技术 | 数字梳理技术探析与展望
在高产梳棉机时代，梳棉技术的发展取得了巨大的成就，梳棉机的产能达到了前所未有的高峰。随着梳棉机单位产能提高的放缓，现在事实上已经不以人们意志为转移地进入了后高产梳棉机时代，在梳棉机研发和制造中，高产将难以再维系原来的中心地位。但梳棉技术的进步不会停歇，转型、突破是发展的题中应有之义。数字梳理技术的兴起，将推动梳棉机进入新一轮的发展周期。
一、数字梳理的涵义及实现
数字梳理是应用计算机数字技术对梳棉机生产加工过程进行监测、控制与优化，从而比传统梳理方式产生更好的资源利用、更高的生产效率和更大的盈利能力的新型梳理技术。从19世纪70年代起，计算机就已开始应用于梳棉机的控制，并逐步扩展应用到自动调速、自动换筒、监控自停、自调匀整、安全连锁、质量检测、信息管理以及清梳联网等。虽然从广义上来说，这些应用都可以纳入广义的数字梳理范畴，但数字梳理的核心应聚焦于分梳，实现分梳的数字化。
历来梳棉机分梳隔距都是定格在机器静止时，用隔距片直接测量得到的数值。传统的梳理分析都是基于这样设定的隔距。事实证明，在实际生产中，纤维与分梳元件的摩擦会产生热量，盖板和锡林等分梳元件因此而产生热变形，导致物理分梳隔距变化。虽然其变化量非常微小，最多仅有100微米左右，但从梳理微观上来说，相对于10+微米级细度的纤维，梳棉机运行中的隔距变化足以影响到分梳作用，进而影响到生条甚至于成纱质量。梳理隔距的变化还会对梳棉的安全生产造成威胁。由于锡林高速回转，传统的技术手段无法直接测量分梳区内的隔距变化量，因此梳棉机运转时的实际隔距是无法知晓的。这对精细梳理来说是难以接受的。数字技术给动态隔距测量带来了希望，从而可以实现对梳理技术的突破。
隔距变化量的测量可以采用直接测量、间接测量或者组合测量等技术方案，连续实时地采集隔距变化信息。直接测量技术方案可以是利用电感式位移传感器、激光位移传感器等测量系统，直接测量分梳元件之间的间隙。间接测量技术方案可以是利用温度传感器、速度传感器等测量系统，间接测量与隔距变化有关的各种参数，通过数学函数关系计算得到实际隔距。组合测量技术方案可以是综合利用直接、间接的测量技术和系统获得可测量的不同组合的数值，从而求得隔距数值。
隔距变化动态检测的可靠性和精度保证是数字梳理的关键技术，测量数据通过数学模型转换为二进制代码，输入计算机进行处理，输出数据信息或控制信号，从而对梳棉机生产进行监控、优化、管理等等。
二、数字梳理的优势
数字梳理运用电子技术、信息科技对梳理进行模拟和还原，因而数字梳理具有一系列的优势特点。
2.1 数据的连续性
数字梳理通过传感技术，对分梳隔距信息进行连续不间断的采集，再经计算机处理，将动态变化的隔距转变为连续的量化的数据。
2.2 数据的快捷处理
数字梳理借助计算机强大的运算能力，自动运行程序，高速处理数据，响应速度常以毫秒为单位，信息可以实时传递。
2.3 数据的稳定可靠性
数字梳理对数据的传递、加工和处理采用二值电平逻辑，抗干扰能力强，可以实现数据的无差错传输和存储。
2.4 数据的精度高
数字技术可以轻而易举地增加二进制位数，提高数据的精度。
2.5 数据的存储量大
数字梳理利用计算机的存储功能，可以存储大量的处理数据、中间和最终结果，需要时可随时访问、调用。
数字梳理改变了我们对传统梳理的认知，数字化技术可以赋予梳棉设备前所未有的优势能力。
（1）数字梳理从时空维度呈现分梳隔距变化，根据变化规律，可以预知梳棉机生产运行中的实际隔距，为设计更合理的分梳工艺提供依据，实现精细梳理、品质梳理、柔性梳理，提高生条质量，产生更好的经济效益。
（2）对分梳隔距的实时检测、快速响应，有效地加强了对隔距的监控。当隔距变化触及临界状态时，监控系统立即报警，防止事故发生，保证安全梳理。
（3）数字梳理可以与梳棉机信息化、网络化、智能化技术融合，立体式、多维度地提供梳棉机状态信息，自动调整、优化梳理工艺参数，集中、在线控制机组的生产过程，给操作控制和维修保养带来良好的体验。
随着数字技术软硬件水平的不断提高，应用范围不断拓展，数字梳理有着不可估量的发展前景。
三、数字梳理的范例
数字梳理涉及到跨学科的理论知识和技术运用，其难度远超原有的机械梳理技术水平，因而目前还未被梳理业界广为关注。其实数字梳理早在十多年前就已开始实际应用，德国特吕茨勒TC系列梳棉机的T-Con技术就是数字梳理的创新范例。T-Con基于梳棉机隔距的变化与温度、零件受力有关，采用了间接测量技术，实现了分梳隔距的数字化。通过传感技术测量分梳区域内外的温度、检测锡林、刺辊、道夫旋转速度，结合植入在程序内的分梳元件几何尺寸、材料规格等详细数据，以及操作输入的加工原料、台时产量及原始参考隔距等信息，根据金属热膨胀、机械热变形、材料力学和结构力学等理论基础，运用有限元分析法计算出各分梳元件的实时形变量，导出实际隔距。T-Con的示意简图见图1。
图1 T-Con示意简图
T-Con在分梳隔距数字化的平台上，扩展了一系列的服务功能，形成了TC梳棉机的数字梳理技术。
3.1 分梳隔距实时显示
在T-Con梳理隔距页面上，从左到右依次显示有5个分梳隔距：刺辊-锡林、后固定盖板-锡林、回转盖板-锡林、前固定盖板-锡林以及道夫-锡林，见图2。蓝色框内的数据是冷车时设定的原始基准隔距，白色框内的数据是机上的实际分梳隔距。T-Con的隔距信息可视化，使得分梳区域内不再是隔距的盲区，分梳隔距动态一目了然，为主动掌控梳棉机的梳理加工提供动态的情报信息。
图2 T-Con梳理隔距页面
3.2 分梳隔距变化追溯
触摸任意一个显示实际隔距的白色框，T-Con将会以黄色显示该隔距以往7天的曲线，并可选择放大按钮，观察48小时以内的曲线，将曲线放大到48小时，隔距波动曲线看起来会更清楚一些。从图3，图4两张图上，可以明显看出一个隔距波动多一些，一个隔距波动少一些，因而我们可以从隔距曲线来了解隔距的变化情况，追溯原因，进而改进设备运维方式，减少隔距波动，保持分梳稳定。
图3 48小时的曲线图（隔距波动较多）
图4 放大的48小时曲线图（隔距波动较少）
3.3 接针监控功能。
一旦针布接触达到临界状态，立即触发紧急停车系统，避免针布损伤或重大坏车事故。临界状态的定义是：在锡林启动最初3分钟内，发生针布持续接触超过5秒；锡林启动超过3分钟以后，发生针布持续接触1秒，或30秒内每秒都有持续10毫秒的接触。针布接触事件在T-Con页面上以蓝线显示。
3.4 实时温度显示
在T-Con温度测量页面显示与机器有关的温度数据，见图5。参考温度为冷车静止时设定原始基准隔距的温度，并有设定日期和时间。白色框内的实时温度可以看作是梳棉机的“体温表”，随时了解梳棉机的温升情况。当锡林温度与环境温度相同时，说明梳棉机已完全冷却，隔距处于相对静止状态。当锡林温度不断上升，说明梳棉机处于升温过程，隔距正在变化；当锡林温度趋于稳定，说明梳棉机已达到升温平衡，分梳隔距处于正常生产动态平衡状态。另外，当实时温度出现异常时，表明梳棉机出现了不正常状况，维保人员应当重视，进行仔细检查，及时消除设备故障隐患。
图5 T-Con温度测量页面
3.5 分梳隔距过紧报警功能
梳棉机分梳元件因热变形，分梳隔距会变化趋紧。当隔距缩小到临界状态时，机器将会发出梳理隔距过窄的警告，并在T-Con隔距页面以黄色显示是哪些隔距需要调整，见图6。如果未及时调整，隔距继续缩小，导致针布接针，机器将会立即停车。TC梳棉机上设定的临界分梳隔距：锡林-道夫<1.5英丝，锡林-刺辊<2英丝，锡林-固定盖板<3英丝，锡林-回转盖板<3英丝。这项功能可以帮助防止针布接针。
图6 T-Con梳理隔距过窄-固定盖板道夫侧
3.6 锡林墙板过热报警功能
TC梳棉机的锡林墙板是采用铝合金材料制造的，而铝合金材料的热膨胀系数是钢铁材料的2倍多一些。如果铝合金锡林墙板过热，锡林与回转盖板、固定盖板之间的分梳隔距将会成倍增加，恶化分梳质量。因此T-Con不仅显示墙板对锡林的相对升温百分比，而且会自动计算相对升温百分比的限值，一旦超限，机器将会报警机器过热。一般这种情况比较常见的原因，是梳棉机运转过程中产生了较多墙板花，摩擦导致了墙板过度发热。这时必须停机彻底清除墙板花才能恢复正常梳理。
3.7 分梳隔距优化推荐功能
梳棉机运转以后，当机器升温达到平衡状态后，可以调出T-Con隔距建议，检查实际隔距是否与T-Con推荐隔距一致。按下T-Con建议隔距按钮，将出现相应页面，见图7。选择所纺原料后，在基准隔距框的左边会出现隔距增量形式的优化建议。正值表示要增加的英丝，负值表示要减少的英丝，0值表示不用调整。
图7 T-Con建议隔距页面
T-Con问世以来，在应用中不断更新、完善，特别是在新一代的TC19梳棉机上已升级到了T-Con 3。T-Con 3的数据可以直接发给T-Go隔距自动优化系统，回转盖板分梳隔距不再依靠停机人工操作，而由T-Go系统在线自动完成，不仅可以根据生产条件的变换自动优化隔距，而且可以在梳棉机升温或车间温湿度波动时段，自适应微调隔距。梳棉机安全分梳隔距最小可设定在3英丝，提高了精细梳理的工艺性能，以达到更高品质的要求。
T-Con可以对梳棉产质量产生积极的影响，根据德国特吕茨勒公司所公布的T-Con应用的情况显示，T-Con可以使梳棉机产量提高10%， IPI纱疵减少10%。其效益以生产Ne 20普梳纱为例，相当于在一个虚拟的产能为1000公斤/小时生条的纺纱厂，一年节省运营成本大约为28万美元。
四、数字梳理的展望
数字梳理技术应用虽然在本世纪初就已经起步，但发展略显缓慢，至今依然是T-Con一枝独秀，在行业内未能形成由点到面的发展态势。在技术层面上，T-Con信息采集范围还不够广，计算机算法还有待于不断优化。在发展层面上，现有技术路线单一，缺乏竞争优选的生态进化环境，数字梳理目前还徘徊在起步阶段，数字化程度还不理想。分梳效果不仅与分梳隔距直接相关，而且与针布锋利度密切相关，但针布锋利度的数字化还无先例。展望未来的数字梳理，应加快针布锋利度和梳理介质品质的数字化。可探索应用图像分析技术，辨识针布锋利度，或者通过传感技术将针布表面信息转换成数字信号，经计算机处理，形成锋利度数据。在线分梳隔距、品质检测与针布锋利度数字化的融合应用，将形成未来梳棉机数字梳理的完整体系。
五、结语
数字梳理是应用计算机数字技术对梳棉生产过程进行实时监控、优化，从而产生更高的经济效益的新型梳理技术。数字梳理应聚焦于分梳数字化，为实现精细梳理、品质梳理、柔性梳理和安全梳理提供量化信息。数字梳理因其独特的优势，将给梳棉机带来革命性的变化。T-Con开创了数字梳理的先河，在梳棉机发展史上具有划时代的意义。展望数字梳理，还有很多课题有待探索、研究，特别是针布锋利度和梳理前后品质监测数字化。数字梳理既是面临的挑战，同时也是发展的机遇。中国梳棉机制造企业应顺势而为，及早起跑，借力中国快速发展的数字化技术，开发出具有自主知识产权的数字梳理技术，在新一轮梳棉机发展周期中力争取得竞争优势。