程慧鵬 楊 朝 李加云 程衛(wèi)平 徐 陽(yáng)

（1.新疆大學(xué)，新疆烏魯木齊，830046；2.新疆東純興紡織有限公司，新疆圖木舒克，844299）

為降低設(shè)備制造成本以及使用成本，環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)在向集體落紗與超長(zhǎng)化方向發(fā)展［1］，目前新型環(huán)錠紡長(zhǎng)車錠數(shù)一般都在1 000 錠以上，在多錠位中找到有問題的紗錠是環(huán)錠紡紗質(zhì)量攻關(guān)的重要內(nèi)容之一［2］。大部分紡紗企業(yè)對(duì)細(xì)紗環(huán)節(jié)的質(zhì)量追溯還依賴于傳統(tǒng)的寫字法、二維條形碼等方法［3］，這已經(jīng)無法達(dá)到現(xiàn)代紡織企業(yè)對(duì)細(xì)紗環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)追溯與精細(xì)化管理的要求［4］。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，一些企業(yè)引進(jìn)了利用無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的手持式錠位追溯系統(tǒng)［5］，這種系統(tǒng)在一定程度上提高了細(xì)紗追溯的效率，但停車檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，需要停車對(duì)所有錠位管紗逐一采集，且出錯(cuò)率高。針對(duì)環(huán)錠紡細(xì)紗長(zhǎng)車的特點(diǎn)和上述方法的弊端，本研究采用紅外感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)與RFID 技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了一套環(huán)錠紡自動(dòng)管紗錠位追溯系統(tǒng)，并在120 臺(tái)Zinser 71 型細(xì)紗機(jī)上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

1 自動(dòng)管紗錠位追溯系統(tǒng)架構(gòu)

自動(dòng)管紗錠位追溯系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1 所示。將含有紅外感應(yīng)裝置和裝有RFID 芯片的電子紗管閱讀裝置集成為一體化檢測(cè)讀寫裝置，安裝在管紗（紡滿紗的管子）的落紗傳送區(qū)段內(nèi)。在集體落紗時(shí)，排列間隔有序的專用電子紗管在傳送帶傳輸作用下運(yùn)動(dòng)并通過集成檢測(cè)裝置，當(dāng)電子紗管進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，就會(huì)觸發(fā)紅外感應(yīng)開關(guān)，啟動(dòng)RFID 讀寫探頭讀取電子紗管的唯一ID 碼并寫入紗管錠位信息，然后把信息存儲(chǔ)到PC 端的紡織檢測(cè)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中。管紗在進(jìn)入絡(luò)筒工序后，如果電子清紗器檢測(cè)到某個(gè)管紗有較多疵點(diǎn)問題，會(huì)將其剔除，被剔除的質(zhì)量不符合規(guī)定要求的管紗信息被專用閱讀器讀取后，會(huì)按照用戶事先編程設(shè)定的選項(xiàng)，自動(dòng)調(diào)動(dòng)數(shù)據(jù)處理中心中存儲(chǔ)的生產(chǎn)信息和錠位信息，以信息形式自動(dòng)發(fā)送到指定人員（管理者、技術(shù)員、擋車工）手機(jī)中的錠位信息管理系統(tǒng)APP 上。工作人員可以快速查找到相應(yīng)的細(xì)紗錠位，精準(zhǔn)找到紗疵產(chǎn)生的原因并及時(shí)采取解決措施，達(dá)到提高細(xì)紗質(zhì)量、減少細(xì)紗疵品和提高成品質(zhì)量的目的，進(jìn)而提高企業(yè)的精細(xì)化管理水平。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2 細(xì)紗機(jī)電子紗管自動(dòng)檢測(cè)裝置

2.1 檢測(cè)與讀寫

錠位信息檢測(cè)是系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)紗質(zhì)量追溯的基礎(chǔ)。利用環(huán)錠紡長(zhǎng)車的集體落紗系統(tǒng)，將集成了管紗紅外感應(yīng)和RFID 芯片讀寫的檢測(cè)裝置固裝于落紗的管紗傳送區(qū)段，檢測(cè)時(shí)，紅外感應(yīng)探頭和讀寫探頭互相配合，當(dāng)裝有RFID 芯片的電子管紗落紗后，在傳送帶的作用下會(huì)先進(jìn)入紅外感應(yīng)探頭的識(shí)別區(qū)域，紅外感應(yīng)探頭檢測(cè)到有物體遮擋時(shí)會(huì)向讀寫探頭發(fā)送讀取指令，讀寫探頭會(huì)讀取上傳管紗的唯一識(shí)別ID 號(hào)，并記錄其錠號(hào)。值得一提的是，管紗對(duì)應(yīng)錠號(hào)的確定主要依賴于紅外裝置的計(jì)數(shù)功能，紅外裝置只要檢測(cè)到有物體經(jīng)過，即使是沒有插管的空托盤都會(huì)被計(jì)數(shù)1 次，這樣可以確保前面空管或壞管不會(huì)影響到后面管紗的實(shí)際錠號(hào)。

2.2 檢測(cè)裝置安裝位置選擇

在實(shí)際生產(chǎn)中，檢測(cè)裝置安裝位置、檢測(cè)范圍、機(jī)器故障等因素都會(huì)對(duì)電子紗管讀寫信息的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不同程度的影響，其中檢測(cè)裝置安裝位置是最重要的影響因素。選擇合適的安裝位置能有效提高系統(tǒng)采集的效率和精準(zhǔn)度，并縮小其他因素造成的不良影響。

Zinser 71 型細(xì)紗機(jī)車頭共有3 處適合安裝檢測(cè)裝置，如圖2 所示。位置1 為落紗出口的水平傳送位置，位置2 為傳送斜坡前的水平位置，位置3 為管紗傳送斜坡區(qū)域內(nèi)與斜坡垂直的鐵皮上。一般在機(jī)器各部件正常傳動(dòng)的情況下，都能滿足正常的檢測(cè)條件，但機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不可避免會(huì)出現(xiàn)一些偶發(fā)故障［6］。

圖2 車頭適合安裝檢測(cè)裝置的3 處位置

將檢測(cè)裝置安裝于位置1 時(shí)，因某些機(jī)臺(tái)的傳送帶破損，在傳送途中管紗偏離檢測(cè)區(qū)域，導(dǎo)致某些管紗信息寫入失敗。此外，機(jī)器有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一些偶發(fā)性故障而導(dǎo)致管紗停止傳送。當(dāng)因紗管輸送口堵塞而停止傳送時(shí)，如果恰好有管紗停在檢測(cè)裝置的紅外檢測(cè)區(qū)域，檢測(cè)裝置會(huì)反復(fù)讀取，致使采集界面出現(xiàn)若干個(gè)空格信息，導(dǎo)致后面錠位信息編號(hào)全部出錯(cuò)。對(duì)Zinser 71 型細(xì)紗機(jī)來說，采集寫入的末個(gè)管紗錠位編號(hào)本應(yīng)是1 200，由于空格的出現(xiàn)，末個(gè)管紗錠位編號(hào)會(huì)大于1 200。

將檢測(cè)裝置安裝在位置2 時(shí)，如果傳送機(jī)械發(fā)生故障，會(huì)一直出現(xiàn)3 個(gè)～4 個(gè)紗管間緊密相連緊挨著運(yùn)行，并且速度很快，導(dǎo)致其中有1 個(gè)～2個(gè)管紗沒來得及被采集，會(huì)出現(xiàn)錠位編號(hào)錯(cuò)亂。如錠位編號(hào)為10 的管紗，由于前面兩個(gè)未被采集，其編號(hào)變成了8，造成追溯到的錠號(hào)與實(shí)際錠號(hào)嚴(yán)重不符。

將檢測(cè)裝置安裝在位置3 后，檢測(cè)有序進(jìn)行。管紗傳送斜坡區(qū)域上面的傳送帶有間隔均勻的鉚釘，管紗運(yùn)行至斜坡后會(huì)自動(dòng)保持均勻間隔，有效避免了管紗偏離檢測(cè)區(qū)域和紗管間緊密相連緊挨著運(yùn)行的情況，保證裝置采集信息有序進(jìn)行。再結(jié)合軟件方面，通過優(yōu)化程序代碼，當(dāng)出現(xiàn)管紗停滯在檢測(cè)區(qū)，系統(tǒng)采集到重復(fù)的電子紗管ID 信息時(shí)，軟件會(huì)向檢測(cè)裝置發(fā)出指令，即自動(dòng)暫停檢測(cè)；待故障解決后，紅外裝置檢測(cè)到物體移出檢測(cè)區(qū)域，且當(dāng)下一個(gè)電子紗管到達(dá)檢測(cè)區(qū)域被紅外裝置檢測(cè)到時(shí)，解除暫停狀態(tài)，恢復(fù)正常檢測(cè)。有效解決了偶發(fā)性故障導(dǎo)致管紗停在檢測(cè)裝置的紅外檢測(cè)區(qū)域而引起錠位信息編號(hào)出錯(cuò)的情況。通過效果對(duì)比得出，位置3 是檢測(cè)裝置的最佳安裝位置。

3 系統(tǒng)軟件功能和運(yùn)行流程

實(shí)現(xiàn)管紗錠位的自動(dòng)追溯，開發(fā)實(shí)用、操作便捷的軟件是必不可少的一部分。該系統(tǒng)軟件包括PC 端的紡織錠位檢測(cè)軟件和手機(jī)端的錠位信息管理軟件，兩款軟件的數(shù)據(jù)交互保障了整個(gè)系統(tǒng)追溯流程的精準(zhǔn)性、實(shí)時(shí)性和高效性。整個(gè)系統(tǒng)軟件的運(yùn)行流程圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程圖

PC 端的紡織錠位檢測(cè)軟件是根據(jù)環(huán)錠紡長(zhǎng)車自動(dòng)落紗生產(chǎn)特點(diǎn)開發(fā)的一款細(xì)紗追溯專用軟件。PC 端的紡織錠位檢測(cè)軟件功能主要包括用戶管理（對(duì)使用人員及密碼進(jìn)行管理）、系統(tǒng)管理（對(duì)車型、車號(hào)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理）、生產(chǎn)管理（對(duì)生產(chǎn)信息采集進(jìn)行管理）、信息查詢（生產(chǎn)后的信息追溯查詢）、數(shù)據(jù)傳輸（用于與手機(jī)端軟件的數(shù)據(jù)交互）、問題成因及分析維護(hù)、問題統(tǒng)計(jì)。這些功能主要應(yīng)用在落紗→掃描檢測(cè)→采集記錄生產(chǎn)信息和錠位→絡(luò)筒→報(bào)警剔管→記錄報(bào)警→掃描查找機(jī)號(hào)錠位的整個(gè)過程中。PC 端系統(tǒng)軟件主界面如圖4 所示。

圖4 PC 主端系統(tǒng)軟件主界面

手機(jī)端的錠位信息管理軟件，其主要功能是將PC 端系統(tǒng)軟件檢測(cè)記錄的重要生產(chǎn)信息，在第一時(shí)間實(shí)時(shí)發(fā)送到車間管理者和擋車工的手機(jī)上，以便于快速找到相應(yīng)機(jī)號(hào)的錠位，及時(shí)檢查并解決該錠位引起不良紗疵的隱患。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

針對(duì)新疆東純興紡織有限公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，我們對(duì)自動(dòng)管紗錠位追溯系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化完善和改造升級(jí)，將改造后的系統(tǒng)在該公司120 臺(tái)（14.4 萬錠）Zinser 71 型細(xì)紗機(jī)上進(jìn)行了應(yīng)用，具體應(yīng)用效果如下。

（1）檢測(cè)準(zhǔn)確度高、效率快。為了保證追溯的效率和準(zhǔn)確度，除了選擇最佳安裝位置外，應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，細(xì)紗車間已有電子設(shè)備的一些信號(hào)源會(huì)對(duì)電子標(biāo)簽信息傳遞產(chǎn)生一定干擾。因此，綜合考慮細(xì)紗機(jī)錠位空間大小特性，對(duì)標(biāo)簽天線形狀、超高頻RFID 的防碰撞算法等進(jìn)行研究，通過研究標(biāo)簽檢測(cè)裝置電路阻抗與高頻特性關(guān)系特征，優(yōu)化功率模型，實(shí)現(xiàn)了高速、可靠檢測(cè)。在檢測(cè)時(shí)，電子紗管能夠在2 cm～4 cm 內(nèi)被準(zhǔn)確檢測(cè)讀取，讀取速度為1 個(gè)/s 以上。該機(jī)型每臺(tái)車有1 200個(gè)電子紗管，在遭遇故障的最壞情況下，最多有1個(gè)～2 個(gè)紗管出現(xiàn)讀取失敗的情況，且不會(huì)對(duì)其他紗管和對(duì)應(yīng)的錠位產(chǎn)生影響，讀取準(zhǔn)確率達(dá)到99.8%以上。

（2）降低了人工成本，提高了細(xì)紗追溯效率。早期，該企業(yè)是通過寫字法，用鉛筆在普通紗管上標(biāo)記錠位信息，一臺(tái)細(xì)紗機(jī)1 200 個(gè)紗管，需要在停車狀態(tài)下10 人同時(shí)進(jìn)行寫字標(biāo)記。引入手持式管紗錠位追溯系統(tǒng)后，1 個(gè)人在停車狀態(tài)下檢測(cè)一臺(tái)車需要30 min。應(yīng)用自動(dòng)管紗錠位追溯系統(tǒng)后，檢測(cè)過程中不需要人為干預(yù)，不需要停車檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)；正常情況下，1 個(gè)人可以同時(shí)管理10 臺(tái)車的追溯檢測(cè)工作，只需在檢測(cè)時(shí)巡查是否出現(xiàn)故障問題，大幅節(jié)省了人工成本。

（3）減少了疵管數(shù)量和原料的浪費(fèi)。應(yīng)用自動(dòng)管紗錠位追溯系統(tǒng)后，可及時(shí)追溯絡(luò)筒剔管對(duì)應(yīng)的壞錠，并解決該錠位引起不良紗疵的隱患，顯著減少了疵管數(shù)量。以平均每1 200 個(gè)管紗5 個(gè)疵管的檢出率計(jì)算，有效杜絕了這5 個(gè)疵管對(duì)應(yīng)錠位的質(zhì)量隱患，明顯減少了紗疵造成的原料浪費(fèi)，提高了生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

（4）降低了紗疵數(shù)量，提升了紗線質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在120 臺(tái)Zinser 71 型細(xì)紗機(jī)上，該系統(tǒng)安裝前由絡(luò)筒電子清紗器檢測(cè)出的紗疵數(shù)量為39 781個(gè)/月；安裝該系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行3 個(gè)月后，由絡(luò)筒電子清紗器檢測(cè)出的紗疵數(shù)量為26 936 個(gè)/月。由數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，應(yīng)用該系統(tǒng)后，每月紗疵數(shù)量明顯減少，紗線品質(zhì)得到提升。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究針對(duì)環(huán)錠紡長(zhǎng)車的特點(diǎn)和目前企業(yè)細(xì)紗疵點(diǎn)追溯方法的不足，利用紅外感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)與RFID 技術(shù)，結(jié)合絡(luò)筒工序電子清紗器的疵點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果，開發(fā)了一種環(huán)錠紡自動(dòng)管紗錠位追溯系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件（檢測(cè)裝置）改造和軟件開發(fā)，最終在120 臺(tái)Zins?er 71 型細(xì)紗機(jī)上進(jìn)行了初步應(yīng)用。實(shí)踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，檢測(cè)效率快、準(zhǔn)確度高，降低了追溯的人工成本，提高了疵點(diǎn)紗管的追溯效率，減少了原材料的浪費(fèi)，降低了紗疵的數(shù)量，提升了紗線的品質(zhì)。該系統(tǒng)的初步應(yīng)用雖取得了較好成效，但仍需要不斷在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中吸取經(jīng)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)性，以響應(yīng)紡織產(chǎn)業(yè)智能制造的發(fā)展方向，向更多的紡織企業(yè)推廣，努力為紡織產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)水平發(fā)展起到良好的促進(jìn)作用。