中国化纤+智能制造“化反”

编辑/宁翠娟

中国化纤+智能制造“化反”

编辑/宁翠娟

当前，人工智能领域的大数据、互联网应用、工业机器人、智能商业等已为纺织化纤行业提供了重要支撑。中国化纤产业将与智能制造产生怎样的化学反应？中国纺织工业联合会副会长、中国化学纤维工业协会会长端小平将纺织化纤的智能化发展分为3个阶段，即改造生产环节、改造销售环节和产业协同阶段。其中，改造生产环节主要包括管理信息化、智能可视化和工厂无人化；改造销售环节涉及“互联网+销售”的电子商务平台、“互联网+物流”的供应链协同平台以及“互联网+金融”的供应链融资平台；产业协同则表现为产业链上下游的联合研发、品质提升、品牌塑造。

除此之外，智能纤维材料已成为人工智能在纺织化纤领域的重要载体，美国有“革命性纤维计划”，德国有FutureTex项目，而中国也提出了“大纤维”概念。所谓的“大纤维产业革命”，可理解为物联网和人工智能在纺织业的一个应用延伸，即通过赋予纤维“感知”和“信息处理”功能，使传统的织物变得智能甚至拥有生命。毋庸置疑，这些都与智能纤维的研发及产业化密不可分。

纺织化纤的智能化发展

人工智能引领的自动化可以使中国生产力提高，每年可以增加0.8～1.4个百分点的GDP

据了解，中国和美国目前是全球人工智能发展的领导者。2015年，中美在学术期刊上发表的人工智能相关的论文接近1万篇，为英国、印度、德国和日本的两倍。中国51%的工作可以自动化，相当于3.94亿全职员工。人工智能引领的自动化可以使中国生产力提高，每年可以增加0.8～1.4个百分点的GDP。

以纺织化纤为例，在改造生产环节上，包括管理信息化，即利用MES、ERP等管理系统，将信息化融入生产、经营、管理、物流的各个环节，提高管理效率，实现生产数据网络化；智能可视化，即基于REID、PDA智能终端、电子看板等物联感知技术，结合仓储供应链管理系统，可实现对成品、机配件、原辅料仓库、物流等进行智能可视化管理；工厂无人化，即实现自动打包生产线、智能化仓库、智能能耗监测等。

在改造销售环节上，包括“互联网+销售”的电子商务平台，围绕资源、信息、数据、交易，提供客户大数据需求；“互联网+物流”的供应链协同平台，在生产、贸易、物流等方面提供整体解决方案，实现产品的产销协调，构筑核心价值链；“互联网+金融”的供应链融资平台，龙头企业对下游客户开展赊销、票据贴现、保兑仓等业务，依托自身充足的授信资源获得较低的融资成本，同时通过P2P或者短贷来增强下游客户黏性。

在产业协同阶段，龙头企业可以借着产业链协同和价值链整合思路，推动协同创新，通过技术合作、联合研发和信息沟通等形式与集群内其他相关创新主体进行合作，深化生产分工，进行协同制造。

以具体化纤企业为例，欧瑞康化学纤维事业板块首席执行官Georg Stausberg指出，基于IPC4.0智能制造，通过传感器可提供所有工艺环节的数据。基于工业4.0解决方案，从原料到最终仓库中或货运卡车上的纱线卷装，都可以看到机器人的身影，实现了自动化；工厂操作中心POC4.0、物联网以及电子商务等，实现了大数据分析；基于微软全息透镜的远程服务，也实现了在线服务功能。

工业大数据助力智能制造

工业大数据能够快速响应用户需求，实现全产业信息整合，已成为智能制造的标配

智能制造的核心是自动化与数字化。自动化即智能装备升级，以智能化装备替代“人的体能”，提升整体效率。数字化即工业大数据，以智能化大数据替代“人的智能”，大规模增长的信息和数据已经大大超出了人的数字处理能力，简单的数据分析已经难以满足实际的需要，更多的是需要靠大数据技术和系统来支持企业的管理决策。

那么，工业大数据的价值就在于：生产操作智能化，即生产各个环节的数字化和智能化，并能够以智能逻辑进行分析决策；数据资产管理，即数据采集、数据质量管理、数据安全管理等；供应链效率优化，强调采购、生产、销售、物流、研发等各个环节的协同，以及与上下游业务过程的协同；客户精准服务，即客户分层分级管理，实现基于客户全面信息的智能化管理，并对业务过程进行有效支持。

化纤行业属于连续流程制造行业，具有“高强度、连续生产、无法变更成品质量”的特征，并且新老工艺技术在生产线不同阶段、或者多条生产线上的交织使企业整体生产过程和质量更为挑战。一些顶尖科技前沿机构为智能制造提供了大量的专有技术，对于化纤行业中的特大型企业而言，顺利将这些“碎片化”的专有技术与工艺生产成功融合是实际经营生产的关键，即“平稳生产”。

生产均衡稳定，是实现成本和质量管理的最核心模式，而平抑价格风险，则是保障企业运营目标达成的重要手段；周转频率提升，则是成本降低和效益提升的有效途径；客户质量均一，则是提升客户满意和产品价值的关键环节。以上4点构成了化纤企业的核心目标，而核心目标的实现离不开智能化，离不开工业大数据。

当数据源提取出来，有了质量和稳定性，就需要思考如何有效利用这些数据。北京三联虹普新合纤技术服务股份有限公司董事、副总经理张敏喆提出了化纤工业大数据应用功能组件模型，即 1个数据管理平台、3个DNA档案库和10大行业化应用。其中3个DNA档案库分别为客户、设备和产品DNA档案库，是对数据收集、归档、整理和质量掌控的方向。对于客户DNA档案库，能够解决对供应链信息获取能力不足的问题，实现对客户信息的管理，以及能够自我决策、自我定价等；对于设备DNA档案库，实现对设备信息的分析与应用，例如实现同型号设备疲劳度的评估、设备损害率的评估和设备未来的维护运营等；对于产品DNA档案库，以客户质量需求为导向，实现客户的购买习惯、投入方向与更精准的产品批次划分相关联。

其次，他还提出在流程行业，打造以“黄金批次”为核心的业务主线，构建最佳产品质量的达成模式，并寻找可行的复制手段，建立“黄金批次”的预测模型，并以有效的检测手段加以验证。而新技术和新手段，例如各类传感器支持下的数据有效采集、基于深度学习算法的模式识别和有效建模等，则为“黄金批次”提供支持。

可以看出，在化纤大数据应用方面，三联虹普有其独到的优势：其一，作为化纤核心工艺装备的EPC服务商，对工厂、设备、工艺的全方位集成有着深入的认识和实践；其二，作为化纤行业的服务提供者，与多数核心企业有深入合作，对行业和企业有深入了解；其三，预见到工业大数据的意义和价值，在化纤行业超前布局大数据技术，开发行业数据模型和多项应用。

“四流合一”的供应链金融服务

供应链金融的优势在于网络化、精准化、数据化，实现物流、商流、资金流、信息流“四流合一”

中国“供给侧改革”和“金融服务实体经济”是现阶段顶层设计的两个重要方向。中国化纤行业经历了长达50年的发展，从弱小、分散、混合走到了今天的强大、集中、高度分工，目前面临着如何有效地满足市场需求，乃至于引导下游市场需求的难题。并且万亿级别的资金在金融系统内空转，“通道业务”活跃繁荣，使得资金使用有效性大为降低。

供应链金融是以在线互联、风险控制、产融结合等形式，基于大数据、云平台、移动互联网、互联网金融等平台打造的一个更富有市场力的实体产业链生态环境，其优势主要在于网络化、精准化、数据化，实现物流、商流、资金流、信息流“四流合一”。

在传统的供应链金融服务中，金融机构总是倾向于尽可能地将其应当承担的风险转嫁给第三方，忽略了企业的实际风险承受能力和财务成本上的需求，因此导致传统的金融企业在化纤行业中的开展效果不佳。而化纤传统行业中的企业急需可以匹配其需求的产业链大数据应用于金融服务和产品，以在降低其财务成本的同时，提高产品购买力。

浙江纤蜂数据科技股份有限公司首席执行官谢国忠指出，大数据实际应用在化纤行业中，最具有挑战的地方是有效信息的过滤与筛选。单纯使用大数据或者仅关注大数据算法而忽略行业特征和产业特点不能保证最终能成功运用数据完成服务和产品的开发及运营。而纤蜂数据正是具备先天的数据驱动和化纤行业基因，用化纤行业大数据将产业上下游每一个模块连接起来，结合先进的算法，将化纤行业中旧有的供应链金融改造得更好地适应行业客户实际需求，帮助核心企业提高销售额，提高客户采购能力，强化粘性。

因此，他提出“数据工厂”的概念，通过将海量数据输入体系加以过滤和加工，最后将处理后具有行业特征的数据和客户真实情况与金融合约匹配并且加以合适的设计，为行业客户提供符合其需求的供应链金融产品和服务。最终目标是，通过专注垂直领域，将金融与行业结合，通过地域和企业差别化服务，建设具有行业特征的供应链金融服务。

北京三联虹普 张敏喆

浙江纤蜂数据 谢国忠

东华大学材料学院 王宏志

德国亚琛大学 Vadim Tenner

智能纤维及产品已成为未来科技革命标志之一

智能化纺织产品是信息化技术在纺织终端产品上的直接应用，也是智能制造不可或缺的一部分

开发智能服装需要多门学科的前沿技术，目前主要是通过两大类方法来实现服装的智能化：一是运用智能服装面料；二是可穿着技术(Wearable Technology)，将信息技术和微电子技术引入人们日常穿着的服装中，包括应用导电材料、柔性传感器、无线通讯技术和电源等。初级的智能服装已变为现实，例如Ralph Lauren智能网球衫、MImo智能婴儿连体衣、Hello Jean充电牛仔裤、OMbra智能胸罩、Athos智能运动衣和TshirtOS屏显T恤衫等，未来智能服装集能源、传感、管理、时尚等必需功能于一体。

智能变色、传感和变形

智能纤维是能够感知外界环境(机械、热、化学、光、湿度、电磁等)或内部状态所发生的变化，并能做出智能响应的纤维，其与科学前沿问题紧密相关。东华大学材料科学与工程学院王宏志教授团队在智能变色、智能传感、智能变形、生化检测和能源管理等方面均有深入研究。在智能变色方面，一是电致变色的研究：电致变色器件功能层界面稳定，可制备大面积电致变色智能窗；通过无机变色材料柔韧性调控和半固态电解质成膜与拉伸，可实现柔性多级结构功能层集成；通过纤维表面修饰工程，实现可编织电致变色纤维，色彩多且均匀，并且透气、高分辨。二是柔性结构色纤维的研究：简易的微空间及胶体自组装法制备结构色纤维；快速连续电泳沉积法制备具有可控光学性质的结构色碳纤维；微空间制备磁致变色结构色纤维；基于PNIPAM基体温度响应型结构色纤维；力学响应性结构色纤维；磁场响应性结构色纤维；气氛响应性结构色纤维等。

在智能传感方面，该团队通过构筑石墨烯宏观三维结构，来解决柔韧性差、不可拉伸、结构复杂、能耗大及功能单一的缺点。基于石墨烯与PVDF纳米功能纤维的压电电子皮肤，拉伸应变高达207%，最大拉伸强度91MPa，分别是人体皮肤的2倍与10倍，实现了三维石墨烯导电网络可逆体积变化与自愈合性能，获得具有高强度和弹性、自愈合且自发电的电子皮肤。基于石墨烯热电原理，具有人体触感的电子皮肤，可实现压力的空间分布辨识，分辨人体触摸，可实现手指触摸应力的强度检测。基于石墨烯透明导电膜的可拉伸电子皮肤，可空间分辨，区分形状、重量、位置等。结合编织、微流合成、静电纺丝制备的柔性多功能电子管道，运用ZnO/PVDF热电压电原理，具有SWCNTs/ZnO温度传感层及PVDF压力传感层，可检测温度，动作、流体压力，脉冲流体频率，温度测试精确到1℃，测试流体对管壁的压强与人体血压范围接近，此外具有一定动作捕捉能力。

在智能变形方面，该团队通过低维纳米材料选择及改性，提高响应速率，拓宽驱动方式；通过宏观梯度结构设计，实现大尺度，与可编辑的折叠行为；通过分子通道设计，缓和驱动条件，提高驱动效率。其创新成果——梯度结构，可编辑柔性致动材料，输出功率3.1 W/kg，响应时间小于1 s。因此，在民用领域可用于变形衣的设计制作，如体温调节变形衣；在军事领域有望解决“外骨骼系统”自重大的问题。

将智能功能整合到纤维生产体系

市场对智能纺织品的需求显著增加，为了满足市场需求，就需要低成本、高效率以及灵活的生产工艺。生产技术本身需要可靠、可复制，特别是关于柔韧的纺织物基底与坚硬的电子组件之间的结合点。

从适应环境的纺织品，到适应应用的纺织品，再到如今的基于纺织品进行设计的转变，智能化在不断地走向高端。在德国亚琛工业大学纺织技术研究所（ITA）, Vadim Tenner等研究人员将智能功能整合到各类纤维中的多种生产体系。生产机器规模各异，既有为整合新产品原型电子功能对新技术进行试验的实验室规模，也有为改进现有工艺的半工业规模。当前研究和开发的重点是纤维加热、防水性以及通过半导体纱线或印刷导体布局实现的增强型信号传输。

其研究成果在电子设备领域的应用包括：打印聚酯织物，可显示红外图像；选用碳、碳纳米管纱、不锈钢纱、涂银聚酰胺纱、铜编织带、导电糊剂等加热材料，以及定制的纤维铺放，针织或机织工艺和印制程序等生产工艺研发坐垫加热纺织品；地板材料内的传感器，可监测乘客人数、探测乘客位置、紧急情况下进行快速评价以及探测无票的乘客等。

开栏语：在9月26日-27日的世界纤维新材料大会暨第23届中国国际化纤会议上，近70位来自化纤行业相关领域的重量级专家、学者，围绕纤维新材料、智能制造和绿色制造三大主线，进行了精彩演讲，报告内容丰富，突破传统化纤纺织领域，与下游充分结合，着眼汽车、工程、防护、环保等重大应用领域的需求，且理论研究与应用实践各有侧重。从本期开始，本刊将从智能制造、纤维新材料和绿色制造三方面详细介绍行业的动态以及前沿成果。