淺述半精紡智能化生產(chǎn)的規(guī)劃與實踐

周衛(wèi)忠

（桐鄉(xiāng)市易德紡織有限公司，浙江嘉興，314512）

紡織業(yè)是人員密集型的傳統(tǒng)行業(yè)。現(xiàn)行業(yè)內(nèi)普遍認為把智能化生產(chǎn)技術(shù)引入紡織行業(yè)的時代已經(jīng)到來，智能化是實現(xiàn)紡織行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的有力手段。

智能化生產(chǎn)對紡織企業(yè)來講，不僅涉及紡織企業(yè)內(nèi)部的信息，還與紡織企業(yè)外部的供應鏈及上下游企業(yè)息息相關(guān)，它主要包含生產(chǎn)、經(jīng)營、物流等多方面的自動化和信息化，能夠進行智能計算、分析與決策等。從宏觀上就是要使產(chǎn)業(yè)鏈的上下游企業(yè)建立共贏共創(chuàng)的平臺，使上下游的用戶參與進來，留下更多的數(shù)據(jù)信息。而對企業(yè)本身來講，智能化生產(chǎn)是實現(xiàn)從手工到自動化的過程，最終實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營的智能管控與決策。智能化生產(chǎn)將紡織產(chǎn)業(yè)與信息、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)結(jié)合在一起，應用于生產(chǎn)、供應、營銷在內(nèi)的各個系統(tǒng)內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)的相互聯(lián)通［1-3］。

半精紡的生產(chǎn)立足于棉紡設備和毛紡設備的有機結(jié)合，將棉紡工藝與毛紡工藝融為一體，是一種新型的多組分混色紡工藝技術(shù)，同時又是以多品種、小批量為主，因此更加需要智能化生產(chǎn)管理體系的引入。本研究針對半精紡生產(chǎn)所涉及的情況和需求，淺述半精紡智能化生產(chǎn)的設想與實踐。

1 半精紡生產(chǎn)的特點與需求

1.1 半精紡生產(chǎn)特點

半精紡生產(chǎn)特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）小批量、多品種、產(chǎn)品個性化強。在實際生產(chǎn)時翻改品種多、工藝更改頻繁、生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定。因此需要有一種科學、智能的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)去完善整個生產(chǎn)過程。

（2）大多是訂單模式，交貨期較緊。要求充分發(fā)揮工藝和設備技術(shù)管理人員的潛能，提升設備利用率，提高生產(chǎn)效率和工作節(jié)奏，尋求質(zhì)量與產(chǎn)量的契合，達到智能化排單和科學組織生產(chǎn)。

（3）半精紡產(chǎn)品的競爭越來越激烈。要求最大限度提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。必須同時掌握半精紡領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品流行趨勢、紗線質(zhì)量和風格需求等數(shù)據(jù)信息，并對其進行智能分析，才能不斷地開發(fā)出符合半精紡市場需求的新產(chǎn)品，以提高企業(yè)的核心競爭力。

（4）勞動用工越來越緊張。應充分挖掘設備和生產(chǎn)人員的潛能，提高自動化程度與生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的及時性和準確性，加強績效管理機制。

（5）技術(shù)含量較高、創(chuàng)新性強。其生產(chǎn)過程實際上就是產(chǎn)品開發(fā)的過程，然而實際的生產(chǎn)情況沒有系統(tǒng)、現(xiàn)存的理論和經(jīng)驗可依。這就需要收集大量的生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)，然后進行智能分析，形成生產(chǎn)工藝的調(diào)整決策，從而提高生產(chǎn)過程和開發(fā)產(chǎn)品時翻改品種的效率，以便精確地進行技術(shù)改造。

（6）對生產(chǎn)設備狀態(tài)的要求比較高。因此需要一項實時精細的設備狀態(tài)管理，對設備運行要有智能系統(tǒng)的分析，有助于生產(chǎn)成本的降低和設備生產(chǎn)效率的提高。

1.2 困境與需求分析

根據(jù)半精紡生產(chǎn)的現(xiàn)狀與特點，如何用更短的時間、更少的人，顯著提高生產(chǎn)效率和開發(fā)出更多高性價比的新產(chǎn)品，已成為企業(yè)考慮的重點。尤其是排單排產(chǎn)作為紡紗生產(chǎn)展開的開端，其靈活性、共享性變成了半精紡生產(chǎn)企業(yè)日益突出的問題。其主要需求如下。

（1）企業(yè)高層管理者的決策，需要有精細化的生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理，以及對上下游產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)的精準采集和智能分析等功能的管理執(zhí)行體系提供支撐。

（2）企業(yè)管理必須掌握實時產(chǎn)能數(shù)據(jù)，并預測與真實產(chǎn)能的偏差，需求和計劃生產(chǎn)是否合理，規(guī)劃實施是否協(xié)調(diào)等，同時應對生產(chǎn)的整個過程追蹤、監(jiān)控，并加以研究。

（3）半精紡產(chǎn)品的銷售形式大多是訂單，期望可以借助智能體系獲得業(yè)內(nèi)訂單的實時需求和所有用戶訂單規(guī)劃的實時狀況，以及已處于生產(chǎn)階段訂單的實時進度、公司真實的產(chǎn)能狀況等。如今大部分半精紡生產(chǎn)企業(yè)都欠缺標準的生產(chǎn)運營實施體系，業(yè)務員難以獲悉有關(guān)方面的實時動態(tài)，與計劃、采購等部門間的協(xié)同較為滯后，使信息傳遞管理不準確、不及時。

（4）生產(chǎn)的實際管理能夠借助智能體系了解生產(chǎn)的實時規(guī)劃、負載狀況等，從而便于及時甚至提前安排好與此有關(guān)的生產(chǎn)準備事宜。更重要的是要通過智能系統(tǒng)及時了解計劃的完成情況、工序之間不同品種的生產(chǎn)平衡、造成生產(chǎn)工序的瓶頸及異常等相關(guān)情況。

（5）在物料控制與采購控制方面，大多數(shù)企業(yè)未能密切銜接物料供需分析與生產(chǎn)規(guī)劃，未能精準計算物料的需求情況以及采購狀況等，借助智能體系，供應鏈可以與企業(yè)本身進行智能連接。

（6）一般半精紡企業(yè)的企業(yè)資源計劃（以下簡稱ERP）管理軟件是以信息孤島或者儲存形式存在，無法實現(xiàn)生產(chǎn)信息、倉儲信息、銷售信息等數(shù)據(jù)的聯(lián)通。

2 半精紡引入智能化生產(chǎn)體系的目的與任務

利用信息化、自動化、智能化的技術(shù)，精準實時掌握半精紡生產(chǎn)線的生產(chǎn)進展、設備運行狀況和產(chǎn)品的實時質(zhì)量狀態(tài)，實現(xiàn)自動、高效、合理、智能地計算，并及時組織生產(chǎn)和工藝調(diào)整，以達到生產(chǎn)排產(chǎn)、生產(chǎn)進度和工藝質(zhì)量的智能把控，提高設備和瓶頸資源的利用率，提升生產(chǎn)應變能力，并實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品的可追溯性，這樣給決策者帶來真實、全面的數(shù)據(jù)參考，進而構(gòu)建先進、合理并且具備前瞻性的當代智能化生產(chǎn)經(jīng)營管理系統(tǒng)［4］。

3 半精紡智能化生產(chǎn)的設想

根據(jù)半精紡生產(chǎn)所存在的相關(guān)問題和需求，結(jié)合行業(yè)的實際情況，半精紡智能化生產(chǎn)體系的整體設想框圖如圖1所示。

圖1 智能化生產(chǎn)體系框圖

智能化生產(chǎn)體系的總體思路是促進部分的自動化、信息化和智能化生產(chǎn)。在生產(chǎn)環(huán)境中運用制造執(zhí)行系統(tǒng)（以下簡稱MES）及智能倉儲系統(tǒng)；利用ERP系統(tǒng)對企業(yè)所有的人、財、物、信息、時間和空間等綜合資源進行平衡和優(yōu)化管理；在面向用戶和合作企業(yè)方面，構(gòu)建網(wǎng)絡云平臺、數(shù)據(jù)中心與工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)網(wǎng)絡協(xié)同、個性化定制和服務化延伸［5］。這種智能化生產(chǎn)的設想是符合半精紡生產(chǎn)特點和實際情況需求的。

首先，ERP只是為了實現(xiàn)過程和信息管理，達不到實時的數(shù)據(jù)采集和智能的決策分析。要實現(xiàn)智能化，除ERP外，先要實現(xiàn)自動化和實時數(shù)據(jù)的有效采集，自動化與智能化必須是統(tǒng)一的，然后才可能進行一系列的智能分析和優(yōu)化，達到部分的智能化生產(chǎn)。

其次，要實現(xiàn)部分智能化，首先要實現(xiàn)部分自動化，其次才是信息化。因此自動化是紡紗廠實現(xiàn)智能化生產(chǎn)系統(tǒng)的前提。對于現(xiàn)階段大部分紡紗廠來講，主要還是要通過改造實現(xiàn)部分工序之間物流自動化、擋車工部分操作自動化及生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)自動采集。充分利用無人駕駛有軌運輸車（以下簡稱RGV）和無人駕駛無軌運輸車（以下簡稱AGV）技術(shù)，進行各工序之間的聯(lián)接改造。

在智能化生產(chǎn)系統(tǒng)中，信息化和自動化是關(guān)鍵，然而更關(guān)鍵的是要讓工廠有一個“合作的大腦”來收集數(shù)據(jù)，然后通過“大腦”進行智能分析和控制，實現(xiàn)智能決策和運營的目的。因此，工廠的最頂層應該有數(shù)據(jù)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，下一層應該有基礎(chǔ)的ERP和覆蓋系統(tǒng)（包括供應、銷售、存儲、財務系統(tǒng)），生產(chǎn)管理執(zhí)行層應有MES系統(tǒng)，并應包括資源（電、熱、水）等基礎(chǔ)設施的管理制度。

4 半精紡智能化生產(chǎn)體系項目的實踐

4.1 精細化生產(chǎn)管理模式的確定

智能化生產(chǎn)的核心其實就是實現(xiàn)精細化生產(chǎn)，即確保員工以最高效的方式進行協(xié)同和操作，消除一切浪費，挖掘一切瓶頸資源。精準地按訂單與用戶需求安排生產(chǎn)，使小批量、多樣性品種的生產(chǎn)方式得以滿足。

智能工廠應精準適時配送各種物料以及原料，及時依照訂單交貨期限安排生產(chǎn)，構(gòu)建生產(chǎn)車間的電子屏幕，及時發(fā)現(xiàn)并解決整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的各種問題。

促進精細化生產(chǎn)的過程既漫長又不可間斷，還必須與促進自動化、信息化相關(guān)的工作密切結(jié)合在一起。要實現(xiàn)精細化生產(chǎn)，必須先進行自動化和信息化的改造。

4.2 廠房的基礎(chǔ)設計

智能工廠的廠房設計首先考慮在基建中有相關(guān)智能化需要的基礎(chǔ)設計，如水、電、汽、網(wǎng)絡、通信等管線的設計，針對舊車間改造首先要進行這一項配套設計。同時，廠房配套的設計還包含視頻監(jiān)控體系、采光體系、空氣調(diào)節(jié)體系、火災報警系統(tǒng)等相關(guān)智能化的改造。

廠房內(nèi)工作區(qū)域的劃分（加工、出貨等），應依據(jù)紡織行業(yè)的生產(chǎn)模式和智能發(fā)展狀況加以分析，可借助數(shù)字化生產(chǎn)模擬軟件，針對設施排布、生產(chǎn)電線和管線排布、車間運輸?shù)冗M行仿真設計。特別是隨各工序之間聯(lián)接及半制品暫放倉儲等自動化發(fā)展的進程，對整個車間的布局應有一個嶄新的認識。

在基建設計時，還應多考慮紡織空調(diào)的靈活性。若是多層廠房，還需要考慮物流運輸?shù)冗\用RGV和AGV等進行智能化改造的問題。

4.3 智能化生產(chǎn)線的規(guī)劃

生產(chǎn)線是規(guī)劃智能工廠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大規(guī)模坯紗生產(chǎn)基本上是同一類型的品種，而半精紡所生產(chǎn)的品種是隨著市場的變化而經(jīng)常變化的，企業(yè)就需要根據(jù)半精紡銷售產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息、市場對產(chǎn)品需求的數(shù)據(jù)信息及未來相關(guān)的產(chǎn)品趨勢數(shù)據(jù)信息，對生產(chǎn)的產(chǎn)品品種、產(chǎn)能及各種品質(zhì)要求等進行規(guī)劃，可采用價值流圖等智能方法來合理規(guī)劃其生產(chǎn)線，確保整個工廠生產(chǎn)設備橫向和縱向的配套，使生產(chǎn)效率達到最大化。

因此，在實際規(guī)劃生產(chǎn)線時，就要更大限度地考慮減少用工以及員工工作強度，盡可能對每一道工序進行智能檢測，進而提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。應對所有工作是否可運用智能設施等進行具體分析。若是該工位高度重復且沒有變化則可選用智能設施，反之則應選用人工。此外，對于人工作業(yè)部分應盡可能提供智能提醒，使人機協(xié)作得以全面實現(xiàn)。如現(xiàn)行細紗機上的單錠檢測裝置就是一種方便人工操作的智能提示裝置。

4.4 采集運行數(shù)據(jù)的規(guī)劃與改造

規(guī)劃智能工廠時，應事先設計好所有采集信息的接口、監(jiān)視以及信息采集體系的運用方式。生產(chǎn)時對于人員工時、產(chǎn)能、產(chǎn)品品質(zhì)等各種信息應進行實時采集，并與訂單、工序等各個方面建立精準關(guān)系，從而使整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都可追溯，出現(xiàn)問題能夠立即發(fā)現(xiàn)且警報，并立即追溯至與生產(chǎn)有關(guān)的批次、員工、原料等有關(guān)信息。另外，還應精細計算出生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的實際制造成本。

4.5 智能M ES系統(tǒng)的設計

對智能工廠來說，其運用的關(guān)鍵在于MES系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的信息化管理。它與所有生產(chǎn)機器的PLC、信息搜集設備、條形碼等外接儀器相連接，數(shù)據(jù)通過這些外接設備進行采集、智能處理，然后上傳至ERP系統(tǒng)。其功能主要是強化訂單的生產(chǎn)和計劃實施等功能，落實生產(chǎn)的進度，將生產(chǎn)進度和生產(chǎn)有關(guān)的所有信息予以實時反饋。如創(chuàng)建能夠用來追溯產(chǎn)品的信息鏈；回饋生產(chǎn)的進度以及有關(guān)問題、申請工序相關(guān)的支持等。對于班組管理來說，該系統(tǒng)能夠發(fā)揮班組長的管理作用，優(yōu)化班組工作的分派以及管理，此外還應具備提高生產(chǎn)設施能效、減少各工序的等待時間，提高產(chǎn)品精準的交付率。另外，MES系統(tǒng)具有實行生產(chǎn)排單的作用，為安排計劃以及調(diào)整生產(chǎn)提供智能化工具，使生產(chǎn)計劃更精準地執(zhí)行。

4.6 自動化的規(guī)劃與改造

建立智能工廠，首先要利用RGV和AGV技術(shù)，進行各工序之間的聯(lián)接改造，把半制品自動運輸?shù)剿璧墓ば颍M量減少無效人為搬運，實現(xiàn)部分自動化。這些生產(chǎn)現(xiàn)場的自動運輸對智能工廠非常重要。

因半精紡小批量、多品種的需要，在車間現(xiàn)場必須根據(jù)前后工序之間產(chǎn)能的差異，設置多個半制品的中轉(zhuǎn)站。這也是智能化半精紡工廠在規(guī)劃時，需要系統(tǒng)考慮后進行設置。

4.7 生產(chǎn)質(zhì)量狀況與工藝設備的智能管控

對于企業(yè)的管理來說，質(zhì)量等同于生命，因此智能工廠的設計核心在于生產(chǎn)品質(zhì)的管理。質(zhì)量包括產(chǎn)品質(zhì)量和工作質(zhì)量兩個方面。產(chǎn)品質(zhì)量在于生產(chǎn)而并非檢驗，因此，質(zhì)量保障系統(tǒng)以及其控制系統(tǒng)一定要在設計與構(gòu)建生產(chǎn)管理信息化體系時統(tǒng)一安排且同步執(zhí)行。

質(zhì)量控制系統(tǒng)在信息系統(tǒng)中需要貫穿于整個生產(chǎn)工藝過程，質(zhì)量控制系統(tǒng)當中的部分程序、信息和生產(chǎn)訂單互相聯(lián)系、滲透。整個工藝流程中各控制點需依據(jù)制造技術(shù)特征加以科學設定，需要注意對應質(zhì)量管控點過多交替對生產(chǎn)效率造成的影響，而質(zhì)量管控點過少則會增加質(zhì)量風險。檢測是管控質(zhì)量的重要方面，它包含自檢、專檢等多種形式，并按結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲質(zhì)量記錄，建立質(zhì)量控制與管理的基本工作流程，創(chuàng)建產(chǎn)品記錄，為產(chǎn)品質(zhì)量的追溯提供精確的信息支持。

4.8 生產(chǎn)設備智能化的運行管理

智能化管理的任務之一就是要發(fā)揮設備的效能和瓶頸資源。其管理模塊須在MES系統(tǒng)設置，使設備釋放出最高的產(chǎn)能，打破流程中關(guān)鍵性設備的瓶頸。

在設備管理模塊中，要設置各項設備運行及部件部位的編碼，建立各類數(shù)據(jù)庫。借助對設備工作情況的實時采集，給生產(chǎn)的排單提供依據(jù)；并健全其工作管理數(shù)據(jù)鏈，累積工作信息，創(chuàng)建異常檢測報警系統(tǒng)并進行防范性維修、保養(yǎng)，盡可能降低異常情況的發(fā)生概率；做到有問題既有預警又有維保。另外還須健全機物料及備件管理。

4.9 智能化的能源管理

綜合能耗的降低，尤其是耗能較高的用電項目，對其能源損耗進行分析、管理是智能化生產(chǎn)不可缺少的條件。

采集運行設備的能耗和相關(guān)運行的信息及對應關(guān)系，建立產(chǎn)品品種、設備型號、不同季節(jié)等分人、分類、分區(qū)域設備能耗的統(tǒng)計與分析，以便對能源進行統(tǒng)一分配，優(yōu)化能源的使用。特別是通過采集高能耗關(guān)鍵設備的實時能耗，精準分析這些關(guān)鍵設備的運行狀態(tài)，如不同品種和不同季節(jié)等的生產(chǎn)能耗信息，為降低成本提供精準的依據(jù)。

4.10 數(shù)據(jù)分析與應用系統(tǒng)的建立

數(shù)據(jù)中心可以直接反映出供應、生產(chǎn)、銷售、倉儲、財務、售后、上下游產(chǎn)業(yè)鏈等所涵蓋系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與狀態(tài)。特別是要建立企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)監(jiān)控與指揮的集中系統(tǒng)，以及各種實時的分析圖表。

智能工廠的建設最終要的是數(shù)據(jù)，各種實時數(shù)據(jù)的采集與分析是在整個系統(tǒng)的頂部和底部之間、所有系統(tǒng)的橫向間流通。智能工廠的運轉(zhuǎn)、設計、工藝、質(zhì)量、倉儲、物流等業(yè)務數(shù)據(jù)基本出自ERP、MES等各應用系統(tǒng)。

另外，智能化的建設需要一整套統(tǒng)一的標準體系來規(guī)范各種數(shù)據(jù)的全過程，實現(xiàn)創(chuàng)建信息的統(tǒng)一命名、數(shù)據(jù)編碼等相關(guān)管理信息的規(guī)范化，確保信息的唯一性。

5 結(jié)語

半精紡是傳統(tǒng)紡織行業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的結(jié)果，它的存在主要以生產(chǎn)多品種、小批量、個性化產(chǎn)品為主，這也是紡織產(chǎn)業(yè)一種新型的生產(chǎn)模式。顯然，這種生產(chǎn)模式對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的管理要求更高。引入智能化生產(chǎn)管理體系對半精紡的發(fā)展以及整個紡織行業(yè)有著舉足輕重的作用。然而規(guī)劃與改造智能化生產(chǎn)線是一項非常復雜的系統(tǒng)工程，要從企業(yè)文化、行業(yè)未來、經(jīng)營思路、技術(shù)進步、生產(chǎn)的靈活性、各管理系統(tǒng)間的復雜性等多個方面進行綜合規(guī)劃。同時，綜合考慮企業(yè)的經(jīng)營、生產(chǎn)、管理、工藝、設備、自動化和IT等多個部門的職能并實現(xiàn)協(xié)同合作，才能規(guī)劃和建設出真正具有可操作性和實效性的智能工廠。