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11月3日上午，國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在北京舉行。國家科學(xué)技術(shù)獎是我國科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的最高獎，2020年國家科學(xué)技術(shù)獎共評選出264個項目、10名科技專家和1個國際組織。

我校胡旭東教授領(lǐng)銜完成的“高性能無縫緯編智能裝備創(chuàng)制及產(chǎn)業(yè)化”項目，獲國家科技進步獎二等獎。這是我校繼獲得2016、2017年度國家科技獎后，再一次主持獲得這一重量級獎項。

從原材料到成衣的“一鍵打印”

“天衣無縫”原本說的是神話傳說里，仙女的衣服看不到衣縫。今天，浙江理工大學(xué)胡旭東教授團隊的一項發(fā)明，真正實現(xiàn)了“無縫制衣”，只需在電腦面板上輸入?yún)?shù)，按下機器按鈕，從絲線到成衣便一氣呵成。

紡織界的“3D打印”

熟悉制衣流程的人都知道，從絲線到面料再到成衣，要經(jīng)過編織、裁剪、縫合等多道串聯(lián)工序。工業(yè)時代前，人們需要先紡紗織布，再根據(jù)每個人的身形裁剪出衣服的前片、后片、領(lǐng)子、袖子等部件，縫合到一起。即便到了高速織機普及的今天，一件成衣的出爐也逃不出這幾道工序。

而在浙江理工大學(xué)23號樓的“針織智能制造創(chuàng)新平臺”實驗室，衣服卻可以像“3D打印”一樣被機打出來。這得益于團隊歷時十余年研發(fā)的“變軌式無縫緯編成型”技術(shù)。

在實驗室，我們看到幾臺兩米多高、上部有著圓形軌道的機器，從機器的一頭送進各路絲線，另一頭就能織出完整的毛衣或內(nèi)衣、襪子，這樣織出來的衣物不但沒有接縫，而且通過變換參數(shù)，還能在生產(chǎn)過程中不斷改變衣服的顏色、花樣。

“全成型無縫編織技術(shù)改變了全球緯編織物長期以來縫接成衣的生產(chǎn)模式?！表椖拷M成員，浙江理工大學(xué)機械與自動控制學(xué)院教授吳震宇介紹。

我國纖維消耗量約占全球的75%，其中針織緯編是纖維的主要的生產(chǎn)方式，被大量用于服飾紡織品。近年來，隨著人們對服裝個性化需求的加大，越來越多企業(yè)傾向于生產(chǎn)多品種、小批量的紡織品，對生產(chǎn)技術(shù)也提出了更高要求。

傳統(tǒng)的多設(shè)備配合的三段式制造工藝不僅生產(chǎn)流程長，綜合效能低，也無法響應(yīng)市場多樣化的需求。近年意大利圣東尼、日本島津等國際著名公司致力于研發(fā)緯編織物的全成型技術(shù)與裝備，但在我國至今未能實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

胡旭東團隊的“變軌式無縫緯編成型”項目摒棄了國外選針式技術(shù)路線，突破了傳統(tǒng)織物的多工序拼接技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了織物的全成型編織。不僅大大節(jié)省了設(shè)備、簡化了流程，也更能適應(yīng)市場個性化的需求。

這一成果現(xiàn)已被紡織龍頭企業(yè)推廣應(yīng)用，并歷經(jīng)十余年的市場考驗，圓型緯編針織機產(chǎn)品、電腦橫機控制器等產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品銷量居前二。數(shù)據(jù)顯示，無縫緯編裝備及智能控制系統(tǒng)等產(chǎn)品近三年新增產(chǎn)值19.1億元，利稅1.3億元，企業(yè)綜合效能比原來提高了39.7%。

“全成型無縫編織的好處還在于，它可以減少衣服面料和皮膚之間的摩擦，在嬰幼兒服飾、運動員服飾中都有著很廣泛的運用。”吳震宇說。

為機器裝上“最強大腦”

除了發(fā)明變軌式無縫緯編成型方法，課題組還研制了全成型緯編裝備，攻克了復(fù)雜機電系統(tǒng)可靠運行的難題，保障了規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的需求。

和打毛衣只需要兩根針不同，一臺織機上可能有幾百到數(shù)千枚織針，這些織針根據(jù)電腦指令單獨運作，彼此協(xié)同配合。一旦其中一枚織針運行出錯，就會導(dǎo)致紡織品出現(xiàn)次品。

對此，胡旭東團隊研發(fā)了具有共位偵錯能力的選針驅(qū)動器，通過觀察、記錄流經(jīng)選針器的電流變化趨勢，提前預(yù)判織針工作狀態(tài)是否正常，從而實現(xiàn)預(yù)警。經(jīng)測試，該系統(tǒng)的動作失效漏判率低于百萬分之三；團隊還研制了分布式控制器，通過“控制器”這個“最強大腦”，使得線路串?dāng)_率降低了95%，保障了設(shè)備的可靠運行。

一項來自企業(yè)用戶的評價顯示，“原來一臺機器每月維修保養(yǎng)時間為1天，而新設(shè)備每月大概只需2-3小時，聯(lián)網(wǎng)極大減少了維修時間……在加工多品種小批量產(chǎn)品時，優(yōu)勢明顯……”

“采用這套裝備，企業(yè)將再也不用依賴人工檢修，理論上夠可以實現(xiàn)7*24小時不間斷運行，大大提升了運作效率?！焙駯|說。

此外，團隊還發(fā)明了密布型軌道三角結(jié)構(gòu)，有效提升了裝備工作效率。同一臺設(shè)備，進紗路數(shù)越多，織得就越快。團隊將在22英寸口徑針盤的進紗路數(shù)增至24路，較市場同類產(chǎn)品提花路數(shù)提升50%，為規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)提供了便捷。

打造智能化“數(shù)字車間”

在改革緯編織物的生產(chǎn)工藝、研制成功全成型緯編裝備的基礎(chǔ)上，胡旭東團隊還致力于打造智能化的“數(shù)字車間”，通過創(chuàng)新緯編裝備網(wǎng)絡(luò)化集群生產(chǎn)技術(shù)，破除多源設(shè)備協(xié)同運行的壁壘，有效提升裝備綜合使用效能。

針對企業(yè)大多存量設(shè)備都不具備聯(lián)網(wǎng)功能，又無法一次性替換存量機型的難點，胡旭東團隊開發(fā)了緯編設(shè)備信息模型加載器和編譯器，實現(xiàn)了從物理模型到信息模型的快速映射，并通過開發(fā)數(shù)據(jù)鏈路快速構(gòu)建的通用網(wǎng)關(guān)，為不同設(shè)備之間互聯(lián)互通架設(shè)了一座橋梁。

過去，紡織企業(yè)接到訂單都要進行人工排產(chǎn)。一家企業(yè)要生產(chǎn)AB兩種款型的服裝，需要專業(yè)師傅進行調(diào)度，決定哪幾臺機器分別生產(chǎn)什么款型的服裝，產(chǎn)量多少，而通過將若干臺設(shè)備組建成智能裝備的互聯(lián)集群,不僅能對設(shè)備運行實施遠程監(jiān)測和實時維護，還能開展個性化訂單的智能排產(chǎn)。

改造后，單機設(shè)備利用率達88.9%，綜合運行效能較國外選針式機型提高39.7%。經(jīng)中國紡織工業(yè)聯(lián)合會等部門組織專家鑒定評價，項目整體技術(shù)達到國際先進水平，其中在信息模型映射和裝備互聯(lián)互通技術(shù)方面處于國際領(lǐng)先水平。

胡旭東說，“中國紡織行業(yè)正在加快轉(zhuǎn)型升級，我們以智能制造為手段，加快新一代信息技術(shù)與紡織業(yè)融合的創(chuàng)新發(fā)展，推動紡織產(chǎn)業(yè)向綠色低碳、數(shù)字化、智能化和柔性化等方向發(fā)展?！?/p>

宣傳部

內(nèi)容來源 /科學(xué)技術(shù)處、黨委宣傳部

文字 / 石叢珊

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