[00118965]低功耗环锭纺纱智能工厂建设项目

1.课题来源与背景 课题来源：中华人民共和国工业与信息化部“2018年智能制造新模式应用项目”。 课题背景：棉花种植与精深加工是新疆重要的民生支柱产业,纺纱是其中加工流程最长、工序最复杂、附加值最高的核心过程。同时也是典型的能耗密集型行业,单车间的年均电耗超2000万元,国内纺纱年耗电量超600亿度。环锭纺是生产高端纱线的主流工艺,当前环锭纺车间能耗有效利用率不足75%,降耗潜力巨大。本项目通过建设智能工厂来探索环锭纺绿色发展道路,对于实现我国早日实现“碳达峰、碳中和”的战略目标,具有重要的意义。 2.技术原理及性能指标 技术原理：本课题从省原料、提效率、降能耗三大抓手出发,设计环锭纺纱智能工厂模型;搭建“环锭纺纱工业互联网平台”和“基于环锭纺纱工业大数据平台”2个工业平台;突破“环锭纺超低功耗纺纱装备”和“筒纱自动转运系统”2项关键短板装备;运用“基于人工智能的快速异纤识别系统”和“基于人工智能的能耗实时分析方法”2项人工智能技术;攻克“全流程设备能耗管控”、“温湿度智能管控”、“生产过程精准节约”、“夜间无人值守”4项关键技术;建立1座低功耗环锭纺纱智能工厂,并进行产业推广。 性能指标：1)车间信息化覆盖率100%;2)生产过程参数采集≥10000项;3)数据传输速度≥1Gb/s;4)涵盖梳棉、并条、粗纱、细纱纺纱全流程车间分析管控算法≥4类;5)系统交互延时≤10ms;6)在19000转/分钟条件下,断头率小于10（纯棉）次/千锭,20（化纤）次/千锭;7)纺纱张力波动小于3%;8)可宽范围适用于68.75mm的短纤和75mm的长纤环锭纺;9)吨纱耗电量≤3242度/吨纱;10)人均产量≥45.60吨/人.年;11)年平均产品不良率≤0.079%;12)平均产品升级周期≤24天;13)运营成本≤5952.23元/吨。 3.技术的创造性与先进性 通过本项目的实施,建成了以低功耗为主要特色的环锭纺智能化工厂,攻克了行业内的关键技术。申请专利14项,已获得授权专利6项,发表SCI等论文3篇,登记软件著作权8项,发布企业标准草案3项。形成了国内环锭纺纱领域领先,与国际先进水平一致的产能水平、质量控制水平、能耗管理水平和生产成本控制能力。 1)多机协同的环锭纺纱纤维绿色制造装备集群 设计节能龙带驱动与张力预警系统,精准匹配锭子驱动需求与电机的扭矩供给,保证细纱良好成型,减少断纱;研发高速节能锭子及其润滑系统,同等能耗下细纱转速从1.8提升至1.9万转/分;开发环锭纺无人/少人值守的巡检与运维机器人,设计车间多机器人作业的指令交互、动作协同与自适应路径规划方法,初步实现全天候无人/少人化作业。 2)环锭纺纱连续/离散混合型制造数字主线时空链接技术 设计多通讯协议共融的数据交互方法,实现环锭纺纱设备之间的互联互通和全生命周期数据的实时采集;提出基于稀疏自编码器的数据降维方法,为生产过程数字主线提供高质、海量数据资源;建立纺纱全流程连续/离散混合型数字主线,实现多时空维度下纤维流、数据流、控制流标识精准映射; 3)大数据驱动的纺纱过程能效预测式调控方法 分析新疆气候特点,设计纺纱车间温湿度场分析管控模型,实现纤维生产温湿度平衡,降低纱线断头率7.23%;分析南北疆棉花结构特性,设计基于循环神经网络的产品工期预测方法,实现预反应式车间生产调度,人均产能提高30.25%;设计基于卷积神经网络的设备故障自适应上下预警界生成方法,实现断纱频发、条干不匀等异常状态的自动诊断;设计基于特征自匹配迁移学习的纺纱全流程能耗监测方法与管控模型,实现全流程设备能耗的优化控制,吨纱耗电降低23.53%。 4.技术的成熟程度,适用范围和安全性 技术成熟度：7级,通过工程样机,在实际使用的环境中,对产品或关键技术进行试验验证,全部功能和技术指标满足要求,并且具备在实际使用环境中进行测试和验证的可行性。适用范围：纺纱行业。安全性：安全。 5.应用情况及存在的问题 应用情况：本公司以建成的低功耗环锭纺纱智能工厂为蓝本,目前已推广应用到库尔勒园区9个工厂,以及奎屯、麦盖提、乌兹别克斯坦三个园区。项目期间通过成本节约产生的经济效益达19557万元。并将建设纺纱领域低功耗流程性智能制造示范基地,利用新疆的原材料优势与地区覆盖优势,带动全疆、全国纺纱产业向绿色化、智能化转型升级。 存在的问题：我国在环锭纺纱核心设备长期依赖国外进口,高性能材料在国内的生产效率不高,质量稳定性不强,国外设备端口不对外开放,与国产设备互联互通缺少标准的支持。