梅顺齐;胡贵攀;王建伟;陈振;徐巧
【摘 要】For the purpose of providing theoretical reference of design and development for textile intelligent manufacturing equipment, promoting the technical development and progress of intelligent textile manufacturing industry, the connotation of intelligent manufacturing and its key technologies are analyzed and combed, the current textile intelligent manufacturing situation and existing problems are analyzed, and the involved key technologies, development direction, and theoretical basis of textile intelligent manufacturing equipment system are discussed emphasically. The analysis indicates that, setting up the multidisciplinary analysis model is the intelligentization foundation for the textile intelligent manufacturing equipment system. Therefore, modeling theory framework for textile intelligent manufacturing equipment system has been established, the contents of which includes as follows:multidisciplinary modeling method with multi-field coupling, dynamic characteristics of process equipment system, working mechanism of equipment wi
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th textile material, and intelligent control method. It is indicated that research on these theoretical basis problems can provide theoretical and technical support for development and application of the textile intelligent manufacturing equipment system.%为给纺织智能制造装备的设计开发提供理论参考和技术支持,促进纺织智能制造技术的发展和行业的技术进步,对智能制造的内涵及其关键技术进行分析和梳理,对纺织智能制造的现状及存在的问题进行分析;重点探讨纺织智能制造装备涉及的关键技术、发展方向、理论基础.经分析得出,建立纺织智能制造装备的多领域分析模型是实现智能化的基础,建立了纺织智能制造装备分析建模的理论框架,内容主要包括:多场耦合与多领域建模方法、纺织工艺装备动态特性、纺织材料工艺作用机理、纺织工艺装备智能控制方法等,深入研究这些基础问题,将可为纺织智能制造及其装备的设计与实践提供理论和技术支持.【期刊名称】《纺织学报》
【年(卷),期】2017(038)010
【总页数】6页(P166-171)
【关键词】纺织装备;智能制造;智能化;多领域建模;大数据
【作 者】梅顺齐;胡贵攀;王建伟;陈振;徐巧
【作者单位】武汉纺织大学 机械工程与自动化学院,湖北 武汉 430073;湖北省数字化纺织装备重点实验室,湖北 武汉 430073;武汉纺织大学 机械工程与自动化学院,湖北 武汉 430073;湖北工程学院,湖北 孝感 432000;武汉纺织大学 机械工程与自动化学院,湖北 武汉 430073;武汉纺织大学 机械工程与自动化学院,湖北 武汉 430073;湖北省数字化纺织装备重点实验室,湖北 武汉 430073;武汉纺织大学 机械工程与自动化学院,湖北 武汉 430073;湖北省数字化纺织装备重点实验室,湖北 武汉 430073
【正文语种】中 文
【中图分类】TS103
智能制造是“中国制造2025”的主攻方向，纺织业的智能制造是实现行业技术升级、变革产业发展模式与转变经济增长方式的有效途径，是近年来政府和行业大力推进的一项系统工程[1-2]。在国内外实践层面该工程尚处于起步阶段，在理论和技术层面，研究还很不系统充分，尚不能为实践提供有效的理论和技术指导[3]。纺织智能制造装备是纺织业实现智能
夺命钱制造的基础[4]，本文在概述我国纺织智能制造相关领域现状的基础上，重点探讨纺织智能制造装备涉及的若干关键技术基础和发展方向,可为纺织智能制造装备的研究与应用提供思路。
20世纪80年代，美国赖特(Paul Kenneth Wright)、伯恩(David Alan Bourne)首次正式在其著作中提出智能制造的概念，随后几十年智能制造的概念不断得到发展，特别是随着21世纪物联网、大数据、云计算等新一代信息技术的发展，智能制造的内涵又有了新的发展和深化，现阶段智能制造的内涵描述为：智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式[1-3]。
智能制造是一个大系统工程，要从产品、生产、模式、基础4个维度系统推进，其中，智能产品是主体，智能生产是主线，以用户为中心的产业模式变革是主题，以信息-物理系统(cyberphysical system, CPS)和工业互联网为基础[1]。需要指出的是，随着科学和产业技术的发展，智能制造的内涵及其相关理论和技术也在不断发展。
400公里动车组下线从工业技术发展历程来看，智能制造是新一轮工业革命的核心技术，随着科技的发展和进
步，智能制造有不同的体现形式，如：数字制造、网络制造、云制造等，集成运用了数字化、信息化、智能化技术的系列最新成果[5-6]。
从宏观层面分析，智能制造技术可概括为8个方面：智能产品、智能装备、智能产线、智能车间与工厂、智能物流与供应链、智能研发、智能管理与决策、智能服务[6-8]。
现象学的创始人其中，智能制造装备是智能制造业的基础，是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。智能制造装备最终要从以人为主要决策核心的人机和谐系统向以机器为主体的自主运行方向转变[6-8]。
从智能装备的角度看，涉及的关键技术主要包括以下方面[9-11]：1)信号传感与检测；2)自动化智能化技术-智能控制与自动化；3)工艺装备集成与自动连接技术；4)信息与互联网技术；5)大数据与建模技术。
棒球小英雄纺织作为我国制造业中的重要支柱产业之一， 其智能制造是实现产业转型升级的主要途径，
纺织智能制造业的发展方向包括以下几个方面[12-14]：1)纺织产品的智能化；2)纺织制造装备的智能化；3)纺织生产车间与工厂的智能化；4)纺织生产供应链的智能化；5)纺织生产管理与服务的智能化。
目前我国纺织智能制造(纺织生产的智能化)尚处于起步阶段，政府和行业组织大力倡导，不少企业已开始了有益的实践探索，目前来看，探索的主要内容和特点表现在以下方面。
1)纺织生产工序间的自动连接。采用自动化运输装置将加工工序设备连接起来，实现工序间的无缝连接，从而减少或者消除工序间的物料人工运输或者半自动、机械式的运输。例如，清梳联、粗细联、细络联等工艺装备(如表1所示)[14-15]。
2)纺织生产车间与工厂的数字化与智能化。如棉纺车间的数字化智能化，基本实现生产设备数字化、生产过程数字化、管理过程数字化、分析应用数字化等功能，具体包括纺纱机械设备的集成控制系统、车间环境智能监控系统、智能物流系统、智能生产管理系统等方面[16-17]。
3)纺织生产管理与服务的智能化。该方面起步较早，少数企业信息化水平已经较高。主要
内容包括：生产产品品种、规格；各工序设备运行状态信息、故障诊断；各工序机台主要工艺参数、各工序机台产量、车间或工厂产量；车间设备实时耗电、耗水、耗汽等[16-17]。
纵观目前我国纺织智能制造的应用实践现状，有以下特征：
1)纺织智能制造尚处于自动化、数字化的发展阶段，同时处于智能化的起步阶段；至于以促进加工质量、提升综合性能为主要目标的智能化，则还有待深入研究和推进。另外，纺织生产的车间物流、工厂物流、生产信息采集与管理、供应链智能管理等方面涉及的技术基本成熟，可以加大试验和应用推广范围[17]。
2)高端纺织装备与国际顶尖水平仍有明显差距。如：高档转杯纺纱机、涡流纺纱机、全自动络筒机、高档喷气织机与片梭织机、高档数码印花机等仍然是国外顶尖品牌占据技术优势，在装备的可靠性、加工质量等方面国产品牌仍然还无法与海外国际顶尖品牌抗衡。
3)对纺织智能制造相关理论和技术基础的研究很不充分，目前多数仅限于对制造业智能化现象的定性描述、转型路径的浅层分析和发展模式的简单总结，未见理论上的深层次探讨。
关于纺织智能制造的实证与试验研究、学科交叉研究还很缺乏，无法为纺织智能制造提供理论和数据支持。这些将是学界今后当重点关注的研究领域。这还是马云
装备的智能化是智能制造的核心，纺织智能制造装备涉及的关键技术包括：智能控制、网络化与信息化、纺织智能装置与机器人、纺织装备智能检测与故障诊断、工序装备的自动连接、纺织装备的大数据与建模等。
3.1.1 纺织装备智能控制的特点与主要类型
纺织装备的工况特点：纺织生产装备多为连续高负荷运转(二班或三班运转)；工作环境一般为高温、高压、高湿、多尘；纺织装备的典型控制类型包括以下方面(图1、2示出典型模型实例)。1)均匀性控制：纤维束(纱线)的定量控制，如条干均匀度、细度不匀等。2)张力控制：纤维、纱线、织物的在线张力检测与控制。3)速度、位置(轨迹)控制：如纱线卷绕成型控制。4)过程量在线检测与控制：如染整、浆纱工艺装备的温度、压力、流量控制。5)工艺动作顺序、循环控制：如自动织机五大运动的控制。6)多电动机协调控制：采用多电动机分别驱动各个工艺动作，实现纺织装备的“数控”。
3.1.2 纺织装备的智能控制器
纺织装备智能控制器及其系统，可以采取2种技术途径。
1)针对某一纺织工艺设备开发专用智能控制器，即：根据工艺设备的特点，基于嵌入式处理器等先进控制器件与芯片技术，开发专门的控制系统硬件软件。近年来，许多企业致力于开发基于ARM(advaced RISC machines)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、控制器局域网络(CAN)总线的高档织机控制系统。其特点是控制速度快、控制精度高、实时性好，且软件保护性好，易于做到知识产权的保护，缺点是控制器需专门制造，通用型与互换性差。
2)基于通用控制器件的智能控制系统。纺织装备采用PLC、工控机等通用控制器件开发其智能控制系统，具有通用性好、编程方便、维护便捷、开发周期短、可靠性高等优点。然而，其硬件成本一般会高于专用控制器，硬件软件的可保护性也往往弱于专用控制器。 究竟采用专用控制器还是基于通用控制器开发控制器，需要综合批量、复杂程度、成本等因素来考虑和取舍。
纺织生产工艺路线长、工序多，装备种类多，为实现网络化信息化，进而实现纺织制造的智能化，必须使得各设备间通过网络通信实现数据的交换，进而实现设备的联网控制，因此，制订纺织设备的通信接口标准和协议，开发接口模块，显得十分迫切和必要。目前，
中国纺织机械协会主持编制了“棉纺设备网络管理通信接口和规范”，其他纺织装备的通信接口规范也在陆续编制中，尚需建立有力的机制，使得相关企业自觉执行这些规范。
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