工業物聯網：紡織工業的需要

P.Vora A.Powar

1.D.K.T.E.社會紡織工程研究所（印度）

2.國立高等紡織工藝學校（法國）

3.法國里爾第二大學（法國）

作為一項新興技術，物聯網（IoT）有望改變紡織工業許多現有系統（如運輸系統和制造系統等）的操作和作用。若干工業物聯網項目被引入農業、食品加工業、環境監測、安全監測及其他領域。迄今為止，物聯網一直在物流、制造業、零售業和制藥等行業備受青睞。隨著無線通信、智能手機和傳感器接口技術的發展，越來越多的聯網設備或智能對象被納入物聯網。當前是將物聯網融入紡織制造業／紡織廠的黃金時期。如圖1所示，制造業物聯網體現了信息技術與制造業的融合。

無法預測的定制訂單在高峰時期可能會給生產企業帶來困難，導致長時間的等待，進而對消費者產生潛在的負面影響。但另一方面，這些訂單又可以幫助企業增加收入和競爭優勢，改善現金流，減少浪費。大規模定制還可以為產品開發、在線營銷和有關活動提供有價值的數據。數字傳感器和智能標簽的采用，可提供可視性與靈活性，并控制產品流程，制造業、供應鏈物流將受益于此。大規模定制將通過物聯網、傳感器和智能分析實現。

圖1 信息技術與制造業的融合

1 工業4.0的發展及其對紡織工業的貢獻

買方的主導作用可能會繼續決定未來的價值鏈。目前，所有的供應鏈流程和行業活動都是根據客戶的滿意度和期望開展的。市場對定制產品的需求越來越大?？蛻舨幌胭徺I標準產品，而要求更個性化的產品和服務?；诖耍I流程和供應鏈運作都將不得不根據這些新準則進行重新設計。為達到競爭所要求的速度和靈活性，技術已經成為這個時代行業最重要的元素之一。

工業4.0的發展主要是基于數字技術。第四次工業革命正在努力整頓供給、物流、消費與生產等各環節。實現這一目標的最佳途徑是提高工廠的技術水平。這有可能減少人為因素導致的各種錯誤。紡織與服裝行業人力資源過度使用、技術力量不足等問題，致使行業的產量和效率不高。由于紡織業缺乏靈活的經營結構，無法平衡這些問題，因此在高壓競爭面前不夠強大。與此同時，行業還面臨新的挑戰：產品需更加個性化及多樣化，必須在更短的時間內適應市場需求，產品的生命周期比以往任何時候都更短，市場競爭也更加激烈。另外，紡織與服裝行業表現出對勞動力的高度依賴，往往集中在供應、生產、質控和物流過程中出現人為失誤。除此之外，客戶期望和需求的變化水平也非常高，沒有人愿意購買其他顧客購買過的服裝商品。因此，企業必須進行特殊的產品圖案設計，生產定制產品。工業4.0可以幫助紡織服裝行業解決這些困惑。根據工業4.0及先進技術，對工業流程進行重新設計，在紡織價值鏈中，所有與供應、生產、質量和物流相關的流程都可能變得更加靈活、快速和有活力。紡織服裝行業通過生產和物流手段的轉變，可以更加靈活并快速有效地響應客戶的需求。

2 IoT在紡織工業的潛在應用

2.1 傳感器在材料容器中的使用

紡紗、織造、整理等基本工藝是實現紡織產業升級的關鍵。紡織4.0是推動自主生產的過程鏈。自主生產所需信息的載體可以是紡織材料容器、筒子、經軸，也可以是織物本身。射頻識別（RFID）和傳感器是收集和存儲信息（如與產品相關的運維狀態信息等）的基本模塊。生產單元將快速、靈活地進行自我配置和自我優化，以滿足預先確定的生產率和質量標準（圖2）。此外，收集到的信息將作為數據輸入企業資源計劃管理系統（ERP系統），以供將來的管理決策使用。

圖2 織造工藝自優化

2.2 傳感器在機器與設備中的使用

傳感器可以在機器和設備中得到廣泛應用，利用人工智能（AI）和物聯網的概念對環境進行控制和監察。溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、振動傳感器、入侵傳感器等可用于識別當前工作參數和目標條件。傳感器的信號值可與智能手機共享。機器操作員可為放置在工廠中的每個傳感器設置閾值。智能手機可根據輸入的信號檢查閾值。當遇到異常情況時，蜂鳴器或警報等設備可通知操作員或工廠負責人。之后，在人工智能的幫助下，電機或有關操作部件接收到必要步驟的指令，采取適當措施解決這個問題。為使人工智能更完善，需在數據庫中輸入和存儲大量以往的數據。

2.3 編織中的人工智能

利用“自動化信息系統”，即商業上所稱的“織機數據解釋系統”，可更好地控制和監測生產。該系統的主要優點是可以更好地控制織機生產的質量和產量，從而提高整個系統的生產效率?？棛C的管理及確保織機達到最大生產效率，是工廠盈利和成功的關鍵。工廠的每臺織機連續工作確保了生產率。擁有能夠提供織機實時視圖系統的想法，催生出織機數據系統。該系統建立了機器監控平臺，實時采集機器信息（工作參數），實現了機器故障信息的及時反饋。正確地分析和存儲機器啟動后的數據非常重要。分析數據是為了獲得有用且適用的信息，這些信息可被人工神經網絡利用。無論數據是定性的還是定量的，神經網絡都可以描述和匯總數據；確定變量之間的關系；比較變量；確定變量之間的差異；預測結果。織機數據系統有助于管理者提高工廠的生產力和整體質量：

——系統自動化通過控制工廠的風冷系統實現；

——系統中的噴霧元件也實現了自動化，從而可獲得高質量的產品；

——綜合控制質量管理和電能消耗，使其高效、經濟；

——實現了對錐／梁／罐的輸入庫存和輸出數量的監控；

——內部存儲值可隨時隨地查看。

3 結語

全球“再工業化”的影響將使制造業更具競爭力。紡織業必須意識到新的挑戰，采取審慎明智的措施，以降低生產成本，提高生產效率，改變勞動力結構。工業物聯網是一個復雜而有益的信息物理系統，它集成了具有識別、處理、傳感、通信和聯網能力的各種設備和機器部件（圖3）。尤其是傳感器和執行器，變得越來越引人注目，更便宜、更小，使其在與實時監控應用程序集成時具有通用性。紡織業在使用物聯網設備開發自動化監控、管理、經營和維護等工業應用方面落后于其他行業。隨著技術和工業基礎設施的加速發展，紡織業迫切需要物聯網的廣泛應用。紡織業和服裝業必須意識到第四次工業革命新模式即將出現。在未來的幾年里，由于極端波動的市場條件和日益激烈的競爭，建立智能工廠將是滿足不斷變化的客戶需求的唯一選擇。這樣，紡織業才能從根本上解決勞動力密集、能源成本高及市場模糊等問題，才能提高生產效率和生產力，同時實現高水平物流服務。

圖3 工業物聯網系統示意圖