面向先進(jìn)制造的針織裝備技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

蔣高明+彭佳佳

摘要：針織行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)是發(fā)展的必然趨勢(shì)，具備先進(jìn)制造的針織裝備是關(guān)鍵，本文從針織裝備智能化、針織裝備網(wǎng)絡(luò)化、針織生產(chǎn)連續(xù)化三方面分析了面向先進(jìn)制造的針織裝備技術(shù)。裝備智能化實(shí)現(xiàn)單臺(tái)裝備智能控制，裝備網(wǎng)絡(luò)化對(duì)多臺(tái)裝備進(jìn)行群控，生產(chǎn)連續(xù)化將多道針織工序串聯(lián)成智能化生產(chǎn)線，最后提出未來針織裝備要注重“點(diǎn)、群、線”創(chuàng)新與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：針織裝備；先進(jìn)制造；智能化；網(wǎng)絡(luò)化；連續(xù)化

中圖分類號(hào)：TS183.92 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A Developing Trend of Knitting Equipment and Technology for Advanced Manufacturing

Abstract： It is an inevitable trend for the knitting industry to realize transformation and upgrading， while advanced knitting equipment play important part in this process. This paper analyzes advanced manufacturing-oriented knitting equipment and technology from three aspects， i.e. intelligent knitting equipment， networked knitting equipment and continuous knitting production. Intelligent knitting equipment can realize intelligent control of single machine， network knitting equipment can achieve group control of multiple machines， while continuous knitting production can connect different knitting processes into an intelligent production line. Finally， this paper points out that future knitting equipment should play emphasis on the innovation and development in terms of “point， group and line”.

Key words： knitting equipment； advanced manufacturing； intelligent； networked； continuous

近期，西方社會(huì)有人提出了“第三次工業(yè)革命即將到來”的觀點(diǎn)，中國(guó)工程院院長(zhǎng)周濟(jì)院士認(rèn)為，新工業(yè)革命是信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，以制造業(yè)數(shù)字化為核心，建立在物聯(lián)網(wǎng)和務(wù)（服務(wù)）聯(lián)網(wǎng)信息物理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，帶動(dòng)整個(gè)制造業(yè)升級(jí)換代。在新一輪的工業(yè)革命中，中國(guó)制造業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)，必須依靠科技的力量，提高自主創(chuàng)新能力，將我國(guó)發(fā)展成制造大國(guó)。我國(guó)針織行業(yè)正處于轉(zhuǎn)型升級(jí)調(diào)整期，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，具備先進(jìn)制造的針織裝備是關(guān)鍵，裝備智能化、網(wǎng)絡(luò)化和生產(chǎn)連續(xù)化是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 針織裝備智能化

產(chǎn)品性能的完善及其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜與精細(xì)化，促使產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息和工藝信息量猛增，針織裝備正在由原先的能量驅(qū)動(dòng)型轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動(dòng)型，這就要求針織裝備不但要具備柔性，而且可表現(xiàn)智能，來處理大量而復(fù)雜的信息。其次，瞬息萬變的市場(chǎng)需求和激烈競(jìng)爭(zhēng)的復(fù)雜環(huán)境，也要求針織裝備表現(xiàn)出更高的靈活性、敏捷性和智能性。

智能化是針織生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展方向，針織裝備智能化即采用“人工智能”的理論、方法和技術(shù)處理信息與問題，使針織裝備具有“擬人智能”的特性或功能，可進(jìn)行自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自校正、自協(xié)調(diào)、自組織、自診斷及自修復(fù)等功能，智能化針織裝備是具有感知、決策、執(zhí)行功能的生產(chǎn)裝備。針織裝備智能化主要從針織機(jī)構(gòu)的智能控制、織物疵點(diǎn)的在線檢測(cè)、花型數(shù)據(jù)的智能準(zhǔn)備等方面來實(shí)現(xiàn)。

1.1 針織機(jī)構(gòu)的智能控制

針織機(jī)中的送紗機(jī)構(gòu)、成圈機(jī)構(gòu)、提花機(jī)構(gòu)、牽拉卷取機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的精確控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提，也是智能化的核心內(nèi)容。

1.1.1 送紗機(jī)構(gòu)的智能化

經(jīng)編生產(chǎn)中送經(jīng)機(jī)構(gòu)對(duì)經(jīng)紗張力的控制決定了產(chǎn)品的質(zhì)量，在編織過程中，欲生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品，需保持經(jīng)紗的張力恒定。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模并行處理，信息分布存儲(chǔ)，連續(xù)時(shí)間的非線性動(dòng)力學(xué)特征，高度的容錯(cuò)性和魯棒性，自組織、自學(xué)習(xí)和實(shí)時(shí)處理等特點(diǎn)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)經(jīng)紗進(jìn)行恒張力控制來實(shí)現(xiàn)經(jīng)紗張力的智能化控制。

電腦橫機(jī)編織過程中，紗線的張力直接影響針織物的質(zhì)量，穩(wěn)定的紗線張力能保證織物的尺寸一致性及布面的平整，橫機(jī)紗線張力智能控制系統(tǒng)能使送紗量及紗線張力得到很好的控制。為實(shí)現(xiàn)紗線張力的智能控制，日本Shima Seiki（島精）橫機(jī)現(xiàn)配備紗線輸入控制系統(tǒng)i-DSCS+DTC，即智能型數(shù)控紗環(huán)系統(tǒng)+能動(dòng)張力控制裝置；Stoll（斯托爾）公司在其高機(jī)號(hào)的電腦橫機(jī)上配置了美名格MSF3型電子勻張力單紗送紗器，其他機(jī)型使用的是帶有監(jiān)測(cè)裝置的ASCON自動(dòng)控制裝置。斯托爾和島精公司的給紗裝置都與其工藝及打版系統(tǒng)軟件緊密結(jié)合在一起，以共同實(shí)現(xiàn)最好的織造效果。1.1.2 成圈機(jī)構(gòu)的智能化

成圈運(yùn)動(dòng)是針織機(jī)械的核心運(yùn)動(dòng)，由織針、針芯、沉降片、導(dǎo)紗針等各成圈機(jī)件運(yùn)動(dòng)的配合組成。實(shí)現(xiàn)成圈機(jī)件的自動(dòng)調(diào)整，就是系統(tǒng)在檢測(cè)出某機(jī)構(gòu)配合出現(xiàn)問題時(shí)，可進(jìn)行方便快捷的調(diào)試。

在雙針床編織過程中，雙針床的間隔決定了毛絨的高度和間隔織物的厚度，是一個(gè)重要的控制指標(biāo)。雙針床間隔距離的智能化調(diào)整的實(shí)現(xiàn)，即根據(jù)產(chǎn)品的效果需求，能無極連續(xù)且方便快捷地進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到高效、簡(jiǎn)單和精確的調(diào)整。

1.1.3 提花機(jī)構(gòu)的智能化

橫移提花為經(jīng)編機(jī)形成提花織物的重要方式，梳櫛智能對(duì)位與大針距橫移的自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)可使橫移更加精確，大幅提高運(yùn)轉(zhuǎn)速度。梳櫛對(duì)位智能校正技術(shù)是經(jīng)編裝備中技術(shù)含量高、實(shí)現(xiàn)難度大的技術(shù)。采用高速攝影技術(shù)對(duì)梳櫛位置進(jìn)行圖像采集，然后利用圖像處理技術(shù)對(duì)所采集的圖像進(jìn)行處理，得到針距偏移數(shù)據(jù)，最后將這一數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)進(jìn)行校正。梳櫛在進(jìn)行大針距橫移時(shí)，梳櫛橫移針距會(huì)因紗線張力、累積誤差等因素出現(xiàn)誤差，該問題導(dǎo)致速度提高困難。若橫移機(jī)構(gòu)具有自動(dòng)補(bǔ)償功能，即能提高大針距橫移的精度，實(shí)現(xiàn)橫移的智能化控制。

1.1.4 牽拉卷取機(jī)構(gòu)的智能化

在坯布的牽拉卷取過程中，如為氨綸織物，由于織物彈性大，若張力不恒定，氨綸織物的門幅和織物密度等都會(huì)出現(xiàn)變化，通過對(duì)氨綸織物卷取過程的連續(xù)性和恒張力控制的智能化研究是很有必要的，也是智能化牽拉卷取機(jī)構(gòu)的重要部分。

1.2 織物疵點(diǎn)的在線檢測(cè)

疵點(diǎn)在線檢測(cè)分析包括斷紗自停與布面疵點(diǎn)檢測(cè)分析。針織裝備欲實(shí)現(xiàn)智能化疵點(diǎn)在線檢測(cè)，可采用光電掃描與分析技術(shù)。光電掃描與分析技術(shù)是利用紅外線掃描布面和紗線，若出現(xiàn)破洞或斷紗，光電掃描設(shè)備將信號(hào)反饋至主控制程序中，進(jìn)行破洞或斷紗原因分析，確定斷紗位置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修復(fù)或自動(dòng)接頭的功能。

1.3 花型數(shù)據(jù)的智能準(zhǔn)備

花型數(shù)據(jù)的智能準(zhǔn)備即在現(xiàn)有的針織物CAD系統(tǒng)基礎(chǔ)上具備智能化的人機(jī)界面、智能化的專家系統(tǒng)、智能化的設(shè)計(jì)系統(tǒng)等，能快速準(zhǔn)確得到需要的花型數(shù)據(jù)。智能化的人機(jī)界面具備知識(shí)和推理能力，使系統(tǒng)自動(dòng)匹配與適應(yīng)用戶，而且使原先很多要由用戶來做的事可由系統(tǒng)來做，降低了用戶使用系統(tǒng)的要求。智能化的專家系統(tǒng)將設(shè)計(jì)人員從繁瑣的設(shè)計(jì)工作中解脫出來，使之能夠有更多的時(shí)間從事高層次的創(chuàng)造性工作，并可以將設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、規(guī)范、準(zhǔn)則保存、再利用。智能化的設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用3D掃描獲得人體尺寸，系統(tǒng)自動(dòng)推理計(jì)算設(shè)計(jì)服裝款式，根據(jù)服裝款式得到衣片尺寸及工藝單，減少工藝計(jì)算時(shí)間，加快整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)程。

針織裝備智能化是信息化與工業(yè)化深度融合的重要體現(xiàn)，將會(huì)進(jìn)一步提高針織技術(shù)含量，提高生產(chǎn)效率、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源資源消耗，打破針織行業(yè)是一個(gè)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)的觀念，加快針織產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促使針織裝備制造業(yè)邁進(jìn)先進(jìn)制造行列。

2 針織裝備網(wǎng)絡(luò)化

隨著Internet技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化的裝備制造技術(shù)必將成為未來制造工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。針織裝備網(wǎng)絡(luò)化即以針織裝備數(shù)字化為核心，建立在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，將互聯(lián)網(wǎng)與針織裝備相結(jié)合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。針織裝備網(wǎng)絡(luò)化主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷、制造執(zhí)行系統(tǒng)及基于Internet的CAD/ CAM系統(tǒng)等方面。

2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷

遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷以“維護(hù)于千里之外，檢測(cè)于斗室之內(nèi)，發(fā)現(xiàn)于故障之先，完善于損失之前，搶修于分秒之間，保障于無形之中”為理念，通過建立現(xiàn)場(chǎng)診斷與維護(hù)系統(tǒng)、區(qū)域監(jiān)控與管理系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)等 3 層結(jié)構(gòu)，展開針對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷兩個(gè)方向的研發(fā)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各生產(chǎn)線自控系統(tǒng)的異地監(jiān)控與維護(hù)，更合理地利用自動(dòng)化部、車間和班組的技術(shù)資源，實(shí)現(xiàn)各車間和各班組技術(shù)資源的共享。對(duì)迅速提高整體維護(hù)水平、降低故障率及保障生產(chǎn)線的正常運(yùn)行具有極為重要的戰(zhàn)略意義和極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.2 制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES系統(tǒng)）

MES系統(tǒng)是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，能利用實(shí)時(shí)的車間制造信息來向企業(yè)的上層決策者提供決策支持，為管理者提供參考（圖 1）。MES系統(tǒng)為企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、工作中心/設(shè)備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項(xiàng)目看板管理、生產(chǎn)過程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊。

MES系統(tǒng)能夠有效地將經(jīng)編車間現(xiàn)場(chǎng)與企業(yè)管理層連接起來，順利完成生產(chǎn)指令的及時(shí)下達(dá)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋，并根據(jù)反饋的生產(chǎn)數(shù)據(jù)作出統(tǒng)計(jì)分析，方便企業(yè)及時(shí)作出生產(chǎn)調(diào)整。為針織企業(yè)提供快速反應(yīng)的、有彈性的生產(chǎn)管理環(huán)境，協(xié)助針織企業(yè)保證其織造產(chǎn)品的質(zhì)量，提高勞動(dòng)力的利用率，減少廢品次品，降低物料資源能源消耗，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的制造管理，適應(yīng)當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化的CAD/CAM系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)化的CAD/CAM系統(tǒng)由因特網(wǎng)、局域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)及針織機(jī)械等組成。CAD/CAM及針織機(jī)械與各自的局域網(wǎng)相連，然后通過Internet把整個(gè)系統(tǒng)連接在一起。設(shè)計(jì)者利用CAD/CAM可完成設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)中，可通過Internet與異地的設(shè)計(jì)者交換設(shè)計(jì)思想、討論設(shè)計(jì)方案、實(shí)現(xiàn)資源共享，還可與異地設(shè)計(jì)者進(jìn)行合作設(shè)計(jì)。可把設(shè)計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)控代碼，通過Internet發(fā)送給遠(yuǎn)程的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)異地加工。還可通過Internet接收生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)來的加工信息，對(duì)加工過程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)解決加工中出現(xiàn)的問題?；贗nternet的CAD/CAM系統(tǒng)既能接受Internet送來的控制指令，又能通過Internet向異地的用戶發(fā)送加工狀態(tài)信息。

基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)不僅可顯現(xiàn)包括設(shè)計(jì)與制造在內(nèi)的整個(gè)生產(chǎn)過程，達(dá)到降低成本、縮短設(shè)計(jì)與制造周期、快速響應(yīng)市場(chǎng)的目的，而且可實(shí)現(xiàn)故障的異地診斷和產(chǎn)品的異地設(shè)計(jì)與制造。由于Internet覆蓋了世界各個(gè)角落，因此系統(tǒng)中的CAD/CAM、數(shù)控針織機(jī)械可位于不同國(guó)家或地區(qū)，設(shè)計(jì)與制造的全球化是現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，也是社會(huì)和科技發(fā)展的必然。

3 針織生產(chǎn)連續(xù)化

針織生產(chǎn)連續(xù)化即生產(chǎn)過程中可實(shí)現(xiàn)從原料→針織→針織產(chǎn)品→后整理→包裝的連續(xù)進(jìn)行。連續(xù)化的生產(chǎn)線將從原料到包裝等多個(gè)生產(chǎn)工序聯(lián)合起來，減少占地面積，生產(chǎn)連續(xù)化裝備自動(dòng)化水平高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量高且穩(wěn)定。在針織織造中，整體服裝編織技術(shù)、自動(dòng)化的生產(chǎn)線及智能機(jī)器人等體現(xiàn)了連續(xù)化的生產(chǎn)過程。

3.1 整體服裝編織技術(shù)

整體服裝編織技術(shù)不僅可以減少后道加工工序，節(jié)省人工和消耗，而且貼身穿著舒適，是服裝界推尚的一個(gè)發(fā)展方向（圖 2）。針織技術(shù)中經(jīng)編無縫編織及緯編成型編織等可實(shí)現(xiàn)一次成形。

經(jīng)編無縫編織在雙針床經(jīng)編機(jī)上配置兩把賈卡梳，賈卡梳實(shí)現(xiàn)前后針床織物的無縫連接，還可形成豐富的花型。雙針床經(jīng)編無縫編織技術(shù)在編織門幅的可變性、組織結(jié)構(gòu)的多樣化和防脫散性及生產(chǎn)高效等方面具有優(yōu)越性，不但可以形成不同尺寸的筒形，而且還可形成Y型的分支結(jié)構(gòu)，目前用于生產(chǎn)緊身提花內(nèi)衣、背心、連褲襪、手套、人造血管等。

緯編成型編織技術(shù)主要體現(xiàn)在緯編無縫針織機(jī)和電腦橫機(jī)的織可穿功能上，用緯編無縫針織機(jī)可織造一次成形的服裝，織可穿電腦橫機(jī)的產(chǎn)品下機(jī)后不需要任何縫合工具，經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮笳砑纯沙蔀槌善?。電腦橫機(jī)編織的成形針織物具有織造工藝靈活、可加工復(fù)雜形狀而無需裁剪、能快速變化織物組織結(jié)構(gòu)和形狀、成本低等特點(diǎn)。

3.2 自動(dòng)化生產(chǎn)線

自動(dòng)化生產(chǎn)線是在無人干預(yù)的情況下進(jìn)行操作或控制的過程，其目標(biāo)是“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”。采用自動(dòng)化生產(chǎn)線把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 智能機(jī)器人

智能機(jī)器人（圖 3）是一個(gè)多種高新技術(shù)的集成體，它融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)硬件、軟件、人工智能等許多學(xué)科的知識(shí)，涉及當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)。智能機(jī)器人用于針織行業(yè)中，將推動(dòng)針織產(chǎn)業(yè)從自動(dòng)化向智能化轉(zhuǎn)型，企業(yè)從勞動(dòng)密集型向科技密集型轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品為主到品牌為主的升級(jí)。

目前，浙江慈星投入開發(fā)的毛衫自動(dòng)對(duì)目縫合系統(tǒng)，采用套口機(jī)器人，革命性地改變了傳統(tǒng)毛衫的縫合工藝，解決了行業(yè)性難題，大幅降低了縫合工的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大提升了生產(chǎn)效率，屬于世界首創(chuàng)。

4 結(jié)束語

未來針織裝備要注重“點(diǎn)、群、線”的創(chuàng)新與發(fā)展，“點(diǎn)” —— 單臺(tái)裝備智能控制，“群” —— 多臺(tái)裝備網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)行群控，“線” —— 多道針織工序串聯(lián)成智能化生產(chǎn)線。智能化、網(wǎng)絡(luò)化、連續(xù)化將全面提升針織制造業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和管理水平，從根本上提高產(chǎn)品功能、性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，深刻地改革制造業(yè)的生產(chǎn)模式，使我國(guó)針織工業(yè)由生產(chǎn)大國(guó)向技術(shù)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變、勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)

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