针织印染厂智能化系统及数字化设施浅析

刘立珍1，高风亮2,赫连晓伟3

摘要：本文主要介绍了针织印染智能化系统三大构成及各构成在智能系统中主要作用，同时介绍了近年来针织印染设施及系统在自动化、数字化发展及应用情况。

关键字：智能化系统、 MES系统、ERP系统、自动化、数字化

Analysis of Intelligent Systems and Digital Facilities in Textile Factories

Liu Lizhen1 ,Gao fengliang2  Helian Xiaowei 3

(1, 3 Shangtex Architectural Design Research Institute Co., Ltd., 2006000 Shanghai;2 ID NO. 371525198810146315)

Abstract

This study introduces the three components of the intelligent system for knitting, printing and dyeing, and explores the main functions of each in application. It also elaborates on how the facilities and systems have developed and been applied in automation and digitization over the years.

Keywords

Intelligent Systems, MES Systems, ERP Systems, Automation, Digitization

近年来印染加工企业面临着客户苛刻要求、环保、低碳、招工难等各类困难，致使印染加工利润空间越来越窄，因此加工技术成熟与否成为印染企业存活的关键。仅仅依赖人力的方式已无法适应现阶段小批量多品种的市场需求。随着印染行业的迅猛变革，为了应对日益激烈的竞争，印染企业意识到信息和技术的重要性，智能化的概念尤为突出，一套完整的数字化体系，可以帮助企业实现柔性生产、提高效率、实时监控，以及数据采集并进行智能分析，从而实现属于企业自身的数字化管理体系，实现自主创新，推进企业的智能制造。

1、针织印染智能系统的构成

智能工厂模式是一种将传统的生产方式转变为更加高效、智能化的生产方式。该方式旨在通过提高生产效率和效能来扩大产品价值。为了实现这一目标，企业应结合自身的发展情况和软硬件实力，分阶段地进行实施。印染智能化系统由三大系统成金字塔结构构成，其中塔基为过程控制系统（PCS），中间为MES系统，塔尖为ERP系统。

塔基：过程控制系统（PCS）

对前处理、染色及后整理车间内生产设备安装必要的智能设备、设施及仪表，并建立基于物理信息系统的智能化生产单元，实现自动化及数字化生产同时，建设设备PCS等系统实现对整个工艺过程的监测与控制；同时通过覆盖全厂网络系统对生产数据进行实时数据采集，可以快速实时掌控生产实际运行情况，实现生产车间与控制系统信息实时无缝对接，同时提高生产管理人员对生产细节的监控能力；

塔中：生产执行管理系统（MES）实现智能管理

MES系统在针织印染智能系统中起到承上启下的作用，是生产管理系统的核心[1]。一方面对来自ERP系统生产管理信息指令进行作业调度、工艺流程设置、并对工艺参数等进行细化并将信息和指令传递至底层染缸，底层染缸控制系统按照工艺要求及参数进行程序化生产；除此之外MES系统结合ERP系统的计划数据、物料采购与供应时间、以及产品交货时间进行生产调度；另一方面，MES系统实时采集染缸、定型机等设备的温度、液位、运行设备和仪表等状态数据，实时监控底层设备的运行状态，实现生产制造数据的自动化采集[2]；同时，将染缸等设备运行状情况、车间生产能力、定单执行进度情况、以及具体染色工艺、能源消耗情况等涉及生产运行的相关数据有关数据传输至ERP系统，为ERP提供生产现场的实时数据，从而实现了管理层与底层控制之间的沟通。建立了管理层与底层控制层间的无间隔式信息交流，解决了底层信息及时反馈到上层计划和调度部门，从而实现了管理层对生产过程的全把控，提高了印染企业整体信息化水平，在节能、效率方面带来更大的收益。

针织印染的生产执行系统MES主要由机台APS高级排产系统、在线工艺检测与控制系统、车间物流在线跟踪系统、能源在线采集及控制系统、基于API网关的多系统集成（全自动调浆系统、滴液系统、测配色系统、能源系统、污水系统、染缸集控系统、大屏幕监控系统、自动称量系统、化学品配送系统等）、生产指挥中心大屏及车间动态看板系统。

塔尖：建立车间级与企业级系统集成，实现智能管理

通过将车间内的生产执行管理系统（MES）、企业资源计划管理系统（ERP）以及厂区内仓储管理系统（WMS）有机结合，可以实现车间级与企业级系统的完美整合，使得上下游企业之间的信息可以实时交流，从而推动横向价值网络的协同创新。针对针织印染企业ERP系统主要涵盖销售管理、采购管理、仓库管理、生产管理、工艺管理、质量管理、成本管理、人事管理等模块，可通过企业局域网与制造执行系统MES进行链接；仓库管理系统（WMS系统）分为信息管理系统和监控调度系统，与客户的ERP系统以及操作执行层进行信息集成，有效提高物流效率，并且可以对物料进行有效的管理，实现对生产的全程可视化、可溯源的目的[3]。

针织印染ERP系统主要包括销售管理、采购管理、仓库管理、生产管理、工艺管理、质量管理、成本管理、人事管理等系统。

通过以上三大系统将企业生产管理层、车间生产执行层以及设备运作层整合在一起，从而实现了资源的统一利用和无缝对接，让管理细化并落实到每个环节与流程，成金字塔结构的三大系统实现生产智能管理及智能制造，从而使得企业实现人力、物料、设备等资源的整合，更好的控制生产成本，保证产品质量，并提高生产效率。

2、针织印染设施及系统的自动化与数字化

随着成本、劳动力、环保等多重压力下，印染加工企业对经营管理过程的要求不断提高。加工设备及系统的数字化、设备集成自动化，成为企业提高效率、稳定质量的关键环节，是实现数字化工厂基础的一步，更是实现智能化必经之路。近几年针织印染设备的自动化及数字化发展突飞猛进，主要表现以下几个方面：

（1）实验室的自动化及数字化装备

实验室可谓是印染生产工艺及配方的核心大脑，生产企业通过提高实验室的智能化水平保证生产的一次成功率的同时提高实验数据的利用率。实验室自动化及数字化主要体现在二个方面，一是颜色管理的数据化，二是打样系统智能化，具体来说利用测试仪器及相应的测试数据做到颜色的标准化，防止用人眼比对颜色误差，并建立相应的颜色系统，给出更为科学合理的配色方案，并进行数据的系统运算和学习，实现配色的智能化；同时近年来发展了染色实验室的开料系统、自动滴液系统以及自动打样系统。提高了染色过程从小样到中样再到大货颜色的一致性，提升颜色试样的准确率。

（2）染料自动称量化料配送系统

该系统有效解决了印染企业工作人员因称量、化料以及加料等不规范照成的人为误差，解决因称料房工作环境差用工难问题，该系统主要由染料上料储存集尘系统、染料称量系统、染料投料化料系统及染料输送系统。四大系统构成。

该系统可以实现全自动称量染料，并且通过真空上料、条码扫描等技术有效地防止出错，同时通过粉尘收集过滤装置，有效地减少扬尘；此外，可以做到提前称料，节约整个工艺操作时间，同时可以选配条码打印机，以便在称量完成后打印条形码标签；此外，还可以通过输送线和机械手，实现自动溶解和输送，而无需人工操作，从而可以准确地监控耗用量，。

（3）定型机助剂自动配送系统

该系统实现将助剂自动配送至定型机加料槽中，同时支持工艺配方管理，可按流程及工序、车间班组、机台分别统计助剂用量，为能耗计算提供数据支持，该系统主要由助剂开稀储存系统和助剂配送系统两大部分构成，从而实现了清洁生产、节省人工，同时有助改善定型机加工的重现性。

近年来系统配置进口电磁流量计，精度更高，性能更可靠；并采用总线式管线，支管处采用特殊管接头，实现拆装维修方便；同时采用变频流量控制和专利滴定技术，提高配送精准度；同时配有全自动液位信号采集（检测）及反馈机制，从而有效保证液位在有控制范围内；此外，它还具备良好的管线布局，占地面积较少；做到了统一管理。

（4）染色机助剂自动配送系统

该系统可实现将助剂自动配送系统通过管线配送至染色机的辅缸中，同时支持工艺配方管理，对流程卡、工序、班组、机台分别统计助剂用量[5]。该系统主要包括助剂开稀储存系统和助剂配送系统，有效地避免由于手工添加助剂所带来的人为失误，从而节省资源，提升染色品的品质，并且实现实时监测；此外，该系统采用进口流量计，从而具有较高的精确度和良好的性能，同时管理采用特殊接头具有易于拆卸和维护的功能，还具有良好的自动化清洁功能。从而实现了清洁生产、节省人工，同时有助有改善提高染色一次成功率。

（5）元明粉/纯碱/工业盐自动配送系统

该系统解决了印染行业传统的手工加料方式可能导致的人为误差和高强度的加料劳动。解决纺织印染企业生产中人工输送元明粉/纯碱/工业盐效率低、不安全、污染高、浪费严重等问题，实现动化料与输送，同时控制、优化、调度、管理一体化的模式[4]，同时有利于环保，提高产品品质以及加工的重现性等。

该系统配置在线液体浓度检测系统，从而有效保证了物料浓度；同时采用物料恒温存储装置，防止物料在储存过程中析出，防止管路堵塞并提高配送效率；采用全自动化化料设备，大大降低了劳动强度；并配有自动预警装置，可进行自动化料补充；同时该系统采用进口流量计，从而具有较高的精确度和良好的性能，同时管理采用特殊接头具有易于拆卸和维护的功能，该系统还具有良好的自动化清洁功能。同时配有全自动液位信号采集（检测）及反馈机制，从而有效保证液位在有控制范围内；通过多个配送支管设计提高配送效率。

（6）针织物定型密度智能在线测控系统

该系统有效保证了针织布的克重和尺寸稳定性，该系统采用智能图像技术对定形过程中布面进行纬度监测，当织物的纬密不满足设定值时，该系统通过调整超喂系统实时及时调整，从而实现针织物克重达标，并提高成品一次成功率。

（7）PH值在线测控系统

PH值在线测控系统是对染色等处理液PH值在线检测与控制，对染缸内染液PH进行实时监测，并具有故障分析和提示功能，从而避免了传统由经验操作调试PH带来的染色的不可控性，从而更有效的提高了产品质量和染色的一次成功率。

（8）运输采用AGV智能化小车代替传统的人工墩布车。

从毛坯布----染色----脱水----湿开幅----烘燥----（拉毛）----定型----包装----光坯布检验----光坯布进仓等全程采用AGV小车进行运输，通过程序设置，从而实现物流无等待，整个车间内部的物流有序实施，车间工人仅在故障时进行操作模式。

以上为近几年针织印染自动化、数字化发展的几大重要设备系统与设施，企业可以根据自身追求的目标，并结合自身企业发展现状，进行规划及筛选并实施。

3、结语

1、智能化系统近年来层出不穷，但能实际可靠运营，满足企业的实际需求的相对较少，为企业创收的系统相对较少，作为承上启下的MES系统受限于执行层接口的问题导致数据无法采集，或进行了大量数据的采集而无法有效合理的分析及利用，因此仍需继续摸索和探究，实现真正的智能管理与智能生产。

2、针对现有的印染企业，绝大多数不具备数据采集的数字化设备，因此在构架数字化过程中需加设各类仪表从而实现对数据的实时采集，近年来发展起来的各类针织印染自动化、数字化设备及系统同样存在不能满足实际生产的需求，存在各式各样的问题，变为企业发展的鸡肋，致使企业对各类设施信心不足。

参考文献：

[1]莫丰勇《印染企业浸染生产排产优化问题研究及系统设计》[D]杭州 浙江工业大学 2009

[2]郝平；朱之飞；陈刚良 《MES结构设计及其在染色工业中的应用》[J] 浙江工业大学学报 2008

[3]张璨辉《智能化仓储系统的设计与研究》[J]大众用电 2014

[4]崔洪月、高旭《印染设备持续升级浪潮数码印花演绎五彩世界 2014年中国国际纺织机械展览会暨ITMA亚洲展览会针织印染机械专题报道》[N]《针织工业》2014

[5]崔洪月、高旭、杨晓琴《节能环保新时代 印染设备的智能化升级 第17届上海国际纺织工业展览会针织印染机械专题报道》[N]《针织工业》2015

作者简介：刘立珍（1985-），女，高级工程师，主要工作方向：工艺设计。

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