文| 本報記者?王繼征
編輯| 王亦一
“不創新就沒有出路。”這已成為中國紡機企業的普遍共識。“十四五”期間，紡織機械行業將加快從規模發展到高質量發展轉變的步伐，堅持創新驅動是基本原則。
從今天開始，我們將推出“‘十四五’技術創新如何落地？”系列報道，從攻克關鍵共性技術，搭建公共創新平臺等方面探討 “十四五”期間紡機技術創新的方向和路徑。
近日，北京經緯紡機新技術有限公司承擔的“絡筒機無槽筒數字卷繞技術研究”，清華大學天津高端裝備研究院承擔的“高速經編機用的鋼片復合鉤針的表面處理技術研究”和天津工業大學承擔的“超高速小能耗錠子優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題驗收。
據介紹，“絡筒機無槽筒數字卷繞技術研究”項目主要研發了無槽筒絡筒機的卷繞機構，利用擺桿往復運動替代槽筒，創新研發了卷繞機構和橫動機構聯動的運動控制算法，實現逐級精密卷繞，運行速度實驗室可達2000米/分，卷繞密度均勻，筒紗成型良好，可實現高速退繞，適用于棉紗及棉混紡紗生產。
“高速經編機用的鋼片復合鉤針的表面處理技術研究”項目系統地研究了磁控濺射工藝參數對鉤針限域表面鍍制CrN涂層的影響規律，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，開發了針對鉤針涂層的疲勞試驗機。
“超高速小能耗錠子優化設計及減振降噪機理研究”項目研究了錠子關鍵部件結構與其性能之間的耦合機理，進行了錠膽多目標優化設計，優化了三種超高速節能型棉紡錠子結構，有效降低錠端振幅，節約了能耗；開發了新型棉紡錠子參數化三維建模軟件，為錠子結構模塊化設計提供了數字化設計工具。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效率、降低能耗，提高紡織機械可靠性和生產精度，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，已有企業運用現代設計方法，綜合評估選材和結構的強度、剛度、動力學模態等，設計裝置結構參數和運動參數，規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“化纖長絲生產線自動落筒系統”、“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、黃化機攪拌器結構分析項目，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”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，開發的系統成功應用于多家企業。常州宏大科技（集團）自主研發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，減少氣流循環無效損失，風機功耗下降60%；“寬幅高產熱風法薄型非織造布生產聯合機”應用紡織流體力學技術，實現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合，顯著提升了材料的制造速度駐極超細纖維的直徑比現有熔噴駐極纖維低一個數量級，解決了當前空氣過濾產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，紡織機械行業在基礎理論、共性技術及其應用方面的自主研發能力和跨領域交叉研究能力仍然相對薄弱。一些企業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較多處于跟隨狀態，缺乏原始創新。另外，某些領域產品同質化情況嚴重，影響了企業和研發人員對基礎研究和原始創新的積極性。目前，國產紡機裝備穩定性可靠性仍有待提高，與國際先進水平仍有差距。部分關鍵零部件質量差，也降低了國產主機的可靠性。對此，中國紡織機械協會會長顧平提出，“十四五”期間，應加強基礎研究，重點發展應用關鍵共性技術，攻關紡織裝備控制系統及關鍵基礎零部件，提升紡織裝備工業的產業基礎。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、噴氣渦流紡紗設備紡紗系統的可靠性。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，結合企業的實際加工工藝水平，通過仿真和測試，建立企業關鍵零部件結構、加工精度及其強度疲勞壽命基礎數據庫，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構工藝參數以及質量檢驗量化標準；根據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，準確設計結構參數，減小運行故障率。在《紡織機械行業“十四五”發展指導性意見》提出的紡織機械行業六大重點工程中，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上的應用。
相比機器視覺技術等，數字孿生技術在紡織行業的應用還處于初級階段。數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，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。數字孿生由三部分構成：物理空間的實體產品，虛擬空間的虛擬產品，虛實之間的連接數據和信息。北京航空航天大學團隊提出了數字孿生五維模型，圍繞五維模型，建立了數字孿生理論、技術、工具和標準體系，已成為研究熱點，并被20多家國內外企業應用實踐，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，數字孿生是助力數字化轉型和智能化升級的有效手段之一，基于數字孿生踐行智能制造已成為全球共識。數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。未來基于數字孿生探索裝備數字化和智能化發展，具有理論意義和應用發展前景。“十四五”期間，數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-環境”互聯與共融技術，研發異構設備的智能感知接入裝置；研究紡織虛擬車間構建技術，構建支撐紡織車間智能化生產的虛擬車間孿生模型；研究紡織裝備數字孿生數據構建與管理技術，實現虛實數據的高效融合與智能化管理；研究基于數字孿生的智能生產與精準管理技術，實現裝備健康管控、產品質量實時控制與分析、車間能耗優化與預測、物料智能跟蹤與配給、智能生產運行優化等功能。
文章來源：中國紡織報
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