簇绒地毯织机系列成套装备技术实现领先突破

    日前，已经垄断了世界地毯织机行业几十年的英国Cobble公司和美国Tuftco公司派人到东华大学试探协商，试图买断东华大学“簇绒地毯织机系列成套装备技术”的全部知识产权。

    什么技术可以使在地毯领域里雄踞世界第一和第二的着名企业如此觊觎，甚至不惜折腰以求？

    “簇绒地毯织机系列成套装备技术，经中国纺织工业协会组织的鉴定，结论为填补了国内高档簇绒地毯织机成套装备的空白，达到了国际领先水平。技术成果具有新颖性和原创性，居国际领先地位，成套装备的部分性能指标优于国外类似装备，市场应用价值显着。因此，我们重视该项成果的价值。”东华大学主管科研工作的副校长俞建勇使用了第三方评价来回答记者的提问。

    地毯作为家居和办公的装饰材料，已成为欧美发达国家很重要的民生产品，产业规模达数千亿美元。簇绒地毯及装备在地毯产业中占绝对主导地位，拥有近90%的市场份额。在中国，地毯生产是小行业，占纺织品的比重小，国产地毯的总量不足世界总量的3%，但近几年一直以20%以上的增速发展。可是在国内，即使在纺织行业中，真正熟悉了解地毯装备、工艺和技术的专家却凤毛麟角。

    出色的技术性能指标

    当记者在浙江东方星月地毯产业有限公司高大宽敞的生产车间里，初次目睹我们自主研发的簇绒地毯织机系列成套装备外形时，心里不免有些失望。因为记者在国内多家地毯生产企业见到过英国Cobble公司和美国Tuftco公司的产品，与那些设备相比，号称最具先进性的国产装备从做工和外形上都略显逊色。但是认真观察国产装备的运行情况时，连不懂行的记者也立刻看出了端倪--车速比洋机器快多了，声音也轻柔多了，缤纷的簇绒地毯像五彩的瀑布从高处缓缓泻下。

    “我们装备的主要指标超过了英国Cobble公司和美国Tuftco公司最新的簇绒地毯织机。”陪同参观的该项目负责人--东华大学学科带头人孙以泽教授向记者介绍说，“我们设备在复杂提花时主轴转速可以达到每分钟500转，国外装备大约是350转；我们的整机机械效率达到97%，而他们只有90%~93%。我们的图案分辨率精确度达到1针，Cobble产品是2针，Tuftco产品是3针，在提花精度上我们达到了极限。”一幅正在织造的“龙腾四海”的大型浮雕式图案印证了孙教授的话。

    “能够精确挂纱，自动生成排纱工艺图的数字化花形准备系统，你只能在我们这里看到，外国的机器是绝对没有的。”浙江东方星月地毯产业有限公司总经理窦秀峰在一旁补充道，“但最让国际上那些著名公司梦寐以求的关键技术是我们可以在一台织机上实现多种电子罗拉任意组合提花。”

    孙以泽向记者进一步解释，在国内外现有簇绒地毯织机上主流的提花方式有三种：电磁离合器型电子罗拉三绒高提花、伺服电机型电子罗拉数个成组规则几何图案提花、步进电机型电子罗拉多绒高提花。上述提花方式各有特点，但在一台织机上都只有一种提花方式，这种现状限制了织机对复杂花型的可织范围。

在复杂花型的高精度织造中，对不同的花型及图案需要优选相应的提花方式，才能充分利用各种提花方式的特点达到提花效果的最佳化。我国独创的在线复合提花机构，将多种提花方式集成到一台簇绒地毯织机上，集成了各种提花方式的特点，通过超越离合器机构和提花方式选择控制器组件，根据花型在线优选提花方式和在线进行提花方式的组合，极大拓展了花型的可织范围，使我们能织造出国内外现有织机无法织造的大型复杂花型，并有效提高了织造精度。

    必须破解的科学技术难题

    孙以泽教授介绍，自主研发簇绒地毯织机系列成套装备技术存在三大技术难点。

    首先是高速提花系统的设计问题。提花系统的数百个甚至数千个电子罗拉大规模群控，存在电子罗拉间复杂的电磁耦合，运动和力的耦合，单个电子罗拉自身的机、电、粘弹性负载耦合等多学科交叉的前沿技术问题，国内外在该领域的研究成果都是空白的。

    其次是簇绒地毯织机复杂机械系统、电子罗拉大规模群控提花系统、数千束高旦数纱线构成的粘弹性负载系统之间的耦合关系，是复杂、时变的大系统之间的耦合，其理论和技术在国内外也是空白的。

    再次是簇绒地毯织机机械系统的设计方法和协同控制技术问题。它涉及大跨度、分布式高速交变动载荷作用下的多机构同步问题，弯、扭复合的谐振问题，动态刚度的主动控制问题等，对这些问题的研究国内是空白，国际上美国、英国、德国等富有经验，但对我们在技术上封锁严密。

    孙以泽说，上述技术难点不攻克，就会严重影响到簇绒地毯织机系列成套装备的花型可织范围、织造精度、织造效率、整机功耗、覆底成品率等关键性能。

    “现在看到的这条国产化生产线，可以说是产学研用四方面相结合的一个成功范例。”纺机行业的资深专家吴永升对簇绒地毯织机系列成套装备技术取得的突破性进展评价很高。他说，“簇绒地毯织造是集机械与化工、机械与电子于一体，集纺织工艺技术与机械制造技术、程序控制技术于一体的多学科集成，因此，要求承担任务的研究单位拥有比较强的软实力。项目主要承担单位东华大学通过深入的研究，在数字化簇绒地毯成套设备整机的设计理论、控制技术及簇绒和覆底的工艺方面，都取得了一些创新性的成果。”

    丰硕的理论研究成果

    孙以泽认为，对于复杂的机电系统的物理现象，都可以用数学模型来表示，他甚至认为，如果无法用数学工具来描述，则说明科研的理论研究还需深入。

    在孙以泽笔记本电脑里，有许多复杂的数学公式，其中一个，据说是多类型电子罗拉大规模群控系统的解耦方程。记者要求孙教授尽量用通俗的语言解释它的作用。

    孙以泽说，通过对多类型电子罗拉大规模群控系统建立数学模型及解耦，运用滚动优化的预测控制算法，每个采样周期修正一次耦合影响权重系数，生成新的解耦方程，进行滚动寻优，输出控制规律，就可以实现对电子罗拉的伺服控制和协同控制，从而实现了数千束纱线喂纱量的精确给定和动态张力的精确控制，彻底解决了织造花型边界模糊、分辨率低的难题，实现了图案分辨率为1针的精确织造。

   可惜的是记者到最后还是没有弄明白公式。不过这使记者理解了中国纺织工业协会科技发展部主任李金宝的评价，他认为该项目能以过硬的指标获得业内众多专家给予国际领先的评价，且核心技术不易被破解，不易被复制，一个重要的原因就是理论研究做得深入和扎实。

    顺便说一句，该项目在研发过程中，形成了一个创新能力强大的团队，依托本项目成果，解决了纺织机械许多共性技术问题，形成了纺织机械新的学科方向，培养了40多名硕士、博士。

    后记

    在刚刚结束的中国纺织工业协会理事扩大会议上，中国纺织工业协会会长杜钰洲明确提出了中国实现纺织强国战略目标的具体设想。杜钰洲认为，中国要成为纺织强国，首先要在纺织科学技术方面成为世界强国，改变目前纺织尖端和前沿技术基本上被发达国家垄断的局面。

    中国纺织工业在国际市场上的竞争能力，已经被这场全球性的金融危机所证明。但在纺织机械产品上，因性能卓越而占据高端市场的产品都是发达国家制造的。然而，在簇绒地毯织机这个领域里，中国却站到了世界的前沿。记者在这次新闻调查中的所见所闻，对在落实纺织调整振兴规划中谋求突破的各类企业应该有一定的借鉴作用。