智能经编装备的研究与应用

智能经编装备的研究与应用

纺织业是中国经济的传统主要产业之一。目前，中国的纺织业存在许多因素的限制。例如,劳动和资源密集,纺织原材料、劳动力等生产经营成本不断上升;以出口加工为主,纺织品附加值较低;缺少自主生产的高水平生产装备,以进口德国和日本等国机器为主。面对发达国家正在进行的“再工业化”运动,东盟国家、印度和拉美国家则拥有更低的劳动力和资源成本,中国“人口红利”优势逐渐消失,中国纺织行业装备“智能化”升级已成为必然趋势。智能经编装备实现无人化生产经编装备智能化即采用“人工智能”的理论、方法和技术处理信息与问题,使经编装备具有“拟人智能”的特性或功能,可进行自适应、自学习、自校正、自协调、自组织、自诊断及自修复等功能。智能化经编装备是具有感知、决策、执行功能的生产装备,作为高端经编装备产业的重点发展方向,是信息化与工业化深度融合的重要体现,相较于经编装备数字化的特点,智能化要求经编装备朝着人类智慧发展。智能化技术将大大改善操作者作业环境,减轻工作强度,提高作业质量和工作效率,打破纺织行业劳动密集型产业的传统观念,提高纺织技术的技术含量,降低生产操作的难度。随着时代发展,智能化经编装备的应用,将减少60%以上用工量,智能化经编装备最终实现无人化生产过程,即所有设备的故障操作、产品检测等都能通过经编系统完成,且可实现远程监控与操作的功能。在现代经编装备上,通过油温控制系统以及织物疵点在线检测系统等初步实现经编装备的智能化。随着对经编装备智能化研究的逐渐深入,预计到2020年,智能化经编装备生产销售收入在整个行业中占比提高到25%,工业增加值率较“十二五”末提高2个百分点。智能化经编装备用于生产,其生产效率能达到98%以上,至少提高18个百分点,产品次品率将降低到1%以下。随着信息技术及控制技术的蓬勃发展和逐步成熟,对高端装备生产关键核心技术的掌握,必将推动经编装备智能化,形成完整的高端经编装备生产体系。智能经编装备的发展对于加快经编产业转型升级,提高生产效率、技术水平和产品质量,降低能源资源消耗,实现经编织造过程中的智能化和绿色化发展具有重要意义。五技术基础概述现有控制及前沿的信息技术构成了经编装备智能化的技术基础,其中关键技术主要包括智能传感技术、神经网络控制技术、高速摄影与光电扫描技术、数字图像处理技术及运动控制和伺服驱动技术。自然信源和识别技术智能化的经编装备具有“拟人智能”的特性,传感器就是经编装备的“感觉器官”,传感技术是关于从自然信源获取信息,并对之进行处理(变换)和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术。在现在经编装备中,诸如油温自动调节利用了传感技术。智能传感技术系统较普通传感技术而言,具有判断和决策的处理功能,智能传感技术是实现装备智能化中不可或缺的一部分。非线性投影能力经纱张力的控制决定了产品的质量,在编织过程中,生产出高品质的产品,需保持经纱的张力恒定。神经网络是由众多简单的神经元连接而形成的一个网络。尽管每个神经元结构、功能都不复杂,但网络的整体动态行为却是极为复杂的,可组成高度非线性动力学系统,从而可以表达很多复杂的物理系统,具有很强的逼近非线性函数的能力,即非线性影射能力。这是神经网络用于控制的一个独特优点。神经网络具有大规模并行处理,信息分布存储,连续时间的非线性动力学特征,高度的容错性和鲁棒性,自组织、自学习和实时处理的特点,因而采用神经网络系统对经纱进行恒张力控制来实现经纱张力的智能化控制。高速照片技术的应用智能化的经编装备是具有感知力的生产装备,高速摄影技术和光电扫描是装备获得感知的载体。高速摄影技术即对于人眼无法跟随的高速流逝过程,高速摄影提供了一种耦合的时空信息系列,其中空间信息用图像表达,时间信息用拍摄频率表达,在经编装备高速运动,用高速摄影技术获得织针、布面等的信息。光电扫描可以检测到非常细的栅线,经编装备中可用于检测断纱。利用数字图像处理硬件技术数字图像处理技术是使智能化装备进行分析的基础技术,数字图像处理利用计算机或其他数字硬件,对图像信息转换而得的电信号进行某些数学技术,以提高图像的实用性,在经编装备智能化中大量用到数字图像处理,比如对布面图像或针织图像进行处理,智能化CAD对图像的识别。伺服驱动技术实现智能化的前提是经编装备具有感知、分析、推理、决策、控制功能,对于感知的功能,需要相应的传感器完成,而分析、推理与决策则需要运动控制技术达到,因此,运动控制技术毫无疑问是经编装备智能化的关键技术。经编装备智能化是指经编装备具有分析、推理能力,而在得出决策后,需要进行相应的动作,在各项机构实现智能化前,需要深入地研究伺服驱动技术,以达到分析与动作的同时进行。智能化经编装备是具有自适应、自学习、自校正、自协调、自组织、自诊断及自修复等功能的生产装备,智能经编装备的发展对于加快经编产业转型升级,提高生产效率、技术水平和产品质量,实现经编织造的绿色化具有重要意义。基于智能的六个方向智能化送经控制送经机构按一定的送经量将经纱送入成圈系统,供成圈机构进行编织,是经编机中最主要的组成部分之一。经纱的送经量必须与织物组织结构的需求相一致,其中花梳送经量难以控制,即成为了多梳经编企业关注的重点问题,提出花梳送经量的智能化控制,使送经机构能自动控制花梳的送经量,保证生产产品品质。送经机构经纱张力会影响产品的克重、横密、手感等,张力过大有碍织物外观、染色条横;张力过小经纱松弛,影响成圈,因此,通过对经纱张力的智能调整研究,可使经编生产技术进入又一项革新。双针床间距智能调整系统成圈运动是经编机的核心运动,由梳栉、织针、针芯及沉降片等成圈机件运动的配合组成,当系统在检测出某机构配合出现问题时,能进行自动调整。在双针床的织物编织过程中,双针床的间距的变化影响织物厚度及产品效果,双针床间隔距离的智能化调整的实现,系统可根据产品的效果需求,能无极连续且方便快捷地进行调整,达到高效、简单和精确的调整。成圈运动过程对纱线的需求不同,目前虽沉降片和牵拉机构对纱线张力的恒定有帮助,还达不到理想效果,通过对成圈机构的智能化控制,实现纱线恒张力控制。梳私家车智能智能校正技术横移机构中梳栉位移的精度影响机器的正常运行与速度,横移机构的智能化实现梳栉智能对位及大针距的自动补偿,来保证梳栉精确的横移。梳栉横移运动中会出现偏移的情况,在横移机构中嵌入智能对位系统,系统通过神经传感系统检测出各梳栉针距的位置,并进行诊断、分析及矫正。梳栉对位智能校正是经编装备中技术含量高,实现难度大的技术。实现梳栉对位,先对梳栉的位置进行图像采集,然后对采集的针距图像进行处理,图像处理后,需要传给控制系统,系统接收到图像后与系统中正确的图像进行对比,若出现偏差,系统自动进行补偿,以实现梳栉对位智能校正。采用智能对位系统不仅大大提高机器的运动速度,还能提高产品的质量。现有的经编装备中,梳栉在进行大针距横移时,会因纱线张力、累积误差的因素,使梳栉横移针距出现误差,导致速度很难提高,实现大针距的自动补偿,能提高大针距横移的精度,可使速度进一步的提高。智能制造内容分析牵拉卷取机构将成圈机构形成的坯布以一定的张力和速度从成圈区域牵拉出来并卷绕成布匹。牵拉卷取机构影响最后坯布形成的质量,智能化的牵拉卷取结构实现的主要功能包括:(1)织物密度的智能控制。织物密度包括纵密和横密,织物密度影响了织物的布面效果和产品的克重。在生产过程中,影响织物密度的因素众多,其中主要的是牵拉和卷取机构,实现牵拉卷取机构的智能化,可使织物密度根据产品的要求进行智能控制。(2)氨纶织物连续卷取实现恒张力控制。氨纶织物弹性大,坯布在卷取的过程中,张力不稳定会导致氨纶织物的门幅和织物密度等都会出现变化,因此,通过对氨纶织物卷取过程的连续性和恒张力控制的智能化研究是智能化牵拉卷取机构的重要部分。(3)织物定长与自动落布。织物在卷绕到一定程度,就需要进行落布,实现牵拉卷取机构的智能化后,系统可根据企业需求的落布米厂进行自动裁剪落布,无需停车,大大减少了人力劳动,提高了生产效率。(4)单匹码单的自动生成。单匹码单是用来对落布的米长进行标码的作用,单匹码单的自动生成即是产品落布后,即可自动计算生产产品米长、停车次数、生产效率等,生成码单,无需人为的进行码单的编写。光电扫描与分析技术在经编机生产过程中,断纱及织疵是影响产品质量的主要原因,断纱和织疵的智能检测对产品质量与生产效率的提高具有重要的意义。实现智能化疵点在线检测,可采用光电扫描与分析技术,通过红外线扫描布面和经纱,当机器运动过程中出现断纱时,系统会自动停车,光电扫描设备将信号反馈至主控制程序中,进行破洞或断纱原因分析,确定断纱的梳栉位置,并实现自动接头;若布面上出现织疵,系统亦能自动停车,扫描布面织疵图像,进行图像分析,反馈织疵的梳栉位置以及原因。案检索和图像自动识别经编CAD是对经编产品工艺进行设计的软件平台,现有的经编CAD系统都只用于绘制各式各样的图形,智能化CAD能根据设计绘制的图形进行逻辑推理求解,通过对经编CAD智能化技术研究,实现图案检索和图像自动识别。图案检索系统不仅可以为新产品的开发提供参考,也能避免新产品的重复开发。可以明显促进经编生产企业生产率的提高。图像自动识别即给定一幅图形