北京机械工业自动化研究所：化纤生产智能化的引领者
——2015年度中国纺织工业联合会产品开发贡献奖获奖企业撷英（一）
北京机械工业自动化研究所（以下简称“北自所”）创建于1954年，是原机械工业部直属的综合性科研机构，现为国务院国资委监管的大型科技企业。北自所致力于制造业领域自动化、信息化、智能化技术的创新、研究、开发和应用，以满足制造业发展需求为目标，为客户提供包括开发、设计、制造、安装及服务的整体解决方案。凭借先进的技术和优质的服务，北自所成为众多制造业企业集成化装备和系统解决方案的供应商，奠定了其在制造业自动化领域中的领先地位。
纺织行业是劳动密集型产业，传统的资源消耗以及劳动力持续投入发展模式已经难以为继，自动化、智能化将成为改造传统纺织产业、推进产业转型升级的有效途径。尤其是近几年在招工难、用工成本高企的背景下，不少企业开始通过机器换人来实现减员增效，不仅有效解决了用工缺乏，缓解了劳动力成本持续上涨带来的压力，而且显著提高了生产效率，从而增大盈利空间。
为了满足纺织行业特别是化纤行业对自动化、智能化装备的需求，北自所发挥数十年自动控制技术研究与系统集成的优势开发了“全自动落丝系统”，并与江苏盛虹合作共同研发了“化纤生产智能物流系统”。两套系统均通过科技成果鉴定，总体技术达到国际先进水平。
北自所物流技术工程研究中心副主任王勇研究员深度参与了两套系统的开发。据王勇介绍，北自所早在上世纪90年代就涉足纺织领域，曾在仪征化纤建成涤纶长丝自动化立体仓库。2008年，北自所承建巨石集团的玻璃纤维生产线物流系统，这套先进的系统受到桐乡当地化纤企业的关注。
在深入调研化纤企业的需求后，北自所开始设计研发相应的自动化解决方案，成功推出了全自动落丝系统、化纤生产智能物流系统。
据了解，全自动落丝系统的问世不仅打破了国外同类产品的垄断，并且凭借便宜50%的价格优势、更高的生产效率以及完善的售后服务迅速受到市场的青睐，累计销售安装100多套，市场占有率达60%以上，天圣、盛虹、恒力、百宏等化纤企业均有应用。化纤生产智能物流系统则进一步打破了过去国外厂商在我国化纤行业高端装备领域的垄断地位，并已在盛虹安装运行。从实际应用效果来看，两套系统能够明显降低用工成本，提高生产效率，提升产品品质，同时，企业的管控一体化程度、信息化技术水平得到提升，在引领纺织行业向智能制造转型方面起到了示范作用。
全自动落丝系统
全自动落丝系统的主要功能为：自动落丝车与卷绕头自动对接后完成自动落丝，并将丝饼暂存于车体中心棒上，丝饼随自动落丝车运行送往平衡间并转运到辅助转运设备上，再由机器人直接抓取并放置在丝车空挂架上。
全自动落丝系统能够完全替代人工实现了落丝、装车及转运过程的自动化，能够满足同时多品种生产按单一批号等级装车的需求，并自动完成丝饼产品信息的全程跟踪及标签打印。针对国内自动落丝生产线单线卷绕设备位数的情况，北自所采用多车、多轴设计，自动落丝车单车可具备 2 ～ 4 根中心棒的，一次复合作业可以落下 2 ～ 4 卡盘轴的丝饼。如果产品满卷时间更短，则可以采用 2 台自动落丝车共同作业，获取最大的效率。目前，该设备的最大处理能力可达到 2 min/轴（平均落丝间隔时间）。
运行中的自动落丝车单车
机器人从辅助转运设备抓取丝饼
此外，全自动落丝系统创新地采用了设备在地面运行的方式，使得设备的检修、维护更加容易。该设计方案的最大优点是对上层空间要求少，可以避开风管系统，方便设备安装。对于国内新建化纤长丝项目而言，全自动落丝系统不需要对厂房、风管等进行重新设计即可进行设备的安装，而且该系统还可以广泛地应用在老厂的升级改造中。
化纤生产智能物流系统
化纤生产智能物流系统实现了卷装从丝车上线、落丝、输送、储存、检验分类、包装到码垛的全程自动化，并且在生产过程中实现数十种品种同时生产，数十种批号、不同等级的丝车交替上线。
化纤生产智能物流系统采用智能跟踪、监控、调度及管理软件技术，实现了丝卷信息的全过程数据监控，保证系统的可靠运行，同时实现了生产的标准化，生产效率得到很大提高；为满足化纤生产过程中，对丝卷和纸箱的搬运需求，研制开发了 4 类机器人手爪，每种手爪都可以根据实际工件要求来调整手指间距，实现化纤生产智能物流的柔性化生产；双工位分配车的控制系统能够智能识别每条码垛通道的状态，并据此调整作业，保证了系统运行的高效性。
系统中的堆垛机采用性能优异的无极调速变频控制，并且堆垛机系统水平方向选择高精度激光认址方式，垂直方向选择编码器认址方式，同时垂直方向再与物理认址片结合，堆垛机控制算法实现减速S形曲线，保证了堆垛机水平方向和垂直方向的高速运行及高精度定位。为保证信息零错误率，系统采用了丝卷信息多点绑定和多重校验技术，在整个系统中设置了多次校验程序，丝卷的整个生产过程被实时监控。多等级丝卷和纸箱智能分道技术允许多品种丝卷和多等级纸箱各在同一条输送线体上运行，并在机器人装箱工位和机器人码垛工位进行分道分类，从而提高输送线体的使用效率和生产效率。
该系统取代了人工分级、拣选、包装等作业，在大幅度减少车间工人数量的同时，降低了工人的劳动强度，能有效提高劳动生产率，增加产量，提高丝卷的优等品率，从而创造更多的经济效益。系统还节省了50%的厂房面积，省掉了1 000多辆丝车，节能效果同样显著。此外，化纤生产智能物流系统配备自动检测、监控装置，实现了生产过程的可监控和可视化以及信息的可追溯性，有利于企业提高和稳定产品质量，实现柔性自动化生产，综合效益明显。
王勇指出，化纤生产智能物流系统的问世，一方面满足了化纤生产企业对价格合适、符合国情的高端物流装备的急迫需求，另一方面也证明了我国纺机行业完全有能力通过合作创新开发出具有世界先进水平的高端自动化、智能化装备。这将引领国内纺机企业加快技术创新，强化数字化、自动化、信息化和智能化技术在装备产品上的综合应用，加快推出受纺织企业欢迎的高端装备，实现产品升级和产业升级，助推我国纺织行业由大到强。
谈及在纺织领域的产品开发动向时，王勇表示，北自所将对现有系统进行持续改进和升级换代，以不断提升竞争力。目前，北自所正在着力研制全自动落丝系统的第 4 代产品，以进一步减少系统占地面积并提高对细旦丝的处理能力。王勇还指出，当前化纤生产工序的自动连接和与智能物流系统的融合还比较欠缺，北自所将立足自身的研发基础和工程实施经验，满足化纤企业的个性化需求，打造数字化工厂，为企业提供完整的解决方案，进一步推动化纤生产的自动化和智能化。
据王勇透露，北自所将携全自动落丝系统和化纤生产智能物流系统亮相今年10月的中国国际纺机展，预计将成为展会的一大看点。