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作為現(xiàn)代工業(yè)的母體,紡織工業(yè)擁有悠久的歷史,積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn),但隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)裝備、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)原理的發(fā)展與進(jìn)步,特定歷史條件下的某些經(jīng)驗(yàn)造成的巨大慣性,在一定的程度上阻礙了紡織行業(yè)的發(fā)展。得益于新型學(xué)科和交叉學(xué)科的快速發(fā)展,一些新興行業(yè)相繼產(chǎn)生,給傳統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展帶來了許多的新思路。從人體健康和人文關(guān)懷的角度出發(fā),每個(gè)行業(yè)對(duì)于工作條件和環(huán)境提出了新的要求。歷史悠久的紡織行業(yè)需要緊跟現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展進(jìn)行反思和探索。在此,結(jié)合廣東溢達(dá)建設(shè)產(chǎn)業(yè)園的一些體會(huì)對(duì)未來紡織工廠設(shè)計(jì)模式進(jìn)行一些討論,希望拋磚引玉為行業(yè)的發(fā)展提供一些借鑒。

1 紡織工廠設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程

與不斷發(fā)展的時(shí)尚紡織品一樣,紡織工廠也應(yīng)該成為多彩大自然中的美麗元素。實(shí)際上我國紡織工廠先后經(jīng)歷了幾個(gè)不同的建造階段,20 世紀(jì)五六十年代普遍采用的是鋸齒形廠房,遵循生產(chǎn)與生活密切配合的綜合設(shè)計(jì)理念。連續(xù)的鋸齒形廠房成為了那個(gè)時(shí)代紡織廠的標(biāo)志。在采光、產(chǎn)品加工流程、空氣溫濕度調(diào)節(jié)等多個(gè)方面,鋸齒形廠房 的設(shè)計(jì)理念 為我們積累 了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。而在相關(guān)行出現(xiàn)鋼架結(jié)構(gòu)的廠房設(shè)計(jì)時(shí) ,這些理念才被重新思考和評(píng)判,經(jīng)過大量試驗(yàn)驗(yàn)證后,新式結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代化廠房才逐漸被紡織工廠的設(shè)計(jì)人員借鑒和采用 。20 世紀(jì) 80 年代后,我國的紡織工業(yè)高速發(fā)展,紡織工廠的總體規(guī)劃整體遵循了以生產(chǎn)為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)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(yè)在規(guī)模上已成為了世界第一,但還是難以擺脫“夕陽產(chǎn)業(yè)”、“污染行業(yè)”的歧視看法,究其原因很大程度上是因?yàn)榧徔椆S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(xué)試劑的氣味和污水。招工難、工作環(huán)境差已然成為現(xiàn)在紡織行業(yè)的一種符號(hào)。事實(shí)上這些落后的屬性并不應(yīng)該是紡織產(chǎn)業(yè)的必然特征,作為一個(gè)創(chuàng)造“美”和“時(shí)尚”、把技術(shù)和藝術(shù)相結(jié)合、衣食住行中的民生支柱型產(chǎn)業(yè),紡織行業(yè)完全能夠從全新的理念出發(fā),開拓新的業(yè)態(tài),利用新的技術(shù),徹底改變紡織產(chǎn)業(yè)的運(yùn)作概念和面貌,成為由傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦椭圃鞓I(yè)的典范。

紡織工廠的設(shè)計(jì)與建設(shè)需綜合考慮,因地制宜,利用周圍特色,將各類產(chǎn)業(yè)有機(jī)結(jié)合在一起,創(chuàng)建一個(gè)新型的復(fù)合時(shí)尚產(chǎn)業(yè)模式。廣東溢達(dá)桂林新工廠秉承環(huán)保、低碳、綠色制造的理念,充分尊重當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛?并對(duì)已破壞的地貌、生態(tài)進(jìn)行修復(fù);所有建筑材料盡量選用當(dāng)?shù)靥厣沫h(huán)保材料,以降低碳排放為標(biāo)準(zhǔn)完成設(shè)計(jì)與施工。未來紡織工廠將與周圍的自然環(huán)境融為一體,成為一個(gè)可供消費(fèi)者參觀,展示企業(yè)形象和產(chǎn)品品質(zhì),促進(jìn)品牌及產(chǎn)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(shè)計(jì)方向

現(xiàn)代紡織工廠不但應(yīng)該創(chuàng)造舒適的面料還應(yīng)該提供舒適的工作環(huán)境,紡織品設(shè)計(jì)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(huán)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(diào)節(jié)

車間空氣溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念,在過去的 100 年里幾乎沒有太大的改變。設(shè)計(jì)原則主要是以整體車間為調(diào)節(jié)范圍,以機(jī)器和人為調(diào)節(jié)對(duì)象來計(jì)算工作負(fù)荷,在生產(chǎn)工藝要求、工人的生理要求和能耗等多個(gè)方面,采取了一種折衷的、大鍋飯式的通過換氣次數(shù)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)的模式。目前已有一些先進(jìn)工廠采用了整體送風(fēng)與局部送風(fēng)相結(jié)合的空氣調(diào)節(jié)方式,但還沒有對(duì)人和各工序的溫濕度需求分別進(jìn)行精確調(diào)節(jié)控制的設(shè)計(jì)理念和實(shí)踐體系,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人機(jī)分離。

2.1.1 傳統(tǒng)溫濕度調(diào)節(jié)的局限性

實(shí)際上,傳統(tǒng)紡織工廠設(shè)計(jì)的溫濕度范圍和調(diào)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(xì)紗車間的溫度一般控制在 40 ℃ 以下,相對(duì)濕度范圍控制在 70% 以下 。而我們研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)溫度接近纖維的玻璃化溫度時(shí),纖維的剛性顯著下降,纖維更容易實(shí)現(xiàn)成紗過程中的內(nèi)外轉(zhuǎn)移,從而有利于紗線強(qiáng)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(diào)節(jié)模式根本無法實(shí)現(xiàn)如此高溫,所以改變車間結(jié)構(gòu)以及設(shè)備的形態(tài)結(jié)構(gòu)將會(huì)變得非常有研究價(jià)值 。

當(dāng)織造車間溫度控制在 27℃左右,而相對(duì)濕度控制在 70% 左右,棉織品的織機(jī)效率比較高,這是因 為該條件下 漿膜與紗線的力學(xué)性能最好 ,而這個(gè)溫濕度已經(jīng)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(jīng)過停經(jīng)片、綜絲以及鋼筘形成織物,這一段時(shí)間實(shí)際上一般不超過 10min ,即使車間的溫濕度合適,要快速到達(dá)紗線的濕度平衡實(shí)際上還是比較困難,高的溫濕度條件也無法讓紗線達(dá)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(jī)處于適度封閉的狀態(tài)來解決這個(gè)問題。目前某些織造車間雖然已經(jīng)采用了整體送風(fēng)與局部送風(fēng)溫濕度調(diào)節(jié)的方法 ,并取得了一定的效果,如溢達(dá)的色織車間,但是工人的工作環(huán)境仍比較惡劣。

車間工人的理想舒適溫度應(yīng)控制在 20 ℃~25℃ ,相對(duì)濕度可以偏低掌握。如需達(dá)到纖維易加工和工人舒適的雙重要求,必須實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離,即對(duì)各個(gè)工序生產(chǎn)加工區(qū)域的溫濕度實(shí)施局部微氣候控制,對(duì)各個(gè)車間的工作溫濕度條件實(shí)施車間氣候控制。

2.1.2 機(jī)器的設(shè)計(jì)方向

2.1.2.1 增加單獨(dú)裝置控制溫濕度

在機(jī)器設(shè)計(jì)的層面,在不同工序應(yīng)該按照最佳工藝條件對(duì)纖維經(jīng)過的區(qū)域溫濕度進(jìn)行局部控制,可以利用單獨(dú)的裝置來實(shí)現(xiàn)溫濕度的控制。其中徐衛(wèi)林團(tuán)隊(duì)研究的柔潔紡紗技術(shù)通過特殊裝置,在 須 條 牽 伸 加 捻 的 三 角 區(qū) 局 部 實(shí) 現(xiàn)100℃以上的高溫,對(duì)纖維快速加熱,從而實(shí)現(xiàn)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(zhì)量;另外,溢達(dá)特紡廠發(fā)明的可移動(dòng)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(qū)域溫濕度調(diào)節(jié)的問題。目前設(shè)備大多采用開放式設(shè)計(jì),無法實(shí)現(xiàn)溫濕度的細(xì)致控制,全封閉加局部微氣候控制的設(shè)計(jì)理念將是機(jī)器設(shè)計(jì)的發(fā)展方向,配合采用多級(jí)空調(diào)設(shè)計(jì),滿足不同工序最佳工藝條件對(duì)溫濕度的需求和人的需求。

2.1.2.2 采用封閉式設(shè)計(jì)

實(shí)際上,現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與加工的水平早應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)整體的封閉式設(shè)計(jì),自動(dòng)化與智能化的技術(shù)完全可以解決在封閉式設(shè)計(jì)下的生產(chǎn)操作問題。封閉式紡織設(shè)備的設(shè)計(jì)有利于飛花的控制以及避免不同顏色原料加工產(chǎn)生的交叉污染,并顯著降低能耗及改善車間的工作環(huán)境,工人可以在舒適的車間內(nèi)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(yè)都在向著減少碳排放以及對(duì)能源的充分利用方向發(fā)展,紡織工廠的設(shè)計(jì)以及各種機(jī)器的設(shè)計(jì)運(yùn)行都應(yīng)該向這個(gè)方向發(fā)展。

2.2 噪聲控制

2.2.1 噪聲的危害

對(duì)于紡紗織造工廠的工作環(huán)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(gè)嚴(yán)重影響工作環(huán)境、亟待解決的問題。這些惡劣的工作環(huán)境已經(jīng)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(yán)重。研究表明,長期處于比較強(qiáng)烈的噪聲環(huán)境中不僅對(duì)聽覺器官產(chǎn)生不利影響,而且會(huì)引起其他生理改變,包括神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)以及消化系統(tǒng)等諸多方面 ,倍捻車間的高頻噪聲甚至對(duì)心理健康都會(huì)造成影響,織造車間的噪聲與高溫高濕的惡劣工作環(huán)境,讓人無法長期工作在其中。有的工人因此患上關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕等疾病,細(xì)紗機(jī)的噪聲也往往使得車間內(nèi)部無法用正常音量交流。

2.2.2 噪聲的控制方法

針對(duì)紡織廠的噪聲控制,國內(nèi)外學(xué)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(jìn)行。第一,從聲源出發(fā),即從紡織機(jī)械本身著手,改進(jìn)機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)工藝,但是細(xì)紗、倍捻、織機(jī)設(shè)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(jī)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(shí)還會(huì)出現(xiàn)不同設(shè)備之間的共鳴,這些都是很難克服的。所以,采用對(duì)機(jī)器設(shè)備封閉的方法應(yīng)成為在現(xiàn)實(shí)條件下解決噪聲源問題的一個(gè)切實(shí)可行的方法。未來如果能采用單機(jī)封閉式工作,除了解決上述溫濕度的問題之外,對(duì)解決噪聲的控制將有非常大的作用。第二,從傳播途徑出發(fā),通過在建筑表面使用吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)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(yīng)用都非常遠(yuǎn)。第三,從人工防護(hù)出發(fā),佩帶個(gè)人防噪用具等。目前最先進(jìn)的個(gè)人防護(hù)耳罩可以做到自動(dòng)反向頻率消除噪聲。雖然耳罩的成本偏高,但防護(hù)效果良好。耳罩防護(hù)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(jī)臺(tái)的智能化與多機(jī)臺(tái)信息化設(shè)計(jì)

我們還需要從反思目前紡織廠的生產(chǎn)運(yùn)作模式上來尋找解決方案。目前紡織設(shè)備的設(shè)計(jì)一直沿用工業(yè)革命以來形成的概念設(shè)計(jì):即多機(jī)臺(tái)單元組合,單機(jī)臺(tái)多工作單元組合 。這種概念設(shè)計(jì)很好地解決了大批量生產(chǎn)的要求,成為了非常經(jīng)典的設(shè)計(jì)。與這種設(shè)計(jì)所配套的是操作工人在大范圍內(nèi)的巡回,以檢查機(jī)器的工作狀態(tài)和處理質(zhì)量問題。然而這種大范圍的按規(guī)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(dòng)強(qiáng)度為代價(jià)來提高產(chǎn)量和質(zhì)量。事實(shí)上,隨著現(xiàn)代電子科技和傳感器技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代的紡織機(jī)械完全可以達(dá)到對(duì)每個(gè)單機(jī)臺(tái)每個(gè)工作單元的適時(shí)監(jiān)控和適時(shí)數(shù)據(jù)傳輸,未來的操作工人應(yīng)該做到利用手持?jǐn)?shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)指引來處理問題。生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的模式也應(yīng)該由大范圍巡回發(fā)展成為單點(diǎn)精準(zhǔn)處理。做到了這一點(diǎn),操作工人就可以在需要處理問題時(shí)才進(jìn)入車間噪聲環(huán)境,大部分時(shí)間可以在噪聲環(huán)境之外觀察、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)狀態(tài)。這種模式可以將操作工人與噪聲環(huán)境隔離,從根本上解決工作環(huán)境的問題,是未來的發(fā)展方向。

3 全產(chǎn)業(yè)鏈的融合

傳統(tǒng)的紡織工業(yè)按照加工工序,將紡紗、機(jī)織、針織、染色、成衣等單獨(dú)劃分,形成了各自經(jīng)營管理的模式。各個(gè)組織各謀其政,信息交流慢,反應(yīng)遲緩,效率低下,協(xié)調(diào)困難,難以保障產(chǎn)品的高品質(zhì),要解決這個(gè)難題,就必須走產(chǎn)業(yè)一體化的道路 ,即現(xiàn)代紡織工廠的效益與質(zhì)量應(yīng)該建立在全產(chǎn)業(yè)鏈模式的自動(dòng)化與信息化的基礎(chǔ)之上。香港溢達(dá)多年來實(shí)踐的紡織、染色和服裝的全產(chǎn)業(yè)鏈模式就是一個(gè)成功的典型,而溢達(dá)桂林時(shí)尚園項(xiàng)目則是在原有全產(chǎn)業(yè)鏈模式上再創(chuàng)新、再升級(jí),將園區(qū)的整個(gè)工廠采用一體化概念及高度信息化和自動(dòng)化設(shè)計(jì),同時(shí)追求生產(chǎn)過程的綠色環(huán)保,做到環(huán)境保護(hù)和持續(xù)發(fā)展并重的建設(shè)思路,為未來紡織工廠的設(shè)計(jì)發(fā)展提供一定的參考。

4 結(jié)束語

全球新一輪信息和科學(xué)技術(shù)為紡織產(chǎn)業(yè)等傳統(tǒng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來了前所未有的機(jī)會(huì)。特別是以人機(jī)智能交互為特征的轉(zhuǎn)型升級(jí),這種交互作用不僅僅在人與各個(gè)機(jī)器之間,更是深入到了各個(gè)企業(yè)的各個(gè)功能之中。信息系統(tǒng)可以將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、物流配送、市場營銷等各個(gè)環(huán)節(jié)連接成為一個(gè)有機(jī)體,形成響應(yīng)迅速、功能更強(qiáng)大的一體化系統(tǒng)。智能制造將成為今后紡織裝備的重要發(fā)展方向,是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)在裝備產(chǎn)品上的集成和融合。需要強(qiáng)調(diào)的是,智能制造不會(huì)因?yàn)樵黾恿诵畔⒕W(wǎng)絡(luò)和高度的自動(dòng)化設(shè)備而自動(dòng)發(fā)生,它必須要以堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)管理和精益生產(chǎn)體系為依托。目前低端產(chǎn)能向東南亞國家轉(zhuǎn)移是行業(yè)短期獲利的一個(gè)途徑,但絕對(duì)不是終極路徑,紡織產(chǎn)業(yè)的終極路徑在于產(chǎn)業(yè)鏈的整合和技術(shù)設(shè)備的升級(jí)。產(chǎn)業(yè)鏈整合和升級(jí)是大勢(shì)所趨,綠色制造、智能制造將成為未來紡織服裝行業(yè)發(fā)展的重要方向。