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原文刊自：2020年1月

第48卷（總第579期）

摘 要

總結全流程智能化紡紗生產線的技術創新點。以武漢裕大華紡織有限公司的智能化紡紗生產線為例，闡述了自動化設備配備、智能紡紗物流、質量追溯系統、智能紡紗管理系統實現的功能，介紹了其在軟體和硬體上的技術創新點。實踐證明：運用智能化紡紗技術在提升並穩定紡紗質量、提高生產效率、降低用工等方面具有顯著優勢。認為：智能化紡紗技術具有較高的推廣應用價值。

關鍵詞

智能製造；生產線；智能化紡紗；晶片；自動輸送；質量追溯；質量水平

武漢裕大華紡織服裝集團有限公司是集「高 端紡織製造」「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如下。（原料）清梳聯［JWF1011 型往復抓棉機 FT225B 型 強 力 磁 鐵 FT247（B）型 風 機 FA124 型重物分離器MPEEO1 型金火探除器 （FT217⁃70 型氣流分離器+JWF0007⁃70 型重 物分離器+FT240F 型風機）JWF1107 型單軸 流開棉機FT240F 型風機+FU2801 型風機高 架 JWF1109 型 單 軸 流 開 棉 機（帶 間 道） 119A4 型火星探除器JWF1027⁃6⁃160 型多倉混 棉 機 +FT242 型 風 機 FT211 型 強 力 磁 鐵 （FT222F 型 風 機 +JWF1115 ⁃ 160 型 清 棉 機 +FA055⁃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） FU2801 型風機高架+FT201B 型風機119AII 型火星探除器FT202A T 型分配器FT301B 型連續喂棉控制器12×JWF1213 型梳棉機］ 預 並 條（JWF1313 型 並 條 機） 條 並 卷 精 梳 （JWF1383 型 條 並 卷 聯 合 機 JWF1286 型 精 梳 機 ） 並 條（JWF1316T 型 並 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。

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、自動導航和資料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，新增了條筒晶片、條筒托盤晶片、粗紗管晶片、細紗管托盤 晶片、筒紗紙管條碼識別、碼垛托盤晶片、出入庫 晶片識別等射頻識別裝置。通過「e 系統」，把原料信息、機台信息、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 小車預並條條並卷精梳一道並條（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，打造智能製造協同創新管控平台。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、製成率分析、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，異常快速響應。

（2）通過效率損失點的分析，定位低效率的 落 後 機 台 和 落 後 錠 位 ，協 助 管 理 者 提 升 生 產 產能。

（3）實現設備維護、專件生命周期管理、規範維護保養過程，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，減少重複管 理，提高管理效率。與 ERP 系統數據對接，通過從訂單到成品的 製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。

4 技術創新點

4. 1 軟體創新

4. 1. 1 面向信息物理融合製造系統的紡紗智能製造新模式

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 數據中控平台為支撐，以 ERP 大數據分析為擴展 的全面集成的信息物理融合製造系統。實現自 下而上的執行狀態採集、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、可控和高效的智能製造新模式。

4. 1. 2 基於雲端平台的智能遠程設備數據及狀態採集與維護

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、信息管理軟體系統以及互聯 網通訊模塊的支持下，基於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，並為未來遠程運維奠定基礎。基於雲端平 台，實施採集設備數據及提供運維服務基礎。該 生產模式已經屬於新的生產模式創新。

4. 1. 3 基於智能工藝裝備信息物理融合的監控系統

基於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採集發送以及控制 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 基於智能製造管理系統平台構建的 ERP 和 MES 系統

系統全面採用統一的、柔性的、基於模型驅 動的智能製造管理系統平台來構建產品研發、工 藝、製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 硬體關鍵技術突破

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，並形成企業標準。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 分類自動採集，同時將纖雜分離、分類，並由管道 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，並形成企業標準。

4. 2. 2 梳並聯自動輸送系統

實現梳棉到並條的自動輸送。條筒循環輸 送 路 線 ：AGV 小 車 推 滿 條 筒（D 1 000 mm× 1 200 mm）擺渡車暫存區並條機空筒 暫存區AGV 推回梳棉機自動換筒空筒處。每 個條筒上都裝有晶片，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 條卷機自動換棉捲筒

每台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 輸系統配合實現條並卷機與精梳機之間的筒管 自動運輸，滿筒送精梳機，同時將紡空的棉捲筒 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、低速啟動後再轉正常，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並卷機與精梳 機之間的棉卷自動實時更換。精梳機上棉卷紡 空時，通知行車運行到該台精梳機棉卷上方，8 對 機械手臂將空棉捲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

棉卷更換到位後自動進行新舊棉網接頭，接 頭正常後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 裝有晶片，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 後，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，並存入「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 後發（積壓）的發生。

4. 2. 5 全流程智能質量追溯系統，並形成企業標準

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，並 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）條筒晶片。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，並通過數據鏈與「e 系統」相連，用 於實時監控條筒的位置或狀態及前後設備供應 鏈關係。

（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。並通過數據 鏈與「e 系統」相連，用於實時監控精梳小卷的位 置或狀態及前後設備供應鏈關係。

（3）托盤晶片。它用於識別末並條筒，安裝 在托盤上，能被條筒輸送軌道上的傳感器識別， 並通過數據鏈與「e 系統」相連，用於實時監控條 筒的位置或狀態及前後設備供應鏈關係。

（4）帶晶片的粗紗塑料紗管。它用於識別粗 紗，安裝在塑料紗管上，被粗細聯輸送軌道上的 傳感器識別，並通過數據鏈與「e 系統」相連，用於 實時監控粗紗的位置或狀態及前後設備供應鏈 關係。

（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 取架上裝有晶片，用於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。用於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，並通過數據鏈與「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，在硬體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。

在軟體方面，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」軟體開發小組等，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 控平台為支撐，以 ERP 大數據分析為擴展的全面 集成的信息物理融合製造系統，成為全流程全覆 蓋的智能化數字化紡紗生產示範基地。

在智慧財產權方面，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 准 3 個，形成適合智能化紡紗的設備操作管理制 度，並形成整套《全流程智能紡紗工廠新模式建 設》專著，成為易複製型智能紡紗製造新模式，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 范標杆。

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，實現了軟體與硬體的深度集成融合，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， 以網絡數據中控平台為支撐，以 ERP 大數據分析 為擴展的全面集成的信息物理融合製造系統。軟體和硬體的良好配合實現了全流程智能紡紗 物流系統、梳並聯自動輸送系統、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，產生了多項智慧財產權和專利，並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。

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《棉紡織技術》2020年第1期

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《棉紡織技術》2019年第10期

《棉紡織技術》2019年第12期

《棉紡織技術》2019年第11期

《棉紡織技術》2019年第12期

資料來源：《棉紡織技術》

輪值編輯：番薯

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