行相关新技术的应用。

 

4 结语

 

        数字化、智能化纺纱系统通过配置全流程自动化国产生产线，将工序间半制品的人工搬运变革为自动化供给；通过信息化与工业化的深度融合，工作及管理效率提高，节能减排效果明显；生产环境大为改善，产品质量也有明显提升。数字化、智能化纺纱系统实践已经成为企业转型发展的新亮点，效益增长的新引擎，同时智能化纺纱技术为传统纺织行业转型升级探索了新路径。从具体实践来看，国产智能化系统的可靠性仍需进一步提高，衷心希望纺机企业、软信公司、科研院校等与纺纱企业优势互补、齐心协力，在实现中国纺织产业数字化、智能化、自动化及提高产品质量方面发挥更大的作用。此外，纺纱智能化设备对设备维修的要求越来越高，打造蓝领精兵势在必行。