基于智能化縫制單元的服裝柔性生產線的構建

李雪霞，張志斌，褚建立

(1.邢臺職業技術學院 電氣工程系，河北 邢臺 054000； 2.邢臺職業技術學院 服裝工程系，河北 邢臺 054000； 3.邢臺職業技術學院 信息工程系，河北 邢臺 054000)

鑒于當前服裝訂單款式多、批量小、周轉快、交期短的特點，提出構建基于智能化縫制單元的服裝智能制造生產線的對策。對相同的服裝工藝進行優化并標準化，按照服裝工藝標準來做服裝工藝模板和夾具，構建智能化縫制單元[1]。在物聯網和5G等技術的支持下，改造升級單元制造生產線體系，通過工業物聯網平臺快速重組服裝生產線，整合人員、機器、物料等制造資源，運用制造執行系統(Manufacturing Execution System，MES)調度自動導引運輸車或吊掛線配送物料，實現服裝動態模塊化生產。本文運用模擬法、實驗法和文獻法等，用新一代信息技術解決服裝柔性生產線的技術文件、管理指令等信息的精準傳輸問題，用自動導引運輸車或吊掛生產線解決物料配送問題。

1 智能化縫制單元

1.1 智能化縫制單元概念

智能化縫制單元是指由電控自動縫紉機和其他輔助功能的程控驅動器組合而成，具備自動定位、自動送料、自動縫紉等功能的機電一體化縫制設備[2]，如自動開袋機、自動绱袖機、自動模板縫紉機、自動褲片包縫縫制單元等均是智能型的縫制設備。

智能化縫制單元是集機械、電子、傳感器和物聯網等技術于一體的智能化、集成化產品，是實現服裝模塊化、集成化、標準化制造的關鍵環節[3]。比如襯衫產品的模塊化，包括：前后身模塊、領子模塊、袖子模塊、組裝模塊、整燙包裝模塊等。這些模塊均可由相應的智能化縫制單元完成縫制。智能化縫制單元通過減少服裝工序或合并相同工序，使服裝生產線變短，且能做到生產線順暢快速換款。

1.2 智能化縫制單元構成

智能化縫制單元具備自動化、信息化和智能化功能模塊，可以實現自動化生產、信息化聯網、智能化決策等功能。自動化模塊包括自動化縫制單元、物流模塊和機器人模塊等[4]。信息化模塊包括5G通信模塊、傳感器模塊和可視化模塊。智能化模塊包括智能排產、智能管理和智能互聯。智能化縫制單元的模塊構成圖見圖1。

智能化縫制單元的特點：①機器智能記憶，包括縫制記憶、布料薄厚操作記憶、壓力記憶等。②可以及時抓取生產數據，包括縫制進度、工時等數據。③可以通過物聯網和5G網絡快速組成服裝柔性生產線[5]。

圖1 智能化縫制單元的模塊構成圖

使用智能化縫制單元能提升服裝加工的品質和效率，可以較大地節約勞動力成本，降低對操作工熟練程度的要求，確保服裝批量加工時品質的一致性。

2 基于智能化縫制單元的服裝生產線網絡的構建

把智能化縫制單元和其他智能化縫制設備連網，通過將智能硬件終端采集到的數據上傳到工業物聯網平臺，構建由工業物聯網平臺、智能縫制單元、管理平臺移動端/客戶端組成的遠程管理監控網絡架構。

2.1 服裝智能生產線網絡構建

將各個智能化縫制單元通過物聯網、5G網絡等實現設備網絡連接，在任何地方都可通過工業物聯網平臺獲取生產現場信息，實現服裝行業生產線中設備聯網管理和遠程運維服務，實時監控服裝生產各環節的效率、產量、工時等，實時進行生產管理。通過構建服裝智能生產線網絡，可以實現服裝制造業的大數據采集、分析和智能服務，從而大幅提升生產效率、降低生產成本，達到將傳統服裝工廠升級改造成為智能工廠的目的?；?G技術的服裝智能生產線網絡架構示意圖見圖2。網絡服務器自動收集智能化縫制單元的服裝生產信息，省去服裝IE人員(現場生產工藝負責人員)使用秒表等工具進行數據測試等工作[6]。網絡服務器實時統計并分析生產數據，以便服裝IE人員及時發現問題，及時進行作業或流程改善活動。攝像頭記錄下作業人員完整的作業視頻，運用標準工時系統(General Sewing Time, GST)對作業人員動作進行分析，便于及時糾正作業人員的不當操作。管理人員通過網絡遠程指導和管理車間，實現生產管理數字化和透明化。

圖2 基于5G技術的服裝智能生產線網絡架構示意圖

隨著5G技術、大數據、云計算、物聯網等新技術的應用，讓“人員-機器-網絡” “云服務-信息傳送-移動終端”融合在一起，形成“互聯網+”服裝智能生產線，達到服裝生產過程中信息流、工作流、物流的有機融合。

2.2 服裝智能生產線管理

智能化縫制設備通過物聯網和5G網絡連網后，工業物聯網平臺提供設備運行數據實時上傳、任務指令下發、設備效率分析、設備參數遠程設置、故障狀態及時提醒等應用[7]。運用標準工時系統(GST)推送服裝工藝作業標準書和服裝作業視頻，通過MES系統管理智能化縫制單元實現智能縫制，從而實現服裝縫制的信息化和數據化。運用服裝制造高級計劃與排程系統(解決生產調度和生產排程問題，常被稱為資源分配問題或排序問題)完成生產計劃管理、產能負荷管理與排產優化，通過可視化車間監控系統實現智能化縫制單元運行數據的分析和生產數據的可視化管理，幫助企業實現生產、設備、成本、服務、績效管理的優化和提升。利用大數據分析進行服裝生產決策，讓企業管理更加高效。

通過服裝工業物聯網平臺連接服裝車間的人員、機器、物料等，可以達到3個方面的可視化，提高生產管理效率[8]。一是生產線的可視化管理，可以實時顯示生產進度顯示每臺設備的產量對比、顯示每個人員的實時操作情況，可以圖形化反應生產線的布局。二是智能化縫制單元設備的可視化，把智能化縫制單元的運轉時間、縫制速度用圖標顯示出來。三是工作的可視化，包括生產線平衡度、生產數量推移、工序分析、動作分析等。

3 動態模塊化服裝柔性生產線的構建

動態模塊化服裝柔性生產線是指把服裝的生產環節拆分成多個相互獨立的模塊單元，每個模塊單元都由智能化縫制單元完成縫制，把多臺智能化縫制單元通過物聯網和5G網絡連接起來，配以自動化物流設備(自動導引運輸車或服裝吊掛系統)組成的生產線[9]。利用MES、 GST軟件系統，實現對數據的采集、存儲、挖掘和運用。每款個性化服裝訂單都會被電腦記錄，并能清楚地顯示該服裝目前的生產進展情況[10]。動態模塊化生產線可以允許不同型號、不同款式的服裝在同一生產線進行混流生產。

3.1 MES系統與自動導引運輸車融合構建動態模塊化服裝柔性生產線

動態模塊化技術是由MES系統集中控制與調度自動導引運輸車配送物料來實現生產的縱向集成和端到端的集成(端到端集成是把所有該連接的端點都通過網絡互聯起來進行集成)[11]，其繼承了產品定制化生產和垂直集成的概念。

在服裝制造業中，自動導引運輸車通過MES系統來控制其行進路線及動作，其主要任務是配送生產線上服裝物料。搬運路線可隨時調整，能實現高效、靈活的物料配送。自動引導運輸車的使用提高了服裝生產線組織編排的柔性和及時反應能力[12]。不同款式的服裝產品有不同的工藝流程，需要一條單獨的生產線與之對應，自動導引運輸車根據不同款式服裝的工序編排，把服裝半成品從一個工位運送到另外一個工位。通過定義不同款式服裝的虛擬生產線，適應不同款式的服裝產品生產。通過物料配送、員工配置、設備監控和在制品自動識別等方式實現服裝生產協同，滿足服裝小批量、多品種的生產要求，降低瓶頸工序對生產的限制，均衡生產任務?；?G網絡的虛擬生產線設計示意圖見圖3。

圖3 基于5G網絡的虛擬生產線設計示意圖

個性化服裝生產物料調度的變化性和隨機性比較大，為了提高服裝廠在裁剪區、車縫區的工位和線外工序區工位的生產效率[13]。服裝動態模塊化可重構柔性生產線的物料配送方式： MES系統對各模塊單元暫存物料進行分析，并根據生產優先順序進行排序，ERP(Enterprise Resource Planning)的物流需求或生產計劃向自動導引運輸車控制系統發送調度指令(包含位置、路徑、時間)，自動導引運輸車根據收到的指令自動運輸物料至指定模塊單元工位位置。物理工位包括裁剪、縫制、整燙、質檢、包裝等工位。

3.2 MES系統與服裝吊掛系統融合構建動態模塊化服裝柔性生產線

服裝吊掛生產線運用單元模塊化的生產模式進行服裝生產。服裝吊掛系統的基本原理是將服裝部件的裁片掛在吊架上，通過一個環形傳輸軌道把服裝吊掛生產線上的各個工位連接起來，載有裁片的吊架按預先設置的流程，在各工位之間自動傳輸[14]。不同款式、顏色、規格、面料的裁片可以同時進入服裝吊掛生產線，系統會準確地將其配送到指定的工作站，從而可以實現同一條服裝吊掛生產線中同時生產多種服裝的柔性化生產。

MES系統與服裝吊掛系統的深度融合，完全實現數據驅動生產。通過電子標簽 (RFID)等多種傳感器與MES系統的配合，實現對服裝吊掛生產線上每個衣料的位置和加工等信息精確識別和實時追蹤。面對關鍵工作中心等問題時，MES系統會根據該工序的工藝、設備、人員等信息，在服裝吊掛生產線查找可代替的工作站，找到可替代瓶頸工序的人員。MES系統自動消除生產瓶頸，保障服裝吊掛生產線高效運轉，實現工序間的生產動態平衡，持續推動服裝吊掛生產線提質增效。

4 結束語

通過實驗法、模擬法、文獻法等研究方法，從智能化縫制單元、5G+邊緣云平臺、動態模塊化生產技術、生產組織形式等方面，對動態模塊化服裝柔性生產線構建進行研究。研究表明，個性化定制柔性化生產是服裝企業向智能制造轉型升級的重要方向。而智能化縫制單元正是服裝智能制造落地最有效的抓手。由智能化縫制單元構建動態模塊化生產線是建設服裝柔性生產線的模式之一?；谥悄芑p制單元的服裝柔性生產線，充分發揮了智能化縫制單元、5G+邊緣云平臺、動態模塊化生產技術的作用，實現動態、可重構的服裝柔性化生產。動態模塊化服裝生產線能適應生產組織形式、產品和工藝的多樣性和可變性，能進行個性化服裝產品的柔性生產，在多品種、小批量生產條件下實現接近大批量生產的高效率和低成本。動態模塊化生產線設計方案可以為服裝柔性生產線的設計、規劃、建設提供參考和借鑒。