“Uster在線智能化”是中國(guó)棉花加工行業(yè)發(fā)展的必由之路

■ 高海強(qiáng) 王韶斌 陳興橋 李懷坤

〔山東天鵝棉業(yè)機(jī)械股份有限公司，山東濟(jì)南250032〕

“Uster在線智能化”是中國(guó)棉花加工行業(yè)發(fā)展的必由之路

■ 高海強(qiáng) 王韶斌 陳興橋 李懷坤

〔山東天鵝棉業(yè)機(jī)械股份有限公司，山東濟(jì)南250032〕

一、國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

世界主要產(chǎn)棉國(guó)中，美國(guó)是棉花加工行業(yè)技術(shù)、設(shè)備最先進(jìn)的國(guó)家之一，已全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、信息化及部分智能化控制，加工出的皮棉在世界棉花市場(chǎng)上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。1989年，山東天鵝棉業(yè)機(jī)械股份有限公司（原山東棉麻機(jī)械廠）就與新疆自治區(qū)農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)機(jī)化研究所合作，在引進(jìn)消化吸收美國(guó)機(jī)采棉設(shè)備的基礎(chǔ)上研制了適合中國(guó)國(guó)情的工藝及成套設(shè)備，經(jīng)過多年的努力我國(guó)棉機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)能力和制造技術(shù)已達(dá)到較高水平。以新疆兵團(tuán)為例，截至目前機(jī)采棉種植面積已達(dá)到70%左右，機(jī)采棉成套加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化、自動(dòng)化，生產(chǎn)線工藝技術(shù)及配套設(shè)備完全能夠替代美國(guó)產(chǎn)品。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、信息化互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)際上較先進(jìn)的國(guó)家已開啟了棉花加工的信息化、智能化的發(fā)展進(jìn)程。以美國(guó)為例，棉花加工生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了：生產(chǎn)線安裝Uster Intelligin檢測(cè)站，做到在線實(shí)時(shí)采集棉花質(zhì)量信息數(shù)據(jù)；皮棉清理機(jī)（排雜刀調(diào)節(jié)）對(duì)排雜量的智能控制；工藝過程回潮率智能控制。

棉花加工生產(chǎn)線做到了棉花質(zhì)量的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)及部分關(guān)鍵設(shè)備的智能調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了加工質(zhì)量的過程控制，棉花質(zhì)量得到有效保證。

二、國(guó)內(nèi)棉花加工企業(yè)的迫切需求

目前國(guó)內(nèi)棉花市場(chǎng)供大于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，紡織企業(yè)對(duì)原棉質(zhì)量要求越來越高。在這種市場(chǎng)背景下棉花加工企業(yè)依然采用傳統(tǒng)的管理及加工方式很難滿足市場(chǎng)需求，生產(chǎn)過程中棉花纖檢數(shù)據(jù)滯后，無法根據(jù)棉花特性及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)線，影響棉花加工質(zhì)量，制約了國(guó)內(nèi)棉花加工技術(shù)發(fā)展。

棉花加工企業(yè)亟待解決的問題如下：

1.棉花物理性狀不同、含水、含雜不同卻采取相同的加工工藝單一設(shè)備參數(shù)加工，人工控制滯后，加工的皮棉只能“事后驗(yàn)證”棉纖維損傷大、質(zhì)量較差；

2.有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員較少，缺乏對(duì)生產(chǎn)線有效的指導(dǎo)；

3.不同的技術(shù)人員指導(dǎo)，加工出的皮棉質(zhì)量不同，造成皮棉質(zhì)量趨同性差；

4.故障較多，設(shè)備運(yùn)行效率偏低；

5.關(guān)鍵零部件損壞時(shí)有發(fā)生，成本較高；

6.工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，用工量多；

7.火情時(shí)有發(fā)生，隱患較大；

8.大馬拉小車，能耗較高；

9.管理過程信息來源較少，缺少數(shù)據(jù)分析，難以做到科學(xué)化管理。

三、智能化技術(shù)的研發(fā)及發(fā)展

山東天鵝棉業(yè)機(jī)械股份有限公司從事棉花加工業(yè)已有70年的歷史，是國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)，從最早引進(jìn)消化吸收美國(guó)棉機(jī)工藝設(shè)備到實(shí)現(xiàn)我國(guó)棉花加工全程機(jī)械化、自動(dòng)化，以先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)一直走在行業(yè)前沿，是國(guó)內(nèi)唯一能夠提供棉花加工設(shè)備一站式供貨的企業(yè)，棉機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率遙遙領(lǐng)先。

針對(duì)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀，天鵝棉機(jī)率先在國(guó)內(nèi)提出了智能化加工理念，但因國(guó)內(nèi)外籽棉品種特性、含雜情況、氣候條件、管理方式不同，美國(guó)的信息化、智能化加工技術(shù)并不適用于中國(guó)的國(guó)情，無法達(dá)到理想效果，要想取得技術(shù)進(jìn)步，必須建立適用于我國(guó)棉花特性及區(qū)域氣候條件的信息化、智能化模式。

為實(shí)現(xiàn)智能化加工，必須做到棉花質(zhì)量的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，它是實(shí)現(xiàn)智能化加工的核心基礎(chǔ)，是智能分析、智能加工的根本依據(jù)。

美國(guó)Uster公司針對(duì)棉花質(zhì)量檢驗(yàn)設(shè)備在國(guó)際上具有很高的權(quán)威地位，國(guó)內(nèi)纖檢機(jī)構(gòu)大部分也都采用Uster的檢測(cè)設(shè)備，為此天鵝棉機(jī)與美國(guó)Uster公司達(dá)成戰(zhàn)略合作協(xié)議，研發(fā)適用于中國(guó)棉花特性和環(huán)境條件的在線檢測(cè)系統(tǒng)，于2004年將Uster In?telligin檢測(cè)站安裝在天鵝棉機(jī)慶云棉花加工試驗(yàn)基地進(jìn)行在線試驗(yàn)。同時(shí)公司與山東大學(xué)、新疆石河子大學(xué)合作，共同研究不同生產(chǎn)線工藝流程、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、溫濕度條件對(duì)棉花質(zhì)量的影響關(guān)系，建立多變量數(shù)學(xué)模型，提供智能化分析依據(jù)。

為擴(kuò)大試驗(yàn)完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，2011年將Uster Inteliigin檢測(cè)站安裝在第八師149團(tuán)進(jìn)行在線機(jī)采棉檢測(cè)試驗(yàn)，并驗(yàn)證前期數(shù)學(xué)模型的可靠性，同時(shí)對(duì)南疆籽棉特性做了調(diào)查研究，經(jīng)過三年不同區(qū)域的應(yīng)用試驗(yàn)，棉花檢測(cè)站檢測(cè)技術(shù)與智能分析數(shù)學(xué)模型已逐步完善，能夠根據(jù)不同的棉花特性，通過智能模型分析制定出最佳加工方案，做到真正的“因花配車”，達(dá)到提升皮棉質(zhì)量的目的。

在實(shí)現(xiàn)“因花配車”智能化加工基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)內(nèi)棉花加工廠現(xiàn)狀及存在問題，對(duì)智能化系統(tǒng)進(jìn)行了功能擴(kuò)展，具體功能實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線節(jié)能；火情實(shí)時(shí)監(jiān)控；人身安全防護(hù)；全面精準(zhǔn)的電流、電壓、轉(zhuǎn)速、風(fēng)壓、軸承溫升等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析，做到故障預(yù)警、報(bào)警及故障聯(lián)動(dòng)；棉模數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)的信息化管理；遠(yuǎn)程維護(hù)與支持。

從提升棉花質(zhì)量、減少纖維損傷、節(jié)能降耗、故障預(yù)警、火災(zāi)安全聯(lián)防、數(shù)據(jù)管理等方面著手，系統(tǒng)地解決國(guó)內(nèi)棉花加工廠的上述問題。

該項(xiàng)目做到了棉花智能化加工、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與信息化管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有籽清設(shè)備、軋花設(shè)備、皮清設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及工藝流程、烘干溫度、籽棉回潮、加工產(chǎn)量的智能化分析調(diào)整，生產(chǎn)線智能化程度比美國(guó)（美國(guó)智能化加工只對(duì)皮清機(jī)排雜刀進(jìn)行單一調(diào)整）有了大幅度提高。對(duì)比原有生產(chǎn)線，從機(jī)械化、自動(dòng)化狀態(tài)直接升級(jí)到信息化、智能化加工及管理模式，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)棉花加工技術(shù)的跨越升級(jí)，綜合技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。

四、相比傳統(tǒng)棉花加工生產(chǎn)線，智能化系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)

對(duì)比項(xiàng)目傳統(tǒng)方式加工質(zhì)量控制完全依靠個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，棉花質(zhì)量只能事后驗(yàn)證。智能化系統(tǒng)棉花質(zhì)量信息在線實(shí)時(shí)采集，利用智能分析軟件制定出最佳加工方案，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)生產(chǎn)線工藝流程及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，由傳統(tǒng)加工后質(zhì)量不可改變的實(shí)事轉(zhuǎn)變?yōu)橐再|(zhì)量為目標(biāo)的過程控制，棉花質(zhì)量得到保證。故障生產(chǎn)線故障沒有預(yù)警、報(bào)警，只能靠工作人員進(jìn)行巡視發(fā)現(xiàn)，容易造成設(shè)備堵塞、零部件損傷，甚至造成人員傷亡實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，做到故障預(yù)警、報(bào)警及故障聯(lián)動(dòng)，減少故障率，減少零部件損壞。能耗風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，能耗較大勞動(dòng)力根據(jù)設(shè)備參數(shù)、信息，通過智能分析后得出優(yōu)化方案，調(diào)整風(fēng)力系統(tǒng)，以最佳的功率輸出驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線運(yùn)行，節(jié)能10%～15%勞動(dòng)強(qiáng)度降低，減少用工設(shè)備管理信息化管理，預(yù)防式維修，針對(duì)性制定維修、配件計(jì)劃；安全性勞動(dòng)強(qiáng)度大，人員需求較多設(shè)備故障發(fā)生后進(jìn)行維修，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響生產(chǎn)進(jìn)度在生產(chǎn)過程容易出現(xiàn)因誤操作引發(fā)安全事故提供安全到位的防護(hù)裝置和安全技術(shù)手段，保障生產(chǎn)加工過程中的人身安全

2014年第七師125團(tuán)、第一師1團(tuán)分別安裝了1 套Uster智能化系統(tǒng)，成為試驗(yàn)示范點(diǎn)，2015年新增智能化系統(tǒng)在第八師149團(tuán)安裝了2套、第六師芳草湖四場(chǎng)安裝了1套、第二師33團(tuán)安裝了1套、第一師13團(tuán)安裝了1套，共形成涵蓋南北疆6團(tuán)7線的中試規(guī)模。通過這套智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了加工方式的規(guī)范、統(tǒng)一，避免了相同籽棉、相同設(shè)備下，不同加工人員操作造成皮棉質(zhì)量差異化較大的問題，保證了皮棉質(zhì)量的趨同性，提高了管理水平，達(dá)到了提質(zhì)、增效、降本的目的，得到客戶好評(píng)。

五、智能化技術(shù)推動(dòng)加工企業(yè)在新形勢(shì)下的變革

智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期以來棉花加工行業(yè)追求的“因花配車”精細(xì)化加工理念，以最小的棉花損耗、最小的棉花損傷加工出質(zhì)量最好的棉花，實(shí)現(xiàn)軋花廠效益最大化，由傳統(tǒng)加工后不可改變的質(zhì)量現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐再|(zhì)量為目標(biāo)的過程控制，達(dá)到高品質(zhì)質(zhì)量要求。

當(dāng)今，棉花市場(chǎng)供大于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，紡織企業(yè)對(duì)原棉質(zhì)量要求越來越高，這給國(guó)內(nèi)棉花種植、加工帶來新的挑戰(zhàn)，而棉花加工企業(yè)采用的傳統(tǒng)的管理及加工方式很難滿足市場(chǎng)需求，“智能化”新技術(shù)的應(yīng)用成為棉花加工企業(yè)推進(jìn)供給側(cè)改革實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展之路。

六、智能化有待提高的方面

智能化在國(guó)內(nèi)棉花加工行業(yè)中還處于發(fā)展的初級(jí)階段，因區(qū)域籽棉特性、原有生產(chǎn)線加工性能及技術(shù)管理的不同，取得的成效也存在一定差距，還需繼續(xù)對(duì)智能化系統(tǒng)及配套數(shù)控裝備進(jìn)行深化研究，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的棉花加工生產(chǎn)線，將眾多的外在影響因素做到程序化管控，取得更好的效益。

項(xiàng)目名稱：機(jī)采棉原棉品質(zhì)控制技術(shù)研究與示范

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目課題（2014BAD09B02）