传统细纱机的智能化改造及其仿真实训应用

张圣忠，赵　磊

(盐城工业职业技术学院 纺织服装学院、江苏省生态纺织工程技术研发中心，江苏 盐城 224005)



传统细纱机的智能化改造及其仿真实训应用

张圣忠，赵磊

(盐城工业职业技术学院 纺织服装学院、江苏省生态纺织工程技术研发中心，江苏 盐城 224005)

针对“纺纱技术”课程特别是“细纱”教学中存在的问题，对传统细纱机进行多功能纺纱硬件改造，并进行相关软件的设计与改造。智能化细纱机的开发进一步推进了“纺纱技术”等课程的仿真实训式“教学做”一体化教学，实现了新型纺纱产品多样化，也解决了校内实训学生动手难、企业工艺过程再现难的问题。

纺纱技术；传统细纱机；智能化改造；仿真实训

一、 “纺纱技术”课程教学存在的问题

“纺纱技术”课程是由纺纱技术各生产工序设备及其理论应用开发组成的课程体系。经过调研发现，现有“纺纱技术”课程特别是其中的“细纱”教学存在以下问题：

(1) 课程标准未能根据企业需求来制定，学生的创新能力未能达到纺纱企业的要求，学生的技能学习及提升与企业真实的生产过程脱节。

(2) 现有的纺纱设备简单，仍然是单一的环锭纺纱设备，特别是细纱设备的智能化程度不高，工艺变更耗时、耗力，无法实现多种新型纱线的交叉组合创新设计，更不能满足快速出样的要求，不利于培养学生自主创新开发新产品的能力。

(3) 课程教材与教学内容更新慢，教学内容的实用性、可操作性和创新性不足，没有引进企业的新型纺纱产品作为课程教学的载体。

(4) 联系企业真实生产的实践教学环节薄弱，纺纱操作技能单一，不利于培养学生的操作能力和解决生产实际问题的能力。

因此，充分利用我校(盐城工业职业技术学院)现有国家特有工种职业技能鉴定站、江苏省纺织实训基地和纺织检测中心的优异条件，开发改造符合高职高专现代纺织技术专业人才培养目标的多功能细纱机是十分必要的。环锭细纱机是一种重要的纺纱专用设备，环锭细纱机的自动化、智能化程度对提高纺织企业的产量、质量和降低工人的劳动强度都有举足轻重的影响。所以，新型多功能环锭细纱机的开发不但是纺纱机械生产企业的一个重要项目，而且是高职高专院校纺织专业教育教学改革关注的一个重点。

二、 传统细纱机的智能化改造

1. 传统细纱机多功能纺纱机的硬件改造

由我校师生与纺织设备加工企业共同参与的对现有的实训机型FA507B型环锭纺细纱机进行新型纺纱仿真实训多功能智能一体化改造，以原有的细纱机为基础，开发出集环锭纺、赛络纺、包芯纺、竹节纺、段彩纺、紧密纺六种纺纱方法于一身的多功能细纱机。新型纺纱仿真实训多功能细纱机增加了紧密纺、赛络纺、段彩纺、包芯纺、竹节纺等多个纺纱部件，在锭子传动机构、牵伸机构、卷绕成型机构、控制系统、机架上进行改造，如表1所示。

表1　多功能纺纱机的硬件改造

2. 传统细纱机多功能纺纱机的软件改造

细纱机完成软件改造后，能够有效控制整台机器的运行，还能够实现改造要求的所有功能，包括：(1)实时监控和采集主传动电机转速、锭子转速、前罗拉转速及钢领板运行位置的数据，通过PLC系统控制整台机器的运行，包括纺纱过程中的钢领板自动升降、中途启动停车，并且能够记录钢领板位置，具有主动跟踪钢领板位置开车、中途停车、自动落纱等功能；(2)模仿企业真实生产过程设计人机界面，设定工艺参数并通过不断刷新触摸屏界面显示实时纺纱过程中的工艺参数以及细纱机的运行状态；(3)对实际纺纱过程中的锭子转速、牵伸倍数、喂入输出定量、捻度等进行计算并自动显示在触摸屏上，依靠机器上各个部分的传感器、光电感应器进行自行协调控制；(4)程序和机器运行状态出现故障时能自行报警和停车。

三、 传统细纱机智能化改造的特点

1． 实现新型纺纱仿真实训教学做一体化

传统细纱机智能化改造之前，学生更改工艺需要根据所学知识计算相关的工艺参数，再查找到工艺所需的齿轮，然后进行人工更换齿轮，整个过程需要20分钟左右，而且一车一次只能纺一个品种、一种工艺，既浪费时间又降低了机器的使用率。因此，新型纺纱实训多功能细纱机改造完成后极大地改善了这种局面。现在学生经过计算确定自己所需的工艺之后，只需在操作界面上输入工艺参数即可完成工艺参数的更改。而且一车可纺多品种，两边可以分开控制纺两种不同的工艺，因此一台机器可以同时进行两种工艺纺纱，极大地提高了机器的使用率，改善了学生实验时机台使用紧张的局面。传统细纱机智能化改造完成后使新型纺纱生产实践上机快捷、方便，对学生的仿真实训、教师的课堂教学都有很大的帮助。

2. 实现新型纺纱产品多样化

虽然近年来环锭纺纱有被一些新型纺纱所取代的趋势，但是它凭借着自身的优势依然有不小的市场占有率。尽管环锭纺纱的新型纺纱技术越来越多地被开发出来，但是它们都不能实现两种新型纺纱或者多种新型纺纱组合。传统细纱机智能化改造后，集多种新型纺纱方法于一体，既可以实现单一新型纺纱，又可以实现两种新型纺纱和多种新型纺纱，使江苏悦达纺织集团有限公司、江苏中恒纺织有限公司、江苏东华纺织有限公司、江苏南纬悦达纤维科技公司等企业都愿意在我校进行新产品开发，同时学生也能及早地参与到企业的新型纱线产品生产中。

3． 解决校内学生实训难的问题

随着纺纱设备的智能化，许多纺纱企业的工艺变更不再需要进行人工更换零部件，只需要将纺纱工艺参数输入界面，通过智能化控制就可直接获得新工艺。目前纺织高职院校大多还在讲授人工变更工艺参数，因此培养的学生无法适应企业的要求。由于一个班级的学生一般都在40人左右，在实训时无法让每个学生都能动手操作(即手工变更)。传统细纱机智能化改造后，一方面学生可以很快变更工艺，有效地解决了校内实训动手难的问题，另一方面纺纱企业的纺纱工艺过程也可以在课堂教学中再现，实施纺纱企业的真实项目，大大激发了学生对新型纺纱课程的学习兴趣。

四、 传统细纱机智能化改造后的应用情况

(1) 传统细纱机的智能化改造推进了我校“新型纺纱产品与开发” “纺织导论与入职训练” “纺纱工艺设计与质量控制”等现代纺织技术专业核心课程教学做一体化教学模式的实施，使课程项目设计内容创新性强、实用性高，能全面高效地应用于校企合作开发的新型纱线产品的仿真实训及其研究中。

(2) 传统细纱机的智能化改造及其应用进一步完善了《现代纺纱与操作技术》《纺织导论》等校企合作开发教材的建设，目前我校正在进行这些教材的修订工作。我校现代纺织技术专业、纺织品检验与贸易专业2015、2016届有近80%的学生毕业设计(论文)选题与新型纺纱有关，使智能化细纱机的利用率达到95%以上。这些学生毕业后在新型纺纱产品上的创新开发能力得到大中型纺纱企业的认可。

(3) 传统细纱机的智能化改造明显提升了我校专业教师的新型纺纱产品开发水平，他们在《棉纺织技术》《上海纺织科技》《纺织导报》《毛纺科技》等专业核心期刊上发表论文35篇；同时也为紧密型校企合作企业，如江苏悦达纺织集团有限公司、江苏东华纺织集团等开发新型纱线产品提供了良好的研发场所。近年来与校企合作企业共同完成了“有机棉-麻赛尔-大豆蛋白纤维赛络混纺纱线” “有机棉-银抗菌防臭短纤-铜氨纤维紧密纺纱线”等新型纱线省级新产品、新开发的鉴定工作。

江苏高校品牌专业建设工程资助项目(PPZY2015C254)；江苏省2015年高等教育教学改革研究重点课题(2015-js102)；盐城工业职业技术学院2014年院级重点课题

张圣忠(1964—)，男，江苏东台人，研究员级高级工程师，高级经济师，研究方向为现代纺织技术与新产品开发。E-mail：ycfyzsz@163.com

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2095-3860(2016)04-0321-03