浅述半精纺智能化生产的规划与实践
摘要：探讨半精纺智能制造体系建设中的注意事项。针对半精纺生产的特点以及所面临的困境和需求，将智能制造引入半精纺生产，通过智能地组织生产和调整工艺，提高设备和瓶颈资源的利用率，提升生产应变能力，实现生产产品的可追溯性。指出：通过构建半精纺智能化生产管理体系，可以给决策者带来更真实、全面的数据参考。认为：引入智能化生产管理体系对半精纺的发展以及整个纺织行业有着举足轻重的作用。
关键词：半精纺;自动化;信息化;智能化;生产制造执行系统
纺织行业是一项人员密集型的传统行业。现行业内普遍认为把智能化生产技术引入纺织行业的时代已经到了，智能化是实现纺织行业转型升级的有力手段。
智能化生产对纺织企业来讲，它除了涉及纺织企业内部的信息，还与纺织企业外部的供应链及上下游企业息息相关，它主要包含生产、经营、物流等多方面的自动化和信息化，能够进行智能计算、分析与决策等。从宏观上就是要使产业链的上下游企业建立共赢共创的平台，使上下游的用户参与进来，留下更多的数据信息。而对企业本身来讲，智能化生产是实现从手工到自动化的过程，最终实现生产、经营的智能管控与决策。智能化生产将纺织产业与信息、互联网等技术结合在一起，应用于生产、供应、营销在内的各个系统内，实现整个产业的相互联通[1-3]。
半精纺的生产立足于棉纺设备和毛纺设备的有机结合，将棉纺工艺与毛纺工艺融为一体，是一种新型的多组分混色纺工艺技术，同时又是以多品种小批量为主，因此更加需要智能化生产管理体系的引入。本研究针对半精纺生产所涉及的情况和需求，浅述半精纺智能化生产的设想与实践。
1 半精纺生产的特点与需求
1.1 半精纺生产特点半精纺生产特点主要表现在以下几个方面。(1)小批量、多品种、产品个性化强。在实际生产时翻改品种多、工艺更改频繁、生产效率低、质量不稳定。因此要求有一种科学、智能的生产执行系统去完善整个生产过程。(2)大多是订单模式，交期较紧。要求充分发挥工艺和设备技术管理人员的潜能，提升设备利用率，提高生产效率和工作节奏，寻求质量与产量的契合，达到智能化排单和科学组织生产。(3)半精纺产品的竞争越来越激烈。要求最大限度提高和稳定产品质量、降低生产成本。必须同时掌握半精纺领域内的产品流行趋势、纱线质量和风格需求等数据信息，并对其进行智能分析，才能不断地开发出符合半精纺市场需求的新产品，以提高企业的核心竞争力。(4)劳动用工越来越紧张。应充分挖掘设备和生产人员的潜能，提高自动化程度与生产数据采集的及时性和准确性，加强绩效管理机制。
1.2 困境与需求分析根据半精纺生产的现状与特点，如何用更短的时间、更少的人，显著提高生产效率和开发出更多高性价比的新产品，已成为企业考虑的重点。尤其是排单排产作为纺纱生产展开的开端，其灵活性、共享性变成了半精纺生产企业日益突出的问题。其主要需求如下。(1)企业高层管理者的决策，需要有精细化的生产管理和经营管理以及对上下游产业链数据的精准采集和智能分析等功能的管理执行体系提供支撑。(2)企业管理必须掌握实时产能数据，并预测与真实产能的偏差、需求和计划生产是否合理，规划实施是否协调等，同时应对生产的整个过程追踪、监控，并加以研究。(3)半精纺产品的销售形式大多是订单，期望可以借助智能体系获得业内订单的实时需求和所有用户订单规划的实时状况以及已处于生产阶段的订单实时进度、公司真实的产能状况等。如今大部分半精纺生产企业都欠缺标准的生产运营实施体系，业务员难以获悉有关方面的实时动态，与计划、采购等部门间的协同较为滞后，使信息传递的管理不准确和不及时。
2 半精纺引入智能化生产体系的目的与任务
利用信息化、自动化、智能化的技术，精准实时掌握半精纺生产线的生产进展、设备运行状况和产品的实时质量状态，实现自动、高效、合理、智能地计算并及时组织生产和工艺调整，以达到生产排产、生产进度和工艺质量等智能的把控，提高设备和瓶颈资源的利用率，提升生产应变能力，并实现生产产品的可追溯性，这样给决策者带来真实、全面的数据参考，进而构建先进、合理并且具备前瞻性的当代智能化生产经营管理系统[4]。
3 半精纺智能化生产的设想
根据前文所述半精纺生产所存在的相关问题和需求，结合行业的实际情况，半精纺智能化生产体系的整体设想框图如图 1 所示。
智能化生产体系的总体思路是以促进部分的自动化、信息化和智能化。在生产环境中运用生产制造执行系统(以下简称 MES)及智能仓储系统;利用 ERP 系统对企业所有的人、财、物、信息、时间和空间等综合资源进行平衡和优化管理;在面向用户和合作企业方面，构建网络云平台、数据中心与工业大数据平台，实现网络协同、个性化定制和服务化延伸[5]。这种智能化生产的设想是符合半精纺生产特点和实际情况需求的。
4 半精纺纺纱智能化生产体系项目的实践
4.1 确定精细化生产管理模式智能化生产的核心其实就是实现精细化生产，即确保员工以最高效的方式进行协同和操作，消除一切浪费，挖掘一切瓶颈资源。精准地按订单与用户需求安排生产，使小批量、多样性品种的生产方式得以满足。智能工厂应精准适时配送各种物料以及原料，及时依照订单交货期限安排生产，构建生产车间的电子屏幕，及时发现并解决整个生产环节发生的各种问题。促进精细化生产的过程即漫长又不可间断，还必须与促进自动化、信息化相关的工作密切结合在一起进行。要实现精细化生产，必须先进行自动化和信息化的改造。
4.2 厂房的基础设计智能工厂的厂房设计首先考虑在基建中有相关智能化需要的基础设计，如水、电、汽、网络、通信等管线的设计，针对旧车间改造也要首先进行这一项配套设计。其二，厂房配套的设计包含了视频监视体系、采光体系、空气调节体系、火灾报警系统等相关智能化的改造。厂房内工作区域的划分(加工、出货等)，应依据纺织行业的生产模式和智能发展状况加以分析，可借助数字化生产模拟软件，针对设施排布、生产电线和管线排布、车间运输等进行仿真设计。特别是随各工序之间桥联及半制品暂放仓储等自动化发展的进程，对整个车间的布局应有一个崭新的认识。在基建设计时，还应多考虑纺织空调的灵活性。若是多层厂房，还需要考虑物流运输等运用 RGV 和 AGV 等进行智能化改造的问题。
4.3 智能化生产线的规划生产线是规划智能工厂的关键环节，大规模坯纱生产基本上是同一类型的品种，而半精纺所生产的品种类型是随着市场的变化而经常不断变化的，企业就需要根据半精纺销售产品的数据信息、市场对产品需求的数据信息及未来相关的产品趋势数据信息，对生产的产品品种、产能及各种品质要求等进行规划，可采用价值流图等智能方法来合理规划其生产线，确保整个工厂生产设备横向和纵向的配套，使生产效率达到最大化。因此，在实际规划生产线时，就要更大限度地考虑减少用工以及员工工作强度，尽可能对每一道工序进行智能检测，进而提升生产效率和产品品质。因此，应对所有工作是否可运用智能设施等进行具体分析。若是该工位高度重复且没有变化则可选用智能设施，反之则应选用人工。此外，对于人工作业部分应尽可能提供智能提醒，使人机协作得以全面实现。如现行细纱机上的单锭检测装置就是一种方便人工操作的智能提示装置。
4.4 采集运行数据的规划与改造规划智能型工厂时，应事先设计好所有采集信息的接口、监视以及信息采集体系的运用方式。生产时对于人员工时、产能、产品品质等各种信息应进行实时采集，并与订单、工序等各个方面建立精准关系，从而使整个生产环节都能可追溯。发生问题能够立即发现且警报，并立即追溯至与生产有关的批次、员工、原料等有关信息。另外，还应精细计算出生产过程中产生的实际制造成本。
4.5 设计智能的 MES 系统对智能工厂来说，其运用的关键在于 MES 系统，该系统可实现生产现场的信息化管理。它与所有生产机器的 PLC、信息搜集设备、条形码等外接仪器相接，数据通过这些外接设备进行采集、智能处理，然后上传至 ERP 系统。它的功能主要是强化订单的生产和计划实施等功能，落实生产的进度，将生产进度和生产有关的所有信息予以实时的反馈。如创建能够用来追溯产品的信息链;回馈生产的进度以及有关问题、申请工序相关的支持等。对于班组管理来说，该系统能够发挥班组长的管理作用，优化班组工作的分派以及管理，此外还应具备提高生产设施能效、减少各工序的等待时间，提高产品精准的交付率。另外，MES 系统具有实行生产排单的作用，为安排计划以及调整生产提供智能化工具，使生产计划得以更精准地执行。
4.6 自动化的规划与改造建立智能化工厂，首先要利用 RGV 和 AGV 技术，进行各工序之间的桥联改造，把半制品自动运输到所需的工序，尽量减少无效人为搬运，实现部分自动化。这些生产现场的自动运输对智能工厂非常重要。因半精纺小批量多品种的需要，在车间现场必须根据前后工序之间产能的差异，设置多个半制品的中转站。这也是智能化半精纺工厂规划时，需要进行系统考虑后设置。
5 结语
综上所述，半精纺是传统纺织行业开发新产品的结果，它的存在主要以生产多品种、小批量、个性化产品为主，这也是纺织产业一种新型的生产模式。显然，这种生产模式对企业生产经营的管理要求更高。引入智能化生产管理体系对半精纺的发展以及整个纺织行业有着举足轻重的作用。然而规划与改造智能化生产线是一项非常复杂的系统工程。首先要从企业文化、行业未来、经营思路、技术进步、生产的灵活性、各管理系统间的复杂性等多个方面进行综合规划;实施综合考虑企业的经营、生产、管理、工艺、设备、自动化和 IT 等多个部门的职能并实现协同合作，才能规划和建设出真正具有可操作性和实效性的智能工厂。
参考文献：
[1] 于伟东.纺织材料学普通高等教育“十五”国家级规划教材[M].北京：中国纺织出版社出版社， 2006：178-180.
[2] 马晓辉，陈建.数字化纺纱车间的智能化技术特点及效果分析[J].棉纺织技术，2017，45(8)： 10-13.
[3] 房永.F 公司线圈生产车间智能化改造研究[D].济南：山东大学，2019：55-58.
[4] 管锦文，徐旻.棉纺数字化车间及其智能化特点[J].棉纺织技术，2016，44(10):80-84.
[5] 徐文星.面向个性化定制生产的智能糖果包装实验系统设计与实践[J].广州：华南理工大学， 2019：20-24.
《浅述半精纺智能化生产的规划与实践》来源：《棉纺织技术》，作者：周卫忠
