胡首锋
摘 要： 介绍了一个智能物联网在纺织行业的应用方案。利用智能物联网和云数据技术，使多种岗位的工作人员能在计算机上完成大部分工作；利用网络把相应数据传输到纺织机器，并通过软件系统对机器实时运行状态进行监控管理等，从而飞跃式地提高工作效率，降低人工成本，实现纺织行业的产业升级。
关键词： 智慧车间； 物联网； 云数据； 产业升级
中图分类号：TP31 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）06-36-04
Abstract： This paper introduces an intelligent IoT application solution in textile industry. The system uses intelligent IoT and cloud data technology to help staff complete most work on the computer， and send corresponding data to the textile machines via network， while monitoring and managing real-time running state of machines， so as to improve efficiency， reduce labor costs， achieve the textile industry industrial upgrading.
Key words： intelligent workshop； IoT； cloud data； industrial upgrading
0 引言
中国是纺织品生产和出口的大国，纺织行业经过多年的发展，已具备世界上最完整的产业链和较高的加工配套水平，但同时纺织行业仍是一个劳动密集程度高和对外依存度较大的产业。近些年，随着国际市场的需求萎缩，国内生产成本不断提高，以及国际同业竞争加剧，我国纺织企业感受到前所未有的压力和挑战。在这种形势下，众多纺织企业陷入了生产经营困难的窘境，有些企业已处于停产、半停产状态，甚至倒闭。因此，自主创新、节约成本，实现产业升级，才是纺织企业走出困境的良方[1]。
1 行业现状与解决方案
1.1 行业现状
当前，大多数纺织企业内的机器设备，包括棉袜机、丝袜机、内衣机、大小圆机等，其工作模式主要是单机模式，生产车间智能化程度很低，在生产管理过程中需要大量人力资源的参与。
下面以内衣机车间的生产流程为例来说明。
当纺织企业接到订单后，车间主任安排生产计划，由人工配置好各类资源（包括机器、人员、原材料等），并排定生产任务和日期。接下来，由打样师傅制作花型文件，并输入到工作机器里，同时挡车工领料并进行生产活动。在生产过程中，挡车工要24小时不间断地在现场监视机器运行状况，处理生产中可能的异常情况，同时质检员要检查产品质量，车间管理员要统计各种生产数据等。
在人力大量参与的生产活动中，由于人员的素质参差不齐、人力容易疲劳等特点，容易造成生产效率低下；同时，随着人力成本不断提高，导致了生产成本居高不下。纺织企业普遍希望能够提供一种解决方案，既能提高生产效率，又能减少生产人员。
1.2 解决方案
为了解决上述问题，我们提出智慧车间的概念。系统利用智能物联网和云数据技术，通过计算机与纺织机器联网，使得多种岗位的工作人员能在计算机上完成大部分工作，并利用网络把相应数据传输到纺织机器，同时通过软件系统对机器实时运行状态进行监控管理等[2]。
下面仍以内衣机车间的生产流程为例来说明智慧车间的解决方案。
通过本系统，车间主任在安排生产计划时，先对纺织机器进行分组管理，并对分组机器的生产任务进行排班；打样师傅编好花型后，通过网络把花型文件发送给相应的纺织机器；机修人员在监控室对所有纺织机器的实时运行状态进行集中监视，并根据机器报警信息及时处理各种异常情况；挡车工主要在监控室监视机器生产活动，偶尔巡查机器运行情况，并处理编织异常、整理织物等；质检员在检查织物质量时就同步录入织物质量和生产数据；最后，系统自动统计并生成生产管理员所需的各种机器生产数据和报表。
同时，本系统还提供接口，实现与车间物流系统、企业ERP管理系统等对接。
2 系统总体设计
该系统网络采用基于TCP/IP协议或UDP协议的C/S架构[3]，应用分级控制结构，范围包括：纺织设备制造厂家（机械厂）和纺织设备应用厂家（纺织厂）。其中，纺织厂内网络分三级：厂级网络，主干控制网络和设备组控制网络，分别布置在总厂、厂区和车间。纺织厂内监视器、管理PC及内衣机、袜机、圆机等设备作为客户端，连接到服务器和数据库；机械厂服务器通过Internet广域网连接到纺织厂服务器[4]；质检设备通过Modbus协议与纺织设备控制系统连接[5]。
该系统包含两大子系统：智慧车间子系统和云数据业务子系统。其中，智慧车间子系统通过网络对纺织厂内的内衣机、袜机、大小圆机等机器进行监控和管理，实现系统管理、用户管理、设备管理、文件管理、生产管理、报警管理和查询统计等功能；云数据业务子系统通过网络收集纺织厂家相关数据，并为机械厂提供远程数据分析、远程业务操作、分期付款管理和远程维护等功能。该系统网络架构如图1所示。
3 系统的详细设计与实现
3.1 智慧车间子系统
3.1.1 系统管理
提供系统管理和参数设置等功能。
服务器管理：启动或关闭服务器模块和看门狗，连接数据库，确保服务器正常运行。
参数设置：设置服务器IP、端口号，花型文件目录等系统参数。
界面设置：设置软件界面风格。
语言设置：设置软件语言种类（支持中英文）。
以上参数数据保存在本机注册表或数据库中。
3.1.2 用户管理
提供用户权限设置功能。
权限设置：把权限分为菜单权限和机器管理权限。其中菜单权限指对该菜单项是否可操作；机器管理权限针对机器群组级别，即可以对包含在该群组内的所有机器进行操作。每个用户可以分配多种角色，每个角色可以分配多种权限，即通过“用户——角色——权限”的多对多对应关系，来最终确定用户的权限。
用户设置：设置和查询用户相关的信息。
密码设置：设置用户的登录密码。
用户在客户端输入用户名和密码，服务器校验密码正确性，并返回结果，包括详细的用户信息和角色信息。客户端依据用户角色，分别显示对应的菜单项和部门信息。每个用户的权限是用户的所有角色的权限集合。
3.1.3 设备管理
提供设备管理功能。设置机器信息有两种方式。
⑴ 用户在客户端输入IP地址范围，系统自动搜索IP符合条件的机器并判断网络是否有效，如果有效，则系统自动增加一条机器信息。
⑵ 机器开机时，自动向服务器发送注册消息，服务器登记该设备信息，该信息只需要注册一次。
用户设置工作组和机器信息后，通过“工作组——机型”的多对多对应关系来确定机器管理权限。
机器开关机或开停机时，向服务器发送状态登记消息，系统自动记录机器状态。同时，服务器向所有客户端发送机器状态消息，更新客户端中相应机器的状态（如：离线为灰色；运转为绿色；停止为黄色等）。
服务器每隔一段时间自动检查所有机器的网络状态，并修改相应机器的在线状态。
用户在客户端选中机器，打开实时监控界面，可以查看机器运行状况的数据。用户在客户端发送机器状态查询指令，机器把当前运行状态的数据返回给客户端，并每隔一段时间自动更新一次。当多个客户端查询同一台机器的实时运行状态，机器只需要把数据发送给服务器，由服务器分发给所有客户端。
用户在客户端通过服务器可向机器发送操作命令。在机器进入受控状态后，用户可以通过模拟键盘远程操控机器（如运行，停止，加油，灯控制等操作）。
3.1.4 文件管理
提供文件（包括花型文件、配置文件等）管理功能。花型文件支持多种格式，用不同的文件后缀名来区分。用户可以查询下位机的目录和文件列表，把下位机的文件删除或下载到本地，也可以把本地的文件上传给多台下位机。
提供下位机程序升级服务，把本地的升级程序文件传给多台下位机，并升级下位机。
3.1.5 生产管理
提供生产计划管理功能。用户填写订单并分配执行该订单的机器分组，系统自动把订单转成生产计划单，并分发给相应的纺织机器。纺织机器按照生产计划分配的花型进行编织，在该生产计划达到计划产量的某个百分比时，系统自动发出提醒信息，并自动重新分配每台机器的计划产量。因为纺织机器编织效率不尽相同，往往在开始时所有机器平均分配订单计划产量。当产量达到一定量后，每台机器按照等差配额原则分配剩余的计划产量。这样，机器会逐台完成生产任务，方便管理人员按照下个订单准备所需的物料、花型文件等。
用户可以按条件查询订单或生产计划，也可以取消生产计划。机器可以实时发送生产数据给服务器，用户也可以通过查询获取生产计划的实际执行情况。
3.1.6 报警管理
提供报警管理功能。用户可以通过系统设置报警屏蔽列表，并上传给纺织机器。当纺织机器有报警时，自动发送报警信息给服务器。系统收到报警后，自动在报警监视器上闪烁显示，并转发给有相应权限的在线客户端。如果有多条未处理报警，则这些报警信息轮流显示。
挡车工看到报警信息后，到现场处理完报警问题；然后在客户端打开报警信息，填写报警处理方法；同时纺织机器报警消除后，通知系统自动把报警状态改为“已处理”，系统自动填写处理时间。
用户可以按条件查询报警信息。
3.1.7 查询统计
提供查询各种统计数据的功能，如生产数据、报警数据等，并把查询结果保存成文件或打印。
3.2 云数据业务子系统
3.2.1 文件管理
机械厂工作人员可以远程查看纺织机器文件列表，并把新研制的花型文件或机器配置文件上传给纺织机器，协助客户开发新产品。
3.2.2 报警管理
机械厂工作人员可以远程查看纺织机器出现的故障问题，并提供维修建议和解决问题方法。
3.2.3 分期付款
机械厂工作人员可以远程设定机器分期付款的日期；可以远程锁定未按期付款的机器运转速度；可以远程解锁已按期付款的机器运转速度；系统自动发送分期付款解锁密码，可以解除机器的当月或全部分期付款日期等。
3.2.4 查询统计
机械厂工作人员可以远程查询、统计纺织机器出现的故障数据等，用于改进新一代机器或开发新需求。
4 技术指标及应用效果
4.1 技术指标
⑴ 支持内衣机、丝袜机、棉袜机及圆机等各类机器设备接入网络；
⑵ 支持工厂、车间多级远程数据与指令交互，实现智能化管理；
⑶ 系统支持的机器数量无限制，可依照纺织企业实际情况进行配置；
⑷ 系统布置方便，除纺织机器控制系统外，只需要有网络支持；
⑸ 系统具备接口连接ERP系统、物流管理系统等，为企业级的智能化管理提供支持。
4.2 应用效果
通过本系统，把纺织企业内所有机器设备连成网络并与计算机实现数据交互，从而使工作人员能够远程管理车间内机器设备及生产活动，大幅度提高生产效率，节省人力和生产成本。本解决方案的应用效果最直接体现在两方面：①有效缩减纺织企业工人数量；②有效提高纺织员工工作效率，以及机器生产效率。
5 结束语
本解决方案已应用在多家纺织企业，能有效提高纺织生产效率，减少纺织人工成本，从而使企业获得更好的收益。由此可见，通过智能物联网和云数据技术在纺织行业的推广应用，能够大幅度提高纺织企业竞争力，加快我国纺织行业的转型升级，解决需求不足和成本提高给企业造成的困难，为我国纺织行业实现产业升级作出贡献。
参考文献（References）：
[1] 杨纪朝.纺织行业现状与发展分析[J].棉纺织技术，2011.1.
[2] 万笛.电脑横机远程在线监控系统的设计[J].机电产品开发
与创新，2012.2：137-139
[3] GB/T 9387.1-1998信息技术 开放系统互连 基本参考模
型 第1部分：基本模型（IDT ISO/IEC 7498-1：1994）
[4] FZ/T 90108-2010.针织设备网络管理通信接口和规范.
[5] GB/T 19582.3-2008.基于Modbus协议的工业自动化网
络规范 第3部分：Modbus协议在TCP/IP上的实现指南.
