智能纺纱系统的构建思路及实践

原文刊自：2016年11月

第44卷（总第541期）

摘 要

探讨纺织企业实施智能化建设的思路和效果。针对目前智能制造在实施中存在的问题,介绍了所在纺织企业智能化建设的构建思路和实施效果,总结了所运行系统的特点,提出了纺织企业智能化建设和完善的方向。认为实现智能纺纱是纺织行业现实的迫切需要,有利于提高企业竞争力;智能纺纱的实现依赖于智能化共性技术与纺织专业技术的高效、有机融合;纺织企业的智能化建设需要全行业的共同努力。

关键词

纺织企业;自动化水平;互联 技术;运营管理;智能化

我公司始建于 1987 年,拥有 20 万纱锭,是将纺织基础性产业和壳聚糖纤维及其应用产业化的战略性新兴产业于一体的国家级高新技术企业。其产品分为纤维类、制品类、终端类三大类八大系列数百个品种,主要包括 4.9tex~84.4tex 各种棉纺、混纺纱线系列产品;工业级、食品级及医疗级纯壳聚糖纤维系列产品;壳聚糖纤维混纺纱线、针织、机织面料系列产品;壳聚糖纤维混纺热风、水刺、针刺非织造布系列产品;壳聚糖纤维抗菌内衣系列产品、家纺类系列产品;壳聚糖纤维面膜、卫生巾、纸尿裤等卫生系列产品;壳聚糖手术服、缝合线、膜类等医疗系列产品。

公司是全国纺织服装 500 强企业,是中国航天事业合作伙伴,拥有山东省院士工作站、博士后工作站、省级企业技术中心、省级工程研究中心;壳聚糖纤维及其产业化项目荣获 2013 和 2015 年度“纺织之光”科技进步一等奖,“十一五”化纤技术突破奖,“两化融合示范企业”等诸多荣誉称 。近年来,公司更是积极引入智能制造理念,运用现代先进技术,将劳动密集型的传统纺纱生产线升级为具有互联 时代特征的智能纺纱系统,智能化的通用技术与纺织行业的专业技术相融合,形成智能纺。

1 华兴智能纺的构建思路

1.1 华兴智能纺的提出

当前,中国的大多数企业都嗅到了工业 4.0气息,工业 4.0 核心是“智能制造”。特别是国内的大中型企业,都想成为工业 4.0 的先行者,甚至有的已经在实施进程中了。不容置疑,这种现象和氛围对我国发展工业 4.0 是很有利的。

但目前的智能纺纱在实施过程中存在很多问题。一是自动化程度低。二是专业化与信息化融合程度低。对于纺织行业而言,智能化与纺纱如果不能融合,是不能实现智能纺纱的,因此,跨界成为了最大难题:纺企不懂智能化,IT 企业不懂纺纱。三是实行拿来主义,生搬硬套,不切合实际,没有特色,效果不好。针对以上弊端,我公司作为整合主体,选择了有实力的软件开发商与各设备厂商共同搭建智能纺纱系统开发平台。

首先是选用国际高水平的自动化设备,提高自动化水平,将自动化、信息化进一步融合,实现智能化。以华兴为主导,结合企业具体情况,寻找关键问题和瓶颈,具体问题具体分析,进行升级改造,效益驱动。所实施的智能纺由我公司主导设计集成,形成华兴智能纺。

1.2 华兴智能纺的实施

我公司做了一个总体规划,分三阶段完成。第一阶段:构建智能工厂。通过整合设备厂商、软件开发商进行数据的集成,以制造执行系统 MES为平台,对整个生产过程进行实时监控和智能分析。第二阶段:构建智能公司。使智能工厂高度化,实现远程控制、监督下的制造管制;升级企业资源计划系统(以下简称 ERP ),从纵向和横向相连,确立战略性的信息系统运营体制。第三阶段:构建智能产业链。建立供方(包括原料厂商、设备厂商、配件供应商等)、纺纱企业与下游客户端的统一管理系统,整个产业链实现一体化,信息共享,智能全产业链。

2 华兴智能纺的构建实践

2.1 通过自动化技术进行物联(连起来)

传统的纺纱工艺流程工序多,并且各工序之间都是断开的,这为实现自动化、连续化生产带来了极大的困难。虽然近几年清梳联、粗细联、细络联等连续化设备实现了纺纱生产中的自动清理、落纱、打包、输送等工作,使原来生产线的十多处间断得到了大幅度的减少,将工人从繁重的劳动中解放出来,同时也显著提高了生产效率 。但仍然还有清梳联到精梳、精梳到并条、并条到粗纱以及络筒机到成包之间的间断。为此,我们选用了国际先进的自动化和智能化设备,包括从前至后的各工艺设备、输送线、检测设备、机械手(机器人)、自动导航小车(以下简称 AGV )等,利用各种连接装置及自动运输装置,将生产线全部连接起来。实现了从原料上车到成品自动入库的全自动生产线。

2.2 通过互联 技术进行软联(通起来)

华兴智能纺系统的主要特点。

(1 )实现了自动排产,通过高级排程合理调配资源,降低在制品库存,提高了管理效率。

(2 )建立完善的数据库,提供强大的查询功能,信息更完整和更具深度,可随时随地搜集生产线上的所有信息,包括生产线上物料与人员产能、维修信息等。

(3 )实现生产过程的人、机、料、法、环的防错,预先防止部件装配错误和产品生产流程错误,并及时提醒、指导操作人员进行改正。

(4 )可以将实时数据传递集成和分析,以数据分析反向指导生产管理,实现了集生产状态远程监控、产量 表自动生成、质量数据实时监视、订单实时跟踪、无缝集成 ERP 等功能为一体的管理平台。

(5 )实时监控生产线,实现生产过程的透明化管理。对各生产主机以及空压、空调、配电、除尘、异纤、打包等数据均实现了监控。

(6 )通过对设备状态、质量数据、维修数据进行整合分析统计,可智能提供维修方案,将设备从传统周期维修转为状态维修。

(7 )实现原材料、半成品、成品的批次管理。

(8 )提供制造过程人、机、料、法、环的信息追溯。

(9 )有效降低单位产品的能耗,降低生产成本。

(10 )运用大数据、云计算、互联 等技术,实现了对每个工序和作业点的可视化监控,管理者可进行有效管理;供方可以了解其原料或设备状态,进行远程监控或诊断;客户可以实时通过互联 了解订单的进度和质量情况。

2.3 通过智能化技术实现主动型的运营管理(动起来)

在运用大数据、云计算、互联 等技术的基础上,使用先进的传感器技术和通信技术,在纺纱生产全流程中对产品特性和生产设备状况进行实时在线监测;利用智能控制技术结合控制策略,对设备运行及工艺状况进行短信预警及自动调控;通过智能分析技术,对设备运行数据、工艺质量数据和生产能耗数据进行在线分析,为企业调整生产、优化管理以及降低能耗提供数据支持,进而改进和完善纺纱生产传统质量控制方法的不足,稳定和提高产品质量,客户也可以实时通过互联 了解订单的进度和质量情况。同时系统可以将实时数据传递集成和分析,以数据分析反向指导生产管理,实现了集生产状态远程监控、产量 表自动生成、质量数据实时监视、订单实时跟踪、无缝集成 ERP 等功能为一体的管理平台,从而实现生产全流程的 络化、集成化,提高了生产效率和管理精细化水平,实现制造的智能化。

将各数据状态及时反馈到信息系统,再由信息系统反馈到下位机系统,如 PLC 控制各执行机构,通过实现对原料、设备、人员、工艺、环境等因素的监控和大数据管理,寻找各因素各参数之间的勾稽关系,逐步实现主动性的经营管控。目前,可以通过原料指标快速预算出预期的产品质量水平,以精准调整原料配比,挖掘原料潜力,尽量降低原料成本;可以根据设备负荷及设备故障情况进行线性分析,查出负荷率与故障率的相关关系,以合理设定负荷率。

应用智能纺系统改变了企业原有的管理模式和管理思维,使人、设备、软件系统融为一体,互联互通。企业应用智能纺系统后,产品质量持续稳定、一致性好,同时生产效率得到了显著提高。

3 智能纺系统尚需完善

目前,华兴智能纺处于初步运行阶段,还不很成熟和完善,还需根据智能化的理念,进行不断的丰富和完善。

3.1 进一步优化管控一体化系统

将企业生产全过程的实时数据和生产管理信息有机集成并优化,实现企业信息共享和有效利用,实现企业生产经营过程的整体优化。对原料、设备、人员、工艺、环境等因素进行分析,建立起各因素之间的关联,形成纵横交织的互联互通的管理 络。

3.2 进一步推进生产过程智能化

目前,正在研发原料的智能入库及上包系统,将原料信息录入智能纺系统后,即可由系统指挥AGV 叉车等运输工具自动实现原料的出库及上包。研发将细纱单锭检测的信息植入细纱 AGV小车,可以根据细纱断头的早晚或多少来自动指挥小车去该去的锭位接头,让信息指挥小车,让小车来指挥人。以此进一步提高生产过程智能化水平。

3.3 进一步提高智能化管理水平

智能制造系统包括智能的装备、生产线、智能车间、智能工厂以及智能的员、智能的组织,结合智能软件、知识库,利用物联 、因特 实现有机联结,实现智能生产、智能物流、智能管理与决策、智能服务。生产过程智能化要取得经济效益,必须与管理智能化系统集成,通过管理决策支持功能来实现。因此,下一步除了生产制造之外,还应尽快实现管理和服务环节的智能化。

3.4 最终目标

我们的最终目标是把智能化的共性技术与纺织专业技术有机融合在一起,最终实现上下游的整合和协同。华兴计划按照构建智能工厂、构建智能公司、构建全产业链管理系统“三步走”的步骤,在 3 年内构建起华兴智能纺系统。

4 体会和展望

(1 )理性面对智能制造,互联 是一种思维而不仅是手段。智能制造在纺织行业的应用不是为了追赶时髦,而是现实的迫切需要,智能制造的最终目的是使企业的竞争能力得到提高,而企业的竞争能力体现在产品研制周期短、创新程度高、质量高、成本低、服务好、能源利用率高、对环境友好。智能制造不是空白系统,一定是要有基础,即一定要先完成信息化、数字化、标准化,才能做智能化。以前企业设计、生产、物流、服务等部门是割裂的,而实现智能制造就是要将这些环节统一起来,使之有机结合。

(2 )加强 IT 技术与行业的融合。智能化与IT 技术必须与行业专业技术相融合,要把智能化的共性技术与纺织专业技术有机地融合在一起。因此,建议行业协会组织有关企业做成标准版本进行推广。

(3 )加强行业的统一管理。目前设备厂商、纺织企业处于各自为战的状态,在数字化、智能化方面缺少统一标准,尤其是纺织企业处于弱势地位,建议行业协会制定统一标准和接口协议,支持纺织企业进行智能化建设;对上游原料实行数字化管理,统一指标要求,统一代码管理。

(4 )加大对示范企业的扶持力度。当前,人才与资金仍是纺织企业面临的两大问题,严峻的经济形势下,纺织企业的精力、资金都集中用于保证生产经营,智能化的改造多是见效慢、投入大,智能制造的示范需要有敢为人先的精神。建议国家、行业采取诸如设立专项资金的鼓励政策或办法,支持和扶持相关标杆示范企业,以其示范作用,引领推进全行业智能制造水平的提高。

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