工业物联网：纺织工业的需要

P.Vora A.Powar

1.D.K.T.E.社会纺织工程研究所（印度）

2.国立高等纺织工艺学校（法国）

3.法国里尔第二大学（法国）

作为一项新兴技术，物联网（IoT）有望改变纺织工业许多现有系统（如运输系统和制造系统等）的操作和作用。若干工业物联网项目被引入农业、食品加工业、环境监测、安全监测及其他领域。迄今为止，物联网一直在物流、制造业、零售业和制药等行业备受青睐。随着无线通信、智能手机和传感器接口技术的发展，越来越多的联网设备或智能对象被纳入物联网。当前是将物联网融入纺织制造业／纺织厂的黄金时期。如图1所示，制造业物联网体现了信息技术与制造业的融合。

无法预测的定制订单在高峰时期可能会给生产企业带来困难，导致长时间的等待，进而对消费者产生潜在的负面影响。但另一方面，这些订单又可以帮助企业增加收入和竞争优势，改善现金流，减少浪费。大规模定制还可以为产品开发、在线营销和有关活动提供有价值的数据。数字传感器和智能标签的采用，可提供可视性与灵活性，并控制产品流程，制造业、供应链物流将受益于此。大规模定制将通过物联网、传感器和智能分析实现。

图1 信息技术与制造业的融合

1 工业4.0的发展及其对纺织工业的贡献

买方的主导作用可能会继续决定未来的价值链。目前，所有的供应链流程和行业活动都是根据客户的满意度和期望开展的。市场对定制产品的需求越来越大。客户不想购买标准产品，而要求更个性化的产品和服务。基于此，工业流程和供应链运作都将不得不根据这些新准则进行重新设计。为达到竞争所要求的速度和灵活性，技术已经成为这个时代行业最重要的元素之一。

工业4.0的发展主要是基于数字技术。第四次工业革命正在努力整顿供给、物流、消费与生产等各环节。实现这一目标的最佳途径是提高工厂的技术水平。这有可能减少人为因素导致的各种错误。纺织与服装行业人力资源过度使用、技术力量不足等问题，致使行业的产量和效率不高。由于纺织业缺乏灵活的经营结构，无法平衡这些问题，因此在高压竞争面前不够强大。与此同时，行业还面临新的挑战：产品需更加个性化及多样化，必须在更短的时间内适应市场需求，产品的生命周期比以往任何时候都更短，市场竞争也更加激烈。另外，纺织与服装行业表现出对劳动力的高度依赖，往往集中在供应、生产、质控和物流过程中出现人为失误。除此之外，客户期望和需求的变化水平也非常高，没有人愿意购买其他顾客购买过的服装商品。因此，企业必须进行特殊的产品图案设计，生产定制产品。工业4.0可以帮助纺织服装行业解决这些困惑。根据工业4.0及先进技术，对工业流程进行重新设计，在纺织价值链中，所有与供应、生产、质量和物流相关的流程都可能变得更加灵活、快速和有活力。纺织服装行业通过生产和物流手段的转变，可以更加灵活并快速有效地响应客户的需求。

2 IoT在纺织工业的潜在应用

2.1 传感器在材料容器中的使用

纺纱、织造、整理等基本工艺是实现纺织产业升级的关键。纺织4.0是推动自主生产的过程链。自主生产所需信息的载体可以是纺织材料容器、筒子、经轴，也可以是织物本身。射频识别（RFID）和传感器是收集和存储信息（如与产品相关的运维状态信息等）的基本模块。生产单元将快速、灵活地进行自我配置和自我优化，以满足预先确定的生产率和质量标准（图2）。此外，收集到的信息将作为数据输入企业资源计划管理系统（ERP系统），以供将来的管理决策使用。

图2 织造工艺自优化

2.2 传感器在机器与设备中的使用

传感器可以在机器和设备中得到广泛应用，利用人工智能（AI）和物联网的概念对环境进行控制和监察。温度传感器、压力传感器、湿度传感器、振动传感器、入侵传感器等可用于识别当前工作参数和目标条件。传感器的信号值可与智能手机共享。机器操作员可为放置在工厂中的每个传感器设置阈值。智能手机可根据输入的信号检查阈值。当遇到异常情况时，蜂鸣器或警报等设备可通知操作员或工厂负责人。之后，在人工智能的帮助下，电机或有关操作部件接收到必要步骤的指令，采取适当措施解决这个问题。为使人工智能更完善，需在数据库中输入和存储大量以往的数据。

2.3 编织中的人工智能

利用“自动化信息系统”，即商业上所称的“织机数据解释系统”，可更好地控制和监测生产。该系统的主要优点是可以更好地控制织机生产的质量和产量，从而提高整个系统的生产效率。织机的管理及确保织机达到最大生产效率，是工厂盈利和成功的关键。工厂的每台织机连续工作确保了生产率。拥有能够提供织机实时视图系统的想法，催生出织机数据系统。该系统建立了机器监控平台，实时采集机器信息（工作参数），实现了机器故障信息的及时反馈。正确地分析和存储机器启动后的数据非常重要。分析数据是为了获得有用且适用的信息，这些信息可被人工神经网络利用。无论数据是定性的还是定量的，神经网络都可以描述和汇总数据；确定变量之间的关系；比较变量；确定变量之间的差异；预测结果。织机数据系统有助于管理者提高工厂的生产力和整体质量：

——系统自动化通过控制工厂的风冷系统实现；

——系统中的喷雾元件也实现了自动化，从而可获得高质量的产品；

——综合控制质量管理和电能消耗，使其高效、经济；

——实现了对锥／梁／罐的输入库存和输出数量的监控；

——内部存储值可随时随地查看。

3 结语

全球“再工业化”的影响将使制造业更具竞争力。纺织业必须意识到新的挑战，采取审慎明智的措施，以降低生产成本，提高生产效率，改变劳动力结构。工业物联网是一个复杂而有益的信息物理系统，它集成了具有识别、处理、传感、通信和联网能力的各种设备和机器部件（图3）。尤其是传感器和执行器，变得越来越引人注目，更便宜、更小，使其在与实时监控应用程序集成时具有通用性。纺织业在使用物联网设备开发自动化监控、管理、经营和维护等工业应用方面落后于其他行业。随着技术和工业基础设施的加速发展，纺织业迫切需要物联网的广泛应用。纺织业和服装业必须意识到第四次工业革命新模式即将出现。在未来的几年里，由于极端波动的市场条件和日益激烈的竞争，建立智能工厂将是满足不断变化的客户需求的唯一选择。这样，纺织业才能从根本上解决劳动力密集、能源成本高及市场模糊等问题，才能提高生产效率和生产力，同时实现高水平物流服务。

图3 工业物联网系统示意图