【引航“ 十四五”】十大细分领域解读:纺织机械共性技术

发展趋势：

1．纺织机械动力学及减振降噪降耗技术。针对高速回转或往复运动的纺织机械，基于多体系统动力学理论，建立含纱线等纤维柔性体的系统动力学模型，通过仿真与实验测试，揭示加工过程纤维—机械—气流等耦合多体动力学机理；建立纤维柔性体本构关系数据库，为力学分析奠定基础；根据装备性能和工艺参数要求，综合评估选材和结构的强度、刚度、动力学模态等特性，设计装置结构参数和运动参数，提出机构平衡、运动同步性控制、系统减振与隔振等策略，并规划加工和装配控制精度，以及运行控制策略，使纺织装备在设计工作转速区平稳运行，减小振动与噪音，降低能耗。典型应用有化纤长丝全自动高速卷绕系统、织机剑杆引纬系统、织机打纬机构、经编机梳栉横移系统、非织造针刺机构等。

2．纺织装备关键部件可靠性提升和寿命预测技术。针对纺织装备的关键零部件的可靠性和寿命问题，基于相似性理论，建立关键零部件系列参数分析模型；分别建立强度、刚度、振动、疲劳强度预测等不同计算和设计模型；基于可靠性理论，结合企业的实际加工工艺水平，通过仿真和测试，建立企业关键零部件结构、加工精度及其强度疲劳寿命基础数据库，为装备的有限元计算分析、可靠性设计奠定基础，提出相应关键零部件结构工艺参数以及质量检验量化标准；根据关键零部件疲劳寿命预测模型和测试，平衡关键零部件的维修周期，准确设计结构参数，减小运行故障率。

3．机器视觉技术在纺织装备中的应用技术。基于高速运动目标特征的自适应动态范围的有效成像策略，探索三维结构光散射特性及作用机理，解决纱线的三维结构在动态范围成像有效性的难题，增强检测系统的环境适应性；研究动态三维测量方法，解决纱线及织物等纺织柔性产 品的多曲面特性和局部异性难题，提高动态物体和场景的三维测量；基于滤波的高速运动模型的多特征、多线索的目标跟踪算法，解决多模态背景干扰下的复杂环境场景目标跟踪准确度问题，提高目标的跟踪精度和跟踪成功率。典型应用有验布机的布面检测、长丝卷装质量检测、前纺设备的异纤检测、三位人体测量、细纱和色织领域的纱线视觉识别等。

4．纺织装备中纤维束、织物与固体的相互作用机理。在纺织装备中，柔软的各向异性的纤维和织物既是被加工对象，又是与机械装备系统传递中的运动和力不可分割的组成部分。纤维在加工过程中，其各向异性变得更加明显，比刚性加工对象或柔性加工对象的张力问题也更加复杂。因此，从纤维束、织物的宏观物理力学性能开始，掌握纺织装备中的纤维束、织物与固体相互作用，系统研究纺织机械装备中纤维束、织物的动态张力问题，研究纤维束张力的动态特性和影响因素，解决与之相关的纤维束路径规划、机构创新设计和控制系统设计等问题，形成控制张力的设计理论和方法。典型应用有织机和经编机的送经卷取系统、浆纱机的送纱和卷取系统、连续式染整设备的送布和卷取系统、纺纱设备的卷绕系统等。

5．纺织装备中纤维束、织物与流体的相互作用机理。针对纺织装备中广泛应用的纺织流体力学，研究纺织加工过程中纤维、纱线、织物等柔性体与流体（包括高速、低速气流与液体流、牛顿流体与非牛顿流体、单相与多相流等）的相互作用原理，精确控制加工过程中纤维、纱线等柔性体在流场中的运动规律，明确纺织装备中流体加工技术的纺织品成型机理，注重流体力学原理、空气动力学原理在纺织装备相关关键元器件与管路设计、优化中的指导与应用。典型应用有喷气织机引纬系统、喷气涡流纺纱设备的纺纱系统等。

6．纺织装备多电机协同控制技术。传统的纺织装备大多采用主电机驱动，通过机械传动系统，将动力传递到多个执行单元，结构复杂、磨损大，传递范围和距离有限。多电机分别驱动各执行装置，可以克服机械传动系统的诸多不足。多电机的同步主要有三种形式：①系统中的多台电机保持同样的速度，这是最简单的同步形式。②系统中的多台电机速度之间保持某种恒定的比例关系，虽然电机速度会发生变化，但是电机之间的速度比值是保持不变的。③系统中的多台电机转速之间保持某种特定的关系，根据工艺要求计算得出电机转速的关系。典型应用有浆纱机和印染设备的传动系统等。

7．纺织装备关键零部件和专件制造与强化技术。突破纺织装备关键零部件的设计制造技术，创新纺织装备机械专件或器材加工工艺技术，研究纤维、织物与金属材料之间的磨损机理、纺织装备机械零件表面处理、热处理等高性能化技术、纺织装备机械零件专用材料制备技术等；研究柔性、精密工装及制造综合误差控制理论与方法，形成纺织装备关键零部件的柔性化、绿色化、集成化、智能化制造关键技术。典型应用有高性能织针、纲领、钢丝圈、针布、化纤切丝刀、喷丝板、导纱部件、锭子、电锭、水刺头、熔喷模头、高频加热的热牵伸辊、高精度纺丝计量泵等。

8．新材料在纺织装备关键零部件上的应用技术。研制纺织装备零部件用材料，解决部分专用材料依赖进口、供应不稳定的问题；研究各种新材料在纺织装备关键零部件上的应用技术；复合材料在纺织装备上的应用，将对纺织装备关键零部件的高速、轻量化设计提供广阔的空间；工程陶瓷材料以其优异的耐磨损、耐高温、耐腐蚀性能，在纺织装备零部件和专件上具有广阔的应用空间；通过改进化学热处理和复合热处理工艺，拓展中、高合金钢的应用范围。如工程陶瓷在钢领、钢丝圈、摩擦盘、切线器、导纱件等量大面广的纺织零部件上的应用；碳纤维复合材料在剑杆织机的剑头、剑轮、剑带上的应用等。

重点任务：

1．纺织装备机械动力学及减振降噪降耗技术及推广应用。基于多体系统动力学理论，建立含纱线等纤维集合体的系统动力学模型，通过仿真与实验测试，揭示加工过程纤维—机械—气流等耦合多体动力学机理；根据装备性能和工艺参数要求，综合运用动力学理论和方法，优化设计装置结构和运动参数，提出机构平衡、运动同步性控制、系统减振与隔振等策略，使装备在设计工作转速区平稳运行，减小振动与噪音，降低能耗。

2．纺织装备关键零部件可靠性提升和寿命预测技术及推广应用。基于相似性理论，建立关键零部件系列参数分析模型；基于可靠性理论，通过仿真和实验测试，建立企业关键零部件结构及其强度疲劳寿命数据库；提出关键零部件结构工艺参数以及质量检验标准；建立关键零部件疲劳寿命预测模型，根据实际工况和检修要求准确设计结构参数。

3．机器视觉技术在纺织装备中的应用。研究高速运动目标特征的自适应动态范围的有效成像策略，探索三维结构光散射特性及作用机理；研究动态三维测量方法，解决纱线及织物等纺织柔性产品的多曲面特性和局部异性难题，提高动态物体和场景的三维测量；基于滤波的高速运动模型的多特征、多线索的目标跟踪算法研究，提高目标形态变化、环境扰动等场景下的跟踪精度和跟踪成功率。

4．数字孪生技术研究及应用。研究面向纺织物理车间的“人-机-物-环境”互联与共融技术，研发异构设备的智能感知接入装置；研究纺织虚拟车间构建技术，构建支撑纺织车间智能化生产的虚拟车间孪生模型；研究纺织装备数字孪生数据构建与管理技术，实现虚实数据的高效融合与智能化管理；研究基于数字孪生的智能生产与精准管理技术，实现装备健康管控、产品质量实时控制与分析、车间能耗优化与预测、物料智能跟踪与配给、智能生产运行优化等功能。