本文作者丨沈樹遠、王莉、張建綱、高東輝、羅嘯、謝楠
數據支持丨三聚陽光知識產權研究中心
導讀：受新冠疫情影響，依靠傳統勞動力進行生產作業的印染企業陷入復工難的困境，而印染智能化能夠很好地解決該問題，實現印染智能化的關鍵技術之一就是數字化監控技術，本文針對印染行業數字化監控技術展開調研，通過印染、數字化監控技術相關的關鍵詞和分類號圍繞國內專利數據檢索分析，旨在探尋我國印染行業智能化的發展情況。
新型冠狀病毒肺炎疫情期間，大多數傳統的印染企業無法復工，究其原因，是因為傳統的印染企業需要大量的人力對印染流程進行監控，而那些掌握數字化監控技術、實現印染智能化的企業則能沉著應對。例如，早在2月19日，康平納智能染色有限公司智能印染共享工廠項目已經開工，為新一期的紡織行業新舊動能轉換卯力加速，在特殊時期貢獻自己的力量。
一、數字化監控技術成為印染行業寵兒
眾所周知，印染是重汙染行業，傳統印染過程中的資源消耗和汙染物排放問題不容忽視，節能減排、低碳環保、提質增效成為印染行業發展的最新指向。再者，受到近年來國內經濟增長放緩和國際經濟不景氣的影響，印染行業產量增速回落，整體呈現逐年下降的趨勢，行業提質增效需求迫切。《紡織工業“十二五”發展規劃》、《紡織工業“十三五”發展規劃》中都將印染智能化作為重點發展方向，而數字化監控技術則是智能印染的前期基礎和重要支撐，是智能印染行業發展的排頭兵。
圖1 2010-2019中國印染布產量增長情況（來源：中商產業研究院）
在“十二五”、“十三五”政策扶持下，國內數字化監控技術發展喜人，為印染行業開闢了一個全新的發展空間。根據中國紡機協會統計，“十二五”期間，印染機械市場需求發生很大變化，數字化監控新技術產品的不斷出現，促進了數控裝備與數控系統的銷售，數控的圓網和平網印花機、數碼噴墨印花機、在線監控裝置等銷量增加。“十三五”規劃提出，要繼續發展印染流程數字化監控技術，用新技術改變傳統印染工業的生產、管理模式，提高生產效率，節約資源，降低面料產品的返修率，減少人為因素的干擾。此外，數字化監控技術的實現會大大減少印染過程中的人工操作和人員接觸，勢必在疫情大考中表現出眾。
本文針對印染行業數字化監控技術展開調研，通過印染、數字化監控技術相關的關鍵詞和分類號圍繞國內專利數據展開檢索，旨在探尋我國印染行業智能化的發展情況。
二、國內印染數字化監控技術已實現工藝流程全覆蓋
數字化監控技術是印染工廠實現智能化的關鍵所在，建立印染全流程設備數字化監控系統已成為新建項目的方向。該種系統通過各種傳感器對生產現場的工藝參數如：水、電、汽、溫度、溼度、化學品含量、織物幅寬、單位面積質量、速度等進行實時監控，實現節能減排、質量追蹤、產品品質提升、提高生產效率等目的，提高了工藝技術水平和管理水平，改變以往依賴人工經驗造成操作誤差的弊端。
通常來說，印染生產主要包括前處理、染色、印花、後整理4個階段，染色和印花是整個印染過程的關鍵所在，前處理階段包括燒毛、冷堆、退漿、煮煉漂、絲光等程序，後整理包括定型、預縮、特種整理等步驟。
筆者調研的專利數據顯示，國內數字化監控技術已貫穿印染生產全過程，實現了印染工藝流程的全面覆蓋。如圖2所示，國內專利技術已涵蓋了前處理、染色、印花、後整理環節，染色是印染過程中最為關鍵的環節，工藝複雜，技術含量最高，因此，染色過程的數字化監控技術運用程度最高，涉及專利技術最多，也是當前該細分領域專利佈局的熱點。經筆者統計，染色過程數字化監控涉及專利量為349項，佔比59%，其次是印花過程，佔比19%，前、後處理過程監控及印染全過程監控佔比相對較少，合計為22%。
進一步解讀染色專利數據，筆者發現染色過程的數字化監控以溫度監控為主，其次關注於印染機的張力、染液濃度（pH）、染液水位、染色色差、環境溼度等等。染色涉及到的染化料品種及助劑非常多，智能化生產將對產品質量的穩定和提升起到根本性的作用。染色時對各種參數指標實現智能控制是染色質量好壞的關鍵所在，實現染色關鍵指標的自主監控，能夠擺脫人為因素，提高產品的正品率、重演性，這也是染色數字化監控技術相關專利較多的原因。
圖2 各流程專利佔比及染色過程相關專利技術標引情況
印花和染色有相似之處，印花過程相對染色過程更為複雜，染料助劑品種繁多，還涉及花型制網、蒸化、焙固、水洗、洗網等工序。通過研讀印花過程相關專利，發現印花專利技術中除了對相關參數指標進行監控之外，還涉及其他智能技術：矩陣相機、線性光源、中央處理器的組合使用實現印花過程的“機器視覺”；張力控制、精確圖像提取、花彎花斜偏差量算法、堵網疵點檢測等技術的綜合運用使得成本下降。這些新技術的使用給印花智能化生產帶來了根本性的突破，同時改善了工作環境、節能降耗、減少排放。
三、國內企業是印染數字化監控技術創新主力
從申請人國別來看，國內數字化監控技術絕大部分專利為中國主體申請，外國主體申請較少，外國主體人中，主要有意大利、英國、日本、韓國和瑞典，數量只佔到1%。從申請人類型來看，印染數字化監控技術申請主體以企業為主，高校科研院所及個人申請量佔比不大。從申請人地域分佈來看，我國印染企業主要分佈在東南沿海省份，產能優勢集中，印染數字化監控技術專利申請量排名前十的企業中，有6家位於江蘇省，3家位於廣東省，1家位於山東省。從上述企業的專利規模來看，我國紡織企業數字化監控處於起步階段，相關技術研發和專利佈局空間巨大。
專利申請量排名前十的企業對於印染數字化監控技術專利佈局多元化，各有特點。例如，江蘇海大關注於印花過程中的拉幅定型，其定型在線檢測與控制系統有效控制能耗並保證織物質量；泰安康平納聚焦於印染全過程的智能控制，其筒子紗染色智能化車間所有操作全部由傳感器和中央系統來控制；常州宏大在智能整花整緯技術上發力，採用先進光源技術、機器視覺技術、檢測控制技術，解決“整緯不整花”問題；立信染整機械著重發展高溫溢流染色機、氣流染色機、冷軋染機，全方位加強染整處理的多樣性及便捷性等等。
圖3 專利申請人類別及企業排名
國內印染數字化監控技術的發展整體上處於上升階段，各工藝環節發展速度略有差異。從專利申請趨勢來看，國內印染數字化監控技術專利申請始於21世紀初，呈現逐年遞增的趨勢，近5年的發展尤為快速，40%的失效專利佔比一定程度上反映了印染行業數字化監控技術的發展更新迭代較快。與前處理、染色、印花、後整理四大流程相關的數字化監控技術專利均申請於2010年以前，而針對應用於印染全過程的數字化監控技術專利申請則開始於2012年，從技術層面考慮，印染全過程的智能化相較於分過程的智能化更加複雜，造成了全過程的數字化監控技術專利申請起步較晚。毫無疑問，隨著大數據、雲平臺等技術的逐漸成熟，印染全過程的智能化承載的技術內容必將更加豐富，實現方式將更加多樣。印染技術與人工智能技術的不斷融合，將持續推動單一印染裝備的智能化朝著印染工廠的智能化轉變，印染行業整體智能化值得期待。
[1].陳金燦,墨影,梁昕諾,武筱婷.印染機械:單機綠色,車間智能[J].紡織機械,2016(03):28-29.
[2].陳金燦.印染機械:用數字與智能重新定義行業[J].紡織機械,2016(09):42-43.
[3].包德全.印染工廠智能化生產車間的探索[J].染整技術,2019,41(01):6-10.
* 本文來源於三聚陽光2020年發表在《紡織科學研究》的論文《復工率難達100%？數字化監控技術為印染企業解難題》
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