智能物聯(lián)網(wǎng)在紡織行業(yè)的應(yīng)用解決方案

胡首鋒

摘 要： 介紹了一個智能物聯(lián)網(wǎng)在紡織行業(yè)的應(yīng)用方案。利用智能物聯(lián)網(wǎng)和云數(shù)據(jù)技術(shù)，使多種崗位的工作人員能在計算機上完成大部分工作；利用網(wǎng)絡(luò)把相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊徔棛C器，并通過軟件系統(tǒng)對機器實時運行狀態(tài)進行監(jiān)控管理等，從而飛躍式地提高工作效率，降低人工成本，實現(xiàn)紡織行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級。

關(guān)鍵詞： 智慧車間； 物聯(lián)網(wǎng)； 云數(shù)據(jù)； 產(chǎn)業(yè)升級

中圖分類號：TP31 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）06-36-04

Abstract： This paper introduces an intelligent IoT application solution in textile industry. The system uses intelligent IoT and cloud data technology to help staff complete most work on the computer， and send corresponding data to the textile machines via network， while monitoring and managing real-time running state of machines， so as to improve efficiency， reduce labor costs， achieve the textile industry industrial upgrading.

Key words： intelligent workshop； IoT； cloud data； industrial upgrading

0 引言

中國是紡織品生產(chǎn)和出口的大國，紡織行業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，已具備世界上最完整的產(chǎn)業(yè)鏈和較高的加工配套水平，但同時紡織行業(yè)仍是一個勞動密集程度高和對外依存度較大的產(chǎn)業(yè)。近些年，隨著國際市場的需求萎縮，國內(nèi)生產(chǎn)成本不斷提高，以及國際同業(yè)競爭加劇，我國紡織企業(yè)感受到前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。在這種形勢下，眾多紡織企業(yè)陷入了生產(chǎn)經(jīng)營困難的窘境，有些企業(yè)已處于停產(chǎn)、半停產(chǎn)狀態(tài)，甚至倒閉。因此，自主創(chuàng)新、節(jié)約成本，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，才是紡織企業(yè)走出困境的良方[1]。

1 行業(yè)現(xiàn)狀與解決方案

1.1 行業(yè)現(xiàn)狀

當前，大多數(shù)紡織企業(yè)內(nèi)的機器設(shè)備，包括棉襪機、絲襪機、內(nèi)衣機、大小圓機等，其工作模式主要是單機模式，生產(chǎn)車間智能化程度很低，在生產(chǎn)管理過程中需要大量人力資源的參與。

下面以內(nèi)衣機車間的生產(chǎn)流程為例來說明。

當紡織企業(yè)接到訂單后，車間主任安排生產(chǎn)計劃，由人工配置好各類資源（包括機器、人員、原材料等），并排定生產(chǎn)任務(wù)和日期。接下來，由打樣師傅制作花型文件，并輸入到工作機器里，同時擋車工領(lǐng)料并進行生產(chǎn)活動。在生產(chǎn)過程中，擋車工要24小時不間斷地在現(xiàn)場監(jiān)視機器運行狀況，處理生產(chǎn)中可能的異常情況，同時質(zhì)檢員要檢查產(chǎn)品質(zhì)量，車間管理員要統(tǒng)計各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。

在人力大量參與的生產(chǎn)活動中，由于人員的素質(zhì)參差不齊、人力容易疲勞等特點，容易造成生產(chǎn)效率低下；同時，隨著人力成本不斷提高，導致了生產(chǎn)成本居高不下。紡織企業(yè)普遍希望能夠提供一種解決方案，既能提高生產(chǎn)效率，又能減少生產(chǎn)人員。

1.2 解決方案

為了解決上述問題，我們提出智慧車間的概念。系統(tǒng)利用智能物聯(lián)網(wǎng)和云數(shù)據(jù)技術(shù)，通過計算機與紡織機器聯(lián)網(wǎng)，使得多種崗位的工作人員能在計算機上完成大部分工作，并利用網(wǎng)絡(luò)把相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊徔棛C器，同時通過軟件系統(tǒng)對機器實時運行狀態(tài)進行監(jiān)控管理等[2]。

下面仍以內(nèi)衣機車間的生產(chǎn)流程為例來說明智慧車間的解決方案。

通過本系統(tǒng)，車間主任在安排生產(chǎn)計劃時，先對紡織機器進行分組管理，并對分組機器的生產(chǎn)任務(wù)進行排班；打樣師傅編好花型后，通過網(wǎng)絡(luò)把花型文件發(fā)送給相應(yīng)的紡織機器；機修人員在監(jiān)控室對所有紡織機器的實時運行狀態(tài)進行集中監(jiān)視，并根據(jù)機器報警信息及時處理各種異常情況；擋車工主要在監(jiān)控室監(jiān)視機器生產(chǎn)活動，偶爾巡查機器運行情況，并處理編織異常、整理織物等；質(zhì)檢員在檢查織物質(zhì)量時就同步錄入織物質(zhì)量和生產(chǎn)數(shù)據(jù)；最后，系統(tǒng)自動統(tǒng)計并生成生產(chǎn)管理員所需的各種機器生產(chǎn)數(shù)據(jù)和報表。

同時，本系統(tǒng)還提供接口，實現(xiàn)與車間物流系統(tǒng)、企業(yè)ERP管理系統(tǒng)等對接。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用基于TCP/IP協(xié)議或UDP協(xié)議的C/S架構(gòu)[3]，應(yīng)用分級控制結(jié)構(gòu)，范圍包括：紡織設(shè)備制造廠家（機械廠）和紡織設(shè)備應(yīng)用廠家（紡織廠）。其中，紡織廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)分三級：廠級網(wǎng)絡(luò)，主干控制網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備組控制網(wǎng)絡(luò)，分別布置在總廠、廠區(qū)和車間。紡織廠內(nèi)監(jiān)視器、管理PC及內(nèi)衣機、襪機、圓機等設(shè)備作為客戶端，連接到服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫；機械廠服務(wù)器通過Internet廣域網(wǎng)連接到紡織廠服務(wù)器[4]；質(zhì)檢設(shè)備通過Modbus協(xié)議與紡織設(shè)備控制系統(tǒng)連接[5]。

該系統(tǒng)包含兩大子系統(tǒng)：智慧車間子系統(tǒng)和云數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。其中，智慧車間子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)對紡織廠內(nèi)的內(nèi)衣機、襪機、大小圓機等機器進行監(jiān)控和管理，實現(xiàn)系統(tǒng)管理、用戶管理、設(shè)備管理、文件管理、生產(chǎn)管理、報警管理和查詢統(tǒng)計等功能；云數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)收集紡織廠家相關(guān)數(shù)據(jù)，并為機械廠提供遠程數(shù)據(jù)分析、遠程業(yè)務(wù)操作、分期付款管理和遠程維護等功能。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)的詳細設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 智慧車間子系統(tǒng)

3.1.1 系統(tǒng)管理

提供系統(tǒng)管理和參數(shù)設(shè)置等功能。

服務(wù)器管理：啟動或關(guān)閉服務(wù)器模塊和看門狗，連接數(shù)據(jù)庫，確保服務(wù)器正常運行。

參數(shù)設(shè)置：設(shè)置服務(wù)器IP、端口號，花型文件目錄等系統(tǒng)參數(shù)。

界面設(shè)置：設(shè)置軟件界面風格。

語言設(shè)置：設(shè)置軟件語言種類（支持中英文）。

以上參數(shù)數(shù)據(jù)保存在本機注冊表或數(shù)據(jù)庫中。

3.1.2 用戶管理

提供用戶權(quán)限設(shè)置功能。

權(quán)限設(shè)置：把權(quán)限分為菜單權(quán)限和機器管理權(quán)限。其中菜單權(quán)限指對該菜單項是否可操作；機器管理權(quán)限針對機器群組級別，即可以對包含在該群組內(nèi)的所有機器進行操作。每個用戶可以分配多種角色，每個角色可以分配多種權(quán)限，即通過“用戶——角色——權(quán)限”的多對多對應(yīng)關(guān)系，來最終確定用戶的權(quán)限。

用戶設(shè)置：設(shè)置和查詢用戶相關(guān)的信息。

密碼設(shè)置：設(shè)置用戶的登錄密碼。

用戶在客戶端輸入用戶名和密碼，服務(wù)器校驗密碼正確性，并返回結(jié)果，包括詳細的用戶信息和角色信息?？蛻舳艘罁?jù)用戶角色，分別顯示對應(yīng)的菜單項和部門信息。每個用戶的權(quán)限是用戶的所有角色的權(quán)限集合。

3.1.3 設(shè)備管理

提供設(shè)備管理功能。設(shè)置機器信息有兩種方式。

⑴ 用戶在客戶端輸入IP地址范圍，系統(tǒng)自動搜索IP符合條件的機器并判斷網(wǎng)絡(luò)是否有效，如果有效，則系統(tǒng)自動增加一條機器信息。

⑵ 機器開機時，自動向服務(wù)器發(fā)送注冊消息，服務(wù)器登記該設(shè)備信息，該信息只需要注冊一次。

用戶設(shè)置工作組和機器信息后，通過“工作組——機型”的多對多對應(yīng)關(guān)系來確定機器管理權(quán)限。

機器開關(guān)機或開停機時，向服務(wù)器發(fā)送狀態(tài)登記消息，系統(tǒng)自動記錄機器狀態(tài)。同時，服務(wù)器向所有客戶端發(fā)送機器狀態(tài)消息，更新客戶端中相應(yīng)機器的狀態(tài)（如：離線為灰色；運轉(zhuǎn)為綠色；停止為黃色等）。

服務(wù)器每隔一段時間自動檢查所有機器的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并修改相應(yīng)機器的在線狀態(tài)。

用戶在客戶端選中機器，打開實時監(jiān)控界面，可以查看機器運行狀況的數(shù)據(jù)。用戶在客戶端發(fā)送機器狀態(tài)查詢指令，機器把當前運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)返回給客戶端，并每隔一段時間自動更新一次。當多個客戶端查詢同一臺機器的實時運行狀態(tài)，機器只需要把數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，由服務(wù)器分發(fā)給所有客戶端。

用戶在客戶端通過服務(wù)器可向機器發(fā)送操作命令。在機器進入受控狀態(tài)后，用戶可以通過模擬鍵盤遠程操控機器（如運行，停止，加油，燈控制等操作）。

3.1.4 文件管理

提供文件（包括花型文件、配置文件等）管理功能?；ㄐ臀募С侄喾N格式，用不同的文件后綴名來區(qū)分。用戶可以查詢下位機的目錄和文件列表，把下位機的文件刪除或下載到本地，也可以把本地的文件上傳給多臺下位機。

提供下位機程序升級服務(wù)，把本地的升級程序文件傳給多臺下位機，并升級下位機。

3.1.5 生產(chǎn)管理

提供生產(chǎn)計劃管理功能。用戶填寫訂單并分配執(zhí)行該訂單的機器分組，系統(tǒng)自動把訂單轉(zhuǎn)成生產(chǎn)計劃單，并分發(fā)給相應(yīng)的紡織機器。紡織機器按照生產(chǎn)計劃分配的花型進行編織，在該生產(chǎn)計劃達到計劃產(chǎn)量的某個百分比時，系統(tǒng)自動發(fā)出提醒信息，并自動重新分配每臺機器的計劃產(chǎn)量。因為紡織機器編織效率不盡相同，往往在開始時所有機器平均分配訂單計劃產(chǎn)量。當產(chǎn)量達到一定量后，每臺機器按照等差配額原則分配剩余的計劃產(chǎn)量。這樣，機器會逐臺完成生產(chǎn)任務(wù)，方便管理人員按照下個訂單準備所需的物料、花型文件等。

用戶可以按條件查詢訂單或生產(chǎn)計劃，也可以取消生產(chǎn)計劃。機器可以實時發(fā)送生產(chǎn)數(shù)據(jù)給服務(wù)器，用戶也可以通過查詢獲取生產(chǎn)計劃的實際執(zhí)行情況。

3.1.6 報警管理

提供報警管理功能。用戶可以通過系統(tǒng)設(shè)置報警屏蔽列表，并上傳給紡織機器。當紡織機器有報警時，自動發(fā)送報警信息給服務(wù)器。系統(tǒng)收到報警后，自動在報警監(jiān)視器上閃爍顯示，并轉(zhuǎn)發(fā)給有相應(yīng)權(quán)限的在線客戶端。如果有多條未處理報警，則這些報警信息輪流顯示。

擋車工看到報警信息后，到現(xiàn)場處理完報警問題；然后在客戶端打開報警信息，填寫報警處理方法；同時紡織機器報警消除后，通知系統(tǒng)自動把報警狀態(tài)改為“已處理”，系統(tǒng)自動填寫處理時間。

用戶可以按條件查詢報警信息。

3.1.7 查詢統(tǒng)計

提供查詢各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)的功能，如生產(chǎn)數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)等，并把查詢結(jié)果保存成文件或打印。

3.2 云數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)

3.2.1 文件管理

機械廠工作人員可以遠程查看紡織機器文件列表，并把新研制的花型文件或機器配置文件上傳給紡織機器，協(xié)助客戶開發(fā)新產(chǎn)品。

3.2.2 報警管理

機械廠工作人員可以遠程查看紡織機器出現(xiàn)的故障問題，并提供維修建議和解決問題方法。

3.2.3 分期付款

機械廠工作人員可以遠程設(shè)定機器分期付款的日期；可以遠程鎖定未按期付款的機器運轉(zhuǎn)速度；可以遠程解鎖已按期付款的機器運轉(zhuǎn)速度；系統(tǒng)自動發(fā)送分期付款解鎖密碼，可以解除機器的當月或全部分期付款日期等。

3.2.4 查詢統(tǒng)計

機械廠工作人員可以遠程查詢、統(tǒng)計紡織機器出現(xiàn)的故障數(shù)據(jù)等，用于改進新一代機器或開發(fā)新需求。

4 技術(shù)指標及應(yīng)用效果

4.1 技術(shù)指標

⑴ 支持內(nèi)衣機、絲襪機、棉襪機及圓機等各類機器設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)；

⑵ 支持工廠、車間多級遠程數(shù)據(jù)與指令交互，實現(xiàn)智能化管理；

⑶ 系統(tǒng)支持的機器數(shù)量無限制，可依照紡織企業(yè)實際情況進行配置；

⑷ 系統(tǒng)布置方便，除紡織機器控制系統(tǒng)外，只需要有網(wǎng)絡(luò)支持；

⑸ 系統(tǒng)具備接口連接ERP系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)等，為企業(yè)級的智能化管理提供支持。

4.2 應(yīng)用效果

通過本系統(tǒng)，把紡織企業(yè)內(nèi)所有機器設(shè)備連成網(wǎng)絡(luò)并與計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，從而使工作人員能夠遠程管理車間內(nèi)機器設(shè)備及生產(chǎn)活動，大幅度提高生產(chǎn)效率，節(jié)省人力和生產(chǎn)成本。本解決方案的應(yīng)用效果最直接體現(xiàn)在兩方面：①有效縮減紡織企業(yè)工人數(shù)量；②有效提高紡織員工工作效率，以及機器生產(chǎn)效率。

5 結(jié)束語

本解決方案已應(yīng)用在多家紡織企業(yè)，能有效提高紡織生產(chǎn)效率，減少紡織人工成本，從而使企業(yè)獲得更好的收益。由此可見，通過智能物聯(lián)網(wǎng)和云數(shù)據(jù)技術(shù)在紡織行業(yè)的推廣應(yīng)用，能夠大幅度提高紡織企業(yè)競爭力，加快我國紡織行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，解決需求不足和成本提高給企業(yè)造成的困難，為我國紡織行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級作出貢獻。

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