倪 遠(yuǎn)

(紡之遠(yuǎn)(上海)紡織工作室，上海 200063)

1 環(huán)錠細(xì)紗機(jī)自動(dòng)接頭機(jī)研發(fā)歷史

環(huán)錠細(xì)紗機(jī)自動(dòng)接頭技術(shù)是紡紗領(lǐng)域中尚未突破的裝備難題，伴隨時(shí)代進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展，及紡紗技術(shù)應(yīng)用的信息化、自動(dòng)化和智能化進(jìn)程，自動(dòng)接頭機(jī)項(xiàng)目的研發(fā)應(yīng)用被提到日程上來(lái)。

早在上世紀(jì)80年代，國(guó)外就出現(xiàn)了自動(dòng)接頭機(jī)概念機(jī)，德國(guó)、意大利、瑞士和日本等國(guó)的紡機(jī)制造商曾在國(guó)際紡機(jī)展覽會(huì)上展示過(guò)自動(dòng)接頭機(jī)。歐洲紡機(jī)制造商研發(fā)的接頭機(jī)也曾有少量投入應(yīng)用，例如意大利康尼特克斯公司共出廠接頭機(jī)約70臺(tái)、德國(guó)青澤公司共出廠接頭機(jī)約50臺(tái)，此后至今，便再?zèng)]有接頭機(jī)研發(fā)、生產(chǎn)方面的信息。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)也無(wú)該項(xiàng)目進(jìn)一步發(fā)展的信息，說(shuō)明40年前自動(dòng)接頭機(jī)的研發(fā)應(yīng)用以不成熟而告終[1]。

由于經(jīng)歷了上世紀(jì)自動(dòng)接頭機(jī)研發(fā)應(yīng)用的挫敗，曾經(jīng)研發(fā)和使用接頭機(jī)的廠商反饋信息，認(rèn)為紡紗行業(yè)應(yīng)該把研究重點(diǎn)放在進(jìn)一步降低紡紗斷頭上，這樣生產(chǎn)中就不再需要接頭機(jī)了。這聽(tīng)起來(lái)就是一個(gè)比較悲觀的觀點(diǎn)，但是他們確實(shí)是這樣想的，也是這樣做的。

2 歐洲制造商早期研發(fā)應(yīng)用挫折案例分析

從目前獲得的信息分析，歐洲紡機(jī)制造商早期投入應(yīng)用的100多臺(tái)自動(dòng)接頭機(jī)，較大可能是在技術(shù)方面不夠成熟、在實(shí)際應(yīng)用的效率上不適應(yīng)需求。雖然我們不能完全知曉40年前歐洲紡機(jī)制造商研發(fā)接頭機(jī)的具體架構(gòu)及遇到了哪些障礙，但有以下幾點(diǎn)應(yīng)該是可以判斷的。

一是兩家制造商將研發(fā)的百余臺(tái)產(chǎn)品投放到市場(chǎng)，一定是可以使用的機(jī)型，是否可以持續(xù)應(yīng)用，以及使用中的改進(jìn)升級(jí)空間，是另一個(gè)角度的問(wèn)題。

二是即使采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，但受制于那時(shí)的條件和理念、紡紗工藝技術(shù)路線優(yōu)化的程度以及工控驅(qū)動(dòng)信息等技術(shù)水平，總體還是處于40年前的水平。

三是即使在歐洲，上世紀(jì)80年代的工費(fèi)也不會(huì)太貴，接頭機(jī)對(duì)值車人工的替代效應(yīng)，也許不能抵補(bǔ)投資成本，或者說(shuō)基本上難以計(jì)算投資回報(bào)率。

歸納這3方面的判斷，可以得到以下結(jié)論：當(dāng)時(shí)接頭機(jī)的機(jī)型研發(fā)是可以使用的，但應(yīng)用性價(jià)比很低，幾乎無(wú)法體現(xiàn)使用價(jià)值；或者說(shuō)當(dāng)時(shí)接頭機(jī)研發(fā)應(yīng)用的天時(shí)地利人和都沒(méi)有到位，該項(xiàng)目以失敗而告終是必然的。

3 環(huán)錠細(xì)紗機(jī)接頭機(jī)研發(fā)新時(shí)機(jī)

目前，細(xì)紗機(jī)自動(dòng)接頭機(jī)處在新研發(fā)周期，上世紀(jì)80年代歐洲紡機(jī)制造商研發(fā)應(yīng)用挫敗的案例，已時(shí)過(guò)境遷，研發(fā)條件、工業(yè)技術(shù)狀態(tài)和工藝?yán)砟畹纫呀?jīng)與當(dāng)時(shí)大相徑庭。目前，產(chǎn)業(yè)需求提升，工業(yè)技術(shù)成熟，工藝?yán)砟钸M(jìn)步，國(guó)情、業(yè)態(tài)、政府規(guī)劃力促技術(shù)創(chuàng)新，多方面要素有利于接頭機(jī)再研發(fā)[2]。

當(dāng)然我們還是要接受40年前歐洲制造商接頭機(jī)研發(fā)應(yīng)用失敗留下的教訓(xùn)，以與時(shí)俱進(jìn)的姿態(tài)，厘清與該技術(shù)項(xiàng)目相關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)背景，在新時(shí)代突破研發(fā)技術(shù)瓶頸，致力于該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，助推紡織強(qiáng)國(guó)前行，重新定義新時(shí)代接頭機(jī)行業(yè)地位和發(fā)展方向。

3.1 紡織行業(yè)“十三五”與“十四五”規(guī)劃

在紡織行業(yè)向著自動(dòng)化、信息化和智能化發(fā)展的進(jìn)程中，中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)在《紡織工業(yè)“十三五”科技進(jìn)步綱要》[3]中，就把“開(kāi)發(fā)智能化紡紗成套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)紡紗成套設(shè)備的連續(xù)化運(yùn)行、夜間無(wú)人值守、數(shù)字化控制和網(wǎng)絡(luò)化管理”作為紡紗機(jī)械研發(fā)重點(diǎn)，把“探索工業(yè)機(jī)器人在紡織企業(yè)的應(yīng)用，全方位提升紡織行業(yè)智能化生產(chǎn)和管理水平”作為紡織信息化技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)，并明確將細(xì)紗機(jī)自動(dòng)接頭列入“(六)紡織信息化技術(shù)/(28)智能化生產(chǎn)及管理技術(shù)/(3)智能化紡紗生產(chǎn)線”項(xiàng)目中。

在中國(guó)紡織機(jī)械協(xié)會(huì)《“十四五”紡織機(jī)械發(fā)展指導(dǎo)性意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》[4]的第五節(jié)：重點(diǎn)工程/ 2．紡織智能加工裝備重點(diǎn)工程中提出：重點(diǎn)發(fā)展紡織短流程和自動(dòng)化裝備、紡織專用機(jī)器人、紡織智能檢測(cè)、紡織智能系統(tǒng)、紡織機(jī)械智能制造等，提高智能紡織裝備相關(guān)基礎(chǔ)理論研究和跨領(lǐng)域交叉研究能力，推動(dòng)紡織行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)一步提質(zhì)增效，提高產(chǎn)品生產(chǎn)附加值。/(2)攻關(guān)。攻關(guān)紡織接頭和擋車機(jī)器人……

在附件二：紡紗機(jī)械/二．“十四五”發(fā)展趨勢(shì)與目標(biāo)/1．發(fā)展趨勢(shì)/環(huán)錠紡設(shè)備小節(jié)中提出：隨著行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展的需要,短流程、連續(xù)化、智能化仍將是“十四五”期間棉紡成套設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。一些關(guān)鍵裝備如超大牽伸細(xì)紗機(jī)、清梳并聯(lián)、細(xì)紗接頭機(jī)器人等的研發(fā)，環(huán)錠紡工藝設(shè)備的研究，有望在“十四五”期間取得重大突破。存量環(huán)錠紡設(shè)備，將繼續(xù)加強(qiáng)智能化升級(jí)，滿足市場(chǎng)對(duì)自動(dòng)化及減少用工的需求。

在附件二：紡紗機(jī)械/二．“十四五”發(fā)展趨勢(shì)與目標(biāo)/2．發(fā)展目標(biāo)/(4)2025年目標(biāo)/①中明確：研究攻關(guān)棉紡環(huán)錠紡超大牽伸細(xì)紗機(jī)、清梳并聯(lián)、細(xì)紗接頭、關(guān)鍵專件器材、智能物流等技術(shù)，完善各單機(jī)設(shè)備的質(zhì)量在線監(jiān)控、質(zhì)量追蹤等，建成新型環(huán)錠紡短流程示范工廠，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)錠用工10人以下。

在附件二：紡紗機(jī)械/三．“十四五”重點(diǎn)任務(wù)/1．開(kāi)發(fā)新一代智能成套棉紡設(shè)備小節(jié)中明確：研發(fā)超大牽伸細(xì)紗機(jī)、清梳并聯(lián)、細(xì)紗接頭機(jī)器人等智能化、連續(xù)化關(guān)鍵技術(shù)與裝備……

3.2 工業(yè)技術(shù)背景

40年來(lái)隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，新技術(shù)多方突破，與該項(xiàng)目直接相關(guān)的新技術(shù)、新材料和新工藝甚多，特別在機(jī)械加工工藝、表面處理工藝、金屬和合成新材料、機(jī)械機(jī)構(gòu)、工控驅(qū)動(dòng)、信息與通信及電力儲(chǔ)能等方面，性能提升，成本降低，特別是機(jī)械手技術(shù)在各領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，性價(jià)比得到極大提升，均可為接頭機(jī)新機(jī)型的研發(fā)提供高性價(jià)比的新結(jié)構(gòu)和零部件。

3.3 人口紅利

當(dāng)前的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，不僅對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家，即使是對(duì)于人口大國(guó)的中國(guó)來(lái)說(shuō)，人口紅利也基本耗盡，機(jī)器換人是不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢(shì)。用工難、用工貴、用工降低體力消耗、用工符合人類作息規(guī)律及用工提高技能含量，是作為勞動(dòng)密集型紡織產(chǎn)業(yè)必然面臨的重大現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。自動(dòng)化、信息化和智能化技術(shù)應(yīng)用在紡紗領(lǐng)域的功能，首要就是人工替換，即使現(xiàn)今尚不能通過(guò)機(jī)器換人而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的崗位，未來(lái)也必然需要。

3.4 產(chǎn)業(yè)體量

近1.1億枚存量環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗規(guī)模，內(nèi)需市場(chǎng)巨大，持續(xù)發(fā)展的增量市場(chǎng)也很可觀。與“一帶一路”相關(guān)的外需市場(chǎng)增量也日益發(fā)展，持續(xù)壯大。紡織產(chǎn)業(yè)的體量決定行業(yè)市場(chǎng)容量，行業(yè)市場(chǎng)的容量直接影響產(chǎn)品成本。有多大的市場(chǎng)容量，就有多大的創(chuàng)新空間，同時(shí)也具有足夠多的研發(fā)糾錯(cuò)時(shí)間。

3.5 工藝技術(shù)路線相關(guān)

紡機(jī)研發(fā)中，紡紗工藝技術(shù)路線的選擇至關(guān)重要，直接影響紡機(jī)的工作效能，影響研發(fā)成本和研發(fā)周期。顯然40年前的接頭機(jī)研發(fā)，限于條件和理念，不可能對(duì)接頭操作過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。新時(shí)代是創(chuàng)新的時(shí)代，我國(guó)紡紗和紡機(jī)人才濟(jì)濟(jì)，創(chuàng)新理念不斷進(jìn)步，紡紗工藝與裝備研發(fā)結(jié)合日益緊密，產(chǎn)學(xué)研與跨專業(yè)跨學(xué)科研發(fā)案例很多。

4 ITMA2019展示的細(xì)紗接頭機(jī)

2019年6月，在西班牙巴塞羅那成功舉辦的ITMA2019展會(huì)上，細(xì)紗機(jī)自動(dòng)接頭機(jī)就是展出新產(chǎn)品的亮點(diǎn)之一。在上世紀(jì)停止研發(fā)應(yīng)用數(shù)十年后，新世紀(jì)首次亮相，可以認(rèn)為細(xì)紗機(jī)自動(dòng)接頭機(jī)迎來(lái)一個(gè)新研發(fā)周期的起點(diǎn)。這次展會(huì)上瑞士立達(dá)公司與印度朗維公司同時(shí)展示，受到行業(yè)熱烈關(guān)注。這可能預(yù)示著細(xì)紗機(jī)接頭機(jī)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，向著具備天時(shí)、地利與人和的條件發(fā)展[5]。環(huán)錠紡紗的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用，即將實(shí)現(xiàn)細(xì)紗機(jī)接頭與值車工作的人工替換，從而助推環(huán)錠紡紗生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步。

4.1 瑞士立達(dá)公司

立達(dá)公司的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)值車接頭機(jī)械手ROBOspin，是ITMA2019上紡紗技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要亮點(diǎn)。立達(dá)公司設(shè)計(jì)的接頭機(jī)，為細(xì)紗機(jī)每側(cè)面配置1臺(tái)往復(fù)巡回式接頭機(jī)械手ROBOspin，見(jiàn)圖1。

圖1 立達(dá)細(xì)紗機(jī)接頭機(jī)械手ROBOspin

ROBOspin從立達(dá)單錠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)ISM接收關(guān)于目標(biāo)斷頭錠位的信息，從目標(biāo)斷頭錠位的定位、停止紗錠、拔起紗管、找尋紗頭、將紗頭穿過(guò)鋼絲圈、氣圈環(huán)與導(dǎo)紗鉤，最后完成紗線在羅拉鉗口的接頭，實(shí)現(xiàn)一序列的操作動(dòng)作。

立達(dá)公司的ROBOspin接頭機(jī)械手，具有以下應(yīng)用特征[6]。

a) 品質(zhì)穩(wěn)定。自動(dòng)化的接頭操作程序，確保接頭機(jī)械手的穩(wěn)定運(yùn)行，接頭操作周期中盡可能避免與紗線發(fā)生接觸，消除了人工拔紗時(shí)對(duì)外層紗線的接觸污染，確保卓越的紗線質(zhì)量。

b) 用工少，效率高。接頭機(jī)械手可24 h持續(xù)工作，大幅減少接頭操作用工和工費(fèi)成本，同時(shí)減輕人力資源的配置規(guī)劃與紡紗生產(chǎn)管理難度。

展臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)演示的接頭操作顯示，每次接頭發(fā)生后，接頭機(jī)械手從到達(dá)錠位開(kāi)始接頭工作起，直到完成接頭操作，整個(gè)接頭工作的操作時(shí)間約為1 min，也存在著一定接頭操作不成功的概率。

立達(dá)公司明確，ROBOspin是專門為立達(dá)公司細(xì)紗機(jī)設(shè)計(jì)的裝備，1臺(tái)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的兩側(cè)面分別需要配置各1臺(tái)ROBOspin，因而計(jì)算萬(wàn)錠投資成本不低。由于尚未公布該機(jī)的應(yīng)用參數(shù)和市場(chǎng)報(bào)價(jià)，所以難以評(píng)估產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)、市場(chǎng)效應(yīng)及投資回報(bào)率。

4.2 印度朗維公司

朗維公司在ITMA2019上有限度地展示了細(xì)紗接頭機(jī)，配置接頭機(jī)的細(xì)紗機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)RJ9-SXL，帶集落、細(xì)絡(luò)聯(lián)和四羅拉緊密紡Spinpact。由于是嚴(yán)格控制參觀對(duì)象的封閉式展示，影響了相關(guān)技術(shù)信息的獲取。朗維公司細(xì)紗接頭機(jī)與ROBOspin比，初步觀察在配置和操作程序方面存在若干不同之處，特別是在接頭操作工藝技術(shù)路線方面，朗維公司采用了不拔下紗管，在錠位上在線找頭的方法。在斷紗檢測(cè)裝置形式、斷頭檢測(cè)點(diǎn)位置設(shè)置、接頭機(jī)運(yùn)行軌道、接頭機(jī)體積等方面，都不同于立達(dá)公司ROBOspin。

5 接頭機(jī)相關(guān)可應(yīng)用技術(shù)

5.1 單錠實(shí)時(shí)斷頭檢測(cè)系統(tǒng)

目前，行業(yè)中斷頭檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用，只是作為紡紗信息化管理輔助工具的斷頭檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用投入門檻較高，因而尚未得到普及應(yīng)用。

有多種檢測(cè)傳感方式不同的非電量電測(cè)法斷頭檢測(cè)方案被提出來(lái)，較為主流的應(yīng)用是檢測(cè)鋼絲圈轉(zhuǎn)速來(lái)表征錠速信號(hào)。以帶有單錠實(shí)時(shí)錠速監(jiān)測(cè)功能的斷頭檢測(cè)系統(tǒng)為例，其基礎(chǔ)傳感信息是鋼絲圈回轉(zhuǎn)速度的監(jiān)測(cè)，通過(guò)信息傳輸和處理，可以獲得錠速信號(hào)，從而判斷錠位運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)值車、壞錠警示和統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量、斷頭持續(xù)時(shí)間、壞錠持續(xù)時(shí)間等，用于錠位、操作和維護(hù)等管理。

由于具有實(shí)時(shí)斷頭錠位信號(hào)，可以為接頭機(jī)提供值車目標(biāo)錠位引導(dǎo)信號(hào)，同時(shí)對(duì)值車區(qū)域斷頭錠位信號(hào)進(jìn)行集中運(yùn)算，對(duì)跨機(jī)臺(tái)值車模式來(lái)說(shuō)，可以設(shè)置優(yōu)先條件進(jìn)行值車車弄次序規(guī)劃，從而通過(guò)管理策略調(diào)度來(lái)提高接頭機(jī)的值車效率。

采用單錠實(shí)時(shí)斷頭檢測(cè)系統(tǒng)，及聯(lián)合使用粗紗停喂裝置，也是接頭機(jī)工作系統(tǒng)的一種配置，不足之處是總體投資成本較高，合并計(jì)算的投資回報(bào)周期較長(zhǎng)。

5.2 非單錠實(shí)時(shí)斷頭檢測(cè)系統(tǒng)

非單錠實(shí)時(shí)的斷頭檢測(cè)方法也可以用于引導(dǎo)接頭機(jī)進(jìn)行工作。

一個(gè)更為經(jīng)濟(jì)的方法，是接頭機(jī)自帶移動(dòng)式斷頭檢測(cè)系統(tǒng)，隨接頭機(jī)邊行走邊檢測(cè)，有斷頭即開(kāi)始接頭工作，這種斷頭檢測(cè)與接頭操作共享行走系統(tǒng)的工作模式，與獨(dú)立的單錠實(shí)時(shí)斷頭檢測(cè)系統(tǒng)加接頭機(jī)的工作模式相比各具利弊。從投資成本來(lái)看，接頭機(jī)自帶斷頭檢測(cè)模式可以減少單錠實(shí)時(shí)斷頭檢測(cè)系統(tǒng)和粗紗停喂裝置的一次投入成本。接頭機(jī)巡回過(guò)程中檢測(cè)到各個(gè)錠位的錠速信號(hào)也可以上傳到上位機(jī)，用于監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)管理各個(gè)紡紗錠子。不過(guò)，兩者相比，接頭機(jī)自帶斷頭檢測(cè)模式不足之處在于：① 斷頭和錠速信號(hào)為非實(shí)時(shí)信息，檢測(cè)周期等于接頭機(jī)巡回周期；② 邊行走邊檢測(cè)獲得的斷頭信號(hào)，無(wú)法進(jìn)行策略規(guī)劃調(diào)度；③ 無(wú)法應(yīng)用粗紗停喂技術(shù)，來(lái)減少斷頭錠位中帶須條運(yùn)行容易引起的上下羅拉纏繞；④ 接頭機(jī)不能提前獲得行走方向的斷頭錠位信號(hào)，接頭機(jī)的行走速度受到制約，影響接頭機(jī)的工作效率。

5.3 粗紗停喂裝置

在使用單錠斷頭檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，可以配套選用粗紗停喂裝置，但這會(huì)增大整個(gè)系統(tǒng)的投資成本，增加系統(tǒng)應(yīng)用的投資回報(bào)周期。

現(xiàn)有技術(shù)的粗紗停喂裝置，并沒(méi)有考慮到與接頭機(jī)的聯(lián)合應(yīng)用，由于停喂后的復(fù)喂需要人工拉動(dòng)復(fù)位機(jī)構(gòu)，粗紗才會(huì)繼續(xù)喂入，如在接頭機(jī)上增加這個(gè)輔助復(fù)位操作，將對(duì)接頭操作效能產(chǎn)生較大的不利影響，且增加接頭機(jī)制造成本，兩者都影響接頭機(jī)性價(jià)比。

如果需要在使用單錠斷頭檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)配置粗紗停喂裝置，則必須改進(jìn)停喂裝置結(jié)構(gòu)，使其具有自動(dòng)復(fù)喂的功能，這樣才有利于與接頭機(jī)聯(lián)合應(yīng)用，并提高兩者的工作效能。具有自動(dòng)停喂和復(fù)喂功能的粗紗自動(dòng)停喂復(fù)喂裝置的設(shè)計(jì)，需要應(yīng)用創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，在方便使用的同時(shí)提高應(yīng)用性價(jià)比。

5.4 剎錠器

在行業(yè)中大部分使用光桿錠子的細(xì)紗機(jī)上，接頭機(jī)的應(yīng)用，不需要另外配置剎錠器。

在高速鋁套管錠子的機(jī)臺(tái)上，也可以不帶剎錠器。接頭機(jī)自帶的錠速控制機(jī)構(gòu)，配合接頭程序的需要，控制錠子慢速回轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)、倒轉(zhuǎn)和正常錠速。

不帶剎錠器的鋁套管錠子，在人工輔助接頭操作時(shí)，拔管較為困難且不安全，也不符合鋁套管錠子使用要求。

5.5 電錠驅(qū)動(dòng)

有行業(yè)人士認(rèn)為，電錠驅(qū)動(dòng)是接頭機(jī)應(yīng)用的必要配置。實(shí)際上電錠驅(qū)動(dòng)與接頭機(jī)應(yīng)用，僅在兩個(gè)方面有交叉：一是如果電錠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自帶了斷頭檢測(cè)信號(hào)，那么接頭機(jī)可以采用電錠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的斷頭信號(hào)來(lái)定位接頭工作的目標(biāo)錠位；二是在檢測(cè)到本錠位發(fā)生了斷頭，在發(fā)出斷頭信號(hào)的同時(shí)，電錠自動(dòng)停止回轉(zhuǎn)，接頭機(jī)定位到該錠位開(kāi)始接頭操作時(shí)，接頭機(jī)需要與電錠系統(tǒng)進(jìn)行通訊發(fā)出指令，或者接頭機(jī)直接按動(dòng)錠速恢復(fù)按鈕，使錠子恢復(fù)回轉(zhuǎn)。如果需要慢速回轉(zhuǎn)甚至倒轉(zhuǎn)，則必須對(duì)電錠系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出要求，以實(shí)現(xiàn)兩者配合。

所以，細(xì)紗機(jī)沒(méi)有電錠驅(qū)動(dòng)，對(duì)接頭機(jī)的技術(shù)應(yīng)用沒(méi)有影響。如果兩者聯(lián)合應(yīng)用，電錠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須配合接頭機(jī)，包括每個(gè)電錠倒轉(zhuǎn)和慢速回轉(zhuǎn)的獨(dú)立控制等等，使電錠驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)雜化。

從目前的情況判斷，雖然電錠應(yīng)用的技術(shù)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用較為方便，但是由于電錠技術(shù)具有投資回報(bào)率低和電能轉(zhuǎn)換效率低兩大技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，目前還未見(jiàn)突破信息；同時(shí)接頭機(jī)與電錠兩個(gè)項(xiàng)目聯(lián)合應(yīng)用，投資回報(bào)期可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出行業(yè)預(yù)期。

5.6 自動(dòng)落紗

細(xì)紗機(jī)配置有移動(dòng)式自動(dòng)落紗機(jī)時(shí)，落紗機(jī)的行走軌道可以作為接頭機(jī)的行走軌道。

細(xì)紗機(jī)配置有集體落紗系統(tǒng)時(shí)，接頭機(jī)上的行走系統(tǒng)，需要避開(kāi)集體落紗裝置的底部結(jié)構(gòu)。

5.7 斷頭吸棉管

如果接頭機(jī)工作的值車巡回周期較長(zhǎng)，偏離了紡紗工藝技術(shù)的要求，錠位在斷頭狀態(tài)下的運(yùn)行將導(dǎo)致羅拉纏繞的可能性增大。接頭機(jī)應(yīng)用中應(yīng)該盡可能降低上下羅拉纏繞的發(fā)生概率，以減少人工干預(yù)，提升接頭機(jī)工作效能。因此對(duì)于斷頭吸棉管的配置，應(yīng)當(dāng)盡可能提高吸棉效能，減少羅拉纏繞，相對(duì)而言指管比笛管更有利于減少纏繞。

6 對(duì)接頭機(jī)研發(fā)應(yīng)用的再思考

6.1 關(guān)于斷頭率

自動(dòng)接頭技術(shù)近年引起行業(yè)較大關(guān)注，除了上述國(guó)際紡機(jī)廠商推出概念機(jī)外，國(guó)內(nèi)也有多家企業(yè)進(jìn)入或準(zhǔn)備進(jìn)入研發(fā)階段的信息，包括國(guó)企和民企、紡機(jī)企業(yè)和紡紗企業(yè)，等；也已經(jīng)有多家國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)人提出接頭機(jī)相關(guān)的中國(guó)專利申請(qǐng)。

分析“把技術(shù)進(jìn)步重點(diǎn)放在降低紡紗斷頭上，如千錠時(shí)斷頭降低到5根及以下，則不必配置接頭機(jī)”的觀點(diǎn)，從某些角度看是有一定道理的，特別是在當(dāng)前行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力較大、對(duì)接頭機(jī)研發(fā)方向不太明朗、接頭機(jī)應(yīng)用投入產(chǎn)出目標(biāo)不夠清晰的情況下，對(duì)接頭機(jī)系統(tǒng)裝備的投入與運(yùn)行應(yīng)用信心不足是可以理解的。但有一個(gè)很重要的問(wèn)題是：對(duì)于“降低千錠時(shí)斷頭到5根及以下”的技術(shù)措施是什么？對(duì)應(yīng)的技術(shù)進(jìn)步方向在哪里？

在兼顧紡紗錠速的前提下，降低紡紗斷頭其實(shí)是行業(yè)一直都在追求的目標(biāo)，在現(xiàn)有環(huán)錠紡加捻卷繞技術(shù)條件下，加捻卷繞專件器材的技術(shù)進(jìn)步也在艱難進(jìn)行中，目前尚無(wú)顯著性進(jìn)展。在ITMA2019上，確實(shí)有錠速超過(guò)30 kr/min的環(huán)錠紡紗機(jī)演示，但由于紡紗條件限制，尚無(wú)法真正找到進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的途徑。

從紡紗技術(shù)的角度看，調(diào)整生產(chǎn)條件是可以在一定程度上控制斷頭率，使值車用工減少到每萬(wàn)錠用工為1人及以下，如此當(dāng)然難以體現(xiàn)接頭機(jī)機(jī)器換人的優(yōu)勢(shì)，從而可以否定接頭機(jī)的應(yīng)用價(jià)值。但是，分析紡紗生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀可以明確：首先在目前的環(huán)錠紡紗生產(chǎn)工藝技術(shù)條件下，在維持產(chǎn)能和不增加額外投入的情況下，對(duì)大多數(shù)紡紗企業(yè)來(lái)說(shuō)，降低斷頭率是一件非常困難的事；其次，也許是更重要的問(wèn)題，由于斷頭率與細(xì)紗機(jī)錠速的正向相關(guān)性，以及細(xì)紗機(jī)錠速與紡紗效益正向相關(guān)性的關(guān)系，減少斷頭是提升紡紗效益的重要制約因素，而追求紡紗效益則是一項(xiàng)永無(wú)止境的工作。

一味地降低斷頭就意味著降低效益，正常紡紗情況下，較低的斷頭率意味著存在錠速和效益的提升空間。因而規(guī)?；募徏喩a(chǎn)保持適度的斷頭率是合理的；這個(gè)合理的斷頭率，則依據(jù)紡紗企業(yè)各自狀況不同而有差異，這是工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)平衡點(diǎn)，在這個(gè)平衡點(diǎn)下，既然存在著斷頭，便產(chǎn)生了自動(dòng)接頭機(jī)的用武之地與發(fā)展空間，這是一個(gè)對(duì)紡紗斷頭與效益的再認(rèn)識(shí)，也是對(duì)接頭機(jī)研發(fā)應(yīng)用的再思考。

可以認(rèn)為降低斷頭的技術(shù)進(jìn)步與接頭機(jī)裝備配置應(yīng)用并不矛盾，兩者都是紡紗技術(shù)進(jìn)步的方向，行業(yè)發(fā)展的最好結(jié)果是解決斷頭難題、節(jié)省用工、解放值車工與提升機(jī)臺(tái)生產(chǎn)率同步發(fā)展。

6.2 關(guān)于資源

紡紗生產(chǎn)除了面臨用工難和用工貴的問(wèn)題外，前文已經(jīng)提出了：用工需要降低體力消耗，用工需要符合人類作息規(guī)律，用工需要提高技能含量這3個(gè)現(xiàn)實(shí)性問(wèn)題，應(yīng)該也是行業(yè)后續(xù)發(fā)展進(jìn)步的方向。減少值車工步行里程、降低夜間作業(yè)人數(shù)和時(shí)長(zhǎng)，以及改良人力資源配置水平是紡紗生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展不可忽視的方向。

40年前歐洲制造商悲觀地停止了對(duì)自動(dòng)接頭機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用，筆者估計(jì)是遇到了當(dāng)時(shí)難以逾越的技術(shù)和(或)經(jīng)濟(jì)方面的障礙。除了這個(gè)原因外，從另一個(gè)角度看，是因?yàn)楹罄m(xù)的全球紡紗市場(chǎng)不在歐洲了，中國(guó)開(kāi)始向紡織大國(guó)發(fā)展，并正朝著紡織強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。

當(dāng)然，要研發(fā)可以產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的自動(dòng)接頭機(jī)，也必須要通過(guò)選擇合理適用的工作模式、優(yōu)化工藝技術(shù)路線和精良設(shè)計(jì)與制造，吸取前人經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，來(lái)逾越歐洲制造商曾經(jīng)碰到的技術(shù)和(或)經(jīng)濟(jì)障礙，而不是簡(jiǎn)單地用機(jī)器人代替人工操作，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)定位不適當(dāng)，即便賦予機(jī)器以智能也難以實(shí)質(zhì)性提升操作效能。

結(jié)合近階段國(guó)內(nèi)外接頭機(jī)相關(guān)專利技術(shù)申請(qǐng)人提出的中國(guó)專利申請(qǐng)技術(shù)結(jié)構(gòu)分析，在接頭機(jī)的工作模式和工藝技術(shù)路線方面的研究，對(duì)比前人公開(kāi)的技術(shù)信息，似乎未見(jiàn)突破性進(jìn)展。對(duì)接頭效能和工作效率的研究，依然主要處于模仿人工操作的表面化邏輯中，而難以得到深度優(yōu)化。據(jù)此研發(fā)出來(lái)的接頭機(jī)即使能完成接頭工作，仍然難以產(chǎn)生應(yīng)用效益。如果工作模式未能得到行業(yè)認(rèn)同、接頭工作的工藝技術(shù)路線不夠優(yōu)化，導(dǎo)致一個(gè)接頭的時(shí)間周期或巡回周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的條件，那么這樣的接頭機(jī)就只能停留在實(shí)驗(yàn)室階段，而走不進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。與歐洲接頭機(jī)研發(fā)廠商的經(jīng)歷類似，不能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，并且可能會(huì)用研發(fā)失敗的經(jīng)歷來(lái)反向證明，接頭機(jī)的應(yīng)用沒(méi)有價(jià)值，或者接頭機(jī)不值得研發(fā)，應(yīng)該說(shuō)這是非常糟糕的局面。

7 應(yīng)用效果與投資回報(bào)

細(xì)紗機(jī)自動(dòng)接頭機(jī)的應(yīng)用價(jià)值主要是人工替代和管理提升。如果要直接計(jì)算投資回報(bào)率，那么目前只能計(jì)算人工替代率。以下列出并討論與應(yīng)用效應(yīng)和投資成本直接相關(guān)的若干參數(shù)，為便于估算，忽略接頭機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本。歸納以下兩個(gè)“周期”數(shù)值，是關(guān)乎運(yùn)行效應(yīng)和投資成本的主要參數(shù)。

7.1 值車巡回周期

值車巡回周期=值車區(qū)域接頭機(jī)行走時(shí)間+接頭總時(shí)間(min)；

接頭機(jī)行走時(shí)間=值車區(qū)域巡回行走距離/平均行走速度(min)；

值車區(qū)域巡回行走距離=值車區(qū)域錠數(shù)×0.07+值車臺(tái)數(shù)×10(m)；

接頭總時(shí)間=值車錠時(shí)斷頭數(shù)×平均一個(gè)頭接頭時(shí)間(min)。

值車巡回周期與接頭機(jī)平均行走速度和平均一個(gè)頭接頭時(shí)間直接相關(guān)。

除了接頭機(jī)成本外，接頭機(jī)工作參數(shù)中平均行走速度和平均一個(gè)頭接頭時(shí)間，是接頭機(jī)最重要的指標(biāo)。

值車巡回周期從投資的角度看，與接頭機(jī)配置數(shù)量成反比；從接頭機(jī)工作性能技術(shù)參數(shù)角度看，與接頭機(jī)平均行走速度和平均一個(gè)頭接頭時(shí)間成正比。而從生產(chǎn)管理的角度看，預(yù)設(shè)值車巡回周期取決于紡紗生產(chǎn)條件，主要是千錠時(shí)斷頭率，以及由斷頭帶來(lái)的羅拉纏繞概率。

7.2 投資回收周期

接頭機(jī)投資回收周期=萬(wàn)錠接頭機(jī)配置成本/萬(wàn)錠值車用工年費(fèi)用(a)；

萬(wàn)錠值車用工年費(fèi)用=萬(wàn)錠24 h值車人數(shù)×值車工年工費(fèi)(萬(wàn)元)；

萬(wàn)錠接頭機(jī)配置成本=接頭機(jī)每臺(tái)成本×萬(wàn)錠接頭機(jī)配置臺(tái)數(shù)(萬(wàn)元)。

其中，萬(wàn)錠接頭機(jī)配置臺(tái)數(shù)，與接頭機(jī)平均行走速度和一個(gè)頭接頭時(shí)間直接相關(guān)。

7.3 值車巡回周期與投資回收周期相關(guān)性探討

可以應(yīng)用現(xiàn)實(shí)條件下的上述參數(shù)，包括紡紗條件和接頭機(jī)參數(shù)，通過(guò)上述關(guān)系式來(lái)計(jì)算投資回收周期，如預(yù)設(shè)一個(gè)生產(chǎn)管理可以接受的值車巡回周期，估算出投資回收周期；或者預(yù)設(shè)一個(gè)行業(yè)可以接受的投資回報(bào)周期，估算出接頭機(jī)巡回周期。

不管如何，投資回收周期與值車巡回周期兩個(gè)參數(shù)，都必須得到行業(yè)認(rèn)可，這是研發(fā)過(guò)程中必須重視的。

當(dāng)然，投資回報(bào)只是以人工替代為效益計(jì)算的，自動(dòng)化接頭機(jī)的應(yīng)用會(huì)帶來(lái)管理效益，及難以用經(jīng)濟(jì)來(lái)衡量的行業(yè)價(jià)值。

同時(shí)上述估算沒(méi)有計(jì)算接頭機(jī)工作條件需要的斷頭檢測(cè)系統(tǒng)和粗紗停喂裝置等相關(guān)投入，也未計(jì)入接頭機(jī)用電成本、維護(hù)保養(yǎng)人工與耗材成本、鋰電池折舊成本以及備用機(jī)臺(tái)投資成本等。

由于單錠斷頭檢測(cè)系統(tǒng)具有紡紗信息管理功能，可以提升和擴(kuò)展生產(chǎn)管理能力，并帶來(lái)管理效益，所以單錠斷頭檢測(cè)系統(tǒng)是細(xì)紗機(jī)基礎(chǔ)錠位信息化管理不可缺少的工具。從這個(gè)角度考量，接頭機(jī)需要配置的單錠斷頭檢測(cè)和粗紗自動(dòng)停復(fù)喂裝置，可以不納入接頭機(jī)投資回報(bào)期的計(jì)算成本。

8 結(jié)語(yǔ)

在產(chǎn)業(yè)需求提升、行業(yè)政策支撐和研發(fā)條件成熟的境況下，接頭機(jī)一個(gè)新研發(fā)周期已經(jīng)到來(lái)，但仍需行業(yè)有足夠認(rèn)識(shí)和深入思考，研發(fā)成熟和普及應(yīng)用并非一蹴而就，需要研發(fā)與應(yīng)用的上下游及供需方充分溝通，使行業(yè)達(dá)成有條件或有限度的共識(shí)。在接頭機(jī)值車工作模式和接頭操作工藝技術(shù)路線等方面進(jìn)行優(yōu)化。

實(shí)踐告訴我們，對(duì)于處在紡紗條件不太確定的環(huán)境下工作的移動(dòng)式裝備，要想獲得近乎完美的應(yīng)用效果是困難的，除了不斷改進(jìn)裝備、改善生產(chǎn)條件和環(huán)境，還需提升管理人員素質(zhì)和管理水平。

環(huán)錠細(xì)紗機(jī)接頭機(jī)項(xiàng)目的研發(fā)應(yīng)用，是行業(yè)針對(duì)紡紗最關(guān)鍵的細(xì)紗工序，向著解決斷頭難題、減少值車用工與提升細(xì)紗機(jī)生產(chǎn)能力等多方面技術(shù)進(jìn)步的同步推進(jìn)。

細(xì)紗機(jī)自動(dòng)接頭機(jī)的研發(fā)應(yīng)用任重道遠(yuǎn)，需合力前行、思行不止，則終達(dá)至善。