基于筒子紗智能染色精準計量工業(yè)示范項目

一、泰安康平納機械有限公司簡介
泰安康平納機械有限公司成立于2009年，是專業(yè)從事智能化印染裝備、后整理裝備及智能物流裝備開發(fā)制造的國家高新技術(shù)企業(yè)、山東省智能制造標桿企業(yè)、山東省首批物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范基地。公司擁有國家認定企業(yè)技術(shù)中心、山東省智能染整裝備重點實驗室等國家省部級研發(fā)機構(gòu)。先后承擔完成國家“863”計劃、科技支撐計劃、國際科技合作計劃等國家省部級科研項目，榮獲國家、省部級科技進步一等獎11項,其中“筒子紗數(shù)字化自動染色成套技術(shù)與裝備”榮獲2014年國家科學技術(shù)進步獎一等獎，建設(shè)的“筒子紗染色智能工廠”列入2015年國家首批46家智能制造試點示范項目、2017年《中國制造2025》重大標志性項目和山東省新舊動能轉(zhuǎn)換重點項目等，榮獲第五屆中國工業(yè)大獎。

二、項目實施背景

我國筒子紗染色企業(yè)用工近百萬，年染紗1000多萬噸，85%以上的色織用紗線通過筒子紗染色制造。印染企業(yè)廢水排放占紡織行業(yè)80%以上，是我國工業(yè)污水的主要來源之一。筒子紗染色設(shè)備規(guī)格多、裝備自動化程度低、質(zhì)量穩(wěn)定性差、水耗能耗高、污水排放量大、用工密集、勞動強度大，傳統(tǒng)染色生產(chǎn)方式已無法滿足時代的需求。歐洲已進行臥式染色機生產(chǎn)流程的自動化研究，實現(xiàn)局部自動化，染色一次合格率達到90%以上。國內(nèi)普遍采用立式染色機僅實現(xiàn)單機自動化，染色工藝的配方由人工來制定，精準度低，染料助劑人工計量誤差大等人為因素影響，染色一次合格率80%左右。

針對上述行業(yè)技術(shù)難題和國家紡織工業(yè)轉(zhuǎn)型升級急需，2008年3月被列入十一五國家科技支撐計劃，2012年3月份成功通過中國紡織工業(yè)聯(lián)合會鑒定：筒子紗數(shù)字化自動染色方法及工藝、基于中央控制的筒子紗自動染色成套技術(shù)設(shè)備及生產(chǎn)線達到國際領(lǐng)先水平。創(chuàng)新地研究出筒子紗數(shù)字化自動染色成套技術(shù)及裝備，建成國內(nèi)外首條立式染色機筒子紗全流程數(shù)字化自動染色生產(chǎn)線，從而實現(xiàn)了筒子紗數(shù)字化染色車間現(xiàn)場無人化操作，該裝備榮獲2014年國家科學技術(shù)進步獎一等獎，使我國成為首家突破全流程自動染色并實現(xiàn)工程化應(yīng)用的國家，是我國紡織機械歷史上第一個國家科技進步一等獎。

三、具體創(chuàng)新措施

該項目圍繞數(shù)字化節(jié)水染色工藝技術(shù)、高效數(shù)控染色關(guān)鍵設(shè)備、生產(chǎn)全過程的中央自動控制系統(tǒng)及自動化染色生產(chǎn)線等方面，創(chuàng)新地研究出筒子紗數(shù)字化自動染色成套技術(shù)及裝備，建成國內(nèi)外首條立式染色機筒子紗全流程數(shù)字化自動染色生產(chǎn)線，從而實現(xiàn)了筒子紗數(shù)字化染色車間現(xiàn)場無人化操作，推動了紡織行業(yè)數(shù)字化、自動化、智能化、清潔化的技術(shù)進步。

（一）基于精準計量的筒子紗低浴比節(jié)水染色工藝研究

在染色過程中，染缸的性能參數(shù)對水耗及熱能耗具有明顯影響。染缸浴比的大小直接影響這染色過程中水的消耗量。同時，提高筒子紗染色質(zhì)量，減少回染次數(shù)，在節(jié)能染化料及助劑的消耗量的同時，可節(jié)約大量水資源及熱能資源。

針對傳統(tǒng)染色生產(chǎn)過程中用水量大、能耗大等現(xiàn)狀，開展筒子紗低浴比節(jié)水染色工藝研究；通過建立筒子紗低浴比節(jié)水染色模型，開展低浴比節(jié)水染色工藝參數(shù)優(yōu)化，開發(fā)出筒子紗浸堆染色工藝；并開發(fā)出全過程百萬組工藝數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了工藝參數(shù)精準制定與自動生成，為筒子紗染色全流程綠色化生產(chǎn)提供重要工藝基礎(chǔ)。

（二）基于中央控制的精準計量節(jié)水低能耗染色成套設(shè)備

針對筒子紗綠色化生產(chǎn)流程及生產(chǎn)工藝需求，開展適合于筒子紗綠色染整流程的筒子紗成套染色裝備研制，重點對關(guān)鍵工藝裝備、自動物流裝備兩方面開展綠色節(jié)能方面研究，減少單位產(chǎn)品生產(chǎn)過程的能源消耗，提高資源利用效率，提高染色一次合格率，降低復(fù)染幾率，提高生產(chǎn)效率，綜合減少資源使用量及污染物排放量。

在綠色成套裝備研制過程中，主要開展低浴比立式節(jié)水染色機、染料助劑精確自動配送系統(tǒng)、筒子紗高效脫水/烘干技術(shù)及裝備等關(guān)鍵工藝裝備以及紗線無損自動裝卸、大噸位紗籠自動轉(zhuǎn)運等自動物流裝備進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化及設(shè)備研制開發(fā)，為筒子紗染色全流程的綠色化生產(chǎn)提供重要裝備支撐。

（三）創(chuàng)新研發(fā)出筒子紗數(shù)字化染色生產(chǎn)全過程的中央自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在線檢測、集中管控

為實現(xiàn)筒子紗染色全流程生產(chǎn)任務(wù)的自動控制，解決控制點多、信息量大、在線檢測、實時反饋閉環(huán)控制、自動化運行可靠性等難題，創(chuàng)新開發(fā)出中央控制的筒子紗生產(chǎn)全過程自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了染色工藝過程的智能化控制，為筒子紗全流程數(shù)字化自動染色提供了重要的系統(tǒng)保障。 

四、取得成效、案例實踐及推廣示范

（一）取得成效

1.節(jié)能減排

以自主研發(fā)的國家科技進步一等獎成果——筒子紗數(shù)字化自動染色成套技術(shù)與裝備為技術(shù)基礎(chǔ)建設(shè)智能染色工廠，染色一次合格率由80%提高至98%以上，提高生產(chǎn)效率28%，節(jié)約用工80%，與《印染行業(yè)規(guī)范條件（2017版）》相比，噸紗節(jié)水70%、減少污水排放68%、綜合能耗降低45%，環(huán)保社會效益顯著。達到國際領(lǐng)先水平，填補國際空白。

2.投資收益情況

公司發(fā)揮泰安本部智能染色工廠示范引領(lǐng)作用，以點帶面，示范推廣，規(guī)劃到2025年在全國紡織服裝產(chǎn)業(yè)密集區(qū), 以政府引導(dǎo)、企業(yè)為主體、采取多方合作模式建設(shè)50個標準化智能染色共享工廠，全部達產(chǎn)后，形成年染色紗100萬噸，實現(xiàn)銷售收入300億元、利稅50億元，年節(jié)約用水9500萬噸、減排9000萬噸、節(jié)約標準煤89萬噸。

3.環(huán)境和社會效益

公司建設(shè)的智能染色工廠，實現(xiàn)了紡織染色全流程數(shù)字化、自動化、智能化，使紗線染色一次合格率由傳統(tǒng)方式的70%提高到98%以上，提高生產(chǎn)效率28%，節(jié)約用工80%，噸紗用水由傳統(tǒng)的130噸降至35噸、節(jié)約用水70%以上；噸紗用電由傳統(tǒng)的2700千瓦時降至1500千瓦時、節(jié)電45%；噸紗用蒸汽由傳統(tǒng)的9噸降至3.3噸、節(jié)約蒸汽58%以上。公司規(guī)劃10年內(nèi)在全國紡織服裝產(chǎn)業(yè)密集區(qū)建設(shè)50個智能染色共享工廠，全部建成達產(chǎn)后，形成年染色紗100萬噸，年實現(xiàn)銷售收入300億元，年節(jié)約用水9500萬噸、減排污水9000萬噸，年實現(xiàn)社會節(jié)能量88.9萬噸標準煤。有助于推動印染行業(yè)實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效染色，轉(zhuǎn)型升級為集約化、規(guī)模化生產(chǎn)和低耗、低排放的綠色產(chǎn)業(yè)。

（二）案例實踐

康平納智能染色共享工廠在全國各地建成投產(chǎn)，得到國家、省、市各級政府和行業(yè)專家的充分肯定和認可。共享工廠建設(shè)推廣模式列入中國工程院共享制造案例，被工信部列入《產(chǎn)業(yè)發(fā)展與轉(zhuǎn)移指導(dǎo)目錄（2018年本）》，規(guī)劃在寧夏、新疆維吾爾自治區(qū)、安徽、江西、河南、江蘇、浙江、山東、廣東等9省20市推廣建設(shè)節(jié)能環(huán)保智能染紗項目。

目前新疆庫爾勒、江蘇鹽城、山東新泰等地智能染色工廠相繼建成投產(chǎn)。新泰康平納年產(chǎn)20萬噸筒子紗智能染色工廠項目是山東省新舊動能轉(zhuǎn)換重點建設(shè)項目，是山東省印染行業(yè)1+7區(qū)域性共享工廠建設(shè)體系落地實施的首個智能染色園區(qū)。目前新泰第一個標準化智能染色工廠已建成投產(chǎn)，第二個正在進行設(shè)備安裝調(diào)試，第三個、第四個正在建設(shè)。2020年4月9日鄆城康平納年產(chǎn)10萬噸筒子紗智能染色工廠項目正式簽約，目前智能工廠正在建設(shè)；4月13日棗莊康平納年產(chǎn)10萬噸筒子紗智能染色工廠項目正式簽約；威海、聊城已與康平納簽訂智能染色共享工廠建設(shè)合作意向，正在洽談推進。

（三）推廣示范

項目關(guān)鍵技術(shù)與裝備前期已在魯泰紡織股份有限公司、孚日集團股份有限公司、山東歐化印染家紡有限公司等企業(yè)推廣應(yīng)用。標準化智能染色綠色工廠實現(xiàn)了染色生產(chǎn)的規(guī)模化、集約化、綠色化生產(chǎn)、標準化制造，提高了紗線染色一次合格率，降低復(fù)染率，節(jié)約用工80%，降低染色過程的資源消耗與污水排放，噸紗節(jié)水70%、 綜合生產(chǎn)效率提高20%以上，減少污水排放68%，加速淘汰落后產(chǎn)能。