传统纺纱设备智能化升级改造思路探讨

王士合

（山东华兴纺织集团有限公司，山东泰安，271400）

科技创新孕育新的突破，近几年智能制造已成为世界制造业发展的大趋势。传统纺纱企业在智能化热潮面前承受着巨大的压力，通过更新自动化、连续化设备来实施智能化改造后效果明显，但也存在资金投入大、财务成本偏高等问题。我公司通过对新设备在智能化实施过程中取得的经验进行总结，并借鉴到传统设备的改造中，为纺纱设备升级注入智能化基因，让传统设备焕发生机。

1 纺纱智能化进程及问题

1.1 纺纱智能化发展进程

在2015年，山东华兴纺织集团有限公司（以下简称山东华兴）敏锐地认识到智能制造将给纺织行业带来机遇和发展，便组建了信息化技术团队，结合纺织业务特点，进行了5万锭智能纺示范车间的建设。从清梳联到成包的七个工序选用了五个国家和企业的纺织主机，集众家之长，优化配置，通过AGV小车和仿真无人打包系统，形成了全自动生产线。与各设备厂商深入协调开发了数字接口，将各设备数据汇集到独立开发的纺纱管理系统中，部分实现了自动分析、决策和反馈，实现了大卷装、高速度、自动换筒接头和半制品的自动运输，并实现了自动包装和入库，提高了劳动效率，万锭用工降低到15人以下，明显降低了生产成本。

1.2 纺纱智能化发展存在的问题

目前部分企业虽然拥有了不少自动化设备，并使用ERP管理，甚至与移动互联网终端相连，便于管理者实时掌握各类生产信息，但这距离“机器间的信息交互”“以工业大数据的分析作为依托”“赋予机器决策能力”显然还有差距，还远远达不到工业4.0阶段。智能化是在自动化基础上通过应用软件的全面升级，要达到生产制造自动化、管理流程数字化、企业信息网络化、智能制造云端化的要求，因此纺纱智能化要走的路还很长。

目前我国企业对精益生产的认识很有限。据2019世界智能制造大会发布的数据统计，全中国制造业中非生产人员大概有4 000万人，其中只有2.5万人左右理解并专注于精益生产。精益生产薄弱会影响智能化效果，所以不要在落后的工艺基础上做自动化，不要在落后的管理基础上做信息化，不要在不具备数字化网络化基础上做智能化。

智能化纺织机械是在原有机电一体化设备的基础上，通过数字化和计算机技术，融合传感器技术、信息科学、人工智能等新思想、新方法，模拟人类智能，使其具有感知、推理和逻辑分析功能，以实现自适应、自学习、自组织、自主决策能力。由于纺机的研发成本造成智能化设备和配件价格偏高，AGV、变频器、CPU、软件系统维护成本也很高，给纺织企业形成较大的运营负担。

2 传统纺纱设备改造的迫切性

2.1 自动化智能化设备涌现

随着制造业产业链快速向自动化与智能化转型升级，棉纺企业需要更高的生产效率，并实现柔性的生产供应，激烈的市场价格竞争致使企业需要进一步压缩生产成本，各类利益相关者要求企业更环保的生产，对保护工人健康的要求更高。《智能制造发展规划（2016—2020年）》预计，到2020年，制造业重点领域企业数字化研发设计工具普及率将超70%，关键工序智能化率将超50%。当前，制造型企业若不积极进行转型升级，势必无法适应逐渐实现自动化与智能化的产业链，从而被激烈的市场竞争所淘汰。长远来看，随着我国人口红利的消失及劳动力成本的升高，打造智慧型工厂是未来产业升级和进步的必由之路［1］。我国制造业产业链正在悄然加速升级转型，在工业4.0的大势下，落后的生产模式将无法对接与适应先进的上下游产业链，结果只有升级转型或落后淘汰两种。

2.2 传统棉纺设备存量很大

据《2018年中国纺织机械行业发展现状及发展趋势分析》发布，我国传统的纺纱设备占比在85%以上，其中2000年以来的设备占70%以上，传统棉纺设备存量很大，这些设备基础好，有的设备折旧费用基本为零，可降低制造成本。

3 传统纺纱设备改造的经济性

设备的技术改造，需要应用现代科学技术成就和先进经验，改变现有设备的结构，安装或更换新部件、新装置、新附件，以补偿设备的无形磨损和有形磨损。通过技术改造，可以改善原有设备的技术性能，增加设备的功能，使之达到或局部达到新设备的技术水平。设备技术改造可以充分利用原有设备的基础部件，比采用更新设备的方案更节省时间和费用。此外，设备技术改造常常可以替代进口设备，节约外汇，取得良好的经济效益。采用先进、实用技术改造传统产业，不仅具有投资少、工期短、见效快等特点，能有效避免重复建设，同时还有利于优化产业结构、改变增长方式、提高企业的效益和竞争力［2］。

4 传统纺纱设备改造的复杂性

4.1 老设备门类繁多

纺纱设备的门类、厂家繁多，同种设备也分各种系列。为规避专利纠纷，不同生产厂家生产的同类设备也会不同，性能有所差别。同一生产厂家生产的同类设备，也会由于生产年代不同，其设备性能也不同，如经纬细纱机就有A513W、FA502、FA506、JWF1562等几代。很多老设备不具备可用通讯接口，且存在单机多锭、机械结构复杂等问题，以及纺织行业一线用工量大且工人素质参差不齐，中小企业工厂对技术改造的投入相对较少，对改造成本非常敏感，这也是做好技术改造的难点。

4.2 设备改造空间受限

由于原来设备功能单一，速度偏低，所以设备外形尺寸偏小，在设备排列时，设备间距也不大，在设备改造时需外加辅助装置，如细纱集体落纱装置、集聚纺吸风装置等，造成设备空间受限。另为了保证空气清洁度，避免气流紊乱，一般需要配置地面吸风，而老厂房没有预留风道。在进行集聚纺和自动络筒等改造时，如果没有地下管道，势必进行高空敷设，影响美观，也容易造成积尘下落，影响产品质量，在改造过程中需要认真考虑解决。

4.3 原有设备存在诸多问题

4.3.1 原有设备设计缺陷

我国纺机生产企业在研发设备时，存在着设计不规范等问题，未对每个部件的功能、材质、工艺要求等进行系统考虑与设计对接。例如梳棉机、精梳机及并条机的圈条形状，对其细微的曲线变化没有理论支撑，一旦有一个因素发生变化，就会出现问题。某些细纱长车的卷绕成形主传动部分（蜗轮箱、分配铀、牵动链条、成形凸轮、转子等成形部件）在材质、热处理、加工精度上都达不到长车负荷的要求，致使故障率居高不下。

4.3.2 随意改变纺机厂原设计

部分中小企业的技术改造往往不经过论证，随意改变纺机厂原有设计，最终影响了设备整体效能的发挥。譬如不能为了排列美观而随意更改清梳联各单机的管道设计，弯头数量和管道长度随意增加，会造成能耗大、负压小，管道经常堵塞，不能确保风量、风压的稳定性，进而影响生产效率和产品质量。

4.3.3 不按设备要求进行维护

在设备维护过程中，不按设备说明书中要求的维护周期更换相关易损件、加油润滑，或为节约成本随意使用劣质的部件、润滑脂等，或不清洗轴承、乱拆轴承造成设备状态严重不良，甚至误用假冒伪劣产品（如冒牌SKF、NTN轴承等）导致生产效率下降，产品质量得不到保证。

5 传统纺纱设备改造的思路

有些企业虽然没有大规模更换自动化程度较高的成套设备，但通过关键环节的设备升级改造，也显著提高了产品品质和生产效率。

5.1 设备改造要制定规划

作为传统纺纱企业，要明确自己的产品优势和市场定位，并在此基础上按照总体设计、分步实施的原则制定设备改造规划。可以先从关键环节入手，争取做到事半功倍。既要避免好大喜功，华而不实，也要避免完全凭借设备改造厂家的设计方案，进而造成前后不配套，技术混乱，重复改造。

5.2 按照产品要求进行改造选型和配置

设备改造选型及配置要适应产品质量的要求，国内大部分纺机制造精度都可以满足国内棉纺企业优质、高效、高产的需求，但也存在鱼龙混杂的问题。同时由于纺纱设备技术更新速度快，所以棉纺企业采购的设备存在或多或少的质量问题，或者选型不够合理，导致纺纱质量达不到要求，设备问题频频出现。要注重专件器材的选配。在选择专件时，如果受价格影响，使得采购的专件质量较差，设计及制造精度达不到要求，会严重影响成纱质量指标。

设备主机选型建议根据产品定位和设备性价比等情况，选择制造精度高、口碑好的生产企业设备。如果生产高质量、高附加值的产品，尤其要选择制造精度高、质量稳定、使用周期长的专件器材，这对于提升和稳定产品质量具有很重要的作用［3］。

5.3 注重安装精度

随着老一代员工的退休，设备保全力量普遍薄弱。若设备安装外包，无法保证安装质量，安装精度较差，达不到技术要求；或厂房设计不合理，严重影响了设备的运行质量，造成设备的效能发挥不出来。在基础设施和厂房、地面建筑方面，必须严格按照主机技术要求进行建设，杜绝因地面、厂房建设不合格造成主机设备性能难以发挥的问题。

5.4 注重网络和信息化技术应用

虽然从20世纪90年代开始利用电子信息技术改造传统纺织机械，推广应用PLC、变频器、伺服系统、计算机控制等自动化技术，使得纺织机械的机构简化、性能改善，提高了机器的速度和生产效率。但由于多侧重于单台设备的纺织工艺性能自动化，造成了大量的“信息孤岛”存在。进入21世纪，纺织机械电气控制系统的自动化程度越来越高，单机自动化已经无法满足纺织行业发展的需求，必将走向系统自动化、车间自动化，甚至工厂自动化。智能化、网络化、信息化已经成为纺织机械控制系统的主要趋势。通过采集设备信息和利用总线技术，将信息进行汇集，并具有显示和监控功能。若有条件，可更进一步形成MES系统，使管理层下达的生产数据能与单机互通，车间环境控制智能化，减少人为控制失误，提升车间管理自动化能力。实现车间级别数据实时监控与任务下达，数据可在单机、设备组和车间管理层面共享，消除“信息孤岛”［4］。

5.5 山东华兴小微再造模式

山东华兴从2016年就开始推进智能化改造，在迭代升级的过程中，自主研发了智能配棉、细纱智能动态管理等系统，从一个智能化技术改造的受益者逐渐成长为行业智能化技术改造方案的提供者。

山东华兴小微再造模式，可赋能中小纺织企业智能化，以实现“装备换芯，生产换线，产品换代，提升换挡，转型换能”的核心内容。即给多种多样的设备换上智能纺“芯片”；将原来旧的生产线换成高端化、数字化、透明化生产线；把高成本、质量低的产品换成低成本、质量优且稳定的产品，实施品牌化战略；提升企业品牌档次，替换同质化低档次产品；推动企业转型升级，实现新旧动能转换，为中小企业提供转型升级解决方案，使其盈利能力逐步提升，企业核心竞争力不断增强。

该模式具有普遍适用的特性，使中小企业各个年代的设备能够实现不同梯次的改造。通过调查在用的纺纱设备，以经纬细纱机为例，纺纱设备共分四代：第一代纯机械化，以A513机型为代表，大约占全国纺纱规模的10%；第二代信息化，加装了PLC，以FA506机型为代表，占全国纺纱规模的70%；第三代自动化+信息化，以JWF1572机型为代表，占全国纺纱规模的15%；第四代全电子牵伸智能化在线应用，以JWF1572 EJM机型为代表，占全国纺纱规模的5%。这四代的纺纱设备，我们有 D1.0、D2.0、D3.0、D4.0四种相应的智能化升级解决方案。我们不断总结四种设备的改造方案，其中95%都是相通的，5%有差异。因此，我们把95%相通的部分固化成芯片，做到即插即用；将有差异的5%留好接口，由专家团队随时会诊，进行调整后完成上线。完成设备梯次技术改造后，万锭用工平均可减少50%。

山东华兴将建设新旧设备梯次改造示范基地，利用山东华兴智能纺模式赋能中小企业，利用智慧纺织工业大脑平台，通过云连接，实现与中小企业共享，帮助没有智能化改造基础的小微企业，从零起步，走上智能化改造之路。并通过物联网链接建成纺织行业虚拟集群，让中小企业逐步走上精益化、数字化、智能化，实现生态协作，解决中小企业议价能力弱、品牌知名度低、融资难等痛点。

6 结语

在激烈的市场竞争中，我国中小纺纱企业虽然面临生产规模、工艺、设备、管理和人才等方面的问题，但要充满信心做好新旧设备的协同改造和创新。从行业发展的角度看，企业制定详细的设备改造方案，遵循改造原则，并注重智能化改造实施过程中的相关注意事项，开启智能化、科技化升级改造，逐步实现设备、过程、管理和产品的智能化，着力提高产品质量和档次。相信中小纺纱企业通过传统纺纱设备的智能化改造，将成为推动我国纺纱智能化进程不可或缺的力量。