世界紡織科技進展之智能化

2018年1月18日

引言:當前,世界經濟結構處于深度調整階段,與此同時,新一輪科技革命和產業變革正加速推進,兩者疊加效應明顯。一方面,學科多點突破、交叉融合趨勢日益明顯,信息網絡、生物科技、清潔能源、新材料與智能制造等領域呈現群體躍進態勢,不斷催生新產業、新模式、新業態;另一方面,世界主要國家都在加快布局新產業、新業態,通過加大科技創新投入,充分利用科技革命和產業變革機遇,加快培育新動能,以搶占未來經濟和產業競爭的制高點。相關研究表明,從現在到2040年前后,將是新科技革命孕育發展的關鍵時期,帶來世界發展格局的深刻變化。


“智能化”無疑是近兩年的高頻熱詞之一,主要涵蓋智能產品、智能裝備和智能運營三大板塊。其中,裝備是基礎,運營是核心,而產品是方向。下面我們將主要探討生產和產品領域的一些智能化案例。


智能生產

目前,智能化在紡織各細分領域都有應用。如:滌綸短絲后處理聯合機由直流電動機拖動長邊軸到多電機直流共母線變頻調速分部驅動;棉紡生產線從清梳聯到細絡聯、粗細絡聯、并粗細絡聯、車間管理系統;噴氣織機引緯自動分析自動修正;針織車間設備互聯互通;圖像整花整緯技術等。


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棉紡智能化車間


江南大學與經緯榆次共同研發的三原色智能紡紗技術,通過同時喂入3根不同顏色的粗紗,經耦合牽伸、混合加捻以及改變三基色的配比而改變紗線顏色,可以紡制任意色彩的紗線,實現了紡紗與紗線配色的同步,以及配置方式的智能化操作。

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三原色智能紡紗技術


針織裝備智能化技術的研究與推廣應用,進一步提高了針織產業的國際競爭力。基于機器視覺的疵點在線檢測技術、送紗的智能化控制技術、cam集成控制系統促進了針織裝備的智能化發展,提高了生產效率和產品品質;針織智能設計系統、針織物仿真系統、針織物虛擬展示技術的應用,進一步提升了針織產品的設計水平,適應個性化、定制化、快時尚的發展趨勢;在線實時數據采集技術及大數據挖掘技術相結合,進而建立針織產品質量數據挖掘模型,為企業的產品質量管理提供預先控制機制。


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針織生產中的智能化應用


未來,紡織行業將加快智能化技術與裝備的開發與服務提供,推進傳感、通訊、人工智能等技術與紡織技術結合,在紡織價值鏈的各環節廣泛推行裝備智能化,構建智能化長絲生產線、智能化紡紗生產線、智能化印染生產線、智能化非織造布生產線、智能化針織生產線、智能化服裝家紡生產線,提升生產的質量與效率;分步驟建設智能制造示范生產線和數字化工廠,打造紡織工業智能制造生態體系。


智能制造是一種集成了技術創新、模式創新和組織方式創新的先進制造系統,是集成制造、精益生產、敏捷制造、虛擬制造、網絡化制造等多種先進制造系統和模式的綜合。廣義來說,智能制造是一個大概念,是先進制造技術與新一代信息技術的深度融合,貫穿于產品、制造、服務全生命周期的各個環節及制造系統集成。自動化、信息化和網絡化是其根本前提。


與“創新”一樣,“智能制造”也存在著認識誤區甚至被過度消費的現象。從現實情況來看,現階段我國大多數企業,尤其是廣大中小型企業,尚未完成數字化制造轉型,而數字化是智能制造的基礎。因此今后一段時期內,大規模推廣和全面應用數字化網絡化制造是我國推進智能制造的重點。


智能產品

傳統的基于電子元件與紡織品結合的智能紡織品(或稱電子紡織品)由于電子元件的存在,不能洗滌或在洗滌時需要拆卸,且會影響穿著的舒適性和外觀美感,而基于柔性紡織智能材料的電子元件則可完全與紡織品集成,如近年來已開發出的基于織物、繡花和數碼印刷等的紡織電子元件,可用作數據存儲器、傳感器和儲能設備。


美國國家航空航天局(nasa)的納米技術專家開發了一種可以像存儲盤一樣存儲數據的柔性電子紡織品原型,在織物每個交織點設有數據存儲點,可將1gb數據存儲115天,理論上允許使用任何形式的交互工具,如電腦向使用者做出反饋。瑞士最知名的刺繡花邊企業forster rohner公司采用導電紗線開發了一種基于繡花的紡織傳感器的電子紡織品,不僅可洗滌,且不影響織物的性能,可用于監測病人或者特殊人群的健康狀況。


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nasa開發的紡織柔性電子存儲設備原型


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forster rohner公司開發的繡花電子紡織品


除此之外,鑒于普通電池技術在續航、洗滌、外形設計靈活性等方面的技術缺陷,基于柔性紡織材料的供電設備也成為智能紡織品領域的熱點。


英國曼徹斯特大學的nazmul karim等人發明了一種低成本的柔性紡織超級電容器,采用簡單的絲網印刷技術和氧化石墨烯墨水在棉織物上印刷制成,具有優異的機械穩定性和良好的操作安全性,電池本身還支持快速充電、允許水洗。


2017年10月,劍橋大學石墨烯中心的felicetorrisi等人在nature communications上發表了其首次采用噴墨印刷技術直接在織物上成功印刷電子電路的研究成果,采用基于石墨烯和其他二維材料的低沸點墨水在滌綸織物上得到的印刷電子電路可經歷20次家庭常規洗滌,通過對織物表面粗糙度的改善還可以優化電路的性能。研究者表示,由于其他墨水制得的印刷電子元件通常需要有毒的溶劑,因此不適合穿著,而該方法以低成本、安全、環境優好的墨水為基礎,產品可用于可穿戴能量收集和儲存設備、可穿戴計算機、軍用服裝及時尚服裝等。


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氧化石墨烯墨水印刷制成的柔性電子紡織品


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噴墨印刷技術直接在織物上成功印刷電子電路