印染行业智能制造发展现状及建议

2022-12-05王翔

染整技术 2022年9期

王翔

（北京弘毅时尚检验有限公司，北京 100020）

2015 年，国务院印发《中国制造2025》，提出加快机械、航空、船舶、汽车、轻工、纺织、食品、电子等行业的生产设备智能化改造；2020 年，政府工作报告提出：发展工业互联网，推进智能制造；2021 年工业和信息化部印发《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》，以智能制造为主攻方向，以数字化转型为主要抓手，推动工业互联网创新发展；2022 年，国务院印发《“十四五”数字经济发展规划》，提出大力推进产业数字化转型。利用自动化、信息化、数字化、智能化技术改造传统行业，已经成为实现行业转型升级、提质增效的重要手段之一。随着我国工业互联网和产业数字化的发展，印染行业不断采用信息化、数字化、智能化装备技术，有效提高印染企业的生产效率、细化管理颗粒度，逐步向高质量发展转型，“智能制造”是印染行业转型升级、高质量发展的核心［1］。在“十四五”期间，印染行业仍然会把“智能制造”放在转型升级的重要位置。

1 印染行业智能制造发展现状

印染行业属于技术密集型产业，材料品种繁多、成品服用需求不同，涉及很多不同的生产工艺技术，工艺流程长、工艺数据多、设备类型多，因此在整个纺织行业中，印染智能化的难度最大，但印染行业要想紧跟时代步伐，必须进行智能制造转型。“十三五”期间，国家通过一系列政策、措施加快推进印染行业智能制造步伐，并且取得了不错的成效。

2015—2018 年，工业和信息化部开展智能制造试点示范项目，印染行业进入试点示范项目的有：2015 年山东康平纳集团有限公司的“筒子纱染色智能工厂试点示范”，2018 年华纺股份有限公司的“连续印染数字化车间试点示范”。2020 年，工业和信息化部开展制造业与互联网融合发展试点示范项目，印染行业进入试点示范项目的有：盛虹集团有限公司的“盛虹智慧印染工业互联网平台”。2017 年，工业和信息化部发布《印染行业规范条件（2017 版）》，增加“两化融合”有关内容，要求印染企业主要工艺参数实现在线检测和自动控制，鼓励采用染化料自动配液输送系统，截至2021 年共有54 家印染企业符合规范条件，这些企业在自动化和数字化技术方面做得都比较好，起到标杆示范作用。

“十三五”期间，印染行业生产自动化控制，如工艺参数在线监测与控制系统、印花自动调浆系统、智能仓库等推广应用面逐步扩大。印染数字管理系统，如生产计划排程系统（APS）、资源计划管理系统（ERP）、制造执行系统（MES）等在印染企业得到不同程度的应用。染化料自动称量配送系统、AGV 小车、工业机器人等智能物流系统在部分优秀企业得以应用。初步形成数字化车间（工厂）的应用示范［2］。

我国印染行业智能制造起步较晚，虽然“十三五”期间发展速度明显加快，并取得了显著成效，但与世界先进水平和国内部分行业相比，我国印染行业在智能制造方面相对滞后，在设备互联互通、数据采集、信息融合等方面较为薄弱，行业整体装备的数字化、智能化推进速度有待提高，发展多年的印花自动调浆系统还未得到普遍应用；染化料自动称量输送系统在“十三五”后半段推广速度加快，但应用面仍不够广，尤其是染料输送系统，仅在部分企业得到应用；自动滴液打样系统虽已应用于部分企业，但应用效果有待进一步优化；重点设备的主要工艺参数实现了在线采集和自动控制，但许多企业只实现于单机台层面，未实现软件与设备、设备与设备之间的互联互通；部分企业实现了整条生产线、整个生产车间的互联互通，但覆盖全流程的信息采集与控制系统仅在少数企业得到运用。

2 印染行业智能制造典型案例

近几年，印染行业涌现了一批数字化车间、数字化工厂应用示范，在行业起到标杆作用，为实施智能制造探索了经验，夯实了基础，提升了行业的智能制造水平。

2.1 数字化间歇式染色工厂（车间）

湖北嘉麟杰纺织品有限公司是行业内较早采用智能管控的企业，主要将染色机中央控制系统、自动输送系统和ERP 管理系统互联配合，实现了生产工艺全过程电脑控制、智能化生产管理，单位产品综合能耗、水耗、污染排放等指标均达到同行业同类产品的先进水平。公司收到订单后，先利用测配色系统对色样颜色进行测试，再利用自动滴液系统进行打样，通过这两个系统的反复配合，不断调整配方，直至客户确认染色配方的可行性。将染色配方输入ERP 管理系统，通过ERP 系统可同时管理染色机中央控制系统和自动输送系统，染色机中央控制系统可实现对染色工艺的精准控制，并可实时呼叫自动输送系统将染料助剂输送至染色机，在染色过程中，染色机又可将染色工艺反馈至染色机中央控制系统，从而实现在线监测和实时参数校正。

山东康平纳集团有限公司的“筒子纱染色智能工厂”是工业和信息化部智能制造试点示范项目，采用自动化、数字化、智能化技术实现筒子纱染色任务的全面规划、任务信息在线查询及追溯、生产流程在线监控、工艺参数精确自动化控制、工艺参数的实时检测及在线反馈；实现筒子纱染色从原纱到成品的全流程自动化、数字化生产；创建了筒子纱染色自动化、数字化高效生产线；建立了筒子纱自动化、数字化染色车间，实现了筒子纱染色从手工机械化、单机自动化到全流程数字化的转变。

烟台业林纺织科技有限公司是一家以高档针织内衣面料为主的传统印染纺织企业，是国内印染工厂较早使用数据设计针织面料生产工艺的企业，确保了印染产品质量的稳定性及重现性。烟台业林公司联合立信染整，采用数字化装备自动读取和执行各工艺参数数据，稳定执行生产工艺流程，实现高档针织内衣面料的绿色化、自动化、数字化生产，建成印染全流程绿色数字化工厂。在生产车间进行车间总体设计、工艺流程布局；将先进传感、控制、检测、物流及生产管理软件高度集成；应用现场数据采集与分析系统（SFC）、车间制造执行系统（MES）、企业资源计划（ERP）系统的协同集成；实施厂内物联网仓库应用、建立运输装备的自动化输送系统；建立数字化颜色管理系统和化学试剂分配自动化系统；全流程采用环保设备和先进工艺，实现节能降耗的绿色生产过程；建立印染远程运维服务系统，实现远程无人操控、工作环境预警及运行状态监测的功能。

2.2 数字化连续生产工厂（车间）

华纺股份有限公司创建了印染全流程数字化连续生产工厂，主要通过将信息技术与制造技术深度融合，实现自感知（动态感知生产对象和生产过程，打造透明工厂）、自诊断、自优化（实时分析生产要素，全面掌握运行趋势）、自决策（基于数据分析，依靠专家系统，实现自主决策）、自执行（设备联网，系统联动，精准执行）的高度柔性生产模式为目标，打造创新型生产模式。

通过设备联网全面在线监测设备运行参数，建立了全流程生产过程工艺参数监测数据链和自积累工艺知识库；采用高分辨率图像实时获取技术，并基于织物图像样本的快速特征采集技术得到包括色差、白度、颜色符样、花型符样等实时在制品质量指标；采用高精度数字传感器采集染液各项可直接测量的工艺指标，通过软测量算法，依靠可直接测量的二次变量来得到染液其他工艺指标；采用RFID 和条码技术，可实时获取在制品状态信息。

通过对工艺参数历史数据进行挖掘，探索上下道工序工艺、同一工序多工艺参数、工艺参数与外围参数之间的相关性，建立相关性模型，实现在线预测和参数校正。以生产过程中在制品质量指标和成品质量要求为因变量，以监测工艺参数值为自变量，建立织物质量对不同工艺参数的多元回归方程，分析关键工序、工艺参数对织物不同品质指标的影响。

基于历史数据分析所获得的工艺参数、参数质量相关性信息，结合生产过程实时监测数据，实现对染整生产的前馈控制，对参数预设值进行实时修改。将前馈控制与反馈控制相结合，找到了根据实际生产环境设计生产参数控制的自学习修正方法。通过可插拔式通用印染生产计划排程的调度系统，实现了生产调度的多目标（包括订单交期、效率、效益、能耗等）、高效、可扩展等功能。

通过建立全流程各工序的交互接口标准、监控网络平台、监控数据存储平台、查询处理平台，实现了工厂生产设备之间以及设备与软件系统之间的互联互通，生产设备可以实时接收软件系统的自主决策指令和人工交互指令并执行。建立染化料自动输送平台，实现染化料的在线监测和配送系统的一体化管理网络，建立系统内各模块的通信连接，形成多功能的局域网，能够与生产总线、自动排程系统保持紧密联系和实时通信，实现高效管理。

华纺股份有限公司数字化连续生产工厂的建设实现了传统印染企业向数字化、智能化的转换，并有效解决了市场新环境下印染企业生产管理方面面临的问题，对企业综合竞争能力的提升起到了有力的推动作用［3-4］。

3 印染行业智能制造面临的短板

智能制造的好处多，比如节省人工、提高效率、提升产品质量等，但我国自主创新的能力与发达国家相比还有不小的差距，部分印染智能制造核心技术仍是行业亟需解决的短板。

（1）印染MES 系统是负责车间生产管理的系统，将自动化技术装备与企业管理系统有机结合在一起。由于不同企业的生产管理模式不同，因此MES 系统存在明显的个性化差异。印染生产工艺较复杂、参数较多，目前不同软件供应商的MES系统还不能做到完全和其他的信息化构件实现标准的互联和互操作，针对不同印染企业、不同工艺通用的MES系统太少。

（2）传感器技术是智能制造的基础，工业传感器不仅性能指标要求非常苛刻，种类也很繁杂。传感技术在印染行业中应用广泛，印染行业的产品品质、生产效率、能源消耗、污染防治都需要在生产过程中应用新的技术装备，各种装备中体现技术水平高低的往往是那些为实现产品品质、能耗、废水排放、废气排放指标而设计的工艺参数和质量标准，而这些工艺参数和质量标准则需要相对应的各种传感器技术，但目前各种传感器技术在控制生产中的各个参数、全面采集数据信息方面的应用有所欠缺，需要进一步研发突破。

（3）在复杂的生产工艺执行过程中，需应用到很多不同类型的生产设备，要达成全车间的自动化操作，必须从系统上整合生产工艺路线上的所有设备，同时跨品牌的设备上并不一定存在互通的系统接口。现印染设备的监测、控制系统接口及交互格式种类各异，不同设备监测及控制数据难以共享，数据分析能力弱，反馈欠缺。

4 发展建议

智能制造是随着现代科学技术发展起来的一种新型制造模式，是新一轮工业革命的主战场。智能制造最大的优点是大大缩短产品研制周期，提质增效，极大降低运营成本和资源能源消耗，是当前世界工业发展的总趋势、大方向。推进智能制造是一项复杂的系统工程，印染行业要积极实施智能制造新模式，建议各层级做好以下几个方面工作：

4.1 加快印染行业实施智能制造步伐

《印染行业“十四五”发展指导意见》建议，大力推进印染企业数字化改造，从单机台自动化向全流程数字化发展，推动印染设备、系统之间的互联互通和数据集成共享；推动企业自动化装备升级，加快推进染化料生产效率和精细化管理水平；重点推进印染企业生产线的智能化技术改造，加快建设智能制造单元、智能生产线、智能化工厂（车间），大力推进行业智能化转型［2］；加强政策扶持，加大财政资金支持力度，支持企业实施智能制造。