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作為現代工業的母體,紡織工業擁有悠久的歷史,積累了許多寶貴的經驗,但隨著產業結構、技術裝備、生產流程、生產原理的發展與進步,特定歷史條件下的某些經驗造成的巨大慣性,在一定的程度上阻礙了紡織行業的發展。得益于新型學科和交叉學科的快速發展,一些新興行業相繼產生,給傳統行業的發展帶來了許多的新思路。從人體健康和人文關懷的角度出發,每個行業對于工作條件和環境提出了新的要求。歷史悠久的紡織行業需要緊跟現代技術進步和社會發展進行反思和探索。在此,結合廣東溢達建設產業園的一些體會對未來紡織工廠設計模式進行一些討論,希望拋磚引玉為行業的發展提供一些借鑒。

1 紡織工廠設計的發展歷程

與不斷發展的時尚紡織品一樣,紡織工廠也應該成為多彩大自然中的美麗元素。實際上我國紡織工廠先后經歷了幾個不同的建造階段,20 世紀五六十年代普遍采用的是鋸齒形廠房,遵循生產與生活密切配合的綜合設計理念。連續的鋸齒形廠房成為了那個時代紡織廠的標志。在采光、產品加工流程、空氣溫濕度調節等多個方面,鋸齒形廠房 的設計理念 為我們積累 了許多寶貴經驗。而在相關行出現鋼架結構的廠房設計時 ,這些理念才被重新思考和評判,經過大量試驗驗證后,新式結構的現代化廠房才逐漸被紡織工廠的設計人員借鑒和采用 。20 世紀 80 年代后,我國的紡織工業高速發展,紡織工廠的總體規劃整體遵循了以生產為主導的設計理念。為了能更好地控制溫濕度,采用了封閉式單層或多層廠房。

雖然中國的紡織業在規模上已成為了世界第一,但還是難以擺脫“夕陽產業”、“污染行業”的歧視看法,究其原因很大程度上是因為紡織工廠給民眾留下了較壞的印象,如紡織廠多是飛花和噪聲,印染廠則是濃重化學試劑的氣味和污水。招工難、工作環境差已然成為現在紡織行業的一種符號。事實上這些落后的屬性并不應該是紡織產業的必然特征,作為一個創造“美”和“時尚”、把技術和藝術相結合、衣食住行中的民生支柱型產業,紡織行業完全能夠從全新的理念出發,開拓新的業態,利用新的技術,徹底改變紡織產業的運作概念和面貌,成為由傳統行業轉變為新型制造業的典范。

紡織工廠的設計與建設需綜合考慮,因地制宜,利用周圍特色,將各類產業有機結合在一起,創建一個新型的復合時尚產業模式。廣東溢達桂林新工廠秉承環保、低碳、綠色制造的理念,充分尊重當地的地形地貌,并對已破壞的地貌、生態進行修復;所有建筑材料盡量選用當地特色的環保材料,以降低碳排放為標準完成設計與施工。未來紡織工廠將與周圍的自然環境融為一體,成為一個可供消費者參觀,展示企業形象和產品品質,促進品牌及產品推廣,滿足員工工作和生活需求的園林式工廠。

2 未來紡織工廠設計方向

現代紡織工廠不但應該創造舒適的面料還應該提供舒適的工作環境,紡織品設計和研究人員始終追求著服裝面料的舒適性,但紡織廠本身的工作環境卻非常不舒適,目前影響舒適性的主要有溫濕度和噪聲兩方面。

2.1 溫濕度調節

車間空氣溫濕度調節系統的設計理念,在過去的 100 年里幾乎沒有太大的改變。設計原則主要是以整體車間為調節范圍,以機器和人為調節對象來計算工作負荷,在生產工藝要求、工人的生理要求和能耗等多個方面,采取了一種折衷的、大鍋飯式的通過換氣次數進行整體調節的模式。目前已有一些先進工廠采用了整體送風與局部送風相結合的空氣調節方式,但還沒有對人和各工序的溫濕度需求分別進行精確調節控制的設計理念和實踐體系,還遠遠達不到人機分離。

2.1.1 傳統溫濕度調節的局限性

實際上,傳統紡織工廠設計的溫濕度范圍和調控的局限性較大,所加工纖維原料的最佳理化性能要求的溫濕度,與車間工作人員所能忍受的溫濕度并不能完全匹配。由于受人所能忍受的溫濕度限制,前紡車間以及細紗車間的溫度一般控制在 40 ℃ 以下,相對濕度范圍控制在 70% 以下 。而我們研究發現,當溫度接近纖維的玻璃化溫度時,纖維的剛性顯著下降,纖維更容易實現成紗過程中的內外轉移,從而有利于紗線強力的提高以及毛羽的降低 ;由于紡織用纖維玻璃化溫度大多在 100℃ 左右,甚至更高,車間的整體調節模式根本無法實現如此高溫,所以改變車間結構以及設備的形態結構將會變得非常有研究價值 。

當織造車間溫度控制在 27℃左右,而相對濕度控制在 70% 左右,棉織品的織機效率比較高,這是因 為該條件下 漿膜與紗線的力學性能最好 ,而這個溫濕度已經接近人所能忍受范圍的極限。盡管如此,由于織軸中的紗線從織軸退繞,經過停經片、綜絲以及鋼筘形成織物,這一段時間實際上一般不超過 10min ,即使車間的溫濕度合適,要快速到達紗線的濕度平衡實際上還是比較困難,高的溫濕度條件也無法讓紗線達到所要求的最佳回潮率。要從根本上解決織造車間溫濕度的控制以及降低能耗,必須使織機處于適度封閉的狀態來解決這個問題。目前某些織造車間雖然已經采用了整體送風與局部送風溫濕度調節的方法 ,并取得了一定的效果,如溢達的色織車間,但是工人的工作環境仍比較惡劣。

車間工人的理想舒適溫度應控制在 20 ℃~25℃ ,相對濕度可以偏低掌握。如需達到纖維易加工和工人舒適的雙重要求,必須實現人機分離,即對各個工序生產加工區域的溫濕度實施局部微氣候控制,對各個車間的工作溫濕度條件實施車間氣候控制。

2.1.2 機器的設計方向

2.1.2.1 增加單獨裝置控制溫濕度

在機器設計的層面,在不同工序應該按照最佳工藝條件對纖維經過的區域溫濕度進行局部控制,可以利用單獨的裝置來實現溫濕度的控制。其中徐衛林團隊研究的柔潔紡紗技術通過特殊裝置,在 須 條 牽 伸 加 捻 的 三 角 區 局 部 實 現100℃以上的高溫,對纖維快速加熱,從而實現纖維模量的降低,這樣可以顯著降低成紗毛羽,改善紗線的質量;另外,溢達特紡廠發明的可移動車間局部氣候控制裝置,可以滿足不同纖維原料在紡紗過程中的不同溫濕度需求,在一定程度上解決了區域溫濕度調節的問題。目前設備大多采用開放式設計,無法實現溫濕度的細致控制,全封閉加局部微氣候控制的設計理念將是機器設計的發展方向,配合采用多級空調設計,滿足不同工序最佳工藝條件對溫濕度的需求和人的需求。

2.1.2.2 采用封閉式設計

實際上,現代機械設計與加工的水平早應可以實現整體的封閉式設計,自動化與智能化的技術完全可以解決在封閉式設計下的生產操作問題。封閉式紡織設備的設計有利于飛花的控制以及避免不同顏色原料加工產生的交叉污染,并顯著降低能耗及改善車間的工作環境,工人可以在舒適的車間內工作。另一方面,隨著人口的急劇增長,全球氣溫的升高,資源顯得日益緊張,各行各業都在向著減少碳排放以及對能源的充分利用方向發展,紡織工廠的設計以及各種機器的設計運行都應該向這個方向發展。

2.2 噪聲控制

2.2.1 噪聲的危害

對于紡紗織造工廠的工作環境而言,除了上述的溫濕度、飛花的問題以外,噪聲問題是另一個嚴重影響工作環境、亟待解決的問題。這些惡劣的工作環境已經到了讓人無法忍受的地步,其中以倍捻車間、織造車間最為嚴重。研究表明,長期處于比較強烈的噪聲環境中不僅對聽覺器官產生不利影響,而且會引起其他生理改變,包括神經系統、心血管系統以及消化系統等諸多方面 ,倍捻車間的高頻噪聲甚至對心理健康都會造成影響,織造車間的噪聲與高溫高濕的惡劣工作環境,讓人無法長期工作在其中。有的工人因此患上關節炎、風濕等疾病,細紗機的噪聲也往往使得車間內部無法用正常音量交流。

2.2.2 噪聲的控制方法

針對紡織廠的噪聲控制,國內外學者做了大量的研究工作,也提出了一些解決方案,主要從三方面進行。第一,從聲源出發,即從紡織機械本身著手,改進機構及生產工藝,但是細紗、倍捻、織機設備的工作原理使得這些研究取得的效果非常有限。以噴氣織機的工作原理為例,噴氣的聲音與打緯的聲音交織在一起,有時還會出現不同設備之間的共鳴,這些都是很難克服的。所以,采用對機器設備封閉的方法應成為在現實條件下解決噪聲源問題的一個切實可行的方法。未來如果能采用單機封閉式工作,除了解決上述溫濕度的問題之外,對解決噪聲的控制將有非常大的作用。第二,從傳播途徑出發,通過在建筑表面使用吸聲材料或吸聲結構可以減小噪聲 ,但效果有限。也有采用反向聲波來消聲的方式,但離應用都非常遠。第三,從人工防護出發,佩帶個人防噪用具等。目前最先進的個人防護耳罩可以做到自動反向頻率消除噪聲。雖然耳罩的成本偏高,但防護效果良好。耳罩防護的方法雖然可以消除噪聲的影響,但在操作上和舒適度上有一定局限性。

2.2.3 單機臺的智能化與多機臺信息化設計

我們還需要從反思目前紡織廠的生產運作模式上來尋找解決方案。目前紡織設備的設計一直沿用工業革命以來形成的概念設計:即多機臺單元組合,單機臺多工作單元組合 。這種概念設計很好地解決了大批量生產的要求,成為了非常經典的設計。與這種設計所配套的是操作工人在大范圍內的巡回,以檢查機器的工作狀態和處理質量問題。然而這種大范圍的按規定路線的巡回帶有非常大的盲性。通常要以增加巡回的頻率和增加工人的勞動強度為代價來提高產量和質量。事實上,隨著現代電子科技和傳感器技術的發展,現代的紡織機械完全可以達到對每個單機臺每個工作單元的適時監控和適時數據傳輸,未來的操作工人應該做到利用手持數據終端的數據指引來處理問題。生產運轉的模式也應該由大范圍巡回發展成為單點精準處理。做到了這一點,操作工人就可以在需要處理問題時才進入車間噪聲環境,大部分時間可以在噪聲環境之外觀察、監控數據狀態。這種模式可以將操作工人與噪聲環境隔離,從根本上解決工作環境的問題,是未來的發展方向。

3 全產業鏈的融合

傳統的紡織工業按照加工工序,將紡紗、機織、針織、染色、成衣等單獨劃分,形成了各自經營管理的模式。各個組織各謀其政,信息交流慢,反應遲緩,效率低下,協調困難,難以保障產品的高品質,要解決這個難題,就必須走產業一體化的道路 ,即現代紡織工廠的效益與質量應該建立在全產業鏈模式的自動化與信息化的基礎之上。香港溢達多年來實踐的紡織、染色和服裝的全產業鏈模式就是一個成功的典型,而溢達桂林時尚園項目則是在原有全產業鏈模式上再創新、再升級,將園區的整個工廠采用一體化概念及高度信息化和自動化設計,同時追求生產過程的綠色環保,做到環境保護和持續發展并重的建設思路,為未來紡織工廠的設計發展提供一定的參考。

4 結束語

全球新一輪信息和科學技術為紡織產業等傳統行業的轉型升級帶來了前所未有的機會。特別是以人機智能交互為特征的轉型升級,這種交互作用不僅僅在人與各個機器之間,更是深入到了各個企業的各個功能之中。信息系統可以將產品設計、生產制造、經營管理、物流配送、市場營銷等各個環節連接成為一個有機體,形成響應迅速、功能更強大的一體化系統。智能制造將成為今后紡織裝備的重要發展方向,是先進制造技術、信息技術和智能技術在裝備產品上的集成和融合。需要強調的是,智能制造不會因為增加了信息網絡和高度的自動化設備而自動發生,它必須要以堅實的基礎管理和精益生產體系為依托。目前低端產能向東南亞國家轉移是行業短期獲利的一個途徑,但絕對不是終極路徑,紡織產業的終極路徑在于產業鏈的整合和技術設備的升級。產業鏈整合和升級是大勢所趨,綠色制造、智能制造將成為未來紡織服裝行業發展的重要方向。