文| 本報(bào)記者?王繼征
編輯| 王亦一
“不創(chuàng)新就沒有出路。”這已成為中國紡機(jī)企業(yè)的普遍共識(shí)。“十四五”期間，紡織機(jī)械行業(yè)將加快從規(guī)模發(fā)展到高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變的步伐，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)是基本原則。
從今天開始，我們將推出“‘十四五’技術(shù)創(chuàng)新如何落地？”系列報(bào)道，從攻克關(guān)鍵共性技術(shù)，搭建公共創(chuàng)新平臺(tái)等方面探討 “十四五”期間紡機(jī)技術(shù)創(chuàng)新的方向和路徑。
近日，北京經(jīng)緯紡機(jī)新技術(shù)有限公司承擔(dān)的“絡(luò)筒機(jī)無槽筒數(shù)字卷繞技術(shù)研究”，清華大學(xué)天津高端裝備研究院承擔(dān)的“高速經(jīng)編機(jī)用的鋼片復(fù)合鉤針的表面處理技術(shù)研究”和天津工業(yè)大學(xué)承擔(dān)的“超高速小能耗錠子優(yōu)化設(shè)計(jì)及減振降噪機(jī)理研究”三項(xiàng)“紡織之光”應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目通過了結(jié)題驗(yàn)收。
無槽筒數(shù)字卷繞絡(luò)筒機(jī)樣機(jī)
據(jù)介紹，“絡(luò)筒機(jī)無槽筒數(shù)字卷繞技術(shù)研究”項(xiàng)目主要研發(fā)了無槽筒絡(luò)筒機(jī)的卷繞機(jī)構(gòu)，利用擺桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)替代槽筒，創(chuàng)新研發(fā)了卷繞機(jī)構(gòu)和橫動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制算法，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)精密卷繞，運(yùn)行速度實(shí)驗(yàn)室可達(dá)2000米/分，卷繞密度均勻，筒紗成型良好，可實(shí)現(xiàn)高速退繞，適用于棉紗及棉混紡紗生產(chǎn)。
“高速經(jīng)編機(jī)用的鋼片復(fù)合鉤針的表面處理技術(shù)研究”項(xiàng)目系統(tǒng)地研究了磁控濺射工藝參數(shù)對(duì)鉤針限域表面鍍制CrN涂層的影響規(guī)律，該涂層具有高硬度、高韌性特征。項(xiàng)目設(shè)計(jì)并研制了可工業(yè)化的CrN涂層專用鍍制裝備，以及適用于批量裝夾及鍍制鉤針夾具，開發(fā)了針對(duì)鉤針涂層的疲勞試驗(yàn)機(jī)。
“超高速小能耗錠子優(yōu)化設(shè)計(jì)及減振降噪機(jī)理研究”項(xiàng)目研究了錠子關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)與其性能之間的耦合機(jī)理，進(jìn)行了錠膽多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化了三種超高速節(jié)能型棉紡錠子結(jié)構(gòu)，有效降低錠端振幅，節(jié)約了能耗；開發(fā)了新型棉紡錠子參數(shù)化三維建模軟件，為錠子結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)提供了數(shù)字化設(shè)計(jì)工具。這三個(gè)項(xiàng)目通過驗(yàn)收意味著在紡織裝備關(guān)鍵機(jī)械零件表面處理、紡織裝備減振降噪降耗等關(guān)鍵共性技術(shù)研究上取得了新的進(jìn)展和成果。而進(jìn)一步研究、推廣和應(yīng)用關(guān)鍵共性技術(shù)，正是“十四五”期間紡機(jī)行業(yè)推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重點(diǎn)方向。紡織機(jī)械門類繁多，各類紡織機(jī)械的工藝特征和性能迥異，涉及的關(guān)鍵共性技術(shù)比較廣泛。紡織機(jī)械動(dòng)力學(xué)及減振降噪降耗技術(shù)，紡織裝備中纖維束、織物與固體、流體的相互作用機(jī)理研究，機(jī)器視覺技術(shù)在紡織裝備中的應(yīng)用技術(shù)，紡織裝備多電機(jī)協(xié)同控制技術(shù)，紡織裝備關(guān)鍵零部件和專件制造與強(qiáng)化技術(shù)、可靠性提升和壽命預(yù)測(cè)技術(shù)，新材料在紡織裝備關(guān)鍵零部件上的應(yīng)用技術(shù)等對(duì)提升紡織機(jī)械生產(chǎn)效率、降低能耗，提高紡織機(jī)械可靠性和生產(chǎn)精度，延長(zhǎng)紡織裝備關(guān)鍵零部件使用壽命具有關(guān)鍵作用。“十三五”期間，部分紡織機(jī)械關(guān)鍵共性技術(shù)取得較好的發(fā)展和應(yīng)用。在紡織裝備動(dòng)力學(xué)及減振降噪降耗技術(shù)方面，已有企業(yè)運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，綜合評(píng)估選材和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、動(dòng)力學(xué)模態(tài)等，設(shè)計(jì)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，規(guī)劃加工和裝配精度以及運(yùn)行控制策略，減小紡織裝備振動(dòng)與噪音，降低能耗，已成功應(yīng)用于“化纖長(zhǎng)絲生產(chǎn)線自動(dòng)落筒系統(tǒng)”、“針刺機(jī)振動(dòng)分析與控制”、“寬幅織機(jī)振動(dòng)控制”、“新型（阻燃型）復(fù)合阻尼管夾”等項(xiàng)目。在紡織裝備關(guān)鍵件可靠性提升和壽命預(yù)測(cè)技術(shù)方面，壓榨機(jī)軋輥、黃化機(jī)攪拌器結(jié)構(gòu)分析項(xiàng)目，基于可靠性理論、相似性設(shè)計(jì)、建模分析、金相觀察與測(cè)試等手段，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法得到成功應(yīng)用。在機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用方面，“化纖長(zhǎng)絲卷裝外觀在線智能檢測(cè)系統(tǒng)”基于機(jī)器視覺技術(shù)，代替了人工外檢，降低人為因素影響，提高了檢測(cè)速度和精度，實(shí)現(xiàn)了從落筒、外觀檢驗(yàn)、包裝到倉儲(chǔ)的全流程自動(dòng)化、智能化運(yùn)行，開發(fā)的系統(tǒng)成功應(yīng)用于多家企業(yè)。常州宏大科技（集團(tuán)）自主研發(fā)了基于機(jī)器視覺的織物圖像整緯技術(shù)，提高了整緯精度，擴(kuò)大了品種適應(yīng)性，解決了斜紋、磨毛、輕薄、厚重、雪紡等紡織品的整緯難題，技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。在紡織流體技術(shù)應(yīng)用方面，“高溫氣液染色機(jī)”采用了組合式噴嘴，提高了勻染度，減少氣流循環(huán)無效損失，風(fēng)機(jī)功耗下降60%；“寬幅高產(chǎn)熱風(fēng)法薄型非織造布生產(chǎn)聯(lián)合機(jī)”應(yīng)用紡織流體力學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制品全幅均勻度的精確控制；“基于碟式多孔噴嘴的靜電氣噴紡制造裝備”將靜電力和氣流力相結(jié)合，顯著提升了材料的制造速度駐極超細(xì)纖維的直徑比現(xiàn)有熔噴駐極纖維低一個(gè)數(shù)量級(jí)，解決了當(dāng)前空氣過濾產(chǎn)品普遍存在的物理攔截效率低的問題。加強(qiáng)攻關(guān)提高產(chǎn)品可靠性盡管取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但總體來看，紡織機(jī)械行業(yè)在基礎(chǔ)理論、共性技術(shù)及其應(yīng)用方面的自主研發(fā)能力和跨領(lǐng)域交叉研究能力仍然相對(duì)薄弱。一些企業(yè)對(duì)紡織機(jī)械的關(guān)鍵共性技術(shù)的研究不夠重視，基礎(chǔ)研究與技術(shù)開發(fā)較多處于跟隨狀態(tài)，缺乏原始創(chuàng)新。另外，某些領(lǐng)域產(chǎn)品同質(zhì)化情況嚴(yán)重，影響了企業(yè)和研發(fā)人員對(duì)基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新的積極性。目前，國產(chǎn)紡機(jī)裝備穩(wěn)定性可靠性仍有待提高，與國際先進(jìn)水平仍有差距。部分關(guān)鍵零部件質(zhì)量差，也降低了國產(chǎn)主機(jī)的可靠性。對(duì)此，中國紡織機(jī)械協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)顧平提出，“十四五”期間，應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，重點(diǎn)發(fā)展應(yīng)用關(guān)鍵共性技術(shù)，攻關(guān)紡織裝備控制系統(tǒng)及關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件，提升紡織裝備工業(yè)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。例如，針對(duì)紡織裝備中廣泛應(yīng)用的紡織流體力學(xué)，研究紡織加工過程中纖維、紗線、織物等柔性體與流體（包括高速、低速氣流與液體流等）的相互作用原理，精確控制加工過程中纖維、紗線等柔性體在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，明確紡織裝備中流體加工技術(shù)的紡織品成型機(jī)理，在紡織裝備相關(guān)關(guān)鍵元器件與管路設(shè)計(jì)、優(yōu)化中應(yīng)用流體力學(xué)原理、空氣動(dòng)力學(xué)原理，提升噴氣織機(jī)引緯系統(tǒng)、噴氣渦流紡紗設(shè)備紡紗系統(tǒng)的可靠性。針對(duì)紡織裝備的關(guān)鍵零部件的可靠性和壽命問題，基于相似性理論，建立關(guān)鍵零部件系列參數(shù)分析模型；分別建立強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)、疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)等不同計(jì)算和設(shè)計(jì)模型：基于可靠性理論，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際加工工藝水平，通過仿真和測(cè)試，建立企業(yè)關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)、加工精度及其強(qiáng)度疲勞壽命基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為裝備的有限元計(jì)算分析、可靠性設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，提出相應(yīng)關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)以及質(zhì)量檢驗(yàn)量化標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)關(guān)鍵零部件疲勞壽命預(yù)測(cè)模型和測(cè)試，平衡關(guān)鍵零部件的維修周期，準(zhǔn)確設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，減小運(yùn)行故障率。重點(diǎn)工程明確重點(diǎn)任務(wù)在《紡織機(jī)械行業(yè)“十四五”發(fā)展指導(dǎo)性意見》提出的紡織機(jī)械行業(yè)六大重點(diǎn)工程中，包括了紡織機(jī)械共性技術(shù)重點(diǎn)工程：開展紡織裝備機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究推廣減振降噪降耗技術(shù)，紡織裝備關(guān)鍵零部件可靠性提升和壽命預(yù)測(cè)技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)研究及應(yīng)用等已有研究基礎(chǔ)并取得成效的基礎(chǔ)共性技術(shù)，推廣在紡織裝備和紡織生產(chǎn)上的應(yīng)用。
基于數(shù)字孿生技術(shù)的棉紡條筒智能輸送系統(tǒng)相比機(jī)器視覺技術(shù)等，數(shù)字孿生技術(shù)在紡織行業(yè)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段。數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體的全生命周期過程。數(shù)字孿生由三部分構(gòu)成：物理空間的實(shí)體產(chǎn)品，虛擬空間的虛擬產(chǎn)品，虛實(shí)之間的連接數(shù)據(jù)和信息。北京航空航天大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了數(shù)字孿生五維模型，圍繞五維模型，建立了數(shù)字孿生理論、技術(shù)、工具和標(biāo)準(zhǔn)體系，已成為研究熱點(diǎn)，并被20多家國內(nèi)外企業(yè)應(yīng)用實(shí)踐，在紡織相關(guān)領(lǐng)域也進(jìn)行了應(yīng)用。北京航空航天大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院副院長(zhǎng)陶飛表示，數(shù)字孿生是助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)的有效手段之一，基于數(shù)字孿生踐行智能制造已成為全球共識(shí)。數(shù)字孿生當(dāng)前處于應(yīng)用初級(jí)階段，深入推廣應(yīng)用還有很多工作需開展。未來基于數(shù)字孿生探索裝備數(shù)字化和智能化發(fā)展，具有理論意義和應(yīng)用發(fā)展前景。“十四五”期間，數(shù)字孿生技術(shù)在紡織領(lǐng)域的研究方向包括：面向紡織物理車間的“人-機(jī)-物-環(huán)境”互聯(lián)與共融技術(shù)，研發(fā)異構(gòu)設(shè)備的智能感知接入裝置；研究紡織虛擬車間構(gòu)建技術(shù)，構(gòu)建支撐紡織車間智能化生產(chǎn)的虛擬車間孿生模型；研究紡織裝備數(shù)字孿生數(shù)據(jù)構(gòu)建與管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)數(shù)據(jù)的高效融合與智能化管理；研究基于數(shù)字孿生的智能生產(chǎn)與精準(zhǔn)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裝備健康管控、產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)時(shí)控制與分析、車間能耗優(yōu)化與預(yù)測(cè)、物料智能跟蹤與配給、智能生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化等功能。
文章來源：中國紡織報(bào)
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