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纺织机器人的应用及发展趋势

摘要: 论述纺织机器人的应用及发展趋势。从机器人应用的行业优势、智能化生产对机器人的需求等角度,阐述了开发应用机器人的必要性;简要介绍了细纱自动落纱机器人、筒纱自动包装机器人、粗 纱机器人的功能;对机器人在纺织行业的应用和发展进行了展望。认为:纺织工业用工成本的增加将推动机器人的开发应用,机器人换人是现代工业发展的必然趋势,将成为纺织生产环节现代化的一项重要标志。

  关键词: 纺织;机器人;智能化;自动落纱;自动包装;用工成本

1. 机器人代替人工操作已成为大势所趋

机器人已在当今社会许多领域发挥着积极作 其中工业机器人的应用最为普遍技术也相对 成熟究其原因主要有两点一是近年来第三产业迅速发展人们的就业机会就业趋势择业观念发生了很大变化钢铁纺织等传统制造业由于劳动环境工资待遇等因素出现了招工难用工成本高的现象二是诸如信息技术等新兴产业对操作人员的熟练程度和精细化操作要求较高致使培训成本高周期长同样形成了用工紧缺现象因此无论在传统制造业还是新兴产业的生产线上使用工业机器人代替人工操作将成为大势所趋机器人的使用也将成为未来制造业自动化水平的一项重要标志以谷歌英特尔微软等为代表的一批信息技术企业瞄准市场先机悄然布局机器人研发应用领 联网人工智能等众多先进技术融合发展成为其智 能化服务平台的一部分

机器人是一种高端智能装备不仅仅 统意义上的机械电子一体化产品牵涉到计算机技术传感器技术自动控制技术等先进技术同时还融合了人工智能等跨学科高新技术综合分析国内外工业机器人的应用情况主要分布在三种场合

一是对产品精准度要求高的工业生产线人工长时间操作容易产生疲劳造成精力不济使用机器人可以有效避免这种情况最大限度地提高正品率和生产效率二是有些行业仍然不同程度地存在劳动强度大工作环境差影响操作人员身体健康的现象使用机器人代替人工操作可以实现文明生产达到以人为本的企业目标三是出于 降低人工成本方面的考虑正是由于工业机器人的推广应用提高了相关行业的劳动生产率和产品质量提升了企业的经济

效益改善了劳动条件实现了文明生产

1.2 机器人应用已具备行业优势

总体来看工业机器人在我国的应用水平仍然很低其中汽车制造业是最先开始尝试和推广的行业之一其标准化的工业流水线非常适合机器人自动化操作工业机器人在纺织生产中的应用已具备一定行业基础笔者认为至少有三点依据一是基于纺织行业的生产特点多工序多机台连续化专业化分工细且协作程度高大多工序实行多人按照相关工作法模式操作有利于机器人类型设计和配置二是通过多年来的技术改造和技术升级提升了纺织生产线的自动化水平 已推广应用了自动换筒技术自动落纱技术自动清洁技术自调匀整技术 除尘与温湿度监控技术等先进技术这些先进技术为工业机器人的配置应用提供了相应的技术铺垫三是纺织车间存在噪声温湿度空气洁净度等影响操作人员工作环境的实际问题采用工业机器人不失为一条行之有效的解决途径

1. 纺织生产智能发展带动了机器人的开发应用

近年来在纺织装备自动化纺织生产连续化的基础上纺织行业迈入了智能化进程纺织产业智能化的涵盖范围更加宽泛在生产组织方面包括智能生产流水线智能生产车间智能生产工厂等在产品流程方面包括产品智能设计工艺智能管理质量智能控制等结合我国纺织行业现状创建新型生产模式提升智能化制造水平需要找准切入点业内专家认为首先应该从发展智能化装备入手研发具有信息化构架下的智能化与数字化高端纺织装备设计技术平台开展纺织装备的人因工程设计”,实现纺织生产设备的智能化控制

为适应传统纺织行业转型升级需求推进纺织生产自动化连续化智能化水平不断发展加快工业机器人的推广应用势在必行随着工业机器人的广泛应用可以有效推动纺织生产进一步智能化以棉纺企业为例未来可进一步推广先进工艺进一步合理优化缩短工艺流程通过生产工序的进一步连续化并在关键工序关键操作点位设计应用机器人以期实现大幅度减少用工使未来有望建成少用人甚至无人的棉纺织车间

机器人的定义与分类

2.1 机器人的定义

20世纪60年代机器人问世以来 发展成为一门新兴工业现在运用一系列高新技术使机器人有了听觉视觉触觉产生了具有某种反应能力使之能完成更接近人的动作从而使机

器人在众多行业得以迅速发展和应用机器人学之所以能迅速形成一门新兴学科一是因为它的出现恰逢其时在工业农业军事医疗服务等领域的广泛应用有力地推动了生产模式的创 新与进步改善了人们的工作环境和生活质量二是因为它属于跨学科协同攻关的重大科研成果 技术含量代表着高新技术的发展前沿其作用和影响引起了国内外学者的高度关注关于机器人的定义从严格意义上说业界至今没有形成完全一致的解释客观事实是机器人技术的快速发展使机器人的功能不断丰富其定义也就处在不断充实与创新之中机器人是靠自身动力 机器”,这是现阶段人们能普遍认同的一种解释联合国标准化组织采纳了美国机器人协会对机器人的定义一种可编程和多种功能的操作机或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编动作的专门系统”。国内学者对机器人的定义是机器人是一种自动化的机器所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力是一种具有高度灵活性的自动化机器”。在机器人的研究开发和推广应用过程中众多行业陆续对机器人的功能提出了更多更具体的要求这些需求反过来促进了机器人的设计开发水平在这种往复循环过程中人们逐渐认识到机器人技术的本质是感知决策行动和交互技术的结合”。当代机器人技术进步的重要标志是智能化技术的引入彻底改变了早期机器人的技术水平和应用领域 其功能更 要求这种具有感知决策行动和交互能力的机器人属于真正意义上的智能机器人展现出了广阔的应用领域和发展空间

2.2 机器人的分类

从应用行业角度出发国内将机器人分为工业机器人和特种机器人两大类顾名思义应用于制造业领域的机器人包括多关节机械手称之为工业机器人用于非制造业并服务人类的机器人则称为特种机器人例如军事用途医学用途农业用途服务用途的机器人国外学者同样是根据应用环境将机器人分为制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人这和我国的分类是一致的

数字化技术和信息化技术的快速发展使得机器人的研发速度越来越快智能化程度越来越高应用范围也越来越宽正朝着智能化和多样化方向发展智能机器人的定义便应运而生智能机器人具备了感觉要素运动要素和思考要素由中央处理器和外部计算机发生直接联系也就是说可以和操作计算机的人发生直接联系通过人机互动实现机器人的感觉思考和运动功能根据智能化程度智能机器人可以分为个层次

工业机器人多应用于工业生产线环节按照预先设计程序一成不变地完成某项工作不能根据外界条件变化调整相关程序改变机器人的工作任务时需要人工修改程序这种机器人不具备任何智能。(初级智能机器人具有一定感觉推理和判断能力当外界条件发生变化时能够根据人们预先设定的程序修改原则在一定范围内自行修改程序并且能根据外界条件变化做出相应调整其实这种机器人具有一定智能。(高级智能机器人具有感觉识别推理和判断能力在没有人工预先设定修改程序原则的条件下通过机器人本身的学习总结获取修改程序的原则当外界条件发生变化时能够自行修改程序这种机器人具有一定的自动规划能力无需人工管理完全独立工作也称之为高级自律机器人

机器人在棉纺织行业的应用示例

3.1 细纱自动落纱机器人

当细纱满管时落纱机器人在轨道上缓缓运行抓纱臂准确地抓起管纱并将其放在纱筐中再将一个个空管快速地插到锭子上落纱机器人是细纱集体落纱装置的一个有力补充落纱机器人的应用灵活性相对较高一台机器人可以应用于多台细纱机完全可以取代传统的人工拔管插管工作有降低了工人劳动强度提高了工作效率减少了生产成本现阶段一台机器人可以完

大约节约劳动成本50%目前国内有数家单位研究开发细纱落纱机器人而投入实际生产应用的主要有三家

铜陵松宝机械智能装备股份有限公司推出的 自动落纱机器人在业内被称为松宝智能落纱机在自落纱和插管方法结构和控制方面应用了专利技术为了实现垂直拔管采用了两项关键技术一是飞剪子程序在拔管阶段从轴跟踪主轴运动在主轴伺服电机传动小车匀速向前移动的同时从轴伺服电机跟踪主轴使拔纱管装置反向匀速移动这样就能使拔纱管装置同正在拔的管纱保持相对静止二是协同控制装置配置两台伺服电机协同控制拔纱装置使其按规定路线弧线插补以保证定位快速精准运行稳定可靠江阴华方新技术科研有限公司推出的细纱落纱小车采用人工辅助移动形式两台落纱小车为一组可同时供多台细纱机使用拔管时采用模拟人工旋转的方式对管纱进行预松其搓旋受力部位在筒管顶部或筒管底部避免直接接触纱条所以预松过程中纱条不会受到损伤另外搓旋时使用较小的外力能使纱管和锭杆脱离拔纱偏心轮盘适时将管纱带出完成落纱任务为做到不损伤锭子和筒纱偏心轮盘与锭子及管纱表面接触部位采用软橡胶包覆无锡集聚纺织器械有限公司推出了两代机器人两者设计思路不同机器结构拔纱方法具有明显差异前者在拔纱时拔纱机械手柔和地接触管纱而后者采用了类似集体落纱装置的拔纱方式拔纱器于龙筋顶面垂直在落纱过程既不损伤纱条又不损伤锭子每次拔纱数量与两个罗拉之间锭数和落纱机器人的外形尺寸有关可以选择每次拔 12 落纱小车是完全静止的所以更易实现垂直拔纱

3.2 筒纱自动包装机器人

江阴坤仑机械制造公司推出的coneBot型筒纱自动包装机器人应用在络筒工序之后对络

筒生产的筒纱进行自动套袋封口称重标记和流转coneBot型筒纱自动包装机器人由筒纱 传递装置装袋机器人封袋机械手称重喷码机纱袋传送装置组成筒纱传送装置利用皮带传送方式将络筒机生产的筒纱导入筒纱自动包装机器人装袋机械手在机器视觉辅助下利用液压机械手自动提起筒纱装入内层薄膜袋和外层纤维袋封袋机械手利用超声波缝纫机械手将筒纱包装袋

封口;称重喷码机将纱袋自动传送到称重台称重;喷码机将包含品种、重量及物流周转等信息喷印在纱袋表面;纱袋传送装置将完成的纱袋送到下一个周转处。该机器人将整个筒纱包装过程完全自动化,减少了人工操作;在筒纱的装袋机械手中采用机器视觉对筒纱进行定位,避免了对筒纱的损伤;在称重标签环节利用物联网技术对装袋筒纱的信息进行实时标记,为物流仓储及销售管理

系统提供实时信息。

3.3 粗纱自动落纱机器人

根据相关文献报道[6],一种国产粗纱自动落纱机器人已经研制成功,这种机器人主体结构为行走系统、取放机械手、满纱吊装机械手、空管输送系统和轨道系统五个部分,各个部分之间既相对独立又相互关联。行走系统依据落纱时序由 PLC控制启动,按照设定的步幅自动到位。取放机械手的定位精度代表着落纱机器人的核心技术,决定了落纱机器人的工作效率与生产水平。满纱吊装机械手、空管输入和满纱输送环节通过网络信息交互构成细

化的时序精确运行,使粗纱机自动落纱机器人实现有效、准确、快速的粗纱落纱功能。该技术可以在不改变粗纱机结构的前提下,与纺机制造企业实现新机配套,也可以为棉纺企业正在运行的粗纱机进行技术改造,达到提高企业自动化水平、节约人工成本、提高生产效率的目的。

机器人在纺织行业的发展展望

4.1 纺织工业用工成本将推动机器人的应用

随着我国人口结构的老龄化和社会就业选择的日渐多元化,带来了企业用工成本的持续高涨。中国棉纺织行业协会通过近五年连续跟踪近百家行业大中型企业得出的数据,近五年间棉纺织企业工资支出总 为7%左 右,而5年间企业全部就业人数年平均降幅为5.7%,职工人均工资5 年间平均增长率为 13%,高 会12%的增幅。对此,一方面可以看出企业 空间和生存空间受到挤压,另一方面可以看出传统纺织行业相对信息技术等新兴产业,无论工资水平还是劳动环境都不具备竞争力,出现了不同程度的“用工荒”。在此背景下,工业机器人的应用无疑为纺织行业降低劳动成本、提高生产效率和产品质量,由传统的批量生产向更加能满足客户个性化需求的小批量生产和订单生产提供了一种新的可能性。可以预见,在纺织行业转型升级的发展进程中,越来越多的工业机器人将会走进纺织生产车间,从根本上解决困扰纺织企业经营者用工成本持续增加和“用工荒”的难题。

4.2 机器人在纺织行业的应用还处于初级阶段

近年来,随着科学技术的不断进步,纺织新技术、新材料、新工艺、新设备取得了快速 展。在自动 面,实现了梳棉自动换 筒、并 换筒、精梳自动换筒,粗纱自动落纱、细纱自动落纱、转杯纺纱自动接头、喷气涡流纺纱自动接头、络筒自动接头。在连续化方面,实现了开清棉工序和梳棉工序间的连接(即清梳联)、细纱工序和络筒工序间的连接(即细络联)及精梳准备至精梳机、粗纱机至细纱机之间半制品的自动运输。在智能化方面,实现了计算机自动配棉、并条自调匀整、络筒纱线粗细节自动切除和异纤切除等新技术。相对以上新技术,工业机器人的应用占比仍然很低,以自动落纱为例,目前国内仍然使用人工落纱方式进行生产或部分生产的企业仍然占多数。在棉纺织生产线中大力推广机器人,仍有许多技术问题尚未解决,以环锭细纱机的自动接头为例,需要经过找头、引纱、穿钢丝圈、穿导纱钩等动作,接头程序复杂,对机器人的智能性要求很高。我国著名纺织专家、中国工程院姚穆院士曾呼吁,“集中精力,力争在较短时间内突破完成环锭细纱机断头自动接 头 的 机 器 人。”[机 器 人 换 人 是 现 代工业发展的必然趋势,必将成为纺织生产环节现代化的一项重要标志。

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[4] 徐旻.我国棉纺行业智能制造的发展方向探讨[J].

棉纺织技术,2016,44(5):76-79.

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文章转自中国知网  如有侵权 联系删除

 



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