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

我校胡旭東教授領銜完成的“高性能無縫緯編智能裝備創(chuàng)制及產業(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參數(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。

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)，還能在生產過程中不斷改變衣服的顏色、花樣。

“全成型無縫編織技術改變了全球緯編織物長期以來縫接成衣的生產模式。”項目組成員，浙江理工大學機械與自動控制學院教授吳震宇介紹。

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)傾向于生產多品種、小批量的紡織品，對生產技術也提出了更高要求。

傳統(tǒng)的多設備配合的三段式制造工藝不僅生產流程長，綜合效能低，也無法響應市場多樣化的需求。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與裝備，但在我國至今未能實現(xiàn)大規(guī)模產業(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路線，突破了傳統(tǒng)織物的多工序拼接技術瓶頸，實現(xiàn)了織物的全成型編織。不僅大大節(jié)省了設備、簡化了流程，也更能適應市場個性化的需求。

這一成果現(xiàn)已被紡織龍頭企業(yè)推廣應用，并歷經十余年的市場考驗，圓型緯編針織機產品、電腦橫機控制器等產品在行業(yè)內同類產品銷量居前二。數(shù)據(jù)顯示，無縫緯編裝備及智能控制系統(tǒng)等產品近三年新增產值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，攻克了復雜機電系統(tǒng)可靠運行的難題，保障了規(guī)?；I(yè)生產的需求。

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動器，通過觀察、記錄流經選針器的電流變化趨勢，提前預判織針工作狀態(tài)是否正常，從而實現(xiàn)預警。經測試，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”，使得線路串擾率降低了95%，保障了設備的可靠運行。

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，而新設備每月大概只需2-3小時，聯(lián)網極大減少了維修時間……在加工多品種小批量產品時，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。”胡旭東說。

此外，團隊還發(fā)明了密布型軌道三角結構，有效提升了裝備工作效率。同一臺設備，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，較市場同類產品提花路數(shù)提升50%，為規(guī)?；墓I(yè)生產提供了便捷。

打造智能化“數(shù)字車間”

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

針對企業(yè)大多存量設備都不具備聯(lián)網功能，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)鏈路快速構建的通用網關，為不同設備之間互聯(lián)互通架設了一座橋梁。

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

改造后，單機設備利用率達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)互通技術方面處于國際領先水平。

胡旭東說，“中國紡織行業(yè)正在加快轉型升級，我們以智能制造為手段，加快新一代信息技術與紡織業(yè)融合的創(chuàng)新發(fā)展，推動紡織產業(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

內容來源 /科學技術處、黨委宣傳部

文字 / 石叢珊

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