实现智能化与信息化是传统纺纱改造升级的新途径——参观第十八届上海国际纺织工业展览会的启示

,,,　,

(1.浙江省新型纺织品研发重点实验室，杭州　310009；2.浙江纺织服装科技有限公司，杭州　310009；3.浙江理工大学材料与纺织学院、丝绸学院，杭州　310018)

纺纱是纺织产业链的首道工序，选配好纺纱工艺技术装备对提高纺纱的生产效率与产品质量、节约劳动用工与降低加工成本等关系十分密切。近年来，国内重点纺纱企业尤其是大中型企业通过设备更新与改造，采用了先进的技术装备，使生产的自动化[1]、智能化及网络监控技术有了显著提升，在提高产品质量、减少劳动用工等方面已取得一定效果[2]。但多数中小型的纺纱企业目前仍以传统纺纱技术装备作为生产主体，约占纺纱产能的80%左右。从纺纱技术进步与发展分析，传统纺纱工艺设备与当前形势发展要求存在三大弊端：a)纺纱连续化程度较低[3]，经过的工序较多。b)单机生产效率较低，设备配台多，能耗高。如以1万纱锭从前纺到细纱络筒工序至少需经过6～7道工序，要配备80多台主机设备。c)设备自动化程度较低，手工操作仍占较大比重。由于纺纱工序设备配台多，自动化程度较低，故用工较多。目前以传统纺纱工艺装备企业生产19.4 tex纱为例，每万锭用工仍需100人左右(三班制生产)。如生产色纺纱及半精纺纱企业，由于设备效率更低，经过的纺纱道数更多，故其用工更多。故传统纺纱企业的劳动密集型态势仍未显著改变。当前随着纺纱加工成本的逐年提高，用工多、招工难的矛盾又十分突出，要改变传统纺纱工艺装备落后的面貌，必须要加快装备的更新改造步伐，采用自动化、连续化、智能化纺纱装备，实现技术提升。

笔者参观了第十八届上海国际纺织工业展览会，来自国内外多家纺机制造商集中展示了智能制造的成果，有智能化设备应用及智能化纺织工厂的建立，破解了劳动成本大幅上升与招工难的困局，也缩小了中国与东南亚国家纺纱人力成本的差距。

从展会展出智能化纺纱装备分析[4]，其最大亮点是：机器换人、节约劳动用工与节能降耗。主要优势有三点：采用智能化技术实现纺纱连续化、使纺纱工序缩短。如清梳联、粗细联、细络联的采用，可使纺纱工序从6～7道缩短到3～4道；采用自动化技术，如梳棉、并条机的自动换筒，粗纱机与细纱机的自动落纱，既减少了繁重的手工操作，又显著节省了劳动用工，缓解了纺纱企业用工多、招工难的困境；广泛采用智能化、网络化数控技术。如原料中的异纤检控，半制品质量在线检控，成纱中的疵点在自动络筒机上自动监控与切除技术等应用，从而使成纱质量处于稳定与质优状态，满足国内外用户对纱线高品质的需求。

总之，用自动化、数字化[5]、智能化的工艺技术装备来改造传统纺纱设备，是使劳动密集型向技术密集型转变的重要举措，也是传统纺纱企业跨入智能化、网络化的重要标志。现将第十八届上海国际纺织工业展会上展示的各工序采用智能化纺纱工艺装备简析如下。

1　智能化技术装备在纺纱各工序应用情况

1.1　清梳联工序

清梳联工序即采用智能化联接成“清梳联合机”。清棉和梳棉是纺纱的前道准备工序，其作用是将纤维从块状或束状通过开清棉的开松与梳棉机的梳理成单纤维状态，并清除原料中的大部分杂质疵点与棉结后制成梳棉条(又称生条)。目前在国内大中型纺纱企业，通过技术改造与升级已普遍采用了这项技术。但这次展会上展出的清梳工序实现智能化联接，是针对目前中小纺纱企业仍在使用的传统开清棉机和梳棉机而推出的“简易化清梳联”系统。将现有的开清棉大部分设备与梳棉机连接在一起组成“清梳联合机”。展会上展出的联接形式有两种，一种是用于棉纺生产，另一种是用于半精纺生产。用于棉纺生产的保留大部分开清棉设备，在梳棉机上加装智能控制的喂棉箱；用于半精纺生产的是在梳棉机上加装自动控制的喂毛斗，使通过开毛机与和毛机开松的原料直接装入喂毛斗上，经过梳棉机制成梳棉条。这两个智能化联接方法都取消了成卷工序及运卷与梳棉机的换卷工种，实现连续化生产。同时，也改变了传统纺纱工序中先开松纤维，再在成卷中压紧纤维，在梳棉机上又要开松纤维的重复不合理工艺，对减轻梳棉机的梳理负荷，提高梳棉机的生产效率与梳棉条质量均有积极效果。但实现清梳工序智能化联速，必须在棉流输送过程中对风机实现变频控制，确保棉流均衡输送，在梳棉机上要加装自调匀整装置，以控制好输出梳棉条的质量差异，为后工序提供质量好、质量差异小的梳棉条。据会展上青岛东昌纺机制造有限公司、江阴百田机械制造有限公司及北京大图科技公司，展出简易式清梳联单位的负责人介绍，将传统清梳工序用智能化技术联接成简易式清梳联，深受国内外中小企业欢迎。这是因为改造时可充分利用现有的开清棉与梳棉设备，改造投入费用较少，同时可以根据生产批量大小灵活组合，有利于小批量多品种生产，此外，通过改造取消了成卷、运卷与梳棉机后换卷等工种，可节约劳动用工50%左右。

清梳工序除了采取智能化联接外，为了节约用工减轻劳动强度，还采用了智能化的自动换筒技术，尤其是展出的德国特吕茨勒公司生产的梳棉机采用了全新换筒装置T-MOVE，通过水平移动的圈条头进行瞬间换筒，且换筒时出条速度保持不变，避免了出条速度变化导致生条质量的波动。在圈条头移动的同时，棉条会在精确的定位点被拉断。此外，该自动换筒系统还采用了1 200 mm大直径条筒，在更少占地面积下，增加棉条容量达43%，可减少棉条筒的运输次数和下一道并条机的接头次数，有利于挡车工扩大看台数。

1.2　并条工序

并条在纺纱中处于承上启下的重要地位。通过并条机的并合与牵伸，使生条中的弯曲纤维消失，条子的分离度、伸直度、平行度提高。同时通过并条机的多次合并，可使各种原料混合均匀，条子的质量差异减少。由于并条工序后纺纱没有再并合机会(除赛络纺外)，故控制好末道并条的条子质量差异将直接影响成纱的长片段的质量差异(即成纱的百米重量变异系数)。因此并条工序除要提高条子的“三度”(分离、伸直、平行)外，更重要的是要控制好末道并条输出的条子质量差异。传统并条机是靠人工通过调换牵伸变换齿轮来调整，耗工费时且有时间差。故国外生产的并条机早就采用自调匀整在线智能控制技术，来自动调整输出条的质量差异。目前国内很多纺纱厂都采用引进国外带自调匀整的末道并条机，作为控制好成纱质量的关键设备，但投入费用较高。这次展会上国内陕西宝成精密制造公司，展出了自主研发的带自调匀整功能的数字化在线检控的新一代并条机，同时传动系统采用电子传动模式，消除了原机械齿轮传动的许多弊病，传动精度提高。在高速700 m/min条子输出时，运转稳定噪音小。此外，湖北天门纺机公司展出的三款并条机，都配置了自调匀整与在线检控系统，其中最新研发的TM380Y型并条机上配置了国际最先进的UQA短片段自调匀整系统，可实现双眼单用，一台机器上可同时生产两个不同品种。该机采用三上三下加压棒曲线牵伸装置与自动生头机构和罗拉轴承储油装置，既方便挡车工操作，又能有效延长加油周期。机上的上下圈条采用伺服电机独立传动，可使圈条张力无级调整，并设置多个备筒的自动换筒装置与直径为600×1 200 mm条筒及电子断条系统，能延长换筒时间，为扩大看台数量，减轻操作工劳动强度创造了有利条件。

从展会上展出的国产并条机技术发展分析：已广泛应用了多项数字化、自动化、智能化新技术。与国外并条机的技术性能接近，可广泛应用于对传统并条机更新与改造，替代进口，节省改造费用。

1.3　粗纱工序

粗纱是纺纱最后准备的一道工序，其任务是将并条工序生产的条子(又称熟条)通过再牵伸拉细成粗纱，并经适当加捻后卷绕在粗纱管上供细纱机纺纱。经粗纱工序加工的半制品直接影响成纱的质量与生产效率。传统纺纱的A系列与FA系列粗纱机都采用人工落纱，传动方式是用机械(铁砲)传动来实现加捻与卷绕，机构较复杂，故障率较高，且维护成本也较高。这次展会上国内青岛环球集团纺织机械有限公司、河北太行机械工业有限公司、江苏中晖纺织机械有限公司及太平洋机电(集团)有限公司展出的多台粗纱机，普遍采用了自动化、智能化及连续化等新技术，使粗纱工序的装备显著改观。主要反映在三方面。

a)取消了落后的机械传动模式，采用多电机直接驱动粗纱机的锭子、龙筋升降及卷绕成型控制，实现了光电一体化技术。提高了传动效率与各关键部件的同步性，实现粗纱恒张力卷绕，消除了传统粗纱机开关车的细节疵点产生，使粗纱机质量显著提高。同时，由于传动方式的改变，使粗纱机的生产效率比传统FA系列粗纱机提高30%左右，从原1 000 r/min提高到1 200～1 300 r/min，相应万锭粗纱机的配台可以从原4台减少至2.5～3台，既节省了能耗又可减少用工。

b)将原人工落纱改为自动落纱技术，取得了既减轻人工劳动强度、节约用工又提高设备生产效率的效果。如青岛环球纺机展出的EMT1800型自动落纱粗纱机，最快可在两分钟以内完成落纱与抽管工作，同时随着自动落纱技术的采用，还可加大粗纱卷装容量与增加粗纱锭数，卷绕尺寸为175×500 mm比原卷装增加了25%，可减少接头及换批时间，每台粗纱机最多可配204锭，比常规120锭/台增加了近80%，减少了设备投资，提高了纺纱效率。

c)在粗纱机自动落纱基础上实现粗纱与细纱智能化自动联接系统。这次展会上青岛环球纺机集团与天津宏大纺机公司都展示了粗细联接特点和运行情况。如天津宏大公司展示的自动落纱粗纱机及粗细联输送系统由三个部分组成，有以下几个特点：分组传动，克服传动系统轴传动扭振，实现高速多锭数(192锭)，每节由一台电机直接驱动，锭与锭、节与节之间通过齿形带串联起来，保证每节纺纱的一致性并提高了机器的稳定性，降低了能耗；空满管交换无空载，每分钟可交换4个纱管；射频识别即RFID技术，首次实现在粗细联输送系统上应用；应用忠旺铝型材轨道，降低了轨道内滑轮的磨损，使轨道水平不变形、直线不变形、开口不变形；TWFT562A轨道系统采用德国进口系统，运行稳定；具有国内首家粗纱立体加湿库，可控制不同地区的气候条件以及用户对粗纱张力、毛羽等不同要求并在粗细联纱库中采用独有的加湿功能。总之，粗纱和细纱二工序实现智能化联接输送与信息化管理，不但取消了粗纱搬运工种且取消了粗纱与纱管储备空间，节约了厂房面积，实现了智能化的运送系统。

1.4　细纱工序

是纺纱的主要工序，也是目前用工最多的工序之一，选配好细纱工序的主机及相应的配套设备，对提高纺纱技术水平与节约劳动用工都有积极的作用。故国内外纺机织造企业都十分重视细纱工序技术装备的研究与创新。从这次展会上展示的细纱技术装备分析有3个显著特点：围绕节约劳动用工与减轻工人劳动强度，采用了多种智能化与连续化装备；围绕提高纱线质量档次，推出了多种智能化的在线控制技术；围绕开发新型纱线增加纱线花色品种推出了智能化多用途的新型细纱机实现了一机多用。现分析如下。

展会上展出的针对节约劳动用工、减轻劳动强度的智能化设备有4类。

a)智能落纱小机。一是针对传统细纱机的人工落纱改为小机自动落纱，实现机器换人。展出智能落纱机企业较多，安徽铜陵松宝智能装备股份有限公司展示的SD9型智能落纱机器人最受参观者的关注,也是目前国内纺纱企业使用量最多的一种智能化落纱机。据介绍这次展示的是经过多次改进后的第4代智能落纱小机，其特点是落纱机能自动运行拔管、落纱与插管动作，解决了原靠人工操作的难题。二是采用了更耐久的抓管器，改变了原来气囊式抓管器，使用寿命提高4～8倍。三是采用了创新的防拔锭杆与锭杆设计，确保落纱过程中不会拔出锭杆。此外，采用松宝智能落纱机落纱停台时间也比原人工落纱缩短，每台落纱工可从原6人减少到4人，节约劳动用工1/3，改造费用投入可在3年左右收回。

b)智能化自动理管机。采用智能落纱机必须与自动理管机配套。因落纱机的插管必须要将空管整理有序排列才能减少漏插现象。展会上江阴市凯业纺织机械制造有限公司展出的LGJ-200全自动络筒理管机，应用了智能相机检测系统，高效简洁，不会发生死机感染丢失程序等电脑问题。该机可以与各种型号络筒机连接使用，对多种颜色细纱管的分离、收集、分拣分辨率可在99%以上，检测精度较高。此外，该自动理管机可以处理180、190、205、230 mm等不同规格细纱管，并可适用于不同纱支的要求。自动理管机的采用可以减少用工与减轻劳动强度，也是机器换人的一种方式。

c)智能化集体落纱细纱机。这次展会上国外德国青泽公司、印度朗维公司,国内经纬纺机、上海二纺机、江苏同和纺机等都展示了集体自动落纱的细纱机(1 000锭以上)。由于采用带集体自动落纱机比原人工落纱可减少落纱工1/2～2/3，并可提高落纱留头率与减少落纱停台时间，故正在国内逐步扩大使用。但目前仍有80%常规细纱机未采用自动集体落纱技术。尤其是纺中粗号的纺纱企业由于落纱次数频率高，落纱工劳动强度高用工又多，故将人工落纱改为自动集体落纱是生产企业的要求。针对企业的需求，这次展会上盐城市海马纺织机械有限公司、浙江凯灵纺机、山西经纬纺机等细纱机制造公司也展出了在常规细纱机上改智能化自动集体落纱机技术。它与采用智能落纱小机是两种不同改造模式。常规细纱机改集体自动落纱采用的机、电、气仪设备与集体自动落纱长机基本相同，各项动作具有高度的自动化与智能化，故其改造费用要高于采用智能落纱小机，但节约劳动用工可达50%以上，且其落纱的可靠性和稳定性要优于采用智能小机落纱。由于其落纱次数不受限制，故其适用于生产纱支号数较粗落纱次数较多的企业改造采用。

d)细络联机。这是节约用工最多的一项新技术。它是将细纱机与络筒机通过多项智能化与自动化技术联接在一起，将细纱机落下的管纱，通过智能化的纱管输送系统直接运送到托盘式自动络筒机上卷绕成筒纱，省去了管纱运输及细纱管搬到络筒机等工作，节约劳动用工优势明显。细纱工序采用细络联在国外推广应用已有十多年时间，主要是国外工人工资昂贵，要少用工人。细络联机在国内尚处于试验起步阶段，经纬纺机在其无锡试验基地建立了一个1万锭试验生产线，但要扩大应用细络联技术必须具备两个基本条件，一是生产品种要相对稳定；二是要用托盘式自动络筒机配套，由于国内多数纺纱企业尚不具备上述条件，制约了推广应用。

围绕提高纱线质量与档次，在展会上展出的有三项智能化控制技术。

a)单锭检测与控制技术。国内外制造企业均有展出。它是在纺纱加捻卷绕部分安装了一个传感器来跟踪每锭运行情况，发现断头或运行异常，能及时在互联网的视频上反映出来，使挡车工能及时接好断头，检修工及时修复运转异常锭子，同时可及时对断头原因进行统计分析，做好修复消除疵点，确保纱线质量稳定。

b)变频调整技术。变频调整也是一项智能化纺纱技术。目前国内外生产与使用的新一代细纱机都采用了变频调整技术。根据纺纱卷绕直径从小到大的变化分10档速。变频调速使纺纱张力变化得到有效控制，基本实现恒张力纺纱，使纺纱断头降低到最少。断头少人工接头次数少，产生纱疵的几率也减少，既利于纱线质量提高，也可适当扩大工人的看台能力。

c)集聚纺纱技术。集聚纺纱也是一项智能化纺纱技术[6]，在展出的国内外细纱机均已普遍采用。它是在纺纱牵伸区加装一套负压系统，使牵伸中的运动纤维集聚在一起，在前罗拉中输出，由于缩小了加捻三角区使经加捻卷绕的纱线更紧密，能显著减少毛羽并提高纱线强力。目前集聚纺纱技术不但在纯棉纱生产中应用，在混纺纱及化纤纺纱中也在扩大应用。多年来生产实践证明，这是一项提升纱线质量与档次的纺纱技术。

围绕开发环锭纺新型纱线，用智能化技术改造传统细纱机，实现功能多样化。环锭细纱机较长时间来以生产纯棉纱、化纤及混纺平纱为主，功能较单一。当前随着人们对穿着要求的不断提高，对服饰要求有时尚化、个性化、多样化的特点，而用常规环锭细纱机纺纱难以达到上述要求，故必须对现有环锭细纱机进行改造与升级，使之能适应多样化新型纱线开发与生产。从这次展会显示，近几年来国内外纺机制造业都围绕这个需求，运用多种智能化数控技术，在环锭细纱机上加装多功能花色纱装置，来生产竹节纱、段彩纱、竹节+段彩纱等新型花色纱。经纬纺机的分公司与国内多家高校合作，在展会上展出了一台JWF1511型三元色细纱样机，无锡恒久科技公司也展出了一台多功能环纺细纱样机，受到参观者高度关注。JWF1511型三元色细纱机采用了3根不同颜色粗纱喂入，通过智能数控牵伸。改变三基色成分配比，实现了纱线色泽及支数变化，可纺出多种形态和色泽的纱线，使环锭细纱机具备了纺纱与智能化配色的双重功能。而恒久科技公司研发的多功能花色细纱机也采用数码控制技术，在一台设备上只要变更一个控制系统就可生产多种如段彩纱、波浪纱、竹节纱等各种新型纱线，实现了一机多功能。此外，山东裕华纺机公司与意大利Pinter公司合作开发的多种花色装置，也在展会上以实物或演示方式作了介绍，有马泰克花色纱装置、双包芯与单包芯纱装置及3D包芯纱装置等，将这些装置安装在环锭细纱机上也可生产出形态各异、色彩多样的纱线。

1.5　成品工序

成品工序是纺纱工序的最后加工工序，有络筒机与倍捻机两种设备。络筒机与细纱机一样，原是纺纱中用工最多的一种设备，也是用智能化的数控技术实现机器换人的重点工序。从这次展会上国内外展出的络筒机分析，已全面采用全自动化的第三代托盘式自动络筒机。展示设备有卓郎赐来福公司生产的奥拓康诺AC-6型，意大利沙维奥公司生产的Eco Plus型，日本村田公司生产的QPROPLUS优宝络型及青岛宏大纺机公司的SMOR-1型。这几种新一代托盘式自动络筒机与目前多数企业使用的纱库型自动络筒机相比，智能化与自动化程度更高，从纱管自动运送、自动退解纱尾、自动络筒、自动运送筒纱等，都采用智能化机器人操作来完成。而目前使用的纱库型自动络筒机尚需人工插纱管，络筒满筒时仍需人工换筒等辅助操作。由于第三代托盘式自动络筒机全部实现自动化操作，不但进一步减轻了工人劳动强度，且使用工进一步节省，从原纱库型络筒机每人挡1台增加到挡3～4台。按目前每万锭配备3台络筒机为例，则只需一个工人，使络筒工序从用工最多成为用工最少的工种。此外，在自动络筒机还采用电子清纱器智能化技术，它用在线监控技术将纱线中的各类疵点设置多个通道，在纱线通过时将疵点切除，从而使经过络筒加工并卷绕成筒纱上的疵点降到最少或无纱疵，为后加工用户提供品优质良的纱线。

倍捻机是加工细号或特细号纱的配套设备，它将2根或3根单纱通过并合倍捻成股线，对提高成纱强力与改善条干均匀度有积极作用。尤其是生产半精纺纱线及9.8 tex(60 s以上)特细号纱线都需要通过倍捻机加工。这次展会上除福克曼公司展出一台短纤倍捻机外，国内也有多家制造企业展示采用智能化技术研发生产的倍捻机。如浙江东星纺机公司展出的两款倍捻机DX2689型短纤倍捻机与DX321F-500型长丝倍捻机。都吸收采用了国外倍捻机的优点，整个纱线成型机构都由伺服电机驱动与在线控制，代替了传统倍捻机上的往复导丝机构，机构简单、操作方便、噪音低，成形工艺可无极变换，能适应多品种生产。倍捻锭速度可在8 000～10 000 r/min范围内无极调速。在现场演示10 000 r/min高速运行时，纱线成型和运转稳定性良好，各项性能指标已接近国际先进水平，可取代进口倍捻机。

1.6　辅助设备

这次展会中除纺纱主要工序设备上都广泛采用了智能化在线监控技术外，在部分辅助设备中也采用了智能化控制技术[7]。青岛环球集团展示的筒纱智能物流系统是一项成功的范例。该系统整个流程从络筒机上自动取纱、输送、品种识别、机器人卸纱堆垛、称重、筛选、到自动包装套袋、编织布无人自动成包、自动打包、整包自动称重、自动贴标、自动码垛、自动入库到自动出库止，全部实现了机器人自动化操作，据介绍用该智能化自动运送包装系统可节约原工种劳动用工的80%。

此外，江苏凯宫纺机也展示了一套精梳工序采用智能化技术，该技术是将条并卷机与精梳机有机联接TSFA0160智能棉卷搬运系统。将条并卷机落下的小卷通过满卷存储平台自动输送到精梳机吊装运输区域备用换卷，并将精梳机用完的条卷空管通过存储平台码齐，逐一喂入条并卷机的备管箱内，实现了条并卷机与精梳小卷喂入端的连续生产，对改善质量及节约运输工人均有积极作用。

2　互联网信息化技术在纺纱生产中的应用

纺纱生产是一种多工序、多机台与三班连续运转，一环扣一环的生产模式，一个工序一台设备发生故障或出现异常，都会影响整个生产系统，故对每台设备的运行状态都有严格要求。互联网技术的采用可将每道工序中每台设备的运转情况进行实时监控，并及时作出相应处理和调整。目前互联网技术不仅在细纱机单锭监控技术上应用，在其他工序纺纱设备中也已开始应用，如这次展会上展出的陕西宝成公司生产的并条机上设置了与互联网联接端，使管理人员可以从视频或智能手机上掌握每台设备的运行情况，并可对各种工艺参数实时作出调整。彻底改变了传统生产管理模式，使纺纱生产与管理进入了一个智能化与信息化的新时代[8]。

传统纺纱企业采用智能化与信息化技术后，能取得节能降耗与减少劳动用工等显著效果，据对浙江省内一些纺纱企业了解，采用清梳联合机、粗细联合技术及新一代托盘式络筒机等技术后，不但缩短了纺纱工序，同时可使生产一线劳动用工从原来500人/万锭减少至50～60人/万锭。如果传统细纱机更新为带自动落纱细纱长机或改造成集体落纱细纱机，不但使工人劳动强度显著降低，且每万锭又可节约劳动用工10人左右，仅从节约劳动用工一项，每万锭可减少工费支出250万元左右，且可以缓解当前纺纱企业招工难的压力，经济效益是十分明显的。

3　结　语

纺纱业是纺织产业链的首道工序，纺纱生产历史悠久，曾为中国纺织业发展与解决人民穿衣问题做出过重要贡献，但随着科学技术的发展，尤其是自动化、连续化、智能化与信息化等技术的广泛采用，传统的纺纱技术与管理模式已与现代化生产与管理不相适应，必须要进行改造与升级。要围绕“机器换人、减人增效、提升产品质量与档次”为目标，采用自动化、智能化、网络化等手段来彻底改变传统生产与管理模式，使纺纱生产跨入智能化与信息化的新时代。