開(kāi)發(fā)應(yīng)用紡織機(jī)器人的必要性

▎機(jī)器人代替人工操作已成為大勢(shì)所趨

機(jī)器人已在當(dāng)今社會(huì)許多領(lǐng)域發(fā)揮著積極作用,其中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用最為普遍,技術(shù)也相對(duì)成熟。究其原因主要有兩點(diǎn):

一是近年來(lái)第三產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,人們的就業(yè)機(jī)會(huì)、就業(yè)趨勢(shì)、擇業(yè)觀念發(fā)生了很大變化，鋼鐵、紡織等傳統(tǒng)制造業(yè)由于勞動(dòng)環(huán)境、工資待遇等因素出現(xiàn)了招工難、用工成本高的現(xiàn)象

二是諸如信息技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)對(duì)操作人員的熟練程度和精細(xì)化操作要求較高，致使培訓(xùn)成本高、周期長(zhǎng)，同樣形成了用工緊缺現(xiàn)象。

因此，無(wú)論在傳統(tǒng)制造業(yè)還是新興產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)線上，使用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作將成為大勢(shì)所趨，機(jī)器人的使用也將成為未來(lái)制造業(yè)自動(dòng)化水平的一項(xiàng)重要標(biāo)志。以谷歌、英特爾、微軟等為代表的一批信息技術(shù)企業(yè)瞄準(zhǔn)市場(chǎng)先機(jī)，悄然布局機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域，把機(jī)器人與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)融合發(fā)展，成為其智能化服務(wù)平臺(tái)的一部分。

機(jī)器人是一種高端智能裝備，不僅僅是傳統(tǒng)意義上的機(jī)械電子一體化產(chǎn)品，牽涉到計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)還融合了人工智能等跨學(xué)科高新技術(shù)。

綜合分析國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用情況，主要分布在三種場(chǎng)合：

一是對(duì)產(chǎn)品精準(zhǔn)度要求高的工業(yè)生產(chǎn)線，人工長(zhǎng)時(shí)間操作容易產(chǎn)生疲勞，造成精力不濟(jì)，使用機(jī)器人可以有效避免這種情況，最大限度地提高正品率和生產(chǎn)效率

二是有些行業(yè)仍然不同程度地存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境差、影響操作人員身體健康的現(xiàn)象，使用機(jī)器人代替人工操作可以實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)，達(dá)到“以人為本”的企業(yè)目標(biāo)

三是出于產(chǎn)品成本因素，降低人工成本方面的考慮。正是由于工業(yè)機(jī)器人的推廣應(yīng)用，提高了相關(guān)行業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，改善了勞動(dòng)條件，實(shí)現(xiàn)了文明生產(chǎn)。

▎機(jī)器人應(yīng)用已具備行業(yè)優(yōu)勢(shì)

總體來(lái)看,工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)的應(yīng)用水平仍然很低,其中汽車(chē)制造業(yè)是最先開(kāi)始嘗試和推廣的行業(yè)之一,其標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)流水線非常適合機(jī)器人自動(dòng)化操作。

工業(yè)機(jī)器人在紡織生產(chǎn)中的應(yīng)用已具備一定行業(yè)基礎(chǔ)，筆者認(rèn)為至少有三點(diǎn)依據(jù)。

一是基于紡織行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，多工序、多機(jī)臺(tái)、連續(xù)化、專業(yè)化分工細(xì)且協(xié)作程度高，大多工序?qū)嵭卸嗳税凑障嚓P(guān)工作法模式操作，有利于機(jī)器人類(lèi)型設(shè)計(jì)和配置

二是通過(guò)多年來(lái)的技術(shù)改造和技術(shù)升級(jí)，提升了紡織生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，以棉紡行業(yè)為例，已推廣應(yīng)用了自動(dòng)換筒技術(shù)、自動(dòng)落紗技術(shù)、自動(dòng)清潔技術(shù)、自調(diào)勻整技術(shù)、除塵與溫濕度監(jiān)控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，這些先進(jìn)技術(shù)為工業(yè)機(jī)器人的配置應(yīng)用提供了相應(yīng)的技術(shù)鋪墊。

三是紡織車(chē)間存在噪聲、溫濕度、空氣潔凈度等影響操作人員工作環(huán)境的實(shí)際問(wèn)題，采用工業(yè)機(jī)器人不失為一條行之有效的解決途徑。

▎紡織生產(chǎn)智能發(fā)展帶動(dòng)了機(jī)器人的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

近年來(lái)，在紡織裝備自動(dòng)化、紡織生產(chǎn)連續(xù)化的基礎(chǔ)上，紡織行業(yè)邁入了智能化進(jìn)程。紡織產(chǎn)業(yè)智能化的涵蓋范圍更加寬泛，在生產(chǎn)組織方面，包括智能生產(chǎn)流水線、智能生產(chǎn)車(chē)間、智能生產(chǎn)工廠等；在產(chǎn)品流程方面，包括產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)、工藝智能管理、質(zhì)量智能控制等。

結(jié)合我國(guó)紡織行業(yè)現(xiàn)狀，創(chuàng)建新型生產(chǎn)模式，提升智能化制造水平，需要找準(zhǔn)切入點(diǎn)。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，首先應(yīng)該從發(fā)展智能化裝備入手，研發(fā)具有信息化構(gòu)架下的智能化與數(shù)字化高端紡織裝備設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)，開(kāi)展紡織裝備的“人因工程設(shè)計(jì)”，實(shí)現(xiàn)紡織生產(chǎn)設(shè)備的智能化控制。

為適應(yīng)傳統(tǒng)紡織行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求，推進(jìn)紡織生產(chǎn)自動(dòng)化、連續(xù)化、智能化水平不斷發(fā)展，加快工業(yè)機(jī)器人的推廣應(yīng)用勢(shì)在必行。

隨著工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，可以有效推動(dòng)紡織生產(chǎn)進(jìn)一步智能化。

以棉紡企業(yè)為例，未來(lái)可進(jìn)一步推廣先進(jìn)工藝，進(jìn)一步合理優(yōu)化縮短工藝流程，通過(guò)生產(chǎn)工序的進(jìn)一步連續(xù)化，并在關(guān)鍵工序、關(guān)鍵操作點(diǎn)位設(shè)計(jì)應(yīng)用機(jī)器人，以期實(shí)現(xiàn)大幅度減少用工，使未來(lái)有望建成少用人、甚至無(wú)人的棉紡織車(chē)間。

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機(jī)器人的定義與分類(lèi)

▎機(jī)器人的定義

20世紀(jì)60年代機(jī)器人問(wèn)世以來(lái)，迅速地發(fā)展成為一門(mén)新興工業(yè)，現(xiàn)在運(yùn)用一系列高新技術(shù)使機(jī)器人有了聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)，產(chǎn)生了具有某種反應(yīng)能力，使之能完成更接近人的動(dòng)作，從而使機(jī)器人在眾多行業(yè)得以迅速發(fā)展和應(yīng)用。

“機(jī)器人學(xué)”之所以能迅速形成一門(mén)新興學(xué)科

一是因?yàn)樗某霈F(xiàn)恰逢其時(shí),在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療、服務(wù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，有力地推動(dòng)了生產(chǎn)模式的創(chuàng)新與進(jìn)步，改善了人們的工作環(huán)境和生活質(zhì)量

二是因?yàn)樗鼘儆诳鐚W(xué)科協(xié)同攻關(guān)的重大科研成果，技術(shù)含量代表著高新技術(shù)的發(fā)展前沿，其作用和影響引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。

關(guān)于機(jī)器人的定義，從嚴(yán)格意義上說(shuō)，業(yè)界至今沒(méi)有形成完全一致的解釋。

客觀事實(shí)是機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展使機(jī)器人的功能不斷豐富，其定義也就處在不斷充實(shí)與創(chuàng)新之中。

“機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器”，這是現(xiàn)階段人們能普遍認(rèn)同的一種解釋。聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)對(duì)機(jī)器人的定義：

“一種可編程和多種功能的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編動(dòng)作的專門(mén)系統(tǒng)”。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。

在機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用過(guò)程中，眾多行業(yè)陸續(xù)對(duì)機(jī)器人的功能提出了更多更具體的要求，這些需求反過(guò)來(lái)促進(jìn)了機(jī)器人的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)水平。

在這種往復(fù)循環(huán)過(guò)程中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到機(jī)器人技術(shù)的本質(zhì)是“感知、決策、行動(dòng)和交互技術(shù)的結(jié)合”。當(dāng)代機(jī)器人技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志是智能化技術(shù)的引入，徹底改變了早期機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用領(lǐng)域，其功能更加符合不同行業(yè)的個(gè)性化和專業(yè)化要求。

這種具有“感知、決策、行動(dòng)和交互能力”的機(jī)器人屬于真正意義上的智能機(jī)器人，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間。

▎機(jī)器人的分類(lèi)

從應(yīng)用行業(yè)角度出發(fā),國(guó)內(nèi)將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人兩大類(lèi)。

顧名思義，應(yīng)用于制造業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人(包括多關(guān)節(jié)機(jī)械手)稱之為工業(yè)機(jī)器人，用于非制造業(yè)并服務(wù)人類(lèi)的機(jī)器人則稱為特種機(jī)器人，例如軍事用途、醫(yī)學(xué)用途、農(nóng)業(yè)用途、服務(wù)用途的機(jī)器人。

國(guó)外學(xué)者同樣是根據(jù)應(yīng)用環(huán)境，將機(jī)器人分為制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人，這和我國(guó)的分類(lèi)是一致的。

數(shù)字化技術(shù)和信息化技術(shù)的快速發(fā)展，使得機(jī)器人的研發(fā)速度越來(lái)越快，智能化程度越來(lái)越高，應(yīng)用范圍也越來(lái)越寬，正朝著智能化和多樣化方向發(fā)展，智能機(jī)器人的定義便應(yīng)運(yùn)而生。

智能機(jī)器人具備了感覺(jué)要素、運(yùn)動(dòng)要素和思考要素，由中央處理器和外部計(jì)算機(jī)發(fā)生直接聯(lián)系，也就是說(shuō)可以和操作計(jì)算機(jī)的人發(fā)生直接聯(lián)系，通過(guò)人機(jī)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的感覺(jué)、思考和運(yùn)動(dòng)功能。根據(jù)智能化程度，智能機(jī)器人可以分為3個(gè)層次。

(1)工業(yè)機(jī)器人。多應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線環(huán)節(jié),按照預(yù)先設(shè)計(jì)程序一成不變地完成某項(xiàng)工作，不能根據(jù)外界條件變化調(diào)整相關(guān)程序，改變機(jī)器人的工作任務(wù)時(shí)，需要人工修改程序，這種機(jī)器人不具備任何智能。

(2)初級(jí)智能機(jī)器人。具有一定感覺(jué)、識(shí)別、推理和判斷能力，當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，能夠根據(jù)人們預(yù)先設(shè)定的程序修改原則，在一定范圍內(nèi)自行修改程序，并且能根據(jù)外界條件變化做出相應(yīng)調(diào)整，其實(shí)這種機(jī)器人具有一定智能。

(3)高級(jí)智能機(jī)器人。具有感覺(jué)、識(shí)別、推理和判斷能力，在沒(méi)有人工預(yù)先設(shè)定修改程序原則的條件下，通過(guò)機(jī)器人本身的學(xué)習(xí)總結(jié)，獲取修改程序的原則，當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)能夠自行修改程序。這種機(jī)器人具有一定的自動(dòng)規(guī)劃能力，無(wú)需人工管理，完全獨(dú)立工作，也稱之為高級(jí)自律機(jī)器人。

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機(jī)器人在棉紡織行業(yè)的應(yīng)用示例

▎細(xì)紗自動(dòng)落紗機(jī)器人

當(dāng)細(xì)紗滿管時(shí)，落紗機(jī)器人在軌道上緩緩運(yùn)行，抓紗臂準(zhǔn)確地抓起管紗并將其放在紗筐中，再將一個(gè)個(gè)空管快速地插到錠子上。落紗機(jī)器人是細(xì)紗集體落紗裝置的一個(gè)有力補(bǔ)充。

落紗機(jī)器人的應(yīng)用靈活性相對(duì)較高，一臺(tái)機(jī)器人可以應(yīng)用于多臺(tái)細(xì)紗機(jī)，完全可以取代傳統(tǒng)的人工拔管、插管工作，有效降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，減少了生產(chǎn)成本。

現(xiàn)階段，一臺(tái)機(jī)器人可以完成8名操作工人的工作量，大約節(jié)約勞動(dòng)成本50%。

▎筒紗自動(dòng)包裝機(jī)器人

筒紗自動(dòng)包裝機(jī)器人應(yīng)用在絡(luò)筒工序之后，對(duì)絡(luò)筒生產(chǎn)的筒紗進(jìn)行自動(dòng)套袋、封口、稱重、標(biāo)記和流轉(zhuǎn)。該機(jī)器人將整個(gè)筒紗包裝過(guò)程完全自動(dòng)化，減少了人工操作。

在筒紗的裝袋機(jī)械手中采用機(jī)器視覺(jué)對(duì)筒紗進(jìn)行定位，避免了對(duì)筒紗的損傷；在稱重標(biāo)簽環(huán)節(jié)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)裝袋筒紗的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)記，為物流倉(cāng)儲(chǔ)及銷(xiāo)售管理系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)信息。

▎粗紗自動(dòng)落紗機(jī)器人

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，一種國(guó)產(chǎn)粗紗自動(dòng)落紗機(jī)器人已經(jīng)研制成功，這種機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)為行走系統(tǒng)、取放機(jī)械手、滿紗吊裝機(jī)械手、空管輸送系統(tǒng)和軌道系統(tǒng)五個(gè)部分，各個(gè)部分之間既相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。

行走系統(tǒng)依據(jù)落紗時(shí)序由PLC控制啟動(dòng)，按照設(shè)定的步幅自動(dòng)到位。取放機(jī)械手的定位精度代表著落紗機(jī)器人的核心技術(shù)，決定了落紗機(jī)器人的工作效率與生產(chǎn)水平。

滿紗吊裝機(jī)械手、空管輸入和滿紗輸送環(huán)節(jié)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息交互構(gòu)成細(xì)化的時(shí)序精確運(yùn)行，使粗紗機(jī)自動(dòng)落紗機(jī)器人實(shí)現(xiàn)有效、準(zhǔn)確、快速的粗紗落紗功能。

該技術(shù)可以在不改變粗紗機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下，與紡機(jī)制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)新機(jī)配套，也可以為棉紡企業(yè)正在運(yùn)行的粗紗機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，達(dá)到提高企業(yè)自動(dòng)化水平、節(jié)約人工成本、提高生產(chǎn)效率的目的。

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機(jī)器人在紡織行業(yè)的發(fā)展展望

▎紡織工業(yè)用工成本將推動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用

隨著我國(guó)人口結(jié)構(gòu)的老齡化和社會(huì)就業(yè)選擇的日漸多元化，帶來(lái)了企業(yè)用工成本的持續(xù)高漲。

中國(guó)棉紡織行業(yè)協(xié)會(huì)通過(guò)近五年連續(xù)跟蹤近百家行業(yè)大中型企業(yè)得出的數(shù)據(jù)，近五年間棉紡織企業(yè)工資支出總額年均增長(zhǎng)率為7%左右，而5年間企業(yè)全部就業(yè)人數(shù)年平均降幅為5.7%，職工人均工資5年間平均增長(zhǎng)率為13%，高于全社會(huì)12%的增幅。

對(duì)此，一方面可以看出企業(yè)利潤(rùn)空間和生存空間受到擠壓，另一方面可以看出傳統(tǒng)紡織行業(yè)相對(duì)信息技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)，無(wú)論工資水平還是勞動(dòng)環(huán)境都不具備競(jìng)爭(zhēng)力，出現(xiàn)了不同程度的“用工荒”。

在此背景下，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用無(wú)疑為紡織行業(yè)降低勞動(dòng)成本、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，由傳統(tǒng)的批量生產(chǎn)向更加能滿足客戶個(gè)性化需求的小批量生產(chǎn)和訂單生產(chǎn)提供了一種新的可能性。

可以預(yù)見(jiàn)，在紡織行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展進(jìn)程中，越來(lái)越多的工業(yè)機(jī)器人將會(huì)走進(jìn)紡織生產(chǎn)車(chē)間，從根本上解決困擾紡織企業(yè)經(jīng)營(yíng)者用工成本持續(xù)增加和“用工荒”的難題。

▎機(jī)器人在紡織行業(yè)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，紡織新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備取得了快速發(fā)展。在自動(dòng)化方面，實(shí)現(xiàn)了梳棉自動(dòng)換筒、并條自動(dòng)換筒、精梳自動(dòng)換筒，粗紗自動(dòng)落紗、細(xì)紗自動(dòng)落紗、轉(zhuǎn)杯紡紗自動(dòng)接頭、噴氣渦流紡紗自動(dòng)接頭、絡(luò)筒自動(dòng)接頭。

在連續(xù)化方面，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)清棉工序和梳棉工序間的連接(即清梳聯(lián))、細(xì)紗工序和絡(luò)筒工序間的連接(即細(xì)絡(luò)聯(lián))及精梳準(zhǔn)備至精梳機(jī)、粗紗機(jī)至細(xì)紗機(jī)之間半制品的自動(dòng)運(yùn)輸。

在智能化方面，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)配棉、并條自調(diào)勻整、絡(luò)筒紗線粗細(xì)節(jié)自動(dòng)切除和異纖切除等新技術(shù)。

相對(duì)以上新技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用占比仍然很低，以自動(dòng)落紗為例，目前國(guó)內(nèi)仍然使用人工落紗方式進(jìn)行生產(chǎn)或部分生產(chǎn)的企業(yè)仍然占多數(shù)。

在棉紡織生產(chǎn)線中大力推廣機(jī)器人，仍有許多技術(shù)問(wèn)題尚未解決，以環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的自動(dòng)接頭為例，需要經(jīng)過(guò)找頭、引紗、穿鋼絲圈、穿導(dǎo)紗鉤等動(dòng)作，接頭程序復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人的智能性要求很高。

我國(guó)著名紡織專家、中國(guó)工程院姚穆院士曾呼吁，“集中精力，力爭(zhēng)在較短時(shí)間內(nèi)突破完成環(huán)錠細(xì)紗機(jī)斷頭自動(dòng)接頭的機(jī)器人。” 機(jī)器人換人是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，必將成為紡織生產(chǎn)環(huán)節(jié)現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要標(biāo)志。

友通紡織有限公司創(chuàng)建于世紀(jì)之交的2000年，現(xiàn)擁有噴水織機(jī)160臺(tái)，噴氣織機(jī)40臺(tái)，日本進(jìn)口整、漿、并設(shè)備2套。公司專業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)特種功能性面料，有防靜電面料、防輻射面料、阻燃面料、抗油防水面料、防紫外面料線等等。

友通紡織年產(chǎn)量5800萬(wàn)米以上。同時(shí)還可以提供涂層、復(fù)合、軋光、軋字、植絨等后加工處理，能滿足各類(lèi)客戶的定制要求，并以多種形式出口北美、南美、西歐、東歐東南亞、中東等國(guó)家和地區(qū)，產(chǎn)品深受?chē)?guó)內(nèi)外廣大用戶的歡迎。