文| 本報記者?王繼征
編輯| 王亦一
“不創(chuàng)新就沒有出路。”這已成為中國紡機企業(yè)的普遍共識。“十四五”期間，紡織機械行業(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，堅持創(chuàng)新驅(qū)動是基本原則。
從今天開始，我們將推出“‘十四五’技術創(chuàng)新如何落地？”系列報道，從攻克關鍵共性技術，搭建公共創(chuàng)新平臺等方面探討 “十四五”期間紡機技術創(chuàng)新的方向和路徑。
近日，北京經(jīng)緯紡機新技術有限公司承擔的“絡筒機無槽筒數(shù)字卷繞技術研究”，清華大學天津高端裝備研究院承擔的“高速經(jīng)編機用的鋼片復合鉤針的表面處理技術研究”和天津工業(yè)大學承擔的“超高速小能耗錠子優(yōu)化設計及減振降噪機理研究”三項“紡織之光”應用基礎研究項目通過了結(jié)題驗收。
據(jù)介紹，“絡筒機無槽筒數(shù)字卷繞技術研究”項目主要研發(fā)了無槽筒絡筒機的卷繞機構(gòu)，利用擺桿往復運動替代槽筒，創(chuàng)新研發(fā)了卷繞機構(gòu)和橫動機構(gòu)聯(lián)動的運動控制算法，實現(xiàn)逐級精密卷繞，運行速度實驗室可達2000米/分，卷繞密度均勻，筒紗成型良好，可實現(xiàn)高速退繞，適用于棉紗及棉混紡紗生產(chǎn)。
“高速經(jīng)編機用的鋼片復合鉤針的表面處理技術研究”項目系統(tǒng)地研究了磁控濺射工藝參數(shù)對鉤針限域表面鍍制CrN涂層的影響規(guī)律，該涂層具有高硬度、高韌性特征。項目設計并研制了可工業(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)了針對鉤針涂層的疲勞試驗機。
“超高速小能耗錠子優(yōu)化設計及減振降噪機理研究”項目研究了錠子關鍵部件結(jié)構(gòu)與其性能之間的耦合機理，進行了錠膽多目標優(yōu)化設計，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)模塊化設計提供了數(shù)字化設計工具。這三個項目通過驗收意味著在紡織裝備關鍵機械零件表面處理、紡織裝備減振降噪降耗等關鍵共性技術研究上取得了新的進展和成果。而進一步研究、推廣和應用關鍵共性技術，正是“十四五”期間紡機行業(yè)推進技術進步的一個重點方向。紡織機械門類繁多，各類紡織機械的工藝特征和性能迥異，涉及的關鍵共性技術比較廣泛。紡織機械動力學及減振降噪降耗技術，紡織裝備中纖維束、織物與固體、流體的相互作用機理研究，機器視覺技術在紡織裝備中的應用技術，紡織裝備多電機協(xié)同控制技術，紡織裝備關鍵零部件和專件制造與強化技術、可靠性提升和壽命預測技術，新材料在紡織裝備關鍵零部件上的應用技術等對提升紡織機械生產(chǎn)效率、降低能耗，提高紡織機械可靠性和生產(chǎn)精度，延長紡織裝備關鍵零部件使用壽命具有關鍵作用。“十三五”期間，部分紡織機械關鍵共性技術取得較好的發(fā)展和應用。在紡織裝備動力學及減振降噪降耗技術方面，已有企業(yè)運用現(xiàn)代設計方法，綜合評估選材和結(jié)構(gòu)的強度、剛度、動力學模態(tài)等，設計裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)，規(guī)劃加工和裝配精度以及運行控制策略，減小紡織裝備振動與噪音，降低能耗，已成功應用于“化纖長絲生產(chǎn)線自動落筒系統(tǒng)”、“針刺機振動分析與控制”、“寬幅織機振動控制”、“新型（阻燃型）復合阻尼管夾”等項目。在紡織裝備關鍵件可靠性提升和壽命預測技術方面，壓榨機軋輥、黃化機攪拌器結(jié)構(gòu)分析項目，基于可靠性理論、相似性設計、建模分析、金相觀察與測試等手段，優(yōu)化設計方法得到成功應用。在機器視覺技術的應用方面，“化纖長絲卷裝外觀在線智能檢測系統(tǒng)”基于機器視覺技術，代替了人工外檢，降低人為因素影響，提高了檢測速度和精度，實現(xiàn)了從落筒、外觀檢驗、包裝到倉儲的全流程自動化、智能化運行，開發(fā)的系統(tǒng)成功應用于多家企業(yè)。常州宏大科技（集團）自主研發(fā)了基于機器視覺的織物圖像整緯技術，提高了整緯精度，擴大了品種適應性，解決了斜紋、磨毛、輕薄、厚重、雪紡等紡織品的整緯難題，技術達到國際領先水平。在紡織流體技術應用方面，“高溫氣液染色機”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，風機功耗下降60%；“寬幅高產(chǎn)熱風法薄型非織造布生產(chǎn)聯(lián)合機”應用紡織流體力學技術，實現(xiàn)了對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纖維的直徑比現(xiàn)有熔噴駐極纖維低一個數(shù)量級，解決了當前空氣過濾產(chǎn)品普遍存在的物理攔截效率低的問題。盡管取得了長足進步，但總體來看，紡織機械行業(yè)在基礎理論、共性技術及其應用方面的自主研發(fā)能力和跨領域交叉研究能力仍然相對薄弱。一些企業(yè)對紡織機械的關鍵共性技術的研究不夠重視，基礎研究與技術開發(fā)較多處于跟隨狀態(tài)，缺乏原始創(chuàng)新。另外，某些領域產(chǎn)品同質(zhì)化情況嚴重，影響了企業(yè)和研發(fā)人員對基礎研究和原始創(chuàng)新的積極性。目前，國產(chǎn)紡機裝備穩(wěn)定性可靠性仍有待提高，與國際先進水平仍有差距。部分關鍵零部件質(zhì)量差，也降低了國產(chǎn)主機的可靠性。對此，中國紡織機械協(xié)會會長顧平提出，“十四五”期間，應加強基礎研究，重點發(fā)展應用關鍵共性技術，攻關紡織裝備控制系統(tǒng)及關鍵基礎零部件，提升紡織裝備工業(yè)的產(chǎn)業(yè)基礎。例如，針對紡織裝備中廣泛應用的紡織流體力學，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中的運動規(guī)律，明確紡織裝備中流體加工技術的紡織品成型機理，在紡織裝備相關關鍵元器件與管路設計、優(yōu)化中應用流體力學原理、空氣動力學原理，提升噴氣織機引緯系統(tǒng)、噴氣渦流紡紗設備紡紗系統(tǒng)的可靠性。針對紡織裝備的關鍵零部件的可靠性和壽命問題，基于相似性理論，建立關鍵零部件系列參數(shù)分析模型；分別建立強度、剛度、振動、疲勞強度預測等不同計算和設計模型：基于可靠性理論，結(jié)合企業(yè)的實際加工工藝水平，通過仿真和測試，建立企業(yè)關鍵零部件結(jié)構(gòu)、加工精度及其強度疲勞壽命基礎數(shù)據(jù)庫，為裝備的有限元計算分析、可靠性設計奠定基礎，提出相應關鍵零部件結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)以及質(zhì)量檢驗量化標準；根據(jù)關鍵零部件疲勞壽命預測模型和測試，平衡關鍵零部件的維修周期，準確設計結(jié)構(gòu)參數(shù)，減小運行故障率。在《紡織機械行業(yè)“十四五”發(fā)展指導性意見》提出的紡織機械行業(yè)六大重點工程中，包括了紡織機械共性技術重點工程：開展紡織裝備機械動力學研究推廣減振降噪降耗技術，紡織裝備關鍵零部件可靠性提升和壽命預測技術、機器視覺技術、數(shù)字孿生技術研究及應用等已有研究基礎并取得成效的基礎共性技術，推廣在紡織裝備和紡織生產(chǎn)上的應用。
基于數(shù)字孿生技術的棉紡條筒智能輸送系統(tǒng)相比機器視覺技術等，數(shù)字孿生技術在紡織行業(yè)的應用還處于初級階段。數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真，從而反映相對應的實體的全生命周期過程。數(shù)字孿生由三部分構(gòu)成：物理空間的實體產(chǎn)品，虛擬空間的虛擬產(chǎn)品，虛實之間的連接數(shù)據(jù)和信息。北京航空航天大學團隊提出了數(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、工具和標準體系，已成為研究熱點，并被20多家國內(nèi)外企業(yè)應用實踐，在紡織相關領域也進行了應用。北京航空航天大學科學技術研究院副院長陶飛表示，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。數(shù)字孿生當前處于應用初級階段，深入推廣應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，具有理論意義和應用發(fā)展前景。“十四五”期間，數(shù)字孿生技術在紡織領域的研究方向包括：面向紡織物理車間的“人-機-物-環(huán)境”互聯(lián)與共融技術，研發(fā)異構(gòu)設備的智能感知接入裝置；研究紡織虛擬車間構(gòu)建技術，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，實現(xiàn)虛實數(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)與精準管理技術，實現(xiàn)裝備健康管控、產(chǎn)品質(zhì)量實時控制與分析、車間能耗優(yōu)化與預測、物料智能跟蹤與配給、智能生產(chǎn)運行優(yōu)化等功能。
文章來源：中國紡織報
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