针织智能制造研究进展

蒋高明， 高 哲， 高梓越

(1. 江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122； 2. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

针织智能制造研究进展

蒋高明1,2， 高 哲1,2， 高梓越1,2

(1. 江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122； 2. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

为探讨针织行业智能制造的发展趋势，首先阐述智能制造的含义，将针织智能制造细分为针织产品设计智能化、针织装备控制智能化、针织生产管理智能化、针织服装营销智能化、针织产品性能智能化和针织产业服务智能化6个方面，并对每一方面的研究进展进行全面论述；提出针织智能制造解决方案，介绍针织智能制造关键技术的研发、推广现状及具体应用；指出了智能制造是我国针织行业在新常态下打造新的国际竞争优势的必然选择；强调提升智能制造水平是促进经济中高速增长、迈向中高端水平提供坚实有力的支撑。

针织； 智能制造； 装备智能化； 生产制造执行系统； 全成形服装； 智能穿戴

智能制造是我国制造业发展的必然趋势，是制造技术与数字化、智能化技术的高度交叉融合[1]。智能制造系统不仅能够在实践中通过知识获取不断地充实知识库，同时搜集、理解和优化环境信息与自身信息。智能制造以自动化和数字化为基础，网络化互联为支撑，形成高效、优质、清洁的制造模式，全面提升产品的设计、制造、管理和服务水平，使传统生产模式和产业形态得到深刻改变[2]。

作为新一轮工业革命的核心技术，智能制造既是《中国制造2025》的主攻方向，又是一项大的系统工程，要以智能产品为主题、以智能生产为主线、以产业模式变革为主题、以工业互联网为基础。

本文将从针织产品设计智能化、针织装备控制智能化、针织生产管理智能化、针织服装营销智能化、针织产品性能智能化和针织产业服务智能化6个方面系统讨论针织智能制造的研究现状并针对智能制造的发展方向进行展望。

1 针织产品设计智能化

智能化针织产品设计是进行针织产品快速研发和生产的先决条件，通过单机版或基于互联网的针织物计算机辅助设计(CAD)系统来实现。

单机版针织物CAD技术是针织工艺设计技术人员和计算机协同工作，彼此发挥各自长处的专门技术。它利用计算机的计算及判断功能进行各种针织产品的设计、仿真与展示。但单机版的CAD系统存在不能面向产品的全生命周期、难以实现异地协同设计、产品数据管理混乱等问题[3]。因此，将CAD技术与互联网技术结合，能够有效地解决单机版CAD的局限性，提高针织产品设计智能化程度。

互联网针织CAD系统(iKDS1.0)采用B/S架构，具有花型设计、工艺设计、织物仿真、虚拟展示等功能，并建有针织产品数据库，用户可直接通过智能终端随时对针织物进行设计[4]，如图1所示。该系统结合云存储、针织物仿真、虚拟展示和三维模拟等技术，通过大数据相关技术，对所有存储信息进行分析，对针织产品进行智能设计与优化。免安装、免硬件、免维护是系统的最大特点，有利于降低企业成本，符合当前的“快时尚”营销理念。针织产品设计的智能化为企业产品的快速研发、提升产品质量和水平、提高产品市场竞争力提供了有力支持[5]。

图1 基于互联网的针织CAD系统Fig.1 Knitting CAD system based on the internet.(a) B/S architecture； (b) Internet knit CAD interface

2 针织装备控制智能化

针织装备控制智能化是实现针织高精度、高品质、高效率生产的重要前提。主要体现在经编机计算机辅助制造(CAM)系统以及经编机在线疵点检测系统的研发和推广。

2.1 经编CAM系统

经编机CAM系统的研究包括高动态响应的电子横移系统、高动能压电陶瓷贾卡系统和经编装备集成控制系统的研发如图2所示[6-7]。采用工业控制计算机(IPC)实现对经编机电子多速送经、电子梳栉横移、电子多速牵拉/卷取和电子贾卡提花等模块的实时控制与管理[8]，具有以下优点。

1)实时生产数据管理，人机界面友好，操作直观简便。

2)系统具有在线花型编辑、显示、下载功能，实时显示花型编织位置，可在线进行花型修改。

3)送经/牵拉/横移等驱动采用高性能交流伺服系统，响应快捷、运动精确。

4)由柔性的电子凸轮控制梳栉横移，最高机速可达1 500 r/min以上，累计横移针数可达64针以上。由江南大学自主研发的WKCAM3.0已经推广至国内50多家经编企业，花高可达8 000横列以上，并已得到包括长乐源达、晋江佶龙、浙江越剑等多家公司的广泛认可。

图2 经编机集成控制系统Fig.2 Integrated control system for warp-knitting machine.(a) Control System; (b) Warp knitted CAM interface

2.2 经编机在线疵点检测系统

针对经编织物经常出现的疵点，研究开发织物疵点在线检测系统显得尤为重要，系统主要包括图像采集、疵点识别以及机械控制等模块，如图3所示。织物疵点在线检测系统可实现实时在线检测，减少用工。该系统先由安装在经编机上的高分辨率工业相机实时获取织物图像，专业开发的图像处理软件可检测经编织物织造过程中的断纱、漏针、撞针、油污、破洞等疵点[9]，织物上若有疵点存在，系统会控制经编机停止工作以防止问题扩大从而造成更大损失。

图3 经编机在线疵点检测系统Fig.3 On-line inspection detecting system of warp-knitting machine. (a)Industrial camera; (b) Inspection detecting system interface

3 针织生产管理智能化

3.1 针织生产管理模式的变革

管理智能化是制造业中各个行业最具共性的领域。随着智能制造的深度开展，企业生产数据具有更高的实时性、完整性和准确性，这就要求企业具有更加精确、高效、科学的管理，进而达到管理智能化水平[10]。只有通过管理决策，将生产过程智能化管理智能化系统集成，才能取得更大的经济效益。因此，广义的智能制造应该还包括管理的智能化。

针织行业是最早实现企业管理信息化的行业之一，具有很好管理智能化的基础。目前，大中型企业已普遍应用企业资源计划(ERP)，一些企业也开展了物流信息化和能源管理信息化试点，综合集成应用更是作为关键技术在“十二五”期间开展攻关。下一阶段发展的重点主要有3个方面：加强综合集成应用的开展；加强企业级知识库和专家系统的开发建设；加强云计算、大数据、移动互联网等新一代互联网技术的应用，开发新的管理模式和功能，向新的领域延伸[9]。

3.2 针织智能生产管理系统

针织智能生产管理系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，是ERP与过程控制系统(PCS)直接连接的纽带，它将制造系统中的生产计划、进度安排、物料流动、物料跟踪、过程控制、过程监视、质量管理、设备维护、信息管理、效能分析等进行一体化集成，以最终实现智能化的生产管理平台[10-11]，如图4所示。该系统的关键技术涉及无线射频识制(RFID)技术、紫峰协议(ZigBee)技术、Wi-Fi技术、Web技术和大数据技术[12]。针织智能生产管理系统的研发和推广改善了企业生产管理数据滞后、排产无据、考核粗犷、质量难追溯和联网困难的现状，为企业实现实时监控生产现场、建立完整产品追溯体系和科学安排生产任务以及实行精细化管理，提高管理效率、降低生产成本奠定了重要基础。

图4 针织生产管理系统Fig.4 Knitting manufacturing management system

4 针织服装营销智能化

针织服装营销智能化的关键在于全成形定制技术的研发与推广，在互联网+服装定制的趋势推动下，为让用户足不出户享受到量身定制服装的优质服务，用户可在Web网页或移动客户端上进行针织服装的挑选、试衣和付款[13]。针织服装营销智能化具有以下优势。

1)缩短生产流程，下机后无需再经过昂贵且费时的套口、缝合等工序，大大降低了用工用时(减少53%)；生产周期缩短50%，现在15天左右可交货。

2)降低原料损耗，相对于衣片成形降低了2%。

3)改善产品性能，全成形针织服装本身线条优美、流畅，穿着合体、舒适，备受消费者青睐。

4)改变生产模式，全成形针织改变了针织产品设计、生产和流通的方式，形成针织服装生产的全新解决方案。

针对针织服装营销智能化的需求，国内已自主设计开发出了基于互联网的针织服装定制系统(iKEC1.0)，如图5(a)所示。在使用中，用户通过选择款式、颜色、原料定制服装。系统建有强大的服装尺寸库，根据输入的人体尺寸数据生成定制服装的所有尺寸，并自动生成订单，同时可以查看根据人体尺寸与服装尺寸生成的三维虚拟展示效果与仿真图。同时，应用WebGL技术生成人与服装的三维模型，如图5(b)所示。在服装定制过程中根据定制信息随时生成虚拟展示效果，以供用户查看，达到了未生产先实现的要求[14-16]。

图5 服装营销智能化技术Fig.5 Intelligent technology of clothing marketing. (a) Personalized customization system；(b) Virtual Exhibition

针织服装营销智能化颠覆了传统的针织服装生产方式、营销模式和使用方式[17]，充分满足现阶段消费者对产品个性化、时尚化、定制化的需求，符合当下“快时尚”的营销理念。

5 针织产品性能智能化

针织产品性能智能化是新时代发展对于针织产品提出的新要求，是实现针织产品高科技、高品质和高附加值的关键。就针织行业而言，智能服装是作为最终消费品的典型代表，同时也是“十三五”期间的大力推广项目[18-19]。

2014年可穿戴设备元年，智能手环、手表、眼镜为主要载体的“戴”设备发展迅猛。2015年载有智能元器件的智能服装成为突破性智能穿戴技术。广泛应用在运动追踪(步数、路线、能量消耗、姿势)和体征监测(睡眠、心跳、呼吸、体温、血压、体表压力)[20]。2016年迎来了智能服装产业的爆发，全年出货量达到2 000余万件，穿着舒适、可机洗、时尚化、个性化的智能服装成为智能穿戴技术的发展目标。在科技发展的今天，人们对穿衣的要求不仅仅是美观御寒，还需要通过更多功能化的服装满足日益增大的需求。传统服装从千百年来的单一功能演变到当代的功能型服装，随着科技的进步、物联网的发展[21]，智能服装必然会成为下一时代的穿衣潮流，图6示出针织智能服装的样图。

图6 针织智能服装Fig.6 Knitted intelligent clothing

6 针织产业服务智能化

创新是制造业最大的推动力，离不开服务智能化系统的支撑，这就决定了制造业未来的发展方向是服务智能化。各种形式的智能化服务平台促进了制造企业与服务机构的资源整合和业务融合，使制造企业能够不断拓宽业务范围，覆盖设计、研发、物流、营销、培训、服务等全产业链业务。

针织行业在服务智能化转型方面虽然处于起步阶段，但已有一些典型应用，如中国轻纺城的“纺织云”在线办公服务，福建睿能的电脑横机远程平台服务等。

推动针织行业服务智能化，要发展电子商务、网络协同智能设计、在线实时监测、远程故障诊断和维护、智能化供应链管理等基于互联网和信息技术的服务功能，重点应用云计算、大数据等新技术。针织服装家纺企业可借助云计算、大数据等技术进行产品跟踪，开展建模分析和优化客户服务，进而改进产品的设计与生产；针织机械企业可建立面向用户的远程服务平台，通过远程监测软件对生产现场装备进行实时监控，并提供故障诊断、远程维护等服务；针织软件服务商可根据纺织企业客户的具体需求，通过云服务平台提供针织软件的SAAS服务等。

目前，国内已建成多个针织产品服务智能化平台，并成为该领域的成功案例。

1)“纺织云”是国内首个专门针对纺织企业的云计算平台，它通过最新互联网应用技术，帮助纺织企业在网上管理生产经营。“纺织云”的搭建进一步整合了全国纺织行业的“信息孤岛”，并将其共享于纺织产业链上的相关企业，有助于提高企业的竞争力。此外，经营者还可通过此平台实现在线办公，如产品设计管理、客户管理、仓储管理、员工管理等[22-23]。

2)2014年国内首家纺织服装行业综合性服务云平台——服装纺织时尚云平台在常熟上线，这一平台将通过现代信息技术帮助企业提升整体竞争优势，助推产业转型升级[24]。

3)“纱和尚”打造国内第一家专注于毛针织服装行业智慧云服务平台，把传统纺织业“赶”到线上来，让行业信息共享，让整个纺织产业链产生巨大价值[25]。

4)江南大学自主研发了针织云服务平台，具有针织产品、针织设备、针织客户、机型查询、远程诊断、生产计划、三维展示、针织培训、针织考试等功能。

7 结 语

智能制造是制造业未来发展的核心内容和重要趋势，也是加快行业发展方式转变，促进制造业迈向中高端、建设制造强国的重要举措，也是新常态下提高国际竞争力的必然选择。针织行业智能制造应着力弘扬工匠精神，精益求精、增效提质、追求卓越，将创新贯彻到企业发展的每一个环节，不断攻克核心技术和开发关键工艺装备，进一步提升智能制造、绿色制造水平，为促进针织行业长期繁荣发展，迈向中高端水平提供坚实有力支撑。

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Researchadvanceofknittingintelligentmanufacturing

JIANG Gaoming1,2， GAO Zhe1,2, GAO Ziyue1,2

(1.EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu21422,China)

The definition of intelligent manufacturing was put forward. The research progress of knitting intelligent manufacturing was discussed from six aspects of intellectualization, including knitted product design, knitting equipment controlling, knitting manufacturing control, knitted apparel marketing, knitted product performance and knitting industrial service. The development of key technologies for knitting intelligent manufacturing was introduced. It is presented that the intelligent manufacturing is the inevitable choice for elevating the international competitive advantage under the new normal. Besides, it is emphasized that promoting intelligent manufacturing level would provide substantial support for rapid economic growth and high-level development.

knitting; intelligent manufacturing; equipment intelligence; manufacturing execution system; whole garment; wearable intelligent apparel

TS 103

A

10.13475/j.fzxb.20170700607

2017-07-03

2017-07-07

国家工信部智能制造综合标准化与新模式应用项目子课题(工信部联装【2016】213号)；江苏省自然科学基金项目(BK20151129)；江苏省产学研联合创新基金—前瞻性联合研究项目(BY2016022-35)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(苏政办发【2014】37号)

蒋高明(1962—)，男，教授，博士。主要研究方向为针织装备数字化控制、针织智能化生产与管理、针织互联网技术、针织结构增强复合材料。E-mail: jgm@jiangnan.edu.cn。