伏廣偉，賀志鵬，劉鳳坤

(1.中國紡織工程學(xué)會, 北京 100025； 2.中國紡織信息中心， 北京 100020； 3.中國紡織工業(yè)聯(lián)合會檢測中心, 北京 100025)

當(dāng)前，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式正在發(fā)生深刻變革，科技創(chuàng)新孕育新的突破，為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展帶來曙光，“智能化與智慧化”已成為世界制造業(yè)發(fā)展的大趨勢。數(shù)字經(jīng)濟(jì)推動的制造業(yè)的智能化是產(chǎn)業(yè)資源配置的必然過程，而智慧化才是制造業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果。

2012 年4月《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》發(fā)表的“第三次工業(yè)革命：制造業(yè)與創(chuàng)新”專題報(bào)道中將數(shù)字化與智能化制造技術(shù)描述為第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)[1]。而第四次工業(yè)革命的到來使得智能制造成為各國競爭的新戰(zhàn)場。各國圍繞制造業(yè)都提出了相應(yīng)的戰(zhàn)略——美國的“國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”和 “智能紡織計(jì)劃”[2]，德國的“工業(yè)4.0”和 “未來紡織項(xiàng)目”[3]，日本的“工業(yè)價(jià)值鏈”，我國的“中國制造2025”[4]等。

世界制造業(yè)在經(jīng)歷機(jī)械化、電氣化、數(shù)字化后必然向智能化和智慧化發(fā)展，數(shù)字化和信息化是制造業(yè)智能化、智慧化的基本條件和前提基礎(chǔ)。制造業(yè)智慧化是一種依靠物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等一系列新一代的信息技術(shù)，同時(shí)以客戶需求以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益為出發(fā)點(diǎn)，利用企業(yè)信息的互聯(lián)互通、共享處理，來完成智慧化的采購、制造、銷售以及各種管理活動[5]。

制造時(shí)代的智能化和智慧化代表制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主要方向，正在推動傳統(tǒng)生產(chǎn)方式、組織形式發(fā)生系統(tǒng)性、整體性變革。我國紡織行業(yè)是踐行智能制造的先驅(qū)行業(yè)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能已得到廣泛應(yīng)用，尤其是大規(guī)模個性化高級定制的生產(chǎn)模式已經(jīng)成為推動紡織服裝行業(yè)轉(zhuǎn)型的翹楚，正孕育著一場不可避免的產(chǎn)業(yè)革命，并推動產(chǎn)業(yè)沿著智慧化的道路越走越遠(yuǎn)。

1 紡織工業(yè)智能化研究范圍

紡織工業(yè)的智能化和智慧化研究范圍非常廣泛。現(xiàn)代信息控制技術(shù)已經(jīng)滲透到紡織服裝生產(chǎn)各個領(lǐng)域。紡織工業(yè)的各個領(lǐng)域與環(huán)節(jié)正趨向于建立數(shù)字化紡織設(shè)計(jì)、加工、制造和供給全過程的整體集成模型，因此研究行業(yè)智慧化應(yīng)從全部要素和流程入手。

智慧化的智能紡織工業(yè)應(yīng)至少包括3層含義：①智能紡織產(chǎn)品：以紡織產(chǎn)品為基質(zhì)(或媒介)通過跨領(lǐng)域技術(shù)整合(光電、通信、生物醫(yī)藥等)，創(chuàng)新研發(fā)、拓寬紡織產(chǎn)品應(yīng)用范圍；②智能制造：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制智能化，產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的信息化，制造裝備數(shù)字化，企業(yè)管理信息化，商貿(mào)和咨詢服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化；③智能供給：以電子商務(wù)為主要平臺的大規(guī)模個性化供給方式正在推動新一輪產(chǎn)業(yè)革命的誕生。

紡織行業(yè)的智能化不僅表現(xiàn)為以結(jié)果為導(dǎo)向，還要深刻理解智能產(chǎn)品給生產(chǎn)和供給帶來的影響和驅(qū)動。智能化是一個互相推動和作用的潘多拉魔盒，無論從哪一端研究都會發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在的魔力，使生產(chǎn)和供給不再是一個單一依存的系統(tǒng)，更趨向于自我智慧化的智能系統(tǒng)。

2 紡織行業(yè)智能化發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外發(fā)展情況

總體而言，國外的智能化產(chǎn)品是以原創(chuàng)技術(shù)和器件為主，中國以應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化為主。北美目前仍是最大的區(qū)域智能紡織品服裝消費(fèi)區(qū)域，早在 2012年就已占全球份額的46.5%。而歐洲也發(fā)起設(shè)立了基金，專門制定EU FP6和FP7紡織物智能化與交互標(biāo)準(zhǔn)[6]。

2.1.1 投資引導(dǎo)

全球智能化紡織市場已成為包括紡織企業(yè)、科技研發(fā)機(jī)構(gòu)(科研院所)、高端電子元器件公司、風(fēng)投機(jī)構(gòu)等的主要競爭市場之一。2016年，從SRI International(斯坦福研究所)分離出來的動力服公司(Superflex)宣布完成A輪960萬美元的融資；與此同時(shí)，加拿大智能紡織初創(chuàng)公司(OMsignal)獲得了Relay Ventures 領(lǐng)投的1 000萬美元融資。2017年，智能面料初創(chuàng)公司(Pireta)獲得早期風(fēng)投基金Rainbow Seed Fund的青睞，同意為其提供種子輪融資[7]。

2.1.2 大企業(yè)推動

全球科技巨頭的進(jìn)軍，加速了紡織智能化的進(jìn)程。如蘋果公司、美國藍(lán)牙智能公司 (BLE)、三星公司等加入了智能紡織研發(fā)行列。

以蘋果公司為例，從其專長領(lǐng)域入手，分階段布局其在智能紡織領(lǐng)域的市場。首先，以紡織材料作為其電子產(chǎn)品的邊緣性配件，如能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)觸控的手套、iPad 保護(hù)套等進(jìn)行研發(fā)嘗試，進(jìn)而將紡織技術(shù)與電子產(chǎn)品相結(jié)合。從2014 年起，研發(fā)的可代替?zhèn)鹘y(tǒng)液晶顯示屏、傳統(tǒng)材質(zhì)鍵盤的織物材質(zhì)顯示屏、鍵盤等，進(jìn)一步增強(qiáng)了紡織技術(shù)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用深度和廣度[7]。近年，具有嵌入式電子部件的織物、導(dǎo)電非織造布等紡織品已躍升為其專利保護(hù)的關(guān)鍵性主體，知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)重點(diǎn)轉(zhuǎn)為突出紡織技術(shù)。

表1為相關(guān)電子產(chǎn)品巨頭申請的與智能紡織相關(guān)的部分典型專利[7]。通過分析科技巨頭企業(yè)的專利可以判斷出智能化的研究趨勢和關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)而可以更加準(zhǔn)確地把握發(fā)展方向。從表1還可以看出：織物的信息化傳導(dǎo)和通信技術(shù)是大企業(yè)的主要關(guān)注焦點(diǎn)，同時(shí)其在一定程度上已獲得了突破性進(jìn)展。

2.2 中國發(fā)展情況

2.2.1 臺灣地區(qū)

臺灣地區(qū)的紡織工業(yè)智能化已躋身世界先進(jìn)研發(fā)行列。企業(yè)力圖通過智能紡織創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級和跨越式發(fā)展，且已在測壓、測溫、心率監(jiān)測、觸覺傳感等技術(shù)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平，實(shí)現(xiàn)了服裝與人類的更高的互動性與回應(yīng)性，其尖端科技已廣泛應(yīng)用于夾克、手套等戶外服裝及可加熱式服裝和鞋襪等產(chǎn)品中。如嵌入了LED紗線模塊的防水服具有耐久性、柔軟輕便、可水洗折疊等常規(guī)產(chǎn)品的特點(diǎn)[8]，使得安全性、工藝性和舒適性獲得了較為完美的結(jié)合。LED紗線無論在任何環(huán)境條件下，都能在100 m左右距離清晰可見，達(dá)到了高可視性的效果?？杉訜崮K通過將獨(dú)特的加熱元件、紡織電纜、電池、控制器和充電器進(jìn)行整合，達(dá)到了顯示狀態(tài)、調(diào)節(jié)溫度的目的。同時(shí)，為了解決加熱產(chǎn)品耐用性問題，研發(fā)人員通過開發(fā)新型復(fù)合纖維，實(shí)現(xiàn)了高效導(dǎo)電和傳熱、經(jīng)久耐用的目的。

表1 相關(guān)電子產(chǎn)品巨頭申請的與智能紡織相關(guān)的典型專利

2.2.2 祖國大陸地區(qū)

2.2.2.1智能制造發(fā)展情況

智能制造中起關(guān)鍵性作用的是人，通過統(tǒng)籌協(xié)調(diào)人、信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)綜合集成的大系統(tǒng)，將制造業(yè)的質(zhì)量和效率提高到新的發(fā)展水平。智能制造涵蓋企業(yè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的方方面面，重點(diǎn)包括智能工廠和智能生產(chǎn)2個部分。前者重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)全周期以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)；后者主要涉及智能化生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)、人機(jī)交互以及3D 打印等高新技術(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等問題。

自2015年工信部開始評選智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目開始，截止到2018年，紡織行業(yè)已累計(jì)有16家企業(yè)獲得試點(diǎn)批復(fù)，我國紡織行業(yè)智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目見表2。

表2 我國紡織行業(yè)智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目

山東華紡股份有限公司作為一家典型印染企業(yè)在轉(zhuǎn)型升級的過程中，在經(jīng)歷了發(fā)展陣痛后，逐漸摸索出了適合其發(fā)展的智能化之路。如印染生產(chǎn)管控系統(tǒng)結(jié)合最新的自動化和電子化智能控制等技術(shù)，對生產(chǎn)過程以及能源消耗等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分析、異常預(yù)警、反饋控制，幫助企業(yè)提高了生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)了節(jié)能減排的實(shí)現(xiàn)。其染化料自動稱量及輸送系統(tǒng)由ERP 管理層、車間管理層、機(jī)臺執(zhí)行層3 層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)了印染生產(chǎn)化學(xué)品物流、信息流的統(tǒng)一高效調(diào)度和管理[9]。華紡公司智能制造智慧企業(yè)發(fā)展構(gòu)想如圖1所示。

山東康平納集團(tuán)有限公司“筒子紗數(shù)字化自動染色成套技術(shù)與裝備”項(xiàng)目作為智能制造的典范，獲得2014年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(通用項(xiàng)目)一等獎。該項(xiàng)技術(shù)在節(jié)能、節(jié)水、效率等方面均實(shí)現(xiàn)了行業(yè)的重大突破，其關(guān)鍵性指標(biāo)數(shù)據(jù)見表3。

2.2.2.2智能紡織品發(fā)展情況

智能紡織產(chǎn)品對熱反應(yīng)、對光反應(yīng)等可形成電子、化學(xué)等資源，并加以利用。能在智能紡織品中應(yīng)用的材料還包括光纖、金屬、傳導(dǎo)性聚合物以及通過涂層涂覆等技術(shù)含有的納米顆粒的纖維材料等。

祖國大陸地區(qū)雖然在智能纖維及智能紡織品研發(fā)方面起步較晚，但隨著國家層面關(guān)注度的提高和一系列重要舉措、規(guī)劃的制定，已經(jīng)涌現(xiàn)出不少代表性產(chǎn)品。如江南大學(xué)服裝安全設(shè)計(jì)中心通過集中攻關(guān)對交通、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用較為急需的安全性產(chǎn)品，將傳感裝置與紡織技術(shù)相結(jié)合開發(fā)出了一系列安全性服裝[10]。天津軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所的張政波和北京航空醫(yī)學(xué)研究所的俞夢孫等通過在彈性背心中嵌入傳感器的方式來檢測不同的生理信號，實(shí)現(xiàn)了生命信息檢測技術(shù)與可穿戴技術(shù)的完美結(jié)合，相關(guān)產(chǎn)品已用于航空航天、軍事醫(yī)學(xué)等高端專業(yè)領(lǐng)域[11]。

圖1 山東華紡股份有限公司智能制造智慧企業(yè)發(fā)展構(gòu)想

類別染色一次合格率/%噸紗用水/t噸紗用電/(kW·h)噸紗用汽/t筒子紗裝卸效率/(個·次-1)國際先進(jìn)水平>9040 --4～6國內(nèi)行業(yè)平均水平70～8090～120 2 7008.5 人工筒子紗數(shù)字化自動染色項(xiàng)目>9835 1 5003.5 10～14先進(jìn)性對比一次合格率高與國際先進(jìn)水平相當(dāng),比國內(nèi)行業(yè)平均節(jié)水70%比國內(nèi)行業(yè)平均節(jié)電45%比國內(nèi)行業(yè)平均節(jié)汽58%裝紗效率高

3 智慧化制造的特點(diǎn)

3.1 技術(shù)的先進(jìn)性

3.1.1 自動化、數(shù)字化、智能化紡織裝備

智慧化制造在紡織裝備方面的開發(fā)主要有：開發(fā)高性能纖維等新材料成套裝備、短流程新型紡紗織造裝備、新型印染等裝備，提高生產(chǎn)效率、性能以及自動化、數(shù)字化水平；開發(fā)和應(yīng)用具有自動感知、智慧決策、自動執(zhí)行功能的高端智能裝備；開發(fā)應(yīng)用智能物流包裝、智能機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)化信息管理系統(tǒng)等。

3.1.2 智能企業(yè)(工廠、車間)

智能企業(yè)是指全流程采用和推進(jìn)信息化技術(shù)在紡織生產(chǎn)、研發(fā)、管理、倉儲、物流等各環(huán)節(jié)得到應(yīng)用，并由系統(tǒng)自主或在人的參與下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程智慧化。

3.1.3 跨領(lǐng)域技術(shù)整合

紡織工程是一個多學(xué)科的交叉學(xué)科，需要跨領(lǐng)域整合光電、通信、生物醫(yī)藥等先進(jìn)技術(shù)?，F(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展，電子商務(wù)的高歌猛進(jìn)，柔性傳感器的快速發(fā)展為智能可穿戴紡織品的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

3.2 環(huán)境的協(xié)調(diào)性

紡織工業(yè)的環(huán)境協(xié)調(diào)由人的協(xié)調(diào)向自我協(xié)調(diào)發(fā)展，主要包括紡織綠色制造管理、發(fā)展綠色制造技術(shù)、構(gòu)建綠色制造體系、建立綠色評價(jià)制度等方面。圖2為服裝全生命周期自然生態(tài)系統(tǒng)原理圖[12]。研究服裝全生命周期的相互影響，對于理解服裝行業(yè)智慧化具有重要意義。

圖2 服裝全生產(chǎn)周期自然生態(tài)系統(tǒng)原理

紡織服裝業(yè)的環(huán)境協(xié)調(diào)性體現(xiàn)在各個環(huán)節(jié)的統(tǒng)一和自主協(xié)調(diào)，也是智慧化的主要抓手。以健康可持續(xù)為目的的行業(yè)智慧化是未來紡織服裝業(yè)的主要特征，也是紡織服裝業(yè)的必由發(fā)展路徑。

3.3 經(jīng)濟(jì)的合理性

“中國制造2025”把可持續(xù)發(fā)展作為建設(shè)制造強(qiáng)國的重要且關(guān)鍵著力點(diǎn)，要求加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)、工藝、裝備推廣應(yīng)用，全面推行清潔生產(chǎn)，要求發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高資源的回收利用率，構(gòu)建綠色制造體系，走生態(tài)文明的發(fā)展道路。

紡織企業(yè)的清潔生產(chǎn)是將綜合預(yù)防的環(huán)境策略持續(xù)應(yīng)用于企業(yè)的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品中，減少對人類和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)性。包括：清潔的紡織原材料、清潔能源、環(huán)保工藝和設(shè)備等。企業(yè)應(yīng)加大力度強(qiáng)化生產(chǎn)技術(shù)管理和綜合技術(shù)改造，提高資源和能源綜合利用效率；同時(shí)減少污染物排放，開發(fā)污水處理循環(huán)回用技術(shù)，以最少的投入，獲得最高的產(chǎn)出和最少的污染，并高效率、低費(fèi)用處理和處置必排的少量污染物[13]，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展路徑見圖3。

圖3 循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展路徑

3.4 智慧化的社會責(zé)任

企業(yè)在創(chuàng)造利潤、對股東和員工承擔(dān)法律責(zé)任的同時(shí)，還應(yīng)更多的承擔(dān)對消費(fèi)者和環(huán)境等的責(zé)任，改變把利潤作為唯一目標(biāo)的傳統(tǒng)觀念，在生產(chǎn)過程中關(guān)注人的價(jià)值，對環(huán)境、消費(fèi)者、對社會做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

4 發(fā)展展望

紡織服裝業(yè)的智能化和智慧化將很大程度上取決于人工智能技術(shù)的發(fā)展與技術(shù)革命?？傮w而言，將在如下幾個方面持續(xù)進(jìn)步和發(fā)展。

4.1 大數(shù)據(jù)與智慧平臺

通過集成市場、設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、管理和銷售等的海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)紡織產(chǎn)業(yè)鏈中各環(huán)節(jié)的融合與協(xié)同；通過深入分析挖掘數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的關(guān)鍵信息，并將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)營銷、眾創(chuàng)設(shè)計(jì)平臺、自動工藝規(guī)劃、自適應(yīng)生產(chǎn)調(diào)整和自主設(shè)備維護(hù)等各個環(huán)節(jié)，為紡織制造業(yè)帶來新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)和高附加價(jià)值[14]。

利用網(wǎng)絡(luò)和紡織服裝云制造服務(wù)平臺，按用戶的需求組織加工網(wǎng)上制造資源(制造云)，為企業(yè)或個人用戶提供各類按需定制服務(wù)。實(shí)現(xiàn)紡織服裝業(yè)各類制造資源的統(tǒng)一、集中的智能化管理和經(jīng)營，為紡織服裝產(chǎn)品制造全生命周期過程提供可隨時(shí)獲取的各類服務(wù)。目前，紡織服裝仍然沒有嚴(yán)格意義上的大數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)，因此，智能化和智慧化仍然處于起步階段。構(gòu)建行業(yè)大數(shù)據(jù)智慧平臺不僅是企業(yè)的需要，更是行業(yè)智慧化的需要，具有巨大的市場潛力和發(fā)展空間。

4.2 人工智能與產(chǎn)業(yè)協(xié)同

探索新一代人工智能引領(lǐng)下的智能制造，深入挖掘人工智能在紡織服裝業(yè)的可應(yīng)用場景及程度，將勞動力從繁雜、單一的生產(chǎn)活動中解放出來，更多的從事創(chuàng)造、革新等工作。

紡織服裝業(yè)的智慧化與人工智能的發(fā)展和協(xié)同還有很大的發(fā)展空間。智慧的來源是人腦還是基于大數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)是智能制造的根本話題。從全產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，與人工智能的協(xié)同代表未來紡織服裝智慧化的發(fā)展方向。中國正在推動人工智能2.0的國家計(jì)劃，紡織服裝業(yè)也同樣受益于這個國家計(jì)劃，在智慧化的道路上如虎添翼。

4.3 大規(guī)模高級定制與智慧供給

隨著服裝定制行業(yè)的技術(shù)突破，服裝行業(yè)的小批量、多品種、快交貨和就近化的定制生產(chǎn)模式將逐步取代以往的集約化生產(chǎn)模式。一站式的智能化生產(chǎn)方式代表著紡織服裝業(yè)智慧化的未來，具有巨大的發(fā)展空間和潛力。大規(guī)模高級定制的規(guī)?；椭腔酃┙o除了技術(shù)的原因外，還是成本不斷上漲引發(fā)的減員增效驅(qū)動的結(jié)果。

4.4 柔性傳感器與智慧紡織品服裝

未來，智慧紡織品服裝的主要方向是由可穿戴向柔性可感知和智慧化方向發(fā)展。柔性傳感器的突飛猛進(jìn)給智慧紡織品帶來了一次又一次驚喜。柔性傳感器大面積應(yīng)用到智能服裝上的日子已經(jīng)到來。

4.5 行業(yè)規(guī)范

智能紡織品是一個新興領(lǐng)域，需要一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范引導(dǎo)和限定。歐美等發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)先行先試，已出臺了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我國也于近年來確定了一系列智能紡織品服裝標(biāo)準(zhǔn)，尤其是團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)以其快速和便捷的優(yōu)勢，或許將成為智能紡織品行業(yè)規(guī)范的主要陣地。

5 結(jié)束語

智能化、智慧化技術(shù)與發(fā)展路徑業(yè)已成為古老的紡織工業(yè)再次發(fā)展與崛起的重要途徑，憑借智能化、智慧化以及清潔生產(chǎn)等技術(shù)，紡織服裝業(yè)徹底擺脫了污染嚴(yán)重、勞動環(huán)境差、技術(shù)含量低等陳舊印象，取而代之的是智能化的生產(chǎn)車間、智能化的倉儲物流系統(tǒng)、萬錠用工不足10人、一批批智能制造示范車間(工廠)等吸人眼球的成就。紡織服裝業(yè)在智能化、智慧化服務(wù)與發(fā)展方面走在了前列，但也應(yīng)正視在發(fā)展中發(fā)現(xiàn)和出現(xiàn)的問題，不斷進(jìn)行嘗試，在發(fā)展中解決問題，同時(shí)深度挖掘智能化、智慧化應(yīng)用和發(fā)展的潛力，為實(shí)現(xiàn)紡織強(qiáng)國奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。