針織面料生產智能制造通用信息模型標準化研究

中國紡織機械協會 侯曦 東華大學 周亞勤 袁廣超 中國電子標準化研究院 卓蘭／文

針織面料生產智能制造通用信息模型標準化研究

中國紡織機械協會 侯曦 東華大學 周亞勤 袁廣超 中國電子標準化研究院 卓蘭／文

目前，我國高端針織面料的設計、生產、管理等信息化應用整體水平不高，與日韓、歐盟等高端面料制造強國仍有差距。本文針對高端針織面料生產的全過程，提出了針織面料生產的設計、工藝、制造和設備的全流程信息模型技術架構，建立了針織面料生產智能制造的通用信息模型，并設計了通用信息模型的試驗與驗證平臺方案。

針織面料 智能制造 通用信息模型 標準化

紡織行業產業鏈長、生產工序多、裝備門類多，導致了紡織產業的生產周期長、效率低、勞動用工成本高。生產單機設備向成套系統集成，紡織生產向自動化、數字化、信息化轉型，并實現紡織生產的智能制造，從而縮短紡織裝備的工藝流程、提高原材料及設備的利用率，是紡織行業的發展方向。

目前，我國高端針織面料的設計、生產、管理等信息化應用水平不高，與日韓、歐盟等高端面料生產強國仍有差距[1-2]。在國家有關部委的大力支持下，針織行業在智能制造方面已取得了一定成效，建立了針織品柔性定制與生產一體化等試點示范生產線；建立面向行業的智能工廠/數字化車間通用模型將更快地促進我國針織行業實現面料生產的智能化。現在，針織生產信息模型、針織數字化車間智能制造的通用模型等智能制造的標準研究已經展開，部分研究項目也得到了國家工信部“智能制造專項”的支持。

本文結合 “智能制造專項”的立項課題，以高端針織面料智能生產的織造、印染和后整理過程為突破點，研究針織面料生產的設計、工藝、制造和設備的智能管控，提出了針織面料生產的設計、工藝、制造和設備的全流程信息模型技術架構，探討建立針織面料生產智能制造的信息模型，并設計通用信息模型的試驗驗證方案。為針織面料生產企業提升生產管理水平、實現智能生產提供參考。

1 針織面料生產信息模型技術體系結構

針織面料生產信息模型技術體系主要包括車間、工藝流程、生產裝備以及流轉其中的數據，并充分考慮針織面料織造的經編和緯編兩種工藝，形成針織面料生產全流程信息模型技術架構如圖1所示。

圖1 針織面料生產全流程信息模型技術架構

針織面料智能制造過程的核心是智能裝備間的互聯互通，根據不同的工藝特點，將針織生產過程中的產品工藝、生產流程、設備狀態和訂單處理等構建多維度的元數據體系，基于XML來進行針織生產全流程數據的基礎描述。

針織面料智能制造的智能化體現在基于數據驅動的數字化管控，通過織造車間、染色車間和后整理車間對應的底層智能設備的互聯互通，建立全流程數據采集系統，收集工業大數據，建立關鍵裝備的預防性維修，實現生產流程的優化以及生產物料的合理化配送。

2 高端針織面料生產全過程數據描述規范

對針織面料生產全流程涉及的數據進行抽象分析，梳理形成產品信息數據、設備信息數據和生產流程包含的各工序數據，建立高端針織面料生產全流程多維的數據描述模型，如圖2所示。

圖2 針織面料生產全流程多維數據描述模型

（1）產品維數據：由訂單信息、產品信息和紗線原料信息構建產品維的元數據體系。包括訂單、客戶、產品、紗線原料、原料供應商等數據對象。

（2）設備維數據：設備維數據主要包括設備的基本信息、狀態信息和維保信息等數據。分別建立織造設備、染色設備和后整理設備這些信息數據對象。

（3）生產流程維數據：從工序流程、實時生產和質量檢測三個方面分別對生產流程維中織造工序、染色工序和后整工序中的生產流程維數據進行描述。

AutomationML是 基 于XML的 標 準 系 列（IEC 62714），可用于描述生產過程中設備或工藝過程。利用AML對針織面料生產流程中的設備和織造、染色、后整理工藝過程中的數據進行規范性描述，實現針織生產全流程數據的基礎描述。

3 針織面料生產全流程數據管理方法

高端針織面料生產全流程數據管理體系架構如圖3所示，分析針織面料生產全流程中的數據源和數據存儲方法，對針織面料生產全流程進行數據采集和數據存儲。

圖3 高端針織面料生產全流程數據管理體系架構

從針織面料生產全流程中各個工序流程獲取需要的數據，并對這些數據進行必要的存儲、分析處理，最終形成一個完整統一的應用執行全視圖，并以友好方式提供給最終用戶，通過對一些數據信息預定義控制規則，在以近似實時的獲取到數據源信息的情況下，可對針織面料生產全流程中各工序系統的運行現狀及可能出現的情況做出判斷或預判，為避免和第一時間發現并解決問題提供有力的保障。

4 標準試驗與驗證

標準是為了指導和落地應用，為此本文構建高端針織面料生產智能管控通用信息模型的驗證平臺，為標準試驗驗證提供平臺，實現針織面料生產全流程數據描述的驗證。驗證平臺的功能模塊如圖4。

圖4 針織面料生產智能管控標準驗證平臺

面向針織全流程通用信息模型的驗證平臺包括面向針織全流程應用業務需求的上層驗證平臺功能與面向數據信息處理的底層驗證平臺功能兩部分。

上層驗證平臺功能服務于針織面料生產的全流程，其核心業務是智能管控，圍繞針織面料生產過程中的核心流程：織造、染色和后整理。從針織面料生產中的設備狀態、產品質量、系統運行三個維度出發，圍繞設備的運行狀態優化、產品的生產工藝優化、車間的運作優化三個主題，規劃上層平臺的核心功能。圍繞核心功能，配備設備數據管理、產品數據管理、生產數據管理模塊，形成面向針織面料生產智能管控通用信息模型的應用平臺。

底層驗證平臺功能主要包括針織面料生產數據基礎平臺搭建，實現硬件的合理布設與互聯；針織面料生產數據存儲與組織，為上層應用提供可靠、可復用的數據；針織面料生產數據查詢，實現企業現有信息系統數據庫與信息模型新建數據庫的組合查詢；針織面料生產數據平臺接口與集成，實現數據導入導出；針織面料生產數據可視化，實現車間設備監控信息、數據挖掘分析結果的圖形化展示；針織面料生產數據挖掘與分析，對車間關鍵指標進行統計計算。

4 結語

本文提出了構建針織面料生產信息模型技術的體系結構，結合織造、染色與后整理三大工藝流程，實現了設計、生產與管理的數據統一定義、存儲和協同分析，進一步發揮了針織面料生產過程數據信息的價值；物料流轉全程可追溯，可大幅提升生產的透明化、聯通性和可追溯性。該研究將促進高端針織面料生產的精細化、智能化發展，有效提升系統生產效率和設備不停機工作時間，減少染色瑕疵等。未來，針織面料智能制造通用模型的標準化體系形成后，將為針織面料的產品品質和生產管理提升帶來很大幫助，更為企業如何實現針織面料的智能化生產提供具體的理論依據。

[1]吳迪.把握行業特點大力推進紡織智能制造[J].紡織服裝周刊,2015,No.7402012-13.

[2] 紡織工業“十三五”發展規劃[J].紡織科技進展,2016,No.190 11 2-4.