纺织学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (09): 11-20.doi: 10.13475/j.fzxb.20220407210

• 特约专栏:纺织智能制造与机器人 • 上一篇    下一篇

环锭纺纱全流程机器人自动化生产关键技术

郑小虎1,2, 刘正好3, 陈峰4, 刘志峰4, 汪俊亮1,2, 侯曦5, 丁司懿1,2()   

  1. 1.东华大学 人工智能研究院, 上海 201620
    2.上海工业大数据与智能系统工程技术研究中心, 上海 201620
    3.东华大学 机械工程学院, 上海 201620
    4.经纬纺织机械股份有限公司, 北京 100176
    5.中国纺织机械协会, 北京 100028
  • 收稿日期:2022-04-22 修回日期:2022-06-12 出版日期:2022-09-15 发布日期:2022-09-26
  • 通讯作者: 丁司懿
  • 作者简介:郑小虎(1983—),男,副教授,博士。主要研究方向为机器人制造技术。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2017YFB1304000);上海市晨光计划资助项目(20CG41);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2232021D-15);上海市科技计划项目(20DZ2251400)

Key technologies for full-process robotic automatic production in ring spinning

ZHENG Xiaohu1,2, LIU Zhenghao3, CHEN Feng4, LIU Zhifeng4, WANG Junliang1,2, HOU Xi5, DING Siyi1,2()   

  1. 1. Institute of Artificial Intelligence, Donghua University, Shanghai 201620, China
    2. Research Center of Shanghai Industrial Big Data and Intelligent System, Shanghai 201620, China
    3. College of Mechanical Engineering,Donghua University, Shanghai 201620, China
    4. Jingwei Textile Machinery Co., Ltd., Beijing 100176, China
    5. China Textile Machinery Association, Beijing 100028, China
  • Received:2022-04-22 Revised:2022-06-12 Published:2022-09-15 Online:2022-09-26
  • Contact: DING Siyi

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PDF (PC)

223

摘要：

针对环锭纺纱全流程自动化生产工艺与工业机器人的深度集成问题,提出了环锭纺纱生产线布局仿真优化方法,构建了生产线协同调度模型,详细阐述了配棉排包、精梳机自动喂棉卷和筒纱外观检测等关键工艺机器人应用场景,提出了以信息互联互通技术为核心的信息集成管控策略,建立了工艺、生产计划、质量、设备及物流一体化智能管控系统,形成了环锭纺纱生产线全流程智能管理模式,实现了基于纱管的纺纱质量追溯。结果表明:所使用的任务调度方法有效提升了相关工序的生产效率,设计的纺纱工艺机器人打通了配棉排包等工艺流程断点,相关技术应用后企业综合生产效率提升22.65%,运营成本降低40%,形成纺纱行业智能化转型典型案例并已向行业推广。

关键词: 环锭纺纱, 机器人, 自动化生产线, 智能管控系统, 工业自动化, 生产效率

Abstract:

Aiming at deep integration of ring spinning full-process automation with industrial robots, a simulation optimization method for ring spinning production line layout was proposed, and a production line collaborative scheduling model was constructed. The application scenarios of key process robots, such as cotton distribution and bale discharge, automatic feeding of cotton rolls by comber and appearance inspection of barrel yarn, were presented in details. An information integrated management and control strategy based on information interconnection technology was proposed, and an intelligent management and control system integrating process, production planning, quality, equipment and logistics was established. The whole process intelligent management mode of ring spinning production line was formed, and the spinning quality traceability based on the yarn tube was achieved. The results show that the task scheduling method effectively improves the production efficiency of related processes. The designed spinning process robot has filled in the process breakpoints such as cotton distribution and bale discharge. After the application of relevant technologies, the comprehensive production efficiency of the enterprise demonstrated an increase of 22.65% and an operating cost reduction of 40%. This technology has been taken as a typical case of intelligent transformation in the spinning industry and is promoted to the industry.

Key words: ring spinning, robot, automatic production line, intelligent control system, industrial automation, production efficiency

中图分类号: 

  • TS112.7

图1

环锭纺纱全流程生产线布局配置"

图2

多批次任务调度方法技术路线"

表1

符号定义"

符号 含义
I 工序级数
i 第几级工序
Zi 第i级工序向下一级工序输出的产品类型数
zi 第i级工序上的第z种产品,当i=0时表示起始工序
N z I 最终产品类型z的数量
Piz 第i级工序的z产品线拥有的工序数量
piz 第i级工序z产品线的第p个工序
R p i z p ' i ' z ' + 工序piz加工1个批次所需的来自工序P'i'z'的产品数量
R p i z - 工序piz的1个加工批次陆续产出的产品数量
L p i z 工序piz的加工总批次
l p i z 工序piz的第l个加工批次
J p i z p ' i ' z ' + 工序piz加工所需p'i'z'工序的产品总数
j p i z p ' i ' z ' + 工序piz加工所需P'i'z'工序的第j个产品
J p i z - 工序piz加工的产/成品总数
j p i z - 工序piz的第j个产/成品
K p i z 工序piz的加工设备总数
k p i z 工序piz中的第k台加工设备
V AGV总数
v 第v辆AGV
t p i z 工序piz上的加工设备加工单位原材料所需时间

表2

决策变量定义"

符号 含义
T j p i z k 第i级工序向下一级工序输出的产品类型数
C j p i z p ' i ' z ' 原料 j p i z p i ' z ' +运送至工序piz的运输任务
x C j p i z p ' i ' z ' v x C j p i z p ' i ' z ' v= 1 , C j p i z p ' i ' z ' 由 小 车 v 运 输 0 , 其 他
y k l p i z y k l p i z= 1 , 工 序 p i z 上 的 第 l 批 次 是 在 机 器 k l p i z 加 工 的 0 , 其 他
u j l p i z p ' i ' z ' u j l p i z p ' i ' z '= 1 , 原 材 料 j p i z p ' i ' z ' + 是 被 第 l 批 次 加 工 的 0 , 其 他
w j l p i z w j l p i z= 1 , 产 品 j p i z - 是 被 第 l 批 次 加 工 的 0 , 其 他

图3

配棉排包系统架构"

图4

仓库管理和调度系统"

图5

精梳机自动喂棉卷机器人单元布局"

图6

自动退空管工作原理 1—拉杆机构; 2—筒管。"

图7

棉条自动接头原理"

图8

牵伸区防堵结构 1—扁风盒; 2—输棉导管; 3—喇叭口; 4—喇叭口座; 5—压花辊A; 6—压花辊B; 7—输送辊; 8—紧定螺钉。"

图9

筒纱检测系统结构"

图10

主要筒纱缺陷检测图像"

图11

筒纱缺陷检测算法流程图"

图12

信息互联互通原理"

图13

纺纱质量追溯技术拓扑结构"

图14

全流程智能纺纱工厂管理系统构造图"

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