針織智能制造研究進展

蔣高明， 高 哲， 高梓越

(1. 江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122； 2. 生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

針織智能制造研究進展

蔣高明1,2， 高 哲1,2， 高梓越1,2

(1. 江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122； 2. 生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

為探討針織行業智能制造的發展趨勢，首先闡述智能制造的含義，將針織智能制造細分為針織產品設計智能化、針織裝備控制智能化、針織生產管理智能化、針織服裝營銷智能化、針織產品性能智能化和針織產業服務智能化6個方面，并對每一方面的研究進展進行全面論述；提出針織智能制造解決方案，介紹針織智能制造關鍵技術的研發、推廣現狀及具體應用；指出了智能制造是我國針織行業在新常態下打造新的國際競爭優勢的必然選擇；強調提升智能制造水平是促進經濟中高速增長、邁向中高端水平提供堅實有力的支撐。

針織； 智能制造； 裝備智能化； 生產制造執行系統； 全成形服裝； 智能穿戴

智能制造是我國制造業發展的必然趨勢，是制造技術與數字化、智能化技術的高度交叉融合[1]。智能制造系統不僅能夠在實踐中通過知識獲取不斷地充實知識庫，同時搜集、理解和優化環境信息與自身信息。智能制造以自動化和數字化為基礎，網絡化互聯為支撐，形成高效、優質、清潔的制造模式，全面提升產品的設計、制造、管理和服務水平，使傳統生產模式和產業形態得到深刻改變[2]。

作為新一輪工業革命的核心技術，智能制造既是《中國制造2025》的主攻方向，又是一項大的系統工程，要以智能產品為主題、以智能生產為主線、以產業模式變革為主題、以工業互聯網為基礎。

本文將從針織產品設計智能化、針織裝備控制智能化、針織生產管理智能化、針織服裝營銷智能化、針織產品性能智能化和針織產業服務智能化6個方面系統討論針織智能制造的研究現狀并針對智能制造的發展方向進行展望。

1 針織產品設計智能化

智能化針織產品設計是進行針織產品快速研發和生產的先決條件，通過單機版或基于互聯網的針織物計算機輔助設計(CAD)系統來實現。

單機版針織物CAD技術是針織工藝設計技術人員和計算機協同工作，彼此發揮各自長處的專門技術。它利用計算機的計算及判斷功能進行各種針織產品的設計、仿真與展示。但單機版的CAD系統存在不能面向產品的全生命周期、難以實現異地協同設計、產品數據管理混亂等問題[3]。因此，將CAD技術與互聯網技術結合，能夠有效地解決單機版CAD的局限性，提高針織產品設計智能化程度。

互聯網針織CAD系統(iKDS1.0)采用B/S架構，具有花型設計、工藝設計、織物仿真、虛擬展示等功能，并建有針織產品數據庫，用戶可直接通過智能終端隨時對針織物進行設計[4]，如圖1所示。該系統結合云存儲、針織物仿真、虛擬展示和三維模擬等技術，通過大數據相關技術，對所有存儲信息進行分析，對針織產品進行智能設計與優化。免安裝、免硬件、免維護是系統的最大特點，有利于降低企業成本，符合當前的“快時尚”營銷理念。針織產品設計的智能化為企業產品的快速研發、提升產品質量和水平、提高產品市場競爭力提供了有力支持[5]。

圖1 基于互聯網的針織CAD系統Fig.1 Knitting CAD system based on the internet.(a) B/S architecture； (b) Internet knit CAD interface

2 針織裝備控制智能化

針織裝備控制智能化是實現針織高精度、高品質、高效率生產的重要前提。主要體現在經編機計算機輔助制造(CAM)系統以及經編機在線疵點檢測系統的研發和推廣。

2.1 經編CAM系統

經編機CAM系統的研究包括高動態響應的電子橫移系統、高動能壓電陶瓷賈卡系統和經編裝備集成控制系統的研發如圖2所示[6-7]。采用工業控制計算機(IPC)實現對經編機電子多速送經、電子梳櫛橫移、電子多速牽拉/卷取和電子賈卡提花等模塊的實時控制與管理[8]，具有以下優點。

1)實時生產數據管理，人機界面友好，操作直觀簡便。

2)系統具有在線花型編輯、顯示、下載功能，實時顯示花型編織位置，可在線進行花型修改。

3)送經/牽拉/橫移等驅動采用高性能交流伺服系統，響應快捷、運動精確。

4)由柔性的電子凸輪控制梳櫛橫移，最高機速可達1 500 r/min以上，累計橫移針數可達64針以上。由江南大學自主研發的WKCAM3.0已經推廣至國內50多家經編企業，花高可達8 000橫列以上，并已得到包括長樂源達、晉江佶龍、浙江越劍等多家公司的廣泛認可。

圖2 經編機集成控制系統Fig.2 Integrated control system for warp-knitting machine.(a) Control System; (b) Warp knitted CAM interface

2.2 經編機在線疵點檢測系統

針對經編織物經常出現的疵點，研究開發織物疵點在線檢測系統顯得尤為重要，系統主要包括圖像采集、疵點識別以及機械控制等模塊，如圖3所示?？椢锎命c在線檢測系統可實現實時在線檢測，減少用工。該系統先由安裝在經編機上的高分辨率工業相機實時獲取織物圖像，專業開發的圖像處理軟件可檢測經編織物織造過程中的斷紗、漏針、撞針、油污、破洞等疵點[9]，織物上若有疵點存在，系統會控制經編機停止工作以防止問題擴大從而造成更大損失。

圖3 經編機在線疵點檢測系統Fig.3 On-line inspection detecting system of warp-knitting machine. (a)Industrial camera; (b) Inspection detecting system interface

3 針織生產管理智能化

3.1 針織生產管理模式的變革

管理智能化是制造業中各個行業最具共性的領域。隨著智能制造的深度開展，企業生產數據具有更高的實時性、完整性和準確性，這就要求企業具有更加精確、高效、科學的管理，進而達到管理智能化水平[10]。只有通過管理決策，將生產過程智能化管理智能化系統集成，才能取得更大的經濟效益。因此，廣義的智能制造應該還包括管理的智能化。

針織行業是最早實現企業管理信息化的行業之一，具有很好管理智能化的基礎。目前，大中型企業已普遍應用企業資源計劃(ERP)，一些企業也開展了物流信息化和能源管理信息化試點，綜合集成應用更是作為關鍵技術在“十二五”期間開展攻關。下一階段發展的重點主要有3個方面：加強綜合集成應用的開展；加強企業級知識庫和專家系統的開發建設；加強云計算、大數據、移動互聯網等新一代互聯網技術的應用，開發新的管理模式和功能，向新的領域延伸[9]。

3.2 針織智能生產管理系統

針織智能生產管理系統是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統，是ERP與過程控制系統(PCS)直接連接的紐帶，它將制造系統中的生產計劃、進度安排、物料流動、物料跟蹤、過程控制、過程監視、質量管理、設備維護、信息管理、效能分析等進行一體化集成，以最終實現智能化的生產管理平臺[10-11]，如圖4所示。該系統的關鍵技術涉及無線射頻識制(RFID)技術、紫峰協議(ZigBee)技術、Wi-Fi技術、Web技術和大數據技術[12]。針織智能生產管理系統的研發和推廣改善了企業生產管理數據滯后、排產無據、考核粗獷、質量難追溯和聯網困難的現狀，為企業實現實時監控生產現場、建立完整產品追溯體系和科學安排生產任務以及實行精細化管理，提高管理效率、降低生產成本奠定了重要基礎。

圖4 針織生產管理系統Fig.4 Knitting manufacturing management system

4 針織服裝營銷智能化

針織服裝營銷智能化的關鍵在于全成形定制技術的研發與推廣，在互聯網+服裝定制的趨勢推動下，為讓用戶足不出戶享受到量身定制服裝的優質服務，用戶可在Web網頁或移動客戶端上進行針織服裝的挑選、試衣和付款[13]。針織服裝營銷智能化具有以下優勢。

1)縮短生產流程，下機后無需再經過昂貴且費時的套口、縫合等工序，大大降低了用工用時(減少53%)；生產周期縮短50%，現在15天左右可交貨。

2)降低原料損耗，相對于衣片成形降低了2%。

3)改善產品性能，全成形針織服裝本身線條優美、流暢，穿著合體、舒適，備受消費者青睞。

4)改變生產模式，全成形針織改變了針織產品設計、生產和流通的方式，形成針織服裝生產的全新解決方案。

針對針織服裝營銷智能化的需求，國內已自主設計開發出了基于互聯網的針織服裝定制系統(iKEC1.0)，如圖5(a)所示。在使用中，用戶通過選擇款式、顏色、原料定制服裝。系統建有強大的服裝尺寸庫，根據輸入的人體尺寸數據生成定制服裝的所有尺寸，并自動生成訂單，同時可以查看根據人體尺寸與服裝尺寸生成的三維虛擬展示效果與仿真圖。同時，應用WebGL技術生成人與服裝的三維模型，如圖5(b)所示。在服裝定制過程中根據定制信息隨時生成虛擬展示效果，以供用戶查看，達到了未生產先實現的要求[14-16]。

圖5 服裝營銷智能化技術Fig.5 Intelligent technology of clothing marketing. (a) Personalized customization system；(b) Virtual Exhibition

針織服裝營銷智能化顛覆了傳統的針織服裝生產方式、營銷模式和使用方式[17]，充分滿足現階段消費者對產品個性化、時尚化、定制化的需求，符合當下“快時尚”的營銷理念。

5 針織產品性能智能化

針織產品性能智能化是新時代發展對于針織產品提出的新要求，是實現針織產品高科技、高品質和高附加值的關鍵。就針織行業而言，智能服裝是作為最終消費品的典型代表，同時也是“十三五”期間的大力推廣項目[18-19]。

2014年可穿戴設備元年，智能手環、手表、眼鏡為主要載體的“戴”設備發展迅猛。2015年載有智能元器件的智能服裝成為突破性智能穿戴技術。廣泛應用在運動追蹤(步數、路線、能量消耗、姿勢)和體征監測(睡眠、心跳、呼吸、體溫、血壓、體表壓力)[20]。2016年迎來了智能服裝產業的爆發，全年出貨量達到2 000余萬件，穿著舒適、可機洗、時尚化、個性化的智能服裝成為智能穿戴技術的發展目標。在科技發展的今天，人們對穿衣的要求不僅僅是美觀御寒，還需要通過更多功能化的服裝滿足日益增大的需求。傳統服裝從千百年來的單一功能演變到當代的功能型服裝，隨著科技的進步、物聯網的發展[21]，智能服裝必然會成為下一時代的穿衣潮流，圖6示出針織智能服裝的樣圖。

圖6 針織智能服裝Fig.6 Knitted intelligent clothing

6 針織產業服務智能化

創新是制造業最大的推動力，離不開服務智能化系統的支撐，這就決定了制造業未來的發展方向是服務智能化。各種形式的智能化服務平臺促進了制造企業與服務機構的資源整合和業務融合，使制造企業能夠不斷拓寬業務范圍，覆蓋設計、研發、物流、營銷、培訓、服務等全產業鏈業務。

針織行業在服務智能化轉型方面雖然處于起步階段，但已有一些典型應用，如中國輕紡城的“紡織云”在線辦公服務，福建睿能的電腦橫機遠程平臺服務等。

推動針織行業服務智能化，要發展電子商務、網絡協同智能設計、在線實時監測、遠程故障診斷和維護、智能化供應鏈管理等基于互聯網和信息技術的服務功能，重點應用云計算、大數據等新技術。針織服裝家紡企業可借助云計算、大數據等技術進行產品跟蹤，開展建模分析和優化客戶服務，進而改進產品的設計與生產；針織機械企業可建立面向用戶的遠程服務平臺，通過遠程監測軟件對生產現場裝備進行實時監控，并提供故障診斷、遠程維護等服務；針織軟件服務商可根據紡織企業客戶的具體需求，通過云服務平臺提供針織軟件的SAAS服務等。

目前，國內已建成多個針織產品服務智能化平臺，并成為該領域的成功案例。

1)“紡織云”是國內首個專門針對紡織企業的云計算平臺，它通過最新互聯網應用技術，幫助紡織企業在網上管理生產經營?！凹徔椩啤钡拇罱ㄟM一步整合了全國紡織行業的“信息孤島”，并將其共享于紡織產業鏈上的相關企業，有助于提高企業的競爭力。此外，經營者還可通過此平臺實現在線辦公，如產品設計管理、客戶管理、倉儲管理、員工管理等[22-23]。

2)2014年國內首家紡織服裝行業綜合性服務云平臺——服裝紡織時尚云平臺在常熟上線，這一平臺將通過現代信息技術幫助企業提升整體競爭優勢，助推產業轉型升級[24]。

3)“紗和尚”打造國內第一家專注于毛針織服裝行業智慧云服務平臺，把傳統紡織業“趕”到線上來，讓行業信息共享，讓整個紡織產業鏈產生巨大價值[25]。

4)江南大學自主研發了針織云服務平臺，具有針織產品、針織設備、針織客戶、機型查詢、遠程診斷、生產計劃、三維展示、針織培訓、針織考試等功能。

7 結 語

智能制造是制造業未來發展的核心內容和重要趨勢，也是加快行業發展方式轉變，促進制造業邁向中高端、建設制造強國的重要舉措，也是新常態下提高國際競爭力的必然選擇。針織行業智能制造應著力弘揚工匠精神，精益求精、增效提質、追求卓越，將創新貫徹到企業發展的每一個環節，不斷攻克核心技術和開發關鍵工藝裝備，進一步提升智能制造、綠色制造水平，為促進針織行業長期繁榮發展，邁向中高端水平提供堅實有力支撐。

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Researchadvanceofknittingintelligentmanufacturing

JIANG Gaoming1,2， GAO Zhe1,2, GAO Ziyue1,2

(1.EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu21422,China)

The definition of intelligent manufacturing was put forward. The research progress of knitting intelligent manufacturing was discussed from six aspects of intellectualization, including knitted product design, knitting equipment controlling, knitting manufacturing control, knitted apparel marketing, knitted product performance and knitting industrial service. The development of key technologies for knitting intelligent manufacturing was introduced. It is presented that the intelligent manufacturing is the inevitable choice for elevating the international competitive advantage under the new normal. Besides, it is emphasized that promoting intelligent manufacturing level would provide substantial support for rapid economic growth and high-level development.

knitting; intelligent manufacturing; equipment intelligence; manufacturing execution system; whole garment; wearable intelligent apparel

TS 103

A

10.13475/j.fzxb.20170700607

2017-07-03

2017-07-07

國家工信部智能制造綜合標準化與新模式應用項目子課題(工信部聯裝【2016】213號)；江蘇省自然科學基金項目(BK20151129)；江蘇省產學研聯合創新基金—前瞻性聯合研究項目(BY2016022-35)；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目(蘇政辦發【2014】37號)

蔣高明(1962—)，男，教授，博士。主要研究方向為針織裝備數字化控制、針織智能化生產與管理、針織互聯網技術、針織結構增強復合材料。E-mail: jgm@jiangnan.edu.cn。