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转型升级中纺织工厂设计发展方向的探讨

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-12-21  浏览次数:13
核心提示:作为现代工业的母体,纺织工业拥有悠久的历史,积累了许多宝贵的经验,但随着产业结构、技术装备、生产流程、生产原理的发展与进步,

作为现代工业的母体,纺织工业拥有悠久的历史,积累了许多宝贵的经验,但随着产业结构、技术装备、生产流程、生产原理的发展与进步,特定历史条件下的某些经验造成的巨大惯性,在一定的程度上阻碍了纺织行业的发展。得益于新型学科和交叉学科的快速发展,一些新兴行业相继产生,给传统行业的发展带来了许多的新思路。从人体健康和人文关怀的角度出发,每个行业对于工作条件和环境提出了新的要求。历史悠久的纺织行业需要紧跟现代技术进步和社会发展进行反思和探索。在此,结合广东溢达建设产业园的一些体会对未来纺织工厂设计模式进行一些讨论,希望抛砖引玉为行业的发展提供一些借鉴。

1 纺织工厂设计的发展历程

与不断发展的时尚纺织品一样,纺织工厂也应该成为多彩大自然中的美丽元素。实际上我国纺织工厂先后经历了几个不同的建造阶段,20 世纪五六十年代普遍采用的是锯齿形厂房,遵循生产与生活密切配合的综合设计理念。连续的锯齿形厂房成为了那个时代纺织厂的标志。在采光、产品加工流程、空气温湿度调节等多个方面,锯齿形厂房 的设计理念 为我们积累 了许多宝贵经验。而在相关行出现钢架结构的厂房设计时 ,这些理念才被重新思考和评判,经过大量试验验证后,新式结构的现代化厂房才逐渐被纺织工厂的设计人员借鉴和采用 。20 世纪 80 年代后,我国的纺织工业高速发展,纺织工厂的总体规划整体遵循了以生产为主导的设计理念。为了能更好地控制温湿度,采用了封闭式单层或多层厂房。

虽然中国的纺织业在规模上已成为了世界第一,但还是难以摆脱“夕阳产业”、“污染行业”的歧视看法,究其原因很大程度上是因为纺织工厂给民众留下了较坏的印象,如纺织厂多是飞花和噪声,印染厂则是浓重化学试剂的气味和污水。招工难、工作环境差已然成为现在纺织行业的一种符号。事实上这些落后的属性并不应该是纺织产业的必然特征,作为一个创造“美”和“时尚”、把技术和艺术相结合、衣食住行中的民生支柱型产业,纺织行业完全能够从全新的理念出发,开拓新的业态,利用新的技术,彻底改变纺织产业的运作概念和面貌,成为由传统行业转变为新型制造业的典范。

纺织工厂的设计与建设需综合考虑,因地制宜,利用周围特色,将各类产业有机结合在一起,创建一个新型的复合时尚产业模式。广东溢达桂林新工厂秉承环保、低碳、绿色制造的理念,充分尊重当地的地形地貌,并对已破坏的地貌、生态进行修复;所有建筑材料尽量选用当地特色的环保材料,以降低碳排放为标准完成设计与施工。未来纺织工厂将与周围的自然环境融为一体,成为一个可供消费者参观,展示企业形象和产品品质,促进品牌及产品推广,满足员工工作和生活需求的园林式工厂。

2 未来纺织工厂设计方向

现代纺织工厂不但应该创造舒适的面料还应该提供舒适的工作环境,纺织品设计和研究人员始终追求着服装面料的舒适性,但纺织厂本身的工作环境却非常不舒适,目前影响舒适性的主要有温湿度和噪声两方面。

2.1 温湿度调节

车间空气温湿度调节系统的设计理念,在过去的 100 年里几乎没有太大的改变。设计原则主要是以整体车间为调节范围,以机器和人为调节对象来计算工作负荷,在生产工艺要求、工人的生理要求和能耗等多个方面,采取了一种折衷的、大锅饭式的通过换气次数进行整体调节的模式。目前已有一些先进工厂采用了整体送风与局部送风相结合的空气调节方式,但还没有对人和各工序的温湿度需求分别进行精确调节控制的设计理念和实践体系,还远远达不到人机分离。

2.1.1 传统温湿度调节的局限性

实际上,传统纺织工厂设计的温湿度范围和调控的局限性较大,所加工纤维原料的最佳理化性能要求的温湿度,与车间工作人员所能忍受的温湿度并不能完全匹配。由于受人所能忍受的温湿度限制,前纺车间以及细纱车间的温度一般控制在 40 ℃ 以下,相对湿度范围控制在 70% 以下  。而我们研究发现,当温度接近纤维的玻璃化温度时,纤维的刚性显著下降,纤维更容易实现成纱过程中的内外转移,从而有利于纱线强力的提高以及毛羽的降低  ;由于纺织用纤维玻璃化温度大多在 100℃ 左右,甚至更高,车间的整体调节模式根本无法实现如此高温,所以改变车间结构以及设备的形态结构将会变得非常有研究价值 。

当织造车间温度控制在 27℃左右,而相对湿度控制在 70% 左右,棉织品的织机效率比较高,这是因 为该条件下 浆膜与纱线的力学性能最好  ,而这个温湿度已经接近人所能忍受范围的极限。尽管如此,由于织轴中的纱线从织轴退绕,经过停经片、综丝以及钢筘形成织物,这一段时间实际上一般不超过 10min ,即使车间的温湿度合适,要快速到达纱线的湿度平衡实际上还是比较困难,高的温湿度条件也无法让纱线达到所要求的最佳回潮率。要从根本上解决织造车间温湿度的控制以及降低能耗,必须使织机处于适度封闭的状态来解决这个问题。目前某些织造车间虽然已经采用了整体送风与局部送风温湿度调节的方法  ,并取得了一定的效果,如溢达的色织车间,但是工人的工作环境仍比较恶劣。

车间工人的理想舒适温度应控制在 20 ℃~25℃ ,相对湿度可以偏低掌握。如需达到纤维易加工和工人舒适的双重要求,必须实现人机分离,即对各个工序生产加工区域的温湿度实施局部微气候控制,对各个车间的工作温湿度条件实施车间气候控制。

2.1.2 机器的设计方向

2.1.2.1 增加单独装置控制温湿度

在机器设计的层面,在不同工序应该按照最佳工艺条件对纤维经过的区域温湿度进行局部控制,可以利用单独的装置来实现温湿度的控制。其中徐卫林团队研究的柔洁纺纱技术通过特殊装置,在 须 条 牵 伸 加 捻 的 三 角 区 局 部 实 现100℃以上的高温,对纤维快速加热,从而实现纤维模量的降低,这样可以显著降低成纱毛羽,改善纱线的质量;另外,溢达特纺厂发明的可移动车间局部气候控制装置,可以满足不同纤维原料在纺纱过程中的不同温湿度需求,在一定程度上解决了区域温湿度调节的问题。目前设备大多采用开放式设计,无法实现温湿度的细致控制,全封闭加局部微气候控制的设计理念将是机器设计的发展方向,配合采用多级空调设计,满足不同工序最佳工艺条件对温湿度的需求和人的需求。

2.1.2.2 采用封闭式设计

实际上,现代机械设计与加工的水平早应可以实现整体的封闭式设计,自动化与智能化的技术完全可以解决在封闭式设计下的生产操作问题。封闭式纺织设备的设计有利于飞花的控制以及避免不同颜色原料加工产生的交叉污染,并显著降低能耗及改善车间的工作环境,工人可以在舒适的车间内工作。另一方面,随着人口的急剧增长,全球气温的升高,资源显得日益紧张,各行各业都在向着减少碳排放以及对能源的充分利用方向发展,纺织工厂的设计以及各种机器的设计运行都应该向这个方向发展。

2.2 噪声控制

2.2.1 噪声的危害

对于纺纱织造工厂的工作环境而言,除了上述的温湿度、飞花的问题以外,噪声问题是另一个严重影响工作环境、亟待解决的问题。这些恶劣的工作环境已经到了让人无法忍受的地步,其中以倍捻车间、织造车间最为严重。研究表明,长期处于比较强烈的噪声环境中不仅对听觉器官产生不利影响,而且会引起其他生理改变,包括神经系统、心血管系统以及消化系统等诸多方面 ,倍捻车间的高频噪声甚至对心理健康都会造成影响,织造车间的噪声与高温高湿的恶劣工作环境,让人无法长期工作在其中。有的工人因此患上关节炎、风湿等疾病,细纱机的噪声也往往使得车间内部无法用正常音量交流。

2.2.2 噪声的控制方法

针对纺织厂的噪声控制,国内外学者做了大量的研究工作,也提出了一些解决方案,主要从三方面进行。第一,从声源出发,即从纺织机械本身着手,改进机构及生产工艺,但是细纱、倍捻、织机设备的工作原理使得这些研究取得的效果非常有限。以喷气织机的工作原理为例,喷气的声音与打纬的声音交织在一起,有时还会出现不同设备之间的共鸣,这些都是很难克服的。所以,采用对机器设备封闭的方法应成为在现实条件下解决噪声源问题的一个切实可行的方法。未来如果能采用单机封闭式工作,除了解决上述温湿度的问题之外,对解决噪声的控制将有非常大的作用。第二,从传播途径出发,通过在建筑表面使用吸声材料或吸声结构可以减小噪声 ,但效果有限。也有采用反向声波来消声的方式,但离应用都非常远。第三,从人工防护出发,佩带个人防噪用具等。目前最先进的个人防护耳罩可以做到自动反向频率消除噪声。虽然耳罩的成本偏高,但防护效果良好。耳罩防护的方法虽然可以消除噪声的影响,但在操作上和舒适度上有一定局限性。

2.2.3 单机台的智能化与多机台信息化设计

我们还需要从反思目前纺织厂的生产运作模式上来寻找解决方案。目前纺织设备的设计一直沿用工业革命以来形成的概念设计:即多机台单元组合,单机台多工作单元组合 。这种概念设计很好地解决了大批量生产的要求,成为了非常经典的设计。与这种设计所配套的是操作工人在大范围内的巡回,以检查机器的工作状态和处理质量问题。然而这种大范围的按规定路线的巡回带有非常大的盲性。通常要以增加巡回的频率和增加工人的劳动强度为代价来提高产量和质量。事实上,随着现代电子科技和传感器技术的发展,现代的纺织机械完全可以达到对每个单机台每个工作单元的适时监控和适时数据传输,未来的操作工人应该做到利用手持数据终端的数据指引来处理问题。生产运转的模式也应该由大范围巡回发展成为单点精准处理。做到了这一点,操作工人就可以在需要处理问题时才进入车间噪声环境,大部分时间可以在噪声环境之外观察、监控数据状态。这种模式可以将操作工人与噪声环境隔离,从根本上解决工作环境的问题,是未来的发展方向。

3 全产业链的融合

传统的纺织工业按照加工工序,将纺纱、机织、针织、染色、成衣等单独划分,形成了各自经营管理的模式。各个组织各谋其政,信息交流慢,反应迟缓,效率低下,协调困难,难以保障产品的高品质,要解决这个难题,就必须走产业一体化的道路 ,即现代纺织工厂的效益与质量应该建立在全产业链模式的自动化与信息化的基础之上。香港溢达多年来实践的纺织、染色和服装的全产业链模式就是一个成功的典型,而溢达桂林时尚园项目则是在原有全产业链模式上再创新、再升级,将园区的整个工厂采用一体化概念及高度信息化和自动化设计,同时追求生产过程的绿色环保,做到环境保护和持续发展并重的建设思路,为未来纺织工厂的设计发展提供一定的参考。

4 结束语

全球新一轮信息和科学技术为纺织产业等传统行业的转型升级带来了前所未有的机会。特别是以人机智能交互为特征的转型升级,这种交互作用不仅仅在人与各个机器之间,更是深入到了各个企业的各个功能之中。信息系统可以将产品设计、生产制造、经营管理、物流配送、市场营销等各个环节连接成为一个有机体,形成响应迅速、功能更强大的一体化系统。智能制造将成为今后纺织装备的重要发展方向,是先进制造技术、信息技术和智能技术在装备产品上的集成和融合。需要强调的是,智能制造不会因为增加了信息网络和高度的自动化设备而自动发生,它必须要以坚实的基础管理和精益生产体系为依托。目前低端产能向东南亚国家转移是行业短期获利的一个途径,但绝对不是终极路径,纺织产业的终极路径在于产业链的整合和技术设备的升级。产业链整合和升级是大势所趋,绿色制造、智能制造将成为未来纺织服装行业发展的重要方向。

 
 
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