纺纱在线检测的开发,应用与管理_汪军

网络出版时间：2015-10-20 10:22:28

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纺织器材

纺纱在线检测的开发、应用与管理

汪 军

（东华大学）

摘要：在“中国制造2025”的大背景下，说明了纺纱在线检测的必要性；介绍了异纤检测技术、电子清纱技术和纱线质量检测技术、自调匀整技术；总结纺纱在线监测技术的发展趋势，即：从检测半制品指标向检测过程控制指标发展、从检测静态指标向检测动态指标发展、从检测主要指标向检测全面指标发展、从检测宏观指标向微观指标发展；阐述了在线检测的应用与管理。指出：纺纱在线检测是未来智能纺纱发展的重要基础与保障，在“中国制造2025”的宏伟蓝图下，纺纱行业也面临转型升级的历史时刻，纺纱在线检测技术的发展和应用具有重要作用。纺纱这个传统制造行业一定要拥抱以“互联网+”为代表的信息技术，以在线检测为线索，结合在线控制与大数据分析，努力做到智能纺纱。

关键词：在线检测；中国制造2025；智能制造；智能纺纱；大数据；在线控制

0 引言

随着中国人口拐点的到来，制造业“招工难”、“用工贵”的问题日益突出，纺织行业近年来也出现了“机器换人”的潮流，这或许拉开了纺织行业“智能制造”的序幕。随着德国提出“工业4.0”，美国提出“再工业化”，我国政府也提出了实施“中国制造2025”。从这些名称及其内涵可以看出，工业化、信息化和智能化的融合是工业4.0或再工业化的必经之路。

智能纺织的终极目标是解决智慧制造，是基于满足个性需求的快速反应、个性化定制，是立足于“互联网+”的技术嵌入纺织工业的集成。智能纺织需要很多专业技术和关键部件的支持，国内目前尚缺乏有效的研究和积累，在智能纺织方面不仅要建设智能制造体系和公共服务平台，更重要的是要提高核心智能部件、检测系统和装备系统的自主产业化。在线检测作为智能制造中的重要组成部分，本文主要就纺纱在线检测的开发、应用和管理进行一些探讨。

1 纺纱在线检测的必要性与作用

现代纺纱工艺过程仍属于非连续多工序生产，具备同品种多机台的特点。之所以是非连续生产，主要原因在于纺纱流程相对还是较长，整个过程出现不确定性的点较多，任何环节出现一点问题就可能导致整个流水线暂停，极大影响生产效率。而非连续生产就会出现多工序之间的半制品质量监控问题，半制品的质量问题会严重影响后道工序的质量，从而可能严重影响成纱质量。目前纺织厂对半制品和纱线质量的检测大多还是采用抽样离线检测法，不仅存在检测和调整的滞后问题，且对质量问题不能及时调整，造成产品质量下降。当然离线检测也有其特点，比如在实验室恒温恒湿条件下的测试具有较高精度，可以进行对比，测试结果有很好的可重现性。但是这个检测量是远远不够的，以一个中等规模的纺纱厂为例，每天大

约可以生产100万km纱线，实际测试量连1%也达不到，绝大部分产品没有受到严格的测试，更何况离线测试是破坏性检测，测试量大浪费也比较严重。

随着科技的进步，特别是传感器、信息传输、计算机技术和控制技术的发展，使在线检测成为可能；同时，纺织品对纱线的质量要求也日益提高。所以，对生产全过程的全面监控成为纺纱生产的必然发展趋势。在线测试的特点是100%受到监控，产生海量数据，通过统计工具对全程的质量点进行汇总分析，为生产及管理提供全面的第一手数据。未来的智能纺纱不仅仅是自动化程度的极大提高、减少用工，更重要的是将整个纺纱系统形成统一的整体，具有自我调整和修正的功能，这是对在线检测提出了更高的要求。在线检测就是通过直接安装在纺纱生产流程上的监控装置，利用软测量技术实时检测、实时反馈，以便自行智能调整或给予技术人员调整提供依据。

根据纺纱生产质量的发展趋势，现代纺纱生产质量控制与管理应具有的要素如下。

a) 对生产过程实行全流程在线检测，重要的指标应该有在线自动调控参数、测试数据分析管理、预警等功能。

b) 前纺工序的半制品质量应根据在线检测结果针对性实时调整，成纱后的在线检测应对管纱全程测试，并对问题纱管和位置进行定位和控制。

c) 对成纱经电子清纱器的质量数据提供强大的数据处理和统计功能，能够对纱线质量进行全面测定与评估，并根据数据对纺纱流程中的各问题点及时定位与调整。

d) 在线检测与在线控制有机结合，充分发挥大数据的海量信息优势，挖掘纺纱规律，提出控制模型，为在线工艺智能调整提供依据。

e) 可以根据纱线产品的不同用途，个性化设置质量控制项目，做到有的放矢。

总之，在线检测是纺纱智能生产的基础与保障，只有全程实现在线检测，并且能够覆盖主要项目，才能够符合现代纺纱生产的要求。

2 在线检测的发展现状与趋势

2.1 检测质量指标

纺纱在线检测主要是监控纤维、半制品及纱线的质量状态，这些状态基本分类如下。

a) 形态指标：如纤维块（束）的大小、纤维的长度、须条的直径、厚度、线密度，纱线的粗节、细节以及截面形态等。

b) 表观指标：色泽、毛羽、杂质、棉结和异性纤维等。

c) 内在指标：强力、伸长、捻度、纤维平行伸直等。

d) 过程动态指标：张力、动态捻度等。

这些指标的测试应该说形态和表观相对容易一些，动态指标有难度，而内在指标目前还很难测试。形态指标和表观指标是外观指标，目前在线测试原理方面采用光电、图像处理和电容变化等方式进行。

2.2 主要在线检测技术

纺纱在线检测技术也在持续进步，以下主要介绍3种应用较为广泛的技术。

2.2.1 异纤检测技术

异性纤维的混入会形成织物外观的疵点，反映在印染加工和成品中往往是严重的质量问题，因此倍受重视。目前，投入市场的异纤检测设备很多，从基本原理看可分为2 大类: 一类是以CCD 为主的光学检测，另一类则是通过传感器进行检测。一般来说，异性纤维可以分为异色异质和同色异质两类。前者检测较为容易，一般用图像处理方式即可识别。后者则相对较难，需要借助超声波、紫外、偏振光等手段。目前通过开清棉系统的异纤检测清除装置和带有清除异纤的电子清纱器，基本能够满足国内企业生产的需要，尤其是近年来随着技术手段的不断完善，该装置对丙纶丝和白色塑料的检出率有明显提高。

2.2.2 电子清纱技术和纱线质量检测

络筒工序广泛使用的电子清纱技术是纱线质量得到保证的一个重要措施，电子清纱器实际上是一个在线质量检测和清除纱疵的装置。市场占有份额比较大的电子清纱器来自乌斯特公司和洛菲公司，分别在络筒机市场占据前2 位。电子清纱器同样也有电容式和光电式2 种，与条干仪一样，2 种不同型式的电子清纱器也存在各自的优缺点。

目前的趋势是开始对细纱机单锭进行全面检测，可以及时得到每锭每米的质量数据，便于统计和分析，及时找出技术及技术管理的问题。这些工作国内外许多公司也有产品推出，如乌斯特、普瑞美等，这实际上是将离线的条干仪安装在每锭上，获取的质量数据更为全面和完整。

2.2.3 自调匀整技术

自调匀整是根据棉卷或条子的粗细(厚度或重量) 变化，自动地调整牵伸倍数，从而使输出纱条粗细均匀，自调匀整技术在纺纱上是一个经典的在线检测与控制问题，经过多年的发展，已经从纯机械式控制发展到机电一体化控制，从单工序控制发展到全流程控制。从检测方式而言，基本还是使用称重或凹凸罗拉测定。应该说自调匀整为纺纱质量的提高作出了很大的贡献，有关理论研究和设备开发也有不少文献报道，在自调匀整装置、控制方式等方面有较大进展，但是由于纤维集合体在牵伸区的运动和变速问题十分复杂，自调匀整的效果尚未达到较理想的状态，有关自调匀整的理论研究，特别是关于牵伸区纤维变速、纤维性能对匀整效果的影响等课题还有待继续深入研究。

2.3 纺纱在线检测技术的发展趋势

纺纱在线检测技术的发展趋势特点如下。

2.3.1 从检测半制品指标向检测过程控制指标发展

纺纱中的半制品状态较多，半制品状态检测只能反映该半制品的最终质量，但是问题究竟出在什么地方，还需要仔细分析和研究；如果将检测前移至过程中，则能够迅速发现质量的变化。比如生条质量很大程度取决于棉网质量，棉网上能够较为清晰地看到纤维的分离程度、棉结以及异性纤维等状况。但是棉网是一个动态的展示，测试相对有难度。目前已有特吕茨勒等公司研发了棉结杂质在线检测、棉网均匀度在线检测等，利用图像处理技术进行有效监控。

2.3.2 从检测静态指标向检测动态指标发展

所谓静态指标是指该指标在纺纱过程中与静态情况下基本保持稳定的指标，如纱线的线密度、条干不匀等均属于此类。而动态指标是指仅在纺纱过程中存在，而一旦成为半制品即不存在或有较大变化的测试量。比如，纺纱张力对粗纱、细纱过程均非常重要，以细纱为例，一般认为恒张力纺纱较好，但是在纺纱

过程中张力很难在线测试，一旦这个指标可以实现在线检测将会极大提高纱线质量的稳定性。又如牵伸过程中的牵伸力，如果能够顺利检测牵伸力的连续变化，就可以给出纤维束变速情况的稳定性，为更好地实现自调匀整提供依据。特吕茨勒公司的产品可以根据牵伸力的变化自动优化后区牵伸工艺。

2.3.3 从检测主要指标向检测全面指标发展

在自动化和数字化发展的时代，在线检测主要围绕主要指标进行检测，如细纱质量、自调匀整、异纤检测等。智能纺纱的一个重要基础是全程监控，全程监控需要对纤维从块状分解、梳理、牵伸、加捻直至成纱的全过程实施在线检测，这也对纺纱检测技术带来挑战。涉及到成纱质量的检测手段和方法需要进一步研究，如纤维分解后状态质量的检测，梳理后纤维的形态（弯钩），纤维在条子、粗纱中的形态等等，这些检测技术也在陆续研发。需要指出的是，纺纱在线检测技术的发展需要结合测试技术与纺纱原理与工艺协同发展。

2.3.4 从检测宏观指标向微观指标发展

纺纱在线检测目前测试的基本是纤维集合体的宏观指标，这对控制质量当然是有益的。但是由于纤维材料是一种粘弹体，其力学和运动学模型的精确建立尚有难度，因此可以采用统计模型来分析。未来在线检测的趋势是以某根纤维或一束纤维为对象，全程监控其在纺纱过程中的运动、位置和形态，研究其运动轨迹和形态变化，能够更好地丰富和完善纺纱原理，为智能纺纱提供控制模型。

3 在线检测的应用与管理

在线检测的应用一般可以分为两类：一是为在线控制提供数据，便于执行机构动作将关键指标控制在预设定的范围内；二是为成纱质量分析、分等分级和统计分析提供基础数据。在前些年的研究中，主要侧重于在线控制；近年来则在成纱质量的统计分析方面进展迅速，未来这两个应用方面会趋于融合。

纺纱流程向全联合、全自动和智能化方向发展已是大家的共识，因此在全流程生产的许多环节会增加在线控制与调整，这必然要求更多的在线检测技术的开发与应用。同时在线检测技术会产生海量的数据，这些数据的处理、挖掘和利用将是纺纱企业面临的新挑战。如果利用得当，纺纱流程的状态可以一目了然，什么设备什么地方出现问题可以迅速定位，为解决问题提供了行之有效的诊断手段。纺纱“无人车间”的实现也是可以期待的，借助于网络等信息手段，技术人员完全可以完成操控生产，修改参数等。未来的智能纺纱工厂的前景是可以预期的。

4 结语

纺纱在线检测是未来智能纺纱发展的重要基础与保障，近年的纺纱在线检测为提高自动化水平、减少用工、稳定质量和提高效益做出了很多贡献。在新时期“中国制造2025”的宏伟蓝图的背景下，纺纱行业也面临转型升级的历史时刻，纺纱在线检测技术的发展和应用具有重要作用。作为纺纱设备、器材和用户企业，需要在这方面建议关注和投入。随着信息技术发展到今天，纺纱这个传统制造行业一定要拥抱以互联网为代表的信息技术，以在线检测为线索，结合在线控制与大数据分析，智能纺纱的明天不会遥远！