智能制造，標(biāo)準(zhǔn)先行

李 毅

(中國紡織機(jī)械協(xié)會(huì)，北京 100028)

0 引言

智能制造是我國“搶占未來經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展制高點(diǎn)的戰(zhàn)略選擇”?！笆濉逼陂g，國家有關(guān)部門發(fā)布了《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》[1]和《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2018年版)》，出臺(tái)了針對(duì)智能制造技術(shù)研究、應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)制定的鼓勵(lì)措施，顯示出智能制造作為國家戰(zhàn)略的重要性和緊迫性。智能制造是紡織工業(yè)“十三五”的科技創(chuàng)新目標(biāo)與重點(diǎn)任務(wù)，是紡織機(jī)械行業(yè)的重點(diǎn)攻關(guān)方向。在過去的5年中，智能制造技術(shù)與信息系統(tǒng)越來越多地進(jìn)入紡織企業(yè)，具有智能化功能的紡織裝備已經(jīng)開始應(yīng)用。在紡織工業(yè)多個(gè)領(lǐng)域，智能制造已經(jīng)取得了進(jìn)展，出現(xiàn)了一批示范企業(yè)和示范生產(chǎn)線。

1 頂層設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)切入

“十三五”期間，國產(chǎn)紡織裝備的制造質(zhì)量和可靠性提升，一批新型裝備達(dá)到國際先進(jìn)水平。目前，國產(chǎn)新型紡織裝備普遍配置了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊接口，專用機(jī)器人和自動(dòng)導(dǎo)航輸送車(AGV)已開始應(yīng)用于生產(chǎn)，紡紗智能物流系統(tǒng)、化纖長絲落卷(筒)機(jī)器人和外觀檢測(cè)系統(tǒng)、針織數(shù)字化車間智能控制聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)平臺(tái)等具有感知、分析、推理、決策和控制功能的智能紡織裝備和控制系統(tǒng)研發(fā)成功；以裝備為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)等已上線運(yùn)行。國產(chǎn)智能紡織機(jī)械與裝備信息系統(tǒng)為紡織工業(yè)智能制造搭建了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，為建立智能化、數(shù)字化工廠提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。紡織機(jī)械智能化與信息化技術(shù)快速發(fā)展的勢(shì)頭在“十四五”期間仍將繼續(xù)，未來紡織裝備的智能化水平將更高。

2020年，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)開始編制“紡織行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系”，旨在加快推進(jìn)國家智能制造基礎(chǔ)共性和關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在紡織行業(yè)的應(yīng)用實(shí)施，為紡織智能制造提供有效的基礎(chǔ)支撐。中國紡織機(jī)械協(xié)會(huì)亦參照《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2018年版)》編制了《智能紡織裝備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)制定指南》(以下簡稱《指南》)。智能紡織裝備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是紡織工業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系中的子體系(以下稱紡機(jī)智能標(biāo)準(zhǔn)體系)，是主體系中的基礎(chǔ)模塊。

由于紡織智能制造與智能紡織裝備的應(yīng)用在紡織領(lǐng)域尚處于起步階段，還未進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，也沒有完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，因此在行業(yè)內(nèi)外出現(xiàn)了多頭制定標(biāo)準(zhǔn)和紡織智能制造標(biāo)準(zhǔn)碎片化問題，擾亂、誤導(dǎo)了需求方的認(rèn)知，影響了智能紡織裝備的應(yīng)用和智能紡織工廠的建設(shè)，加大了智能制造技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的成本。為規(guī)范、引領(lǐng)智能紡織裝備與技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，規(guī)范智能紡織裝備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定，有必要盡早理清智能紡織裝備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)制定思路，以標(biāo)準(zhǔn)制定為切入點(diǎn)，完成紡織裝備智能化發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)?！吨改稀反_定了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)研究制定機(jī)制，以設(shè)備制造企業(yè)為主，行業(yè)協(xié)會(huì)、大專院校、科研院所、系統(tǒng)集成商和用戶企業(yè)多方參與制定。

2 找準(zhǔn)定位，聚焦應(yīng)用

《指南》設(shè)計(jì)制定了紡機(jī)智能標(biāo)準(zhǔn)體系框架，規(guī)劃了標(biāo)準(zhǔn)制定方向和重點(diǎn)任務(wù)，確定了紡機(jī)智能標(biāo)準(zhǔn)體系在“紡織行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系”中的位置與作用。智能紡織裝備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)面向紡織工業(yè)，為紡織企業(yè)建立數(shù)字化與智能化工廠提供應(yīng)用系統(tǒng)與服務(wù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，也供裝備制造企業(yè)參考使用，用于規(guī)范、引領(lǐng)智能紡織機(jī)械技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

與傳統(tǒng)紡織機(jī)械與附件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系不同，紡機(jī)智能標(biāo)準(zhǔn)體系不包括傳統(tǒng)紡織機(jī)械產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)格、機(jī)械參數(shù)、機(jī)構(gòu)與質(zhì)量要求等內(nèi)容。紡機(jī)智能標(biāo)準(zhǔn)體系以具有交互性、通用性要求的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和智能化載體(如紡織專用智能裝置)為標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象，突出裝備的信息傳輸功能和智能化功能。

《指南》參照《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2018年版)》“智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖”，確定了紡機(jī)智能標(biāo)準(zhǔn)體系的3個(gè)組成部分，分別為智能紡織裝備、智能紡織工廠和智能紡織服務(wù)，在這3個(gè)板塊內(nèi)開展紡機(jī)智能標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定。紡機(jī)智能標(biāo)準(zhǔn)體系標(biāo)準(zhǔn)不涉及國家智能制造“基礎(chǔ)共性”“智能賦能技術(shù)”和“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”標(biāo)準(zhǔn)的制定，這些標(biāo)準(zhǔn)由紡機(jī)智能標(biāo)準(zhǔn)體系引用。

智能紡織裝備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，包括紡織裝備監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，故障診斷系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，以及專用機(jī)器人和專用智能輸送設(shè)備等智能化載體、傳感與信息識(shí)別系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)等等。

智能紡織工廠標(biāo)準(zhǔn)以紡織裝備信息互聯(lián)互通與互操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為主線，用于規(guī)范在底層裝備間、主機(jī)裝備與輔助系統(tǒng)間、裝備與制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)間動(dòng)態(tài)信息的傳輸，為紡織數(shù)字工廠、智能工廠提供底層裝備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。采用OPC統(tǒng)一架構(gòu)(OPC UA)等新技術(shù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、安全的信息傳輸。

智能紡織服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)以紡織裝備遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為主，用于各類紡織裝備技術(shù)服務(wù)和故障監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)。遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)為用戶提供硬件遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)、健康預(yù)測(cè)、故障預(yù)警、軟件升級(jí)等服務(wù)，起到降低設(shè)備故障率、提高穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間、減少維護(hù)成本的作用。

3 互聯(lián)互通，急用先行

《指南》本著“共性先立，急用先行”的原則，優(yōu)先制定行業(yè)有需求、具有引領(lǐng)與支撐作用的智能紡織裝備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，解決標(biāo)準(zhǔn)缺失的問題。紡織裝備互聯(lián)、信息互通是建立數(shù)字化紡織工廠和紡織裝備物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。紡織裝備種類多，數(shù)據(jù)格式復(fù)雜，信息相對(duì)隔絕，數(shù)據(jù)難以實(shí)現(xiàn)共享，“信息孤島”情況普遍存在。打通信息流是智能制造漫長路上要過的第一關(guān)，因此需首先制定《紡織裝備互聯(lián)互通與互操作》系列關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。近年來，一些紡織機(jī)械企業(yè)和院校承擔(dān)了多項(xiàng)工信部智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目，研究、編制了幾類相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(草案)并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，為開展《紡織裝備互聯(lián)互通與互操作》系列標(biāo)準(zhǔn)的制定做了很好的探索，積累了大量試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)?！都徔椦b備互聯(lián)互通與互操作》系列標(biāo)準(zhǔn)重在建立紡紗、化纖、機(jī)織、針織、印染和非織造布等專業(yè)機(jī)械的信息模型，定義數(shù)據(jù)字典。通過對(duì)參數(shù)的數(shù)據(jù)類型、單位、值域范圍、讀/寫類型等的統(tǒng)一定義，消除數(shù)據(jù)通信障礙，打通裝備之間、裝備與輔助系統(tǒng)間、裝備與制造系統(tǒng)間的信息通道。

“十四五”期間，全國紡機(jī)標(biāo)委會(huì)將在《紡織裝備互聯(lián)互通與互操作》系列標(biāo)準(zhǔn)制定的基礎(chǔ)上，陸續(xù)開展智能紡織裝備監(jiān)控系統(tǒng)、智能化載體、故障診斷系統(tǒng)、遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)的研究、制定工作，支持紡織行業(yè)企業(yè)的智能制造。

4 智能技術(shù)，持續(xù)發(fā)展

市場(chǎng)需求對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的制定和產(chǎn)品發(fā)展具有重要的作用。通過技術(shù)創(chuàng)新，開拓并引導(dǎo)紡織企業(yè)進(jìn)入新興智能裝備市場(chǎng)，依靠可靠性的提升和智能化改造，擴(kuò)大傳統(tǒng)紡織裝備市場(chǎng)。

“十四五”期間，將開展紡織機(jī)械動(dòng)力學(xué)及減振降噪降耗、機(jī)器視覺、多電機(jī)協(xié)同控制、關(guān)鍵零部件和專件制造與強(qiáng)化、新材料應(yīng)用等多項(xiàng)基礎(chǔ)共性技術(shù)持續(xù)研究，支持重點(diǎn)高性能紡織主機(jī)和新型智能紡織裝備的發(fā)展；將研發(fā)智能化、柔性化、高性能長絲集約式高速卷繞裝備，研發(fā)碳纖維等高性能纖維生產(chǎn)成套裝備、環(huán)錠紡紗成套設(shè)備、短流程紡紗設(shè)備、高速無梭織機(jī)、一次成型織可穿裝備、連續(xù)化針織染色裝備與纖維復(fù)合材料成型裝備等紡織主機(jī)；研發(fā)紡織服裝家紡專用機(jī)器人，包括紡織接頭、自動(dòng)抓取、立體縫制和織物拼接縫合等機(jī)器人。

紡織機(jī)械和器材專件制造企業(yè)自身的智能制造已經(jīng)提上議事日程，涉及應(yīng)用裝備全生命周期數(shù)字化設(shè)計(jì)及制造技術(shù)，研發(fā)紡織裝備智能制造過程信息物理系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)、整機(jī)智能測(cè)試與質(zhì)量控制系統(tǒng)等。通過智能化技術(shù)的引入，改變傳統(tǒng)紡織裝備與器材專件的制造模式，提高我國紡織機(jī)械及器材專件產(chǎn)品的可靠性。因?yàn)榧徔椦b備可靠性的提高對(duì)紡織工業(yè)智能制造的作用不容忽視，只有裝備高穩(wěn)定性運(yùn)行、故障率低，紡織工業(yè)智能化才有了基礎(chǔ)，而器材專件的高可靠性是紡織機(jī)械可靠運(yùn)行并確保低故障率的核心。

5 結(jié)語

智能制造需標(biāo)準(zhǔn)先行。我國在智能制造技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)上已經(jīng)取得大量成果，目前已有數(shù)百項(xiàng)智能制造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。國家標(biāo)準(zhǔn)體系的確立和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，為各行業(yè)智能制造技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了規(guī)范，使各行業(yè)少走彎路，大大降低技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的成本。智能紡織裝備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定基于紡織機(jī)械智能化關(guān)鍵技術(shù)的成熟，以及技術(shù)應(yīng)用需求的出現(xiàn)。盡早確定智能紡織裝備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定規(guī)則與范圍，必將對(duì)紡織工業(yè)智能制造和紡織裝備智能化技術(shù)的發(fā)展起到事半功倍的作用。