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关键词：数字纺纱厂 数字纺纱系统 柔性生产线 工序联接 数字
提 要
数字纺纱厂是一项大系统工程。涵纺纱厂市场管理纺纱厂企 业管理纺纱厂工场管理三项子系统。
数字纺纱厂的工场管理即数字纺纱系统涵：物流系统 ―― 即工序 联接；制造系统 ―― 即“柔性生产线”；环境系统 ―― 即“清洁 生产”；信息系统 ―― 即工场局域网“生产调控中心”。
本文简述工序联接和柔性生产线的概念、组成部分.提出需要研制的课题，并对其中部分课题提出解决方案。
前 言
生意社6月3日讯 我们在上世纪末写的《数字纺纱厂方案初探》近来引起纺织工程技术人员和学界的关注。由于该文写作背景是应国家计委“十•五计划征文”后提出的方案，在写作时从具体的产品方案出发，论证数字纺纱厂可以极大的提高劳动生产率，降低纺纱厂万锭用工。从今天看来，这个产品方案显得十分保守。但，在纺纱工场设备自动化、信息化方面，提出的一些设想，在今天看来，尚未过时。要实现这些设想，不是当时想像的能在一个五年计划内完成，而是需要几个五年计划才能逐步实现。
从基本概念上说：数字纺纱厂是一个大系统工程。这个大系统至少涵有纺纱厂市场管理纺纱厂企业管理和纺纱厂工场管理三个子系统。市场管理即电子商务，企业管理有ERP软件。纺纱工场在完成自动化、信息化改造成为数字纺纱工场后，纺纱厂的电子商务和ERP软件可以随之深化。为此本文先就纺纱工场的自动化、信息化，即数字纺纱工场范围，在《初探》的基础上，作进一步的简述。纺纱厂的市场管理、企业管理待以后再予讨论。
纺纱工场管理数字化就是要建立数字纺纱系统。数字纺纱系统涵以下子系统：
一、物流系统――从原料进工场至产品入库。也就是《初探》中的“工序联接”；
二、制造系统――各道工序设备、的配置。也就是《初探》中的“柔性生产线”；
三、环境系统――工场要具有净化空气、适宜的温湿度以及各种废料、下脚料的无害化处理。也就是《初探》中的“清洁生产”；四、信息系统――也就是《初探》中的“纺纱工场局域网**调控中心”。
其中，“环境系统”需要专题讨论，“信息系统”也有专文论述，本文从略。本文**讨论工序联接和柔性生产线这两个子系统。
**节 工序联接
一、工序联接的概念
工序联接即数字纺纱系统的数字化物流系统，是生产线上各数字设备设计中必须先予解决的问题。因为设备必须自动化才能数字化，而设备必需做到自动喂料、自动出料才称得上是全自动化设备。物流系统就是将上一道工序的半制品输送到下一道工序，以备自动化设备自动喂料、自动出料。数字化物流系统是指这个输送过程不仅仅是自动化输送，而且是定时、定量、定位的自动输送。我们把这种信息化自动输送的物流系统或数字化物流系统称之为“工序联接”。
二、工序联接的要求
定时、定量、定位把上一道工序的半制品输送到下一道工序要求做到以下几点：
1、自动运输线 必须有一条自动运输线把装有一定容量半制品的容器定时运到指定位置，并将在该位置上的空容器带回，安放在预备重新装半制品的备用位置上。
2、容器交换机构 有二种容器交换机构：
上道设备的容器交换机构 能把空容器从运输线上卸到备用位置，把满容器推上运输线。
下道设备的容器交换机构 能把空容器推上运输带，把满容器卸到预备接续的位置。
3、容器 能感知器内容量。半制品快用完时，发出信号，要求更换，满容器运来时，能使满容器对号停在换器位置，准备更换。
三、工序联接的优点
数字化物流系统的*大效果是定时供应。即：每道工序机后没有传统那样必需有一排备用满容器。并条、粗纱等工序，机后没有备用条桶，随需随换。细纱备用粗纱*少时可减至一只。因此，大大减少半制品存量，并缩短生产周期。
四、工序联接的课题和方案
数字纺纱系统的工序联接由两部分构成：数字化运输线智能容器。
数字化运输线
数字化运输线由运输信息系统和自动运输线组成。
运输信息系统控制自动运输线的来回运动和运输定位。运输信息系统接收智能容器发出的信号，启动自动运输线，把满容器运送到所需位置，在容器更换后，又将空容器运回，停在备用位置。
根据纺纱工场具体情况，数字化运输线有地面运输线和空间运输线两种。
1、地面运输线 主要用于条桶运输。
地面运输线要求直线运输。用于梳棉→并条、并条头道→贰道、并条→粗纱、并条→条卷机或条并卷机，以及细纱→络筒。其中，用于细纱→络筒的有“细络联”。因为细纱管纱直径小，现在有各种样式的细络联，不但可直接运输，而且可以爬高、转弯。纱管的运送、空管返回都能定位，基本符合数字化运输线的要求。
除细络联外，地面直接运输线尚未有成功的方案。拟议中的有：
磁力运输线 主要问题是满桶负载重量。
链式运输线 这是常用的重物运输方式。
步进式运输线 在《初访数字纺纱厂》中采用这种方案。
2、空间运输线 开清棉气流输棉和粗纱→细纱以及络筒→成包的数字化运输线都应是空间运输线。
从开清棉车间→梳棉机；清梳联设备基本上能符合要求。但，清梳联适用于一定批量的生产。一般是一套开清棉联合机籍助清梳联，供应5～10台梳棉机。对批量生产品种是合适的，但不能满足小批量、多品种产品的要求。这个课题的解决方案在下一节中讨论。
条卷→精梳以及粗纱→细纱的空间运输线有立达和马佐里等的设计。可以进一步改进成为精梳数字化空间运输线和粗纱→细纱空间运输线。
智能容器
智能容器要求每个容器都能感知容量并发出用空信号，要求供应的满容器停在备换位置。在空容器运回后能发出信号，表示已到达备用位置。
现在被商业广泛应用的射频智能电子标签**可以满足上述要求。需要考虑的是电子标签的安装位置。为此：
1、条桶 现在使用的圆形条桶有二个缺点。太宽，无法做到机后单排供应；容易转动，无法固定定位。因此，有必要改为矩形桶。
改为矩形桶可以在容量不变的条件下，减少宽度，做到机后单排供应；避免转动，做到位置固定。
在矩形桶短边侧的适当位置，安装智能电子标签，发出信号，可以有确定的定位。
安装智能电子标签的矩形条桶示意图如图1。
2、各类筒管 如精梳小卷筒管、络纱筒子筒管以及粗、细纱筒管可以在筒管顶部安装圆形智能电子标签。其定位信号不会受筒管摆放位置的变动而变动。
射频智能电子标签除定位信号外，还有记录所纺品种、工序设备编号等功能，可以解决现场管理上通常发生的用错半制品的问题。
按照以上要求，数字纺纱工场生产线的设备排列，改为如图2～图5。其中：图2为环锭普梳生产线排列图；图3为转杯纺生产线排列图；图4、图5为精梳及混纺生产线排列图。
第二节 柔性生产线
一、柔性生产线的概念
按照纺纱厂的特性，柔性生产线不可能是一条可以纺制任何的**柔性的生产线。这样的柔性生产线是不经济的。
数字纺纱系统的柔性生产线有以下特点：
1、每条生产线可以纺制并*立翻改在设定范围内的纱线。
纺制和翻改范围按主机――数字纺纱机可以纺制的纤维类别和所纺的纱线品种来设定。《方案》只提普梳、精梳和棉涤混纺是不充分的。柔性生产线**可按市场需要，设定纺制新型纤维和新型纱线。
2、每条柔性生产线的规模应尽可能小。这有利于适应市场变化翻改品种，同时也能简化工序联接。
如果不考虑开清棉和后加工工序，如《方案》的设计，以一台梳棉机、一套单头并条机、一台单排粗纱机、二台千锭细纱机和二台自动络筒机组成基本的环锭柔性生产线。或以一台梳棉机、一套单头并条机、二台百头转杯纺机组成基本的转杯纺柔性生产线。所有纺机均根据生产的纱线来选型。
精梳纱和混纺纱的柔性生产线也类此设定。
3、整个数字纺纱工场可以有多条各种类型的柔性生产线。数字纺纱工场的规模按**调控中心的调控能力而定。根据信息管理系统的能力，整个工场规模可以达到十万锭以上的规模。而且规模愈大愈经济。如按每条柔性生产线平均每月翻改四次，就可以生产多达200种产品及时供应市场。
二、柔性生产线的组成
柔性生产线由数字纺机、数字纺机机前附机、数字纺机机后附机、数字纺机清洁系统四部分组成。
1、数字纺机 有许多论文讨论到数字纺机。但，所涉及数字纺机的概念似是“纺机数字化”，数字纺纱工场的数字纺机是数字纺纱系统中的一部分，必须能和系统内有关的硬件和软件接口。
2、数字纺机机前附机 即通常所说的接头机器人或机前小机。但其功能扩大到落桶换桶。我们将在第三节中分机种予以讨论。
3、数字纺机机后附机 即《方案》中的机后换桶、接头的机器人，是较难解决的课题。
4、数字纺机清洁系统 包括排杂除尘系统和机台清洁系统。在现有的开清棉、梳棉排杂、除尘系统和细纱断头吸棉系统以及各种车面巡�装置装的数字化以外，还要扩大到绒辊花、皮辊花的清除和收集等清洁系统。
如上所说：数字纺机是数字纺纱系统的一部分。和系统的其他部分要能够接口。根据这一原则，本节提出各工序数字纺机需要解决的课题。并对其中一部分课题提出解决方案。
一、开清棉
应用气流输棉又配备除尘排杂系统的开清棉机组是数字开清棉设备的良好基础。目前，机组的一般产量为600～1000kg/h，与万锭以上的生产线配套。即相当于5条以上柔性生产线的供应量。如果有几条柔性生产线用的是同一配棉成分，则可以调整生产线上各道设备的参数纺出不同线密度甚至不同品种的。对于一些特殊的小批量品种，可以有以下方案：
成份A：开清棉机组清棉机→输棉风机→混棉仓→吸棉、输棉机→称量给棉机 成份B：开清棉机组清棉机→输棉风机→混棉仓→吸棉、输棉机→称量给棉机 混棉帘子→给棉机→输棉风机→多通道配棉头→清梳联棉箱。 在混棉仓内储有由开清棉机组生产的一定数量的特殊成份，可视需要，细水长流随时取用。 2、采用小量混棉、气流输棉方案。即：另行建立一条小量混棉开清棉机组，专为小批量品种供棉。 两种方案中，“1”方案占地面积较大，“2”方案机组使用效率较低。但都能满足小批量柔性生产线的供棉要求。二、梳棉
新型梳棉机的圈条机构由圆桶圈条改为矩形桶圈条，基本适应柔性生产线的要求。梳棉机的后部，不必再增加其他附属设备。问题在于机前断头、接头，需要研制“梳棉机前机器人。”是比较难解决的课题。
三、并条
数字并条机要解决以下几个课题：
1、牵伸调控这是纺机上普遍需要解决的课题。也是不难解决的课题。从现有的技术资料中可以认为：这个问题已基本得到解决。
2、不断头自动换桶 其实这不成为一个课题。因为梳棉机就是不断头换桶。只是习惯于人工操作，没有考虑到不断头换桶可以提高质量和设备运转率，所以不难解决。
3、机后接头 这是柔性生产线上很多设备都需要解决的课题。不仅仅并条，粗纱机、超大牵伸环锭细纱机、转杯纺机和其他新型纺纱机都需要解决这一课题。这一课题如果得到解决，可以说柔性生产线的大部分问题已经解决了。
4、机前断头、接头 这一问题在瑞士等国生产的并条机上已经解决。可进一步完善，融入柔性生产线。
四、粗纱
粗纱是柔性生产线中*难处理的问题。问题不在于粗纱机工艺。新型粗纱机除了尚有机后自动喂条这一与并条机共同难题之外，工艺上的问题和自动落纱以及粗纱自动运输等问题都已有多种方案解决，并投入生产实践。
新型号的粗纱机仍沿用一贯的双排锭子。双排锭子的喂入条桶，即使用矩形桶，也要二排。在工序联接上，自动输桶、自动换桶、换桶后自动添条接头，双排条桶会给设计增加不少困难。我们的方案是应用上世纪80年代的研究，改双排锭子为单排。机后换桶、接头问题就会和并条机机后情况一样，可以同时解决，简单得多了。单排锭子粗纱机还解决“前、后排粗纱张力差异”问题，简化自动落纱。在占地面积方面，根据计算，二台单排粗纱机的占地面积约等于一台双排粗纱机的136%。在投资上为增加一个车头的费用。但可以用于数字纺纱系统，减少许多设计上的麻烦和费用。
五、细纱
细纱机在技术进步上有很大的进展。细纱小机，自动落纱、巡�吹吸清洁装置等有多种型号可供选择。现代环锭细纱机可以人机对话，设定各项工艺参数并在机头屏幕上显示在线动态数据。接近于数字纺纱系统所需的数字纺纱机。**的障碍是换粗纱和粗纱接头问题。
***的解决方案是采用超大牵伸环锭细纱机。用条子喂入纺细纱。喂入问题与并条机的喂入可以同时解决。
超大牵伸细纱机有过许多样机，有的还曾投产用了一个时期，后因细纱质量存在问题而终止。我们应用现代纺纱技术，设计新的超大牵伸环锭细纱机，预期质量达到紧密纺水平。然而，即使有了超大牵伸细纱机，对有的品种和有特殊要求的纱线，如双纱纺，细纱机还是要用粗纱。为此我们提出使用粗纱的细纱机机后附机方案，如图7。
1、考虑到新的细纱机是全自动细纱机，操作**自动化，因此，机台不必按人体工程设计，可以矮一些。矮机台有利于结构稳定和各种机械动作稳妥。另一个优点是可以增加粗纱架层次。
2、原来粗纱架为一层二排。方案设计的粗纱架为二层单排。
3、原来粗纱架左、右二边紧靠，现将左右二边分开。原来预备粗纱吊在上层内、外排之外，现将预备粗纱吊到左右粗纱架中间。
4、左右二边粗纱的中间位置安放换粗纱装置由粗纱机运来的粗纱，吊进装置。
5、装置可以前后、上下移动。装置上有粗纱接头器。
6、机上粗纱用到还剩二圈时，粗纱管智能电子标签发出信号，装置带着预备粗纱到达换纱位置。
7、将空管余纱和预备粗纱纱头放到粗纱接头器上完成粗纱接头。
8、将空管转换进装置，装置上预备粗纱转换到粗纱机的吊锭上。9、装置回到原位，将空管吊到运输线，再取一只预备粗纱，待下一轮换粗纱。
10、换粗纱的接头纱尾由装置内接头器的吸管吸入吸棉管道。
转杯纺机和其他新型纺机在设计时已应用很多***。如：转杯纺的小机能完成清扫纺纱杯，采用矩形桶自动接头等。喷气纺机在牵伸装置上应用变节径胶带轮和旋转传感器来变换和控制牵伸倍数，实现超大牵伸。而且都有自动落筒装置。这些都可成为数字纺机的基础，应用于数字纺纱系统。**的问题是，和并条机一样，如何换桶、接头。并条机的问题解决了，这些新型纺机很容易稍加改动就能进入数字纺纱工场的柔性生产线。
第四节 需要研制的课题
如上所说，数字纺纱厂是大系统工程，数字纺纱系统是大系统中的一个子系统。在这个子系统中，要解决许多课题。有的课题已基本解决，有的课题有尚待完善的解决方案，有的课题连解决方案也没有。今将这些课题，粗线条地逐一列出如下：
一、已基本解决的课题
1、数字化牵伸装置 2、数字化牵伸加压装置 3、数字化粗纱、细纱加捻机构 4、数字化细纱、粗纱成形机构 5、开清棉 ―― 梳棉工序联接6、细纱 ―― 络筒工序联接7、粗纱 ―― 细纱工序联接8、精梳工序内部工序联接9、络筒机、转杯纺、喷气纺等新型纺自动落筒、自动输送装置 10、粗纱、细纱自动落纱 11、并条机不停机换桶 12、环锭细纱、转杯纺自动接头 13、开清棉、梳棉吸尘、排杂系统 14、并条滤尘装置 15、精梳吸落棉、滤尘系统 16、矩形条桶及矩形条桶圈条装置
二、解决方案尚待完善的课题
1、智能容器2、小批量混棉、输棉技术 3、单排粗纱机 4、细纱机粗纱换粗纱、接头 5、超大牵伸环锭细纱机
三、尚未有解决方案的课题
1、梳棉机前接头 2、棉条自动前接头 3、梳棉 ―― 并条工序直线运输机构4、条桶自动运输线及满、空容器交换机构 5、棉条自动后接头6、粗纱前接头 7、纺纱机绕罗拉、绕胶辊报警及自动处理 8、皮辊花、绒板花等废棉收集处理装置 9、生产线快速翻改 10、数字纺机设备维护保养系统
结 语
数字纺纱厂是一项大系统工程。创建数字纺纱厂要解决众多课题。仅数字纺纱厂中数字纺纱工场的三个子系统，就有三十余个课题需要一一攻关解决。我们认为：提出数字纺纱厂这个工程项目让我们工程技术人员有一个大目标。各个课题是我们有能力解决的。解决一个与大目标就接近一步。一步一步走过去，*终建成数字纺纱厂，这将是纺织工业*光辉的技术进步。
附 注
1、汤成 高蕴珍 数字纺纱厂设计方案初探 1999.12. 2、汤成 关于创建纺织工程技术新系统的建议《十•五计划献计献策文集》国家计委 2000.2. 3、汤成 姚迪 高蕴珍 棉纺织向网络进军 《上海纺织》 2001.2. 4、李培忠 推行数字纺机 增强自主创新能力 促进升级 《2006年全国现代纺织技术进步研讨会资料汇编》 全国新型纺纱协作网等 2006.9. 5、汤成 环锭纺纱系统中的粗纱机 1987.6. 6、高蕴珍 初访数字纺纱厂《上海纺织》2001.11～12.
