印染行業(yè)智能制造發(fā)展現(xiàn)狀及建議

王 翔

（北京弘毅時(shí)尚檢驗(yàn)有限公司，北京 100020）

2015 年，國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，提出加快機(jī)械、航空、船舶、汽車、輕工、紡織、食品、電子等行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備智能化改造；2020 年，政府工作報(bào)告提出：發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，推進(jìn)智能制造；2021 年工業(yè)和信息化部印發(fā)《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃》，以智能制造為主攻方向，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為主要抓手，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展；2022 年，國務(wù)院印發(fā)《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，提出大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。利用自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化、智能化技術(shù)改造傳統(tǒng)行業(yè)，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效的重要手段之一。隨著我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的發(fā)展，印染行業(yè)不斷采用信息化、數(shù)字化、智能化裝備技術(shù)，有效提高印染企業(yè)的生產(chǎn)效率、細(xì)化管理顆粒度，逐步向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型，“智能制造”是印染行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、高質(zhì)量發(fā)展的核心［1］。在“十四五”期間，印染行業(yè)仍然會(huì)把“智能制造”放在轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要位置。

1 印染行業(yè)智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

印染行業(yè)屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，材料品種繁多、成品服用需求不同，涉及很多不同的生產(chǎn)工藝技術(shù)，工藝流程長(zhǎng)、工藝數(shù)據(jù)多、設(shè)備類型多，因此在整個(gè)紡織行業(yè)中，印染智能化的難度最大，但印染行業(yè)要想緊跟時(shí)代步伐，必須進(jìn)行智能制造轉(zhuǎn)型?！笆濉逼陂g，國家通過一系列政策、措施加快推進(jìn)印染行業(yè)智能制造步伐，并且取得了不錯(cuò)的成效。

2015—2018 年，工業(yè)和信息化部開展智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目，印染行業(yè)進(jìn)入試點(diǎn)示范項(xiàng)目的有：2015 年山東康平納集團(tuán)有限公司的“筒子紗染色智能工廠試點(diǎn)示范”，2018 年華紡股份有限公司的“連續(xù)印染數(shù)字化車間試點(diǎn)示范”。2020 年，工業(yè)和信息化部開展制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展試點(diǎn)示范項(xiàng)目，印染行業(yè)進(jìn)入試點(diǎn)示范項(xiàng)目的有：盛虹集團(tuán)有限公司的“盛虹智慧印染工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)”。2017 年，工業(yè)和信息化部發(fā)布《印染行業(yè)規(guī)范條件（2017 版）》，增加“兩化融合”有關(guān)內(nèi)容，要求印染企業(yè)主要工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)和自動(dòng)控制，鼓勵(lì)采用染化料自動(dòng)配液輸送系統(tǒng)，截至2021 年共有54 家印染企業(yè)符合規(guī)范條件，這些企業(yè)在自動(dòng)化和數(shù)字化技術(shù)方面做得都比較好，起到標(biāo)桿示范作用。

“十三五”期間，印染行業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制，如工藝參數(shù)在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)、印花自動(dòng)調(diào)漿系統(tǒng)、智能倉庫等推廣應(yīng)用面逐步擴(kuò)大。印染數(shù)字管理系統(tǒng)，如生產(chǎn)計(jì)劃排程系統(tǒng)（APS）、資源計(jì)劃管理系統(tǒng)（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等在印染企業(yè)得到不同程度的應(yīng)用。染化料自動(dòng)稱量配送系統(tǒng)、AGV 小車、工業(yè)機(jī)器人等智能物流系統(tǒng)在部分優(yōu)秀企業(yè)得以應(yīng)用。初步形成數(shù)字化車間（工廠）的應(yīng)用示范［2］。

我國印染行業(yè)智能制造起步較晚，雖然“十三五”期間發(fā)展速度明顯加快，并取得了顯著成效，但與世界先進(jìn)水平和國內(nèi)部分行業(yè)相比，我國印染行業(yè)在智能制造方面相對(duì)滯后，在設(shè)備互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)采集、信息融合等方面較為薄弱，行業(yè)整體裝備的數(shù)字化、智能化推進(jìn)速度有待提高，發(fā)展多年的印花自動(dòng)調(diào)漿系統(tǒng)還未得到普遍應(yīng)用；染化料自動(dòng)稱量輸送系統(tǒng)在“十三五”后半段推廣速度加快，但應(yīng)用面仍不夠廣，尤其是染料輸送系統(tǒng)，僅在部分企業(yè)得到應(yīng)用；自動(dòng)滴液打樣系統(tǒng)雖已應(yīng)用于部分企業(yè)，但應(yīng)用效果有待進(jìn)一步優(yōu)化；重點(diǎn)設(shè)備的主要工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)了在線采集和自動(dòng)控制，但許多企業(yè)只實(shí)現(xiàn)于單機(jī)臺(tái)層面，未實(shí)現(xiàn)軟件與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)互通；部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)了整條生產(chǎn)線、整個(gè)生產(chǎn)車間的互聯(lián)互通，但覆蓋全流程的信息采集與控制系統(tǒng)僅在少數(shù)企業(yè)得到運(yùn)用。

2 印染行業(yè)智能制造典型案例

近幾年，印染行業(yè)涌現(xiàn)了一批數(shù)字化車間、數(shù)字化工廠應(yīng)用示范，在行業(yè)起到標(biāo)桿作用，為實(shí)施智能制造探索了經(jīng)驗(yàn)，夯實(shí)了基礎(chǔ)，提升了行業(yè)的智能制造水平。

2.1 數(shù)字化間歇式染色工廠（車間）

湖北嘉麟杰紡織品有限公司是行業(yè)內(nèi)較早采用智能管控的企業(yè)，主要將染色機(jī)中央控制系統(tǒng)、自動(dòng)輸送系統(tǒng)和ERP 管理系統(tǒng)互聯(lián)配合，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝全過程電腦控制、智能化生產(chǎn)管理，單位產(chǎn)品綜合能耗、水耗、污染排放等指標(biāo)均達(dá)到同行業(yè)同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。公司收到訂單后，先利用測(cè)配色系統(tǒng)對(duì)色樣顏色進(jìn)行測(cè)試，再利用自動(dòng)滴液系統(tǒng)進(jìn)行打樣，通過這兩個(gè)系統(tǒng)的反復(fù)配合，不斷調(diào)整配方，直至客戶確認(rèn)染色配方的可行性。將染色配方輸入ERP 管理系統(tǒng)，通過ERP 系統(tǒng)可同時(shí)管理染色機(jī)中央控制系統(tǒng)和自動(dòng)輸送系統(tǒng)，染色機(jī)中央控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)染色工藝的精準(zhǔn)控制，并可實(shí)時(shí)呼叫自動(dòng)輸送系統(tǒng)將染料助劑輸送至染色機(jī)，在染色過程中，染色機(jī)又可將染色工藝反饋至染色機(jī)中央控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)參數(shù)校正。

山東康平納集團(tuán)有限公司的“筒子紗染色智能工廠”是工業(yè)和信息化部智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目，采用自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)筒子紗染色任務(wù)的全面規(guī)劃、任務(wù)信息在線查詢及追溯、生產(chǎn)流程在線監(jiān)控、工藝參數(shù)精確自動(dòng)化控制、工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)及在線反饋；實(shí)現(xiàn)筒子紗染色從原紗到成品的全流程自動(dòng)化、數(shù)字化生產(chǎn)；創(chuàng)建了筒子紗染色自動(dòng)化、數(shù)字化高效生產(chǎn)線；建立了筒子紗自動(dòng)化、數(shù)字化染色車間，實(shí)現(xiàn)了筒子紗染色從手工機(jī)械化、單機(jī)自動(dòng)化到全流程數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。

煙臺(tái)業(yè)林紡織科技有限公司是一家以高檔針織內(nèi)衣面料為主的傳統(tǒng)印染紡織企業(yè)，是國內(nèi)印染工廠較早使用數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)針織面料生產(chǎn)工藝的企業(yè)，確保了印染產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性及重現(xiàn)性。煙臺(tái)業(yè)林公司聯(lián)合立信染整，采用數(shù)字化裝備自動(dòng)讀取和執(zhí)行各工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，穩(wěn)定執(zhí)行生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)高檔針織內(nèi)衣面料的綠色化、自動(dòng)化、數(shù)字化生產(chǎn)，建成印染全流程綠色數(shù)字化工廠。在生產(chǎn)車間進(jìn)行車間總體設(shè)計(jì)、工藝流程布局；將先進(jìn)傳感、控制、檢測(cè)、物流及生產(chǎn)管理軟件高度集成；應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)（SFC）、車間制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)的協(xié)同集成；實(shí)施廠內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)倉庫應(yīng)用、建立運(yùn)輸裝備的自動(dòng)化輸送系統(tǒng)；建立數(shù)字化顏色管理系統(tǒng)和化學(xué)試劑分配自動(dòng)化系統(tǒng)；全流程采用環(huán)保設(shè)備和先進(jìn)工藝，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的綠色生產(chǎn)過程；建立印染遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人操控、工作環(huán)境預(yù)警及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的功能。

2.2 數(shù)字化連續(xù)生產(chǎn)工廠（車間）

華紡股份有限公司創(chuàng)建了印染全流程數(shù)字化連續(xù)生產(chǎn)工廠，主要通過將信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合，實(shí)現(xiàn)自感知（動(dòng)態(tài)感知生產(chǎn)對(duì)象和生產(chǎn)過程，打造透明工廠）、自診斷、自優(yōu)化（實(shí)時(shí)分析生產(chǎn)要素，全面掌握運(yùn)行趨勢(shì)）、自決策（基于數(shù)據(jù)分析，依靠專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自主決策）、自執(zhí)行（設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，精準(zhǔn)執(zhí)行）的高度柔性生產(chǎn)模式為目標(biāo)，打造創(chuàng)新型生產(chǎn)模式。

通過設(shè)備聯(lián)網(wǎng)全面在線監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，建立了全流程生產(chǎn)過程工藝參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)鏈和自積累工藝知識(shí)庫；采用高分辨率圖像實(shí)時(shí)獲取技術(shù)，并基于織物圖像樣本的快速特征采集技術(shù)得到包括色差、白度、顏色符樣、花型符樣等實(shí)時(shí)在制品質(zhì)量指標(biāo)；采用高精度數(shù)字傳感器采集染液各項(xiàng)可直接測(cè)量的工藝指標(biāo)，通過軟測(cè)量算法，依靠可直接測(cè)量的二次變量來得到染液其他工藝指標(biāo)；采用RFID 和條碼技術(shù)，可實(shí)時(shí)獲取在制品狀態(tài)信息。

通過對(duì)工藝參數(shù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，探索上下道工序工藝、同一工序多工藝參數(shù)、工藝參數(shù)與外圍參數(shù)之間的相關(guān)性，建立相關(guān)性模型，實(shí)現(xiàn)在線預(yù)測(cè)和參數(shù)校正。以生產(chǎn)過程中在制品質(zhì)量指標(biāo)和成品質(zhì)量要求為因變量，以監(jiān)測(cè)工藝參數(shù)值為自變量，建立織物質(zhì)量對(duì)不同工藝參數(shù)的多元回歸方程，分析關(guān)鍵工序、工藝參數(shù)對(duì)織物不同品質(zhì)指標(biāo)的影響。

基于歷史數(shù)據(jù)分析所獲得的工藝參數(shù)、參數(shù)質(zhì)量相關(guān)性信息，結(jié)合生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)染整生產(chǎn)的前饋控制，對(duì)參數(shù)預(yù)設(shè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)修改。將前饋控制與反饋控制相結(jié)合，找到了根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)生產(chǎn)參數(shù)控制的自學(xué)習(xí)修正方法。通過可插拔式通用印染生產(chǎn)計(jì)劃排程的調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)調(diào)度的多目標(biāo)（包括訂單交期、效率、效益、能耗等）、高效、可擴(kuò)展等功能。

通過建立全流程各工序的交互接口標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)、查詢處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了工廠生產(chǎn)設(shè)備之間以及設(shè)備與軟件系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，生產(chǎn)設(shè)備可以實(shí)時(shí)接收軟件系統(tǒng)的自主決策指令和人工交互指令并執(zhí)行。建立染化料自動(dòng)輸送平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)染化料的在線監(jiān)測(cè)和配送系統(tǒng)的一體化管理網(wǎng)絡(luò)，建立系統(tǒng)內(nèi)各模塊的通信連接，形成多功能的局域網(wǎng)，能夠與生產(chǎn)總線、自動(dòng)排程系統(tǒng)保持緊密聯(lián)系和實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)高效管理。

華紡股份有限公司數(shù)字化連續(xù)生產(chǎn)工廠的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)印染企業(yè)向數(shù)字化、智能化的轉(zhuǎn)換，并有效解決了市場(chǎng)新環(huán)境下印染企業(yè)生產(chǎn)管理方面面臨的問題，對(duì)企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力的提升起到了有力的推動(dòng)作用［3-4］。

3 印染行業(yè)智能制造面臨的短板

智能制造的好處多，比如節(jié)省人工、提高效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量等，但我國自主創(chuàng)新的能力與發(fā)達(dá)國家相比還有不小的差距，部分印染智能制造核心技術(shù)仍是行業(yè)亟需解決的短板。

（1）印染MES 系統(tǒng)是負(fù)責(zé)車間生產(chǎn)管理的系統(tǒng)，將自動(dòng)化技術(shù)裝備與企業(yè)管理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起。由于不同企業(yè)的生產(chǎn)管理模式不同，因此MES 系統(tǒng)存在明顯的個(gè)性化差異。印染生產(chǎn)工藝較復(fù)雜、參數(shù)較多，目前不同軟件供應(yīng)商的MES系統(tǒng)還不能做到完全和其他的信息化構(gòu)件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)和互操作，針對(duì)不同印染企業(yè)、不同工藝通用的MES系統(tǒng)太少。

（2）傳感器技術(shù)是智能制造的基礎(chǔ)，工業(yè)傳感器不僅性能指標(biāo)要求非?？量蹋N類也很繁雜。傳感技術(shù)在印染行業(yè)中應(yīng)用廣泛，印染行業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)效率、能源消耗、污染防治都需要在生產(chǎn)過程中應(yīng)用新的技術(shù)裝備，各種裝備中體現(xiàn)技術(shù)水平高低的往往是那些為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)、能耗、廢水排放、廢氣排放指標(biāo)而設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而這些工藝參數(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)則需要相對(duì)應(yīng)的各種傳感器技術(shù)，但目前各種傳感器技術(shù)在控制生產(chǎn)中的各個(gè)參數(shù)、全面采集數(shù)據(jù)信息方面的應(yīng)用有所欠缺，需要進(jìn)一步研發(fā)突破。

（3）在復(fù)雜的生產(chǎn)工藝執(zhí)行過程中，需應(yīng)用到很多不同類型的生產(chǎn)設(shè)備，要達(dá)成全車間的自動(dòng)化操作，必須從系統(tǒng)上整合生產(chǎn)工藝路線上的所有設(shè)備，同時(shí)跨品牌的設(shè)備上并不一定存在互通的系統(tǒng)接口?，F(xiàn)印染設(shè)備的監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)接口及交互格式種類各異，不同設(shè)備監(jiān)測(cè)及控制數(shù)據(jù)難以共享，數(shù)據(jù)分析能力弱，反饋欠缺。

4 發(fā)展建議

智能制造是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展起來的一種新型制造模式，是新一輪工業(yè)革命的主戰(zhàn)場(chǎng)。智能制造最大的優(yōu)點(diǎn)是大大縮短產(chǎn)品研制周期，提質(zhì)增效，極大降低運(yùn)營(yíng)成本和資源能源消耗，是當(dāng)前世界工業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)、大方向。推進(jìn)智能制造是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，印染行業(yè)要積極實(shí)施智能制造新模式，建議各層級(jí)做好以下幾個(gè)方面工作：

4.1 加快印染行業(yè)實(shí)施智能制造步伐

《印染行業(yè)“十四五”發(fā)展指導(dǎo)意見》建議，大力推進(jìn)印染企業(yè)數(shù)字化改造，從單機(jī)臺(tái)自動(dòng)化向全流程數(shù)字化發(fā)展，推動(dòng)印染設(shè)備、系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)集成共享；推動(dòng)企業(yè)自動(dòng)化裝備升級(jí)，加快推進(jìn)染化料生產(chǎn)效率和精細(xì)化管理水平；重點(diǎn)推進(jìn)印染企業(yè)生產(chǎn)線的智能化技術(shù)改造，加快建設(shè)智能制造單元、智能生產(chǎn)線、智能化工廠（車間），大力推進(jìn)行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型［2］；加強(qiáng)政策扶持，加大財(cái)政資金支持力度，支持企業(yè)實(shí)施智能制造。

4.2 打造印染行業(yè)智能制造人才隊(duì)伍

加強(qiáng)印染行業(yè)智能制造人才隊(duì)伍的相關(guān)培訓(xùn)，并且探索多樣化的人才培養(yǎng)機(jī)制，鼓勵(lì)印染企業(yè)與紡織高校、科研院所合作，定向定點(diǎn)培養(yǎng)具有印染行業(yè)專業(yè)知識(shí)和智能制造急需的科研人員、技術(shù)人才及復(fù)合型人才。

4.3 搭建印染行業(yè)智能制造公共服務(wù)平臺(tái)

依托行業(yè)協(xié)會(huì)等相關(guān)社會(huì)組織，積極向印染企業(yè)提供智能制造關(guān)鍵技術(shù)的推廣、咨詢等服務(wù)，開展企業(yè)間的智能制造技術(shù)交流活動(dòng)，尤其加強(qiáng)國際智能制造技術(shù)交流學(xué)習(xí)。通過產(chǎn)學(xué)研深度融合，加快建立印染行業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，整合優(yōu)化現(xiàn)有資源與技術(shù)力量配置，推動(dòng)印染行業(yè)智能制造短板技術(shù)的攻關(guān)和應(yīng)用。