傳統紡紗設備智能化升級改造思路探討

王士合

（山東華興紡織集團有限公司，山東泰安，271400）

科技創新孕育新的突破，近幾年智能制造已成為世界制造業發展的大趨勢。傳統紡紗企業在智能化熱潮面前承受著巨大的壓力，通過更新自動化、連續化設備來實施智能化改造后效果明顯，但也存在資金投入大、財務成本偏高等問題。我公司通過對新設備在智能化實施過程中取得的經驗進行總結，并借鑒到傳統設備的改造中，為紡紗設備升級注入智能化基因，讓傳統設備煥發生機。

1 紡紗智能化進程及問題

1.1 紡紗智能化發展進程

在2015年，山東華興紡織集團有限公司（以下簡稱山東華興）敏銳地認識到智能制造將給紡織行業帶來機遇和發展，便組建了信息化技術團隊，結合紡織業務特點，進行了5萬錠智能紡示范車間的建設。從清梳聯到成包的七個工序選用了五個國家和企業的紡織主機，集眾家之長，優化配置，通過AGV小車和仿真無人打包系統，形成了全自動生產線。與各設備廠商深入協調開發了數字接口，將各設備數據匯集到獨立開發的紡紗管理系統中，部分實現了自動分析、決策和反饋，實現了大卷裝、高速度、自動換筒接頭和半制品的自動運輸，并實現了自動包裝和入庫，提高了勞動效率，萬錠用工降低到15人以下，明顯降低了生產成本。

1.2 紡紗智能化發展存在的問題

目前部分企業雖然擁有了不少自動化設備，并使用ERP管理，甚至與移動互聯網終端相連，便于管理者實時掌握各類生產信息，但這距離“機器間的信息交互”“以工業大數據的分析作為依托”“賦予機器決策能力”顯然還有差距，還遠遠達不到工業4.0階段。智能化是在自動化基礎上通過應用軟件的全面升級，要達到生產制造自動化、管理流程數字化、企業信息網絡化、智能制造云端化的要求，因此紡紗智能化要走的路還很長。

目前我國企業對精益生產的認識很有限。據2019世界智能制造大會發布的數據統計，全中國制造業中非生產人員大概有4 000萬人，其中只有2.5萬人左右理解并專注于精益生產。精益生產薄弱會影響智能化效果，所以不要在落后的工藝基礎上做自動化，不要在落后的管理基礎上做信息化，不要在不具備數字化網絡化基礎上做智能化。

智能化紡織機械是在原有機電一體化設備的基礎上，通過數字化和計算機技術，融合傳感器技術、信息科學、人工智能等新思想、新方法，模擬人類智能，使其具有感知、推理和邏輯分析功能，以實現自適應、自學習、自組織、自主決策能力。由于紡機的研發成本造成智能化設備和配件價格偏高，AGV、變頻器、CPU、軟件系統維護成本也很高，給紡織企業形成較大的運營負擔。

2 傳統紡紗設備改造的迫切性

2.1 自動化智能化設備涌現

隨著制造業產業鏈快速向自動化與智能化轉型升級，棉紡企業需要更高的生產效率，并實現柔性的生產供應，激烈的市場價格競爭致使企業需要進一步壓縮生產成本，各類利益相關者要求企業更環保的生產，對保護工人健康的要求更高。《智能制造發展規劃（2016—2020年）》預計，到2020年，制造業重點領域企業數字化研發設計工具普及率將超70%，關鍵工序智能化率將超50%。當前，制造型企業若不積極進行轉型升級，勢必無法適應逐漸實現自動化與智能化的產業鏈，從而被激烈的市場競爭所淘汰。長遠來看，隨著我國人口紅利的消失及勞動力成本的升高，打造智慧型工廠是未來產業升級和進步的必由之路［1］。我國制造業產業鏈正在悄然加速升級轉型，在工業4.0的大勢下，落后的生產模式將無法對接與適應先進的上下游產業鏈，結果只有升級轉型或落后淘汰兩種。

2.2 傳統棉紡設備存量很大

據《2018年中國紡織機械行業發展現狀及發展趨勢分析》發布，我國傳統的紡紗設備占比在85%以上，其中2000年以來的設備占70%以上，傳統棉紡設備存量很大，這些設備基礎好，有的設備折舊費用基本為零，可降低制造成本。

3 傳統紡紗設備改造的經濟性

設備的技術改造，需要應用現代科學技術成就和先進經驗，改變現有設備的結構，安裝或更換新部件、新裝置、新附件，以補償設備的無形磨損和有形磨損。通過技術改造，可以改善原有設備的技術性能，增加設備的功能，使之達到或局部達到新設備的技術水平。設備技術改造可以充分利用原有設備的基礎部件，比采用更新設備的方案更節省時間和費用。此外，設備技術改造常常可以替代進口設備，節約外匯，取得良好的經濟效益。采用先進、實用技術改造傳統產業，不僅具有投資少、工期短、見效快等特點，能有效避免重復建設，同時還有利于優化產業結構、改變增長方式、提高企業的效益和競爭力［2］。

4 傳統紡紗設備改造的復雜性

4.1 老設備門類繁多

紡紗設備的門類、廠家繁多，同種設備也分各種系列。為規避專利糾紛，不同生產廠家生產的同類設備也會不同，性能有所差別。同一生產廠家生產的同類設備，也會由于生產年代不同，其設備性能也不同，如經緯細紗機就有A513W、FA502、FA506、JWF1562等幾代。很多老設備不具備可用通訊接口，且存在單機多錠、機械結構復雜等問題，以及紡織行業一線用工量大且工人素質參差不齊，中小企業工廠對技術改造的投入相對較少，對改造成本非常敏感，這也是做好技術改造的難點。

4.2 設備改造空間受限

由于原來設備功能單一，速度偏低，所以設備外形尺寸偏小，在設備排列時，設備間距也不大，在設備改造時需外加輔助裝置，如細紗集體落紗裝置、集聚紡吸風裝置等，造成設備空間受限。另為了保證空氣清潔度，避免氣流紊亂，一般需要配置地面吸風，而老廠房沒有預留風道。在進行集聚紡和自動絡筒等改造時，如果沒有地下管道，勢必進行高空敷設，影響美觀，也容易造成積塵下落，影響產品質量，在改造過程中需要認真考慮解決。

4.3 原有設備存在諸多問題

4.3.1 原有設備設計缺陷

我國紡機生產企業在研發設備時，存在著設計不規范等問題，未對每個部件的功能、材質、工藝要求等進行系統考慮與設計對接。例如梳棉機、精梳機及并條機的圈條形狀，對其細微的曲線變化沒有理論支撐，一旦有一個因素發生變化，就會出現問題。某些細紗長車的卷繞成形主傳動部分（蝸輪箱、分配鈾、牽動鏈條、成形凸輪、轉子等成形部件）在材質、熱處理、加工精度上都達不到長車負荷的要求，致使故障率居高不下。

4.3.2 隨意改變紡機廠原設計

部分中小企業的技術改造往往不經過論證，隨意改變紡機廠原有設計，最終影響了設備整體效能的發揮。譬如不能為了排列美觀而隨意更改清梳聯各單機的管道設計，彎頭數量和管道長度隨意增加，會造成能耗大、負壓小，管道經常堵塞，不能確保風量、風壓的穩定性，進而影響生產效率和產品質量。

4.3.3 不按設備要求進行維護

在設備維護過程中，不按設備說明書中要求的維護周期更換相關易損件、加油潤滑，或為節約成本隨意使用劣質的部件、潤滑脂等，或不清洗軸承、亂拆軸承造成設備狀態嚴重不良，甚至誤用假冒偽劣產品（如冒牌SKF、NTN軸承等）導致生產效率下降，產品質量得不到保證。

5 傳統紡紗設備改造的思路

有些企業雖然沒有大規模更換自動化程度較高的成套設備，但通過關鍵環節的設備升級改造，也顯著提高了產品品質和生產效率。

5.1 設備改造要制定規劃

作為傳統紡紗企業，要明確自己的產品優勢和市場定位，并在此基礎上按照總體設計、分步實施的原則制定設備改造規劃。可以先從關鍵環節入手，爭取做到事半功倍。既要避免好大喜功，華而不實，也要避免完全憑借設備改造廠家的設計方案，進而造成前后不配套，技術混亂，重復改造。

5.2 按照產品要求進行改造選型和配置

設備改造選型及配置要適應產品質量的要求，國內大部分紡機制造精度都可以滿足國內棉紡企業優質、高效、高產的需求，但也存在魚龍混雜的問題。同時由于紡紗設備技術更新速度快，所以棉紡企業采購的設備存在或多或少的質量問題，或者選型不夠合理，導致紡紗質量達不到要求，設備問題頻頻出現。要注重專件器材的選配。在選擇專件時，如果受價格影響，使得采購的專件質量較差，設計及制造精度達不到要求，會嚴重影響成紗質量指標。

設備主機選型建議根據產品定位和設備性價比等情況，選擇制造精度高、口碑好的生產企業設備。如果生產高質量、高附加值的產品，尤其要選擇制造精度高、質量穩定、使用周期長的專件器材，這對于提升和穩定產品質量具有很重要的作用［3］。

5.3 注重安裝精度

隨著老一代員工的退休，設備保全力量普遍薄弱。若設備安裝外包，無法保證安裝質量，安裝精度較差，達不到技術要求；或廠房設計不合理，嚴重影響了設備的運行質量，造成設備的效能發揮不出來。在基礎設施和廠房、地面建筑方面，必須嚴格按照主機技術要求進行建設，杜絕因地面、廠房建設不合格造成主機設備性能難以發揮的問題。

5.4 注重網絡和信息化技術應用

雖然從20世紀90年代開始利用電子信息技術改造傳統紡織機械，推廣應用PLC、變頻器、伺服系統、計算機控制等自動化技術，使得紡織機械的機構簡化、性能改善，提高了機器的速度和生產效率。但由于多側重于單臺設備的紡織工藝性能自動化，造成了大量的“信息孤島”存在。進入21世紀，紡織機械電氣控制系統的自動化程度越來越高，單機自動化已經無法滿足紡織行業發展的需求，必將走向系統自動化、車間自動化，甚至工廠自動化。智能化、網絡化、信息化已經成為紡織機械控制系統的主要趨勢。通過采集設備信息和利用總線技術，將信息進行匯集，并具有顯示和監控功能。若有條件，可更進一步形成MES系統，使管理層下達的生產數據能與單機互通，車間環境控制智能化，減少人為控制失誤，提升車間管理自動化能力。實現車間級別數據實時監控與任務下達，數據可在單機、設備組和車間管理層面共享，消除“信息孤島”［4］。

5.5 山東華興小微再造模式

山東華興從2016年就開始推進智能化改造，在迭代升級的過程中，自主研發了智能配棉、細紗智能動態管理等系統，從一個智能化技術改造的受益者逐漸成長為行業智能化技術改造方案的提供者。

山東華興小微再造模式，可賦能中小紡織企業智能化，以實現“裝備換芯，生產換線，產品換代，提升換擋，轉型換能”的核心內容。即給多種多樣的設備換上智能紡“芯片”；將原來舊的生產線換成高端化、數字化、透明化生產線；把高成本、質量低的產品換成低成本、質量優且穩定的產品，實施品牌化戰略；提升企業品牌檔次，替換同質化低檔次產品；推動企業轉型升級，實現新舊動能轉換，為中小企業提供轉型升級解決方案，使其盈利能力逐步提升，企業核心競爭力不斷增強。

該模式具有普遍適用的特性，使中小企業各個年代的設備能夠實現不同梯次的改造。通過調查在用的紡紗設備，以經緯細紗機為例，紡紗設備共分四代：第一代純機械化，以A513機型為代表，大約占全國紡紗規模的10%；第二代信息化，加裝了PLC，以FA506機型為代表，占全國紡紗規模的70%；第三代自動化+信息化，以JWF1572機型為代表，占全國紡紗規模的15%；第四代全電子牽伸智能化在線應用，以JWF1572 EJM機型為代表，占全國紡紗規模的5%。這四代的紡紗設備，我們有 D1.0、D2.0、D3.0、D4.0四種相應的智能化升級解決方案。我們不斷總結四種設備的改造方案，其中95%都是相通的，5%有差異。因此，我們把95%相通的部分固化成芯片，做到即插即用；將有差異的5%留好接口，由專家團隊隨時會診，進行調整后完成上線。完成設備梯次技術改造后，萬錠用工平均可減少50%。

山東華興將建設新舊設備梯次改造示范基地，利用山東華興智能紡模式賦能中小企業，利用智慧紡織工業大腦平臺，通過云連接，實現與中小企業共享，幫助沒有智能化改造基礎的小微企業，從零起步，走上智能化改造之路。并通過物聯網鏈接建成紡織行業虛擬集群，讓中小企業逐步走上精益化、數字化、智能化，實現生態協作，解決中小企業議價能力弱、品牌知名度低、融資難等痛點。

6 結語

在激烈的市場競爭中，我國中小紡紗企業雖然面臨生產規模、工藝、設備、管理和人才等方面的問題，但要充滿信心做好新舊設備的協同改造和創新。從行業發展的角度看，企業制定詳細的設備改造方案，遵循改造原則，并注重智能化改造實施過程中的相關注意事項，開啟智能化、科技化升級改造，逐步實現設備、過程、管理和產品的智能化，著力提高產品質量和檔次。相信中小紡紗企業通過傳統紡紗設備的智能化改造，將成為推動我國紡紗智能化進程不可或缺的力量。