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《棉纺织技术》2020年2月（第48卷，总第580期）火热发售中，欢迎订阅。
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原文刊自：2020年1月
第48卷（总第579期）
摘 要
总结全流程智能化纺纱生产线的技术创新点。以武汉裕大华纺织有限公司的智能化纺纱生产线为例，阐述了自动化设备配备、智能纺纱物流、质量追溯系统、智能纺纱管理系统实现的功能，介绍了其在软件和硬件上的技术创新点。实践证明：运用智能化纺纱技术在提升并稳定纺纱质量、提高生产效率、降低用工等方面具有显著优势。认为：智能化纺纱技术具有较高的推广应用价值。
关键词
智能制造；生产线；智能化纺纱；芯片；自动输送；质量追溯；质量水平
武汉裕大华纺织服装集团有限公司是集“高 端纺织制造”“现代纺织服务”“时尚纺织服饰”三 大业务为一体的综合纺织集团，形成了原料贸 易⁃纺纱⁃织造⁃印染⁃服装的完整产业链，进入转型 发展的快车道。2018 年武汉裕大华纺织服装集 团有限公司在工控资金支持下，在武汉裕大华纺 织有限公司投资了 10 万锭全流程智能纺纱项目。目前该项目已经通过中国纺织工业联合会的鉴 定，认定为总体技术达到国际先进水平。
1 全流程智能化纺纱工艺流程
全流程回花/回丝智能收付系统的纺纱过程如下。（原料）清梳联［JWF1011 型往复抓棉机 FT225B 型 强 力 磁 铁 FT247（B）型 风 机 FA124 型重物分离器MPEEO1 型金火探除器 （FT217⁃70 型气流分离器+JWF0007⁃70 型重 物分离器+FT240F 型风机）JWF1107 型单轴 流开棉机FT240F 型风机+FU2801 型风机高 架 JWF1109 型 单 轴 流 开 棉 机（带 间 道） 119A4 型火星探除器JWF1027⁃6⁃160 型多仓混 棉 机 +FT242 型 风 机 FT211 型 强 力 磁 铁 （FT222F 型 风 机 +JWF1115 ⁃ 160 型 清 棉 机 +FA055⁃160 型立式纤维分离器）精灵 8D 型异纤 分拣机+精灵 8C 型异纤分拣机（清梳联不含） FU2801 型风机高架+FT201B 型风机119AII 型火星探除器FT202A T 型分配器FT301B 型连续喂棉控制器12×JWF1213 型梳棉机］ 预 并 条（JWF1313 型 并 条 机） 条 并 卷 精 梳 （JWF1383 型 条 并 卷 联 合 机 JWF1286 型 精 梳 机 ） 并 条（JWF1316T 型 并 条 机 ） 粗 纱 （JWF1458A 型 粗 纱 机 配 粗 细 联） 细 络 联 （JWF1572⁃1200 型细纱机VCRO⁃I 型细络联自 动络筒机）（成品纱）
2 全流程智能化纺纱流程
全流程智能化纺纱流程见图 1。
由图 1 可见，全流程智能化纺纱流程包括多个模块，实现了全流程智能纺纱物流和全流程质 量追溯。智能纺纱物流系统：使用传感器、条码、 射频识别、工业机器人、自动导航和数据库等技术实现了配棉和上包、条筒输送和存储、棉卷自 动接头、粗细联输送，筒纱自动包装输送等。通过自动化设备实现内部物料的自动转移。全流程质量追溯系统：在整个生产过程中，新增了条筒芯片、条筒托盘芯片、粗纱管芯片、细纱管托盘 芯片、筒纱纸管条码识别、码垛托盘芯片、出入库 芯片识别等射频识别装置。通过“e 系统”，把原料信息、机台信息、条筒信息、暂存信息、纱管信 息、托盘信息、仓储信息与全流程生产信息融为 一体，形成从原料检测到产品入库的全流程智能 质量追溯系统。
智能化纺纱流程配置：原棉清梳联AGV 小车预并条条并卷精梳一道并条（自调 匀整）提升机+轨道粗纱柔性轨道细纱 （单锭检测+粗纱断头停喂）钢带+托盘自 动络筒自动打包AGV 小车入库。
3 全流程智能纺纱管理系统
智能纺纱管理系统包含数据智能分析和预 测子系统，形成以生产运行和产品质量实时状态 为基础的智能化分析；通过大量数据的自动化采 集及生产信息的追溯、信息流与物流协同的管 理，达到以精益、精确、精准为核心的智能纺纱车 间，打造智能制造协同创新管控平台。模块主要 包括：订单管理、纺纱工艺设计、在线质量管控、 试验数据管理分析、产量统计分析、产量工资管 理、电量管理、制成率分析、一线员工用 APP、专 件周期管理等模块。
该 系 统 提 供 17 个 一 级 菜 单 ，约 100 个 子 页 面，同时预留与 ERP 对接的数据接口，通过该系 统协助用户实现以下功能技术指标：
（1）生产过程透明化，异常快速响应。
（2）通过效率损失点的分析，定位低效率的 落 后 机 台 和 落 后 锭 位 ，协 助 管 理 者 提 升 生 产 产能。
（3）实现设备维护、专件生命周期管理、规范维护保养过程，邮件提醒维修人员及时保养。
（4）通过现场大屏展现生产绩效，实现管理 者与一线员工的信息交互，提高管理效率。
（5）实时在大屏或 PAD 显示计划进度。
（6）员工产量工资实时计算。
（7）半成品在线质量数据和离线质量数据统 计、异常报警。
（8）为关键工序落筒和细纱提供的一线保全 工和挡车工用 APP，协助员工提高工作效率，实 现自我管理。
（9）实现随时随地的移动办公，减少重复管 理，提高管理效率。与 ERP 系统数据对接，通过从订单到成品的 制成率统计及利用在线、离线质量大数据统计分 析，实现订单管理，为管理层决策提供支持。图 2 是全流程无死角的智能纺纱管理系统构架图。
4 技术创新点
4. 1 软件创新
4. 1. 1 面向信息物理融合制造系统的纺纱智能制造新模式
全面搭建以智能工艺装备为基础，以自动 高效生产线为体现，以 MES 管控为核心，以网络 数据中控平台为支撑，以 ERP 大数据分析为扩展 的全面集成的信息物理融合制造系统。实现自 下而上的执行状态采集、数字化管控系统的智能 决策、自上而下的作业指令下发的闭环控制，支 持大批量订单及其工艺流程为驱动的从物料到 产品的全过程管控，以计划排产与动态调度、精 益自动物流配送与控制、产品质量实时精准监 控、数字化生产履历追溯为核心的涵盖计划进 度、物流执行、质量管控与追溯的全业务协同，形 成有序、协调、可控和高效的智能制造新模式。
4. 1. 2 基于云端平台的智能远程设备数据及状态采集与维护
在智能纺纱生产设备系统的基础上，在嵌入 式状态感知传感器、信息管理软件系统以及互联 网通讯模块的支持下，基于智能管理系统以及大 数据分析中心，为智能设备的生产使用提供支 持，并为未来远程运维奠定基础。基于云端平 台，实施采集设备数据及提供运维服务基础。该 生产模式已经属于新的生产模式创新。
4. 1. 3 基于智能工艺装备信息物理融合的监控系统
基于高精度自动化生产装备实现了智能性 扩展，包括嵌入式的状态数据采集发送以及控制 指令接收，建立与 MES 系统深度信息物理融合 的自动化高效生产线，支持设备状态的实时在线 监控，以及生产线自动运行的实时报警的处理。通过在 MES 系统中构建与物理生产线相对应的 监控系统，使得监控系统具有充分贴合纺织生产 线高效自动以及环境敏感的生产特点，有效保证 监控高效、实时、精准。经测评，监控系统在自动 化、智能化、实时化和精准性方面基本达到国际 先进水平。
4. 1. 4 基于智能制造管理系统平台构建的 ERP 和 MES 系统
系统全面采用统一的、柔性的、基于模型驱 动的智能制造管理系统平台来构建产品研发、工 艺、制造执行及数据化工厂系统，减少了系统间 的集成，将自动化生产线与信息系统作了深入融 合集成，以此为基础构建出的 ERP 和 MES 在确 保数据的一致性、及时性、完整性和准确性方面 极具优势。
4. 2 硬件关键技术突破
4. 2. 1 全流程智能纺纱物流系统
从原棉到成品入库实现自动化物流。在清 梳联、粗细联、细落联等高精度自动化生产线的 基础上，通过 AGV 小车全面实现纺纱全流程自 动运输，并形成企业标准。此外，针对纺纱过程中产生的回花、回丝、下脚，通过全方位智能分拣和收付系统实现自动处 理。该系统纺纱及收付流程见图 3。智能纺纱设 备机、电、气控制高度集成，单机设备设置有抽吸 回花的吸附点、风箱及吹吸风装置等。全方位智 能分拣和收付系统通过改造或利用智能纺纱吹 吸风系统，将智能纺纱吹吸风系统关键部位与除 尘设备、自动打包设备通过管道连接起来；再通 过自动控制程序设计，实现回花、回丝、下脚料等 分类自动采集，同时将纤杂分离、分类，并由管道 输送到各自的自动程控打包机内压缩打包。包 含棉卷、棉条、粗纱、细纱、管纱、筒纱全流程回收 系统，并形成企业标准。
4. 2. 2 梳并联自动输送系统
实现梳棉到并条的自动输送。条筒循环输 送 路 线 ：AGV 小 车 推 满 条 筒（D 1 000 mm× 1 200 mm）摆渡车暂存区并条机空筒 暂存区AGV 推回梳棉机自动换筒空筒处。每 个条筒上都装有芯片，通过 AGV 小车及条筒输 送轨道上的传感器读取装置进行识别，确保棉条 筒能被输送到指定位置。
4. 2. 3 精梳自动换卷输送系统
4. 2. 3. 1 条卷机自动换棉卷筒
每台条卷机车头设有与精梳机棉卷架平行 的搁卷架，一次存放 8 个空满卷。通过与高架运 输系统配合实现条并卷机与精梳机之间的筒管 自动运输，满筒送精梳机，同时将纺空的棉卷筒 送回条卷机搁卷架；条卷机纺满卷时，由程序控 制完成落满卷、送空卷、低速启动后再转正常，满 卷前又降速作落卷准备。
4. 2. 3. 2 自动换卷
与高架运输系统配合实现条并卷机与精梳 机之间的棉卷自动实时更换。精梳机上棉卷纺 空时，通知行车运行到该台精梳机棉卷上方，8 对 机械手臂将空棉卷筒抓取提升运回条卷机搁卷 架空卷库；同时精梳机换卷气缸动作将备用满卷 推到工作位置，完成换卷。
4. 2. 3. 3 精梳机自动接头
棉卷更换到位后自动进行新旧棉网接头，接 头正常后自动开车完成无人化换卷接头操作；换 卷接头时，电磁阀控制精梳机上的负压吸附管开 启，将接头花抽走。
4. 2. 4 全流程智能仓储输送系统
4. 2. 4. 1 自动码垛及暂存
自动打包机打好的成品包，自动粘贴喷码， 再被抓取到成品托盘上码垛堆放，每个成品托盘 装有芯片，每层码 4 包，100 kg，按 10 层设置，装载 1 000 kg，每个托盘为同一批次同一品种 ，装满 后，成品 AGV 接到信号，将码好的成品托盘运送 到暂存区，同时将空的成品托盘放置在码垛区。
4. 2. 4. 2 自动转运至成品智能仓库
暂存区只能存放一天的生产量 ，由成品 AGV 小车在每天转运时间内将前一天放在暂存 区的成品托盘运送到车间通往仓库的滚盘上，滚 盘感应到成品托盘输送电机工作，成品托盘离开 滚盘时，电机停止。成品智能仓库每个仓位容纳 一个成品托盘，仓位上的感应器自动读取托盘芯 片数据，并存入“e 系统”
4. 2. 4. 3 自动出货销售
销售经理通过手机终端或电脑访问“e 系 统”，实时掌握生产在机、库存品种及产量信息， 签订销售合同有的放矢；仓库管理员发货时，仓 库管理系统按照品种、批次、生产时间自动配货， 不仅提高了效率，减少了差错，而且杜绝了先入 后发（积压）的发生。
4. 2. 5 全流程智能质量追溯系统，并形成企业标准
对从原材料接收到在制品转移、成品检验、 贮存和交付等各阶段进行标识，以防止不同类 别、规格、批次的原材料、在制品和成品混用，并 验证在规定的有追溯性要求的场合具有可追溯 性。对物料、在制品、成品的检验和试验状态进 行标识，予以控制，防止不合格产品流入下工序 或交付给顾客。
质量追溯系统包括：
（1）条筒芯片。即条筒电子标识。它安装在 条筒上，被 AGV 小车或安装在条筒输送轨道上 的传感器识别，并通过数据链与“e 系统”相连，用 于实时监控条筒的位置或状态及前后设备供应 链关系。
（2）三自动换卷。条卷的满卷自动输送到精 梳；精梳自动换卷；空卷自动回收。并通过数据 链与“e 系统”相连，用于实时监控精梳小卷的位 置或状态及前后设备供应链关系。
（3）托盘芯片。它用于识别末并条筒，安装 在托盘上，能被条筒输送轨道上的传感器识别， 并通过数据链与“e 系统”相连，用于实时监控条 筒的位置或状态及前后设备供应链关系。
（4）带芯片的粗纱塑料纱管。它用于识别粗 纱，安装在塑料纱管上，被粗细联输送轨道上的 传感器识别，并通过数据链与“e 系统”相连，用于 实时监控粗纱的位置或状态及前后设备供应链 关系。
（5）筒纱到打包机输送系统。由自动抓取、 自动输送、自动存放、自动套袋、自动装料、自动 封口、自动喷码、自动存储和转运组成。每个抓 取架上装有芯片，用于识别自动络筒机单锭生产 的满筒位置或状态及跟踪物流链。
（6）实验室检测。用于对客户反馈或在制品 在线监测的不合格或隐患的确认，由检测中心负 责，并通过数据链与“e 系统”相连，受权人员实时共享。
5 全流程智能纺纱应用实践
武汉裕大华纺织有限公司 10万锭智能化项目在 2019 年 6 月 30 日全面投入生产运行，已经实 现了全流程智能化纺纱的物流运输，及部分“e 系 统 ”的 运 行 。在 机 生 产 品 种 有 JC 14. 6 tex、 JC 9. 8 tex、JC 8. 3 tex、JC 7. 3 tex 集聚纺等系列 品种，纱线质量达到乌斯特 2013 公报 5%~25% 水平，细纱锭速在 17 000 r/min~20 000 r/min，细 纱千锭时断头率控制在 5 根~10 根，万锭用工在 15 人~20 人，在硬件上初步实现了全流程智能纺 纱新模式。
生产的 JC 14. 6 tex、JC 9. 8 tex、JC 8. 3 tex、 JC 7. 3 tex 集聚纱产品质量见表 1。
在软件方面，我公司集合武汉纺织大学、经 纬纺机、外聘专家、本公司专家等成立了纺织研 究院、“e 系统”软件开发小组等，预计在 2019 年底 全面搭建以智能工艺装备为基础，以自动高效生 产线为体现，以 MES 管控为核心，以网络数据中 控平台为支撑，以 ERP 大数据分析为扩展的全面 集成的信息物理融合制造系统，成为全流程全覆 盖的智能化数字化纺纱生产示范基地。
在知识产权方面，我们已经申报了实用新型 专利 11 项，发明专利 14 项，产品标准 1 个，设备标 准 3 个，形成适合智能化纺纱的设备操作管理制 度，并形成整套《全流程智能纺纱工厂新模式建 设》专著，成为易复制型智能纺纱制造新模式，助 推纺织行业智能化、信息化、数字化建设。
我们的目标是：生产效率提升 22. 65%，运营 成本降低 14. 85%，单位产值能耗降低 14. 12%， 用工降低 71. 70%，万锭产品升级周期缩短 40%， 产品质量工艺可追溯率 100%，产品不良率降低 55. 00%。把我们公司 10 万锭智能化项目打造成 华中地区乃至国内一流的智能化、数字化项目示 范标杆。
6 结束语
武汉裕大华纺织有限公司的 10 万锭全流程 智能纺纱项目从规划设计到实施，实现了软件与硬件的深度集成融合，以智能工艺装备为基础， 以自动高效生产线为体现，以 MES 管控为核心， 以网络数据中控平台为支撑，以 ERP 大数据分析 为扩展的全面集成的信息物理融合制造系统。软件和硬件的良好配合实现了全流程智能纺纱 物流系统、梳并联自动输送系统、精梳自动换卷 输送系统、全流程智能仓储输送系统、全流程回 花收付打包系统、全流程智能质量追溯系统的良 好运行，产生了多项知识产权和专利，并达到较高的产质量水平，在降低用工方面上也具有显著优势，具有较好的推广价值。
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《棉纺织技术》2020年第1期
《棉纺织技术》2020年第2期
《棉纺织技术》2019年第10期
《棉纺织技术》2019年第12期
《棉纺织技术》2019年第11期
《棉纺织技术》2019年第12期
资料来源：《棉纺织技术》
轮值编辑：番薯
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