缝制设备制造行业数字化发展过程中的问题和趋势分析

1 引言

我国高度重视数字经济发展，党中央和各级地方政府从全局谋划并进行系统部署，将发展数字经济上升为国家战略，数字化战略涉及各个行业，制造业数字化是其中的重要环节。缝制设备行业作为连接纺织、服装两大产业转型升级的关键领域，属于国民经济传统支柱型产业，目前急需开展数字化转型。传统机械制造产业，数字化转型整体层面的实施路径是以智能制造为重点推动企业数字化转型，其内容包括上游零部件等、中游缝制设备、下游服装纺织等完整的产业链。缝制设备行业产业链全景如图 1 所示，缝制设备行业产业链上游包括通用机械部分、电气控制系统和智慧缝制系统等；中游缝制设备包括缝前、缝中和缝后设备；下游包括服装、家纺及以户外产品、玩具等为代表的其他行业。

图 1 缝制设备行业产业链全景

我国缝制设备行业属于传统的轻工装备制造，前期发展主要以承接发达国家产业转移为主。经过多年的发展，现在我国已经成为世界上最大的缝制设备产销基地。

缝制设备产业的转型升级推动了智能缝制设备的快速发展。近些年，中国智能缝制设备产业整体上得到了快速发展，已经形成了规模庞大、缝制设备产品种类完备、技术水准较高的智能缝制设备工业生产体系，产业链条较为完善，主要以出口为导向，近些年我国缝制设备出口额持续增加，2012—2022 年缝制设备进出口贸易数据如图 2 所示，可以看出，近十年出口额保持在 18~35 亿美元，2022 年中国缝制设备产品累计进出口贸易额高达42.77 亿美元，其中出口额为 34.3 亿美元。我国缝制产业链条完整，生产和市场优势显著，为推动缝制产业向智能化发展提供了良好的产业优势。缝制设备行业已具备充分满足市场用户需求及市场引导和创造能力的条件，产业发展水平和国际竞争力进一步提升，行业整体水平在国际第一阵营的地位进一步稳固，实现由缝制机械制造强国向创造强国转变的目标。

图2 近十年（2012—2022 年）缝制设备进出口贸易数据

2 缝制设备行业数字化发展存在的问题

2.1 智能制造能力成熟度水平较低

根据《国家智能制造标准体系建设指南（2021 版）》，截至 2022 年末，全国近 6 万家企业通过平台开展了智能制造能力成熟度（GB/T39116—2020）自诊断，覆盖了31 个行业大类、31 个省市自治区，智能制造能力成熟度指数为 106。根据麦肯锡 2021 年数据，我国传统制造业数字化转型企业，49% 的企业仍然处于数字化试点阶段，距离规模数字化仍有较大差距。根据调研分析，缝制设备行业绝大多数企业仍然没有开展智能制造能力成熟度评价，其智能制造能力成熟度水平低于制造业平均水平，缝制、服装生产企业的智能制造能力仍然处于初级阶段。

此外，目前制造行业主要依据《智能制造能力成熟度模型》和《智能制造能力成熟度评估方法》等两项国家标准开展智能制造能力成熟度评价，对于具有特殊性质的缝制设备行业，目前没有建立面向本行业的全面、精细化的智能制造能力成熟度评价模型，服装制造企业不清楚如何更准确地分析智能化建设效果，并根据智能制造能力成熟度指标评分找到企业发展的短板，进而为企业更好地发展提供重要的指导。

图 3 近十年（2014—2023 年 10 月底）智能缝中设备主要技术分支专利申请数量情况

2.2 智能缝制设备产品同质化现象严重

管理薄弱、技术人才缺失，导致缝制智能设备产品同质化严重。面对缝制设备行业参差不齐的下游需求、短平快的赢利特点，以及重复投入和大量人员、资本的进入，企业早期更愿意采取仿制跟随的低投入、低风险模式来初期发展，直接导致了市场热销成熟产品的产能过剩和同质化低价竞争。随着制造业数字化、智能化转型加速，同质化在一定程度上增加了企业转型升级的困难。智能缝制设备企业受到改造成本、企业管理、创新技术积累薄弱和市场前景不明等多种因素综合影响，没有建立起以市场需求为导向的科技成果转化机制。科技创新成果转化率较低，知识产权运用、保护意识不足，导致了市场热销成熟产品的产能过剩和产品同质化严重。

2.3 缝制设备行业智能化标准体系尚未建立

缝制设备行业智能化标准体系建设，包括技术标准、评价标准和管理标准等方面。智能化标准体系是行业能否适应市场并长久健康发展的重要保证，尽管缝制设备行业近些年的数字化发展取得一系列重要成就，但是，缝制设备行业还没有形成典型的智能制造影响力。根据《国家智能制造标准体系建设指南（2021 版）》要求和建设内容，纺织和服装等缝制设备制造下游行业，有明确的应用目标和建设要求，并已经形成了多项国家级标准。但是，缝制设备行业并不在智能制造标准体系建设内容和目标中。从更广泛的角度分析，自“十三五”制造业大力发展智能制造以来，中国的智能制造领域构建了国际先行的标准体系，发布国家标准 285 项，牵头制定国际标准 28 项；培育具有行业和区域影响力的工业互联网平台近 80 个（“十四五”智能制造发展规划）。然而，缝制设备行业尚未形成典型的智能制造国家、国际标准。

3 缝制设备行业数字化技术发展动态分析

缝制设备行业制造数字化是缝制企业制造数字化的根基，是使用最为频繁、优先级最高、最需要改造的环节。近些年，中国缝制设备行业数字化发展取得巨大进步，从追随国外技术到自主研发，借助于数字化、信息化、工业互联网等技术，在智慧缝制、智能缝制单元等方向持续发力，取得了一系列重要成果。从专利保有量和申请情况分析，近十年（2014—2023 年 10 月底）智能缝中设备主要技术分支专利申请数量情况如图 3 所示，增长率倍数排名前三的技术分支分别为横机、刺绣机和绗缝机。

从技术发展趋势看，总体上，缝制设备行业呈现出产品功能智能化、缝制单元集成化和生产模式数字化趋势。智能化升级趋势明显，整机设备制造行业，自动缝制单元是主要发展方向。在当今万物互联、万物智慧的时代，我国缝制机械自动化设备替换人工的潮流下，行业中龙头企业利用工业互联网、大数据实现业务创新，缝制设备行业数字化、自动化、智能化进程不断加速。

结合下游纺织、服装行业智能化转型升级，进而加速推动缝制设备行业智能化技术创新及运用，智慧缝制、智能制造是当下缝制和纺织行业转型的重中之重。缝制机械正朝着技术集成化、设备专业化的智能化缝制单元方向发展。从单机向集成 / 成套化设备转变，缝制工艺从传统单道方式转为多工艺组合集成的加工中心模式。

3.1 零部件 / 电控、缝前缝后行业数字化发展现状和路径

（1）通用零部件企业持续向数字化、自动化方向发展 缝制设备行业通用零部件领域主体是以中小企业为主，由于资源配置、资金投入、市场影响力、技术研发等多方面因素制约，行业内大多数企业目前仍然处于探索阶段。在数字化发展和改进方面，上游的零部件 / 电控领域，发展路径主要包括智能化设备和自动化生产线、制造工艺优化和能源节约、数据化运营管理、智能供应链管理及数字化产品设计和制造等环节。这些发展路径都体现了企业推动数字化、自动化和智能化发展的目标。同时，技术创新方面的发展主要集中在 CAD/CAM 技术、物联网技术、大数据分析等方面。未来，通用零部件企业还将持续推进数字化发展，提高产品质量和生产效率，以适应市场竞争的变化和需求的增长。

智能化设备和自动化生产线。智能制造生产线主要由五个部分组成：加工区、分拣搬运区、组件装配区、成品搬运区和中控区。通用零部件企业通过引入智能化设备和自动化生产线，提高生产效率和产品质量。通过数字化技术，基于制造工艺优化和能源节约，通用零部件企业对制造工艺进行优化和改进，提高生产效果和减少能源消耗。例如，通过模拟仿真技术，对生产工艺进行优化和改进，减少生产过程中的浪费和能源消耗。而数据化运营管理、智能供应链管理，以及数字化产品设计和制造，通过引入 CAD、CAM 等技术，进而实现数字化产品设计和制造。

（2）电控系统向集成化、高速化和多功能化方向发力

电子电控（机械数控）系统生产领域，主要代表性技术有各类工缝产品伺服控制器、刺绣机控制系统、各类缝制机械单元数控系统及缝制附属装置驱动部件等。企业主要特点是具有自主研制和生产缝机控制系统的整机企业不多，主要以自给为主；部分做通用或专用数控的企业 / 科研单位参与了缝机控制系统及技术解决方案的开发和研制，在数字化生产系统集成领域，围绕缝制设备及生产系统网络化、智能化等技术开展攻关，提出了一些智慧缝制工厂成套解决方案。

电控系统领域的技术智能化升级进展成效比较明显，据统计，在缝制设备行业 2022 年围绕新型数控系统，已经累计申报发明专利数近 100 项。代表性技术有基于数控系统的缝制针纺行业智能工厂云平台建设、智能集成一体化刺绣机电脑控制系统（AX8/MX8 系列）、六代花样机电控系统开发、基于异构平台的智能分布式数据采集计算系统研究、步进辅助多轴罗拉车控制系统（HL987）、全步进平车协缝系统（HL989S4）、双步进同步车伺服控制系统、高速 - 高性能电机及其系统和生产系统可视化等。从近十余年专利申请情况可以看出，零部件 / 电控系统企业的主要发展方向依次是数控系统、旋梭、机头、电机、工业机器人和智能传感器。

（3）智能验布和智能吊挂系统是缝前缝后设备制造数字化发展的重要领域 

缝前缝后设备是缝制产业链中重要环节，根据近十年（2014 年—2023 年 10 月底）智能缝前设备主要技术分支专利申请量情况的对比分析，智能缝前设备主要技术专利申请数量如图 4 所示，十年增长排名前三的技术分支分别为裁剪机、粘合机和验布机，表明裁剪机是当前缝制设备技术领域的研究热点，断布机、验布机的研究热度紧随其后；此外拉布机、铺布机和预缩机是近几年较为关注的热点。从智能缝后设备分支专利情况分析可以看出，主要技术发展以智能吊挂系统为主导，熨烫设备、检针设备等紧随其后。

图 4 近十年（2014—2023 年 10 月底）智能缝前设备主要技术专利申请数量

3.2 缝制设备制造行业数字化转型升级路径

受全球经济低速增长、劳动力短缺，生产成本不断上升等多重因素影响，缝制设备行业推动产业向智能化发展趋势愈发坚定。缝制设备行业数字化涉及的四个核心技术分别是缝制工厂的工艺技术、缝纫机机械原理及选型、机械自动化实现的技术路径，以及数据化处理技术。

基于此，从行业技术整体发展趋势、设备产品数字化趋势及数据管理和应用等都是对这四个维度不同方面不同层次的解读。

（1）智能缝制单机设备 针对缝制设备数字化内容主要包括两部分：①数字化设计，涉及设备数字化设计、嵌入式系统设计和智能化集成；②数字化集成，涉及物理建模、数据建模，缝制设备数字与整厂设备管理系统等。缝制设备持续向着智能化、多功能化、绿色化方向发展。关键技术主要集中于检测系统、自动剪 / 断线机构、自动送料、光机电一体化和数字驱动控制技术等，以及引入新技术手段，例如语音交互系统、机器视觉感知系统、预测故障系统、数据管理系统、自动感应系统和嵌入式系统技术等。从平缝机、包缝机，到家用缝纫机，以及工业缝纫机，都不同程度地引入了智能化软硬件系统、步进 / 伺服电机控制系统等，实现了缝制设备的智能化设计和智能化制造和智能化应用，见表 1。

表 1 缝制设备行业数字化 / 智能化发展代表性技术

刺绣机持续向着高速、低噪声的方向发展。高速低噪声刺绣机，其对电机和应用环境提出新的要求，由于高速振动引发噪音，因此如何优化设计并减小缝制设备高速噪音是这一领域一个重要课题。以高速平缝机为例，通过运动学分析、结构设计和优化，确定挑线机构运动模式，以及送料机构的运动分析和结构优化等方式，动态优化后总惯性力大幅降低。

（2）自动化生产系统 / 生产线 自动化生产线包括缝纫设备数字化和吊挂系统数字化改造、生产设备联网、生产线数字化管控，以及数据采集和信息显示系统等。生产线的所有设备进行物理联网，实现设备的互联互通和数据的自动采集、管理和共享。针对缝制加工生产线的业务流程和管理模式，研发数字化管理系统，实时监控生产线设备状态数据、任务数据、物流数据，并进行采集与分类处理，提供包括生产任务协调平衡、任务执行过程监控、生产状况电子看板、设备运行监控、人员加工监控和数据统计分析等功能，完成与外部生产管理系统（例如 ERP、MES 等）的集成。近年来杰克股份的技术团队，自主研发了我国首个面向缝制装备专用的嵌入式实时操作系统 Jack+IoTOS，支持多样性边缘处理和嵌入式算力底座，并打造适配缝制设备无线通信协议组件和安全框架，兼容 OpenThread、Z-Wave 等主流无线通信协议，推动自动化软件系统和大数据的深度融合。缝制设备向着高端人工智能型的方向发展。缝制设备的无人自动视觉缝纫、基于轮廓的图像识别和机器视觉等，是智能缝纫设备和生产的一个新的发展方向。

例如，通过对自动上料系统的优化。自动缝制单元的效率可以达到单片 12~15s/ 片，可以减少 50% 的熟练工，总体减少 80% 的人工。此外，北京大豪开发的寻边锈/ 定位锈，利用图像识别轮廓和机器视觉，以及红外精准定位等功能，实现了高效和多功能刺绣的有机结合。

（3）成套智联 / 智慧缝制整厂解决方案 智慧生产工厂流程有一定的共性，包括工厂的应用层、数据层和设备层软硬件建设内容，以及自动化设备、缝制单元、装备和管理软件等制造资源，还包括缝制过程的数据存储、分析、转化及计算等服务。从不同的缝制特点及应用层面，差异化的智慧缝制工厂有三类：①基于信息管理系统的缝制生产，能保证生产订单柔性化和生产信息实时化；②基于自动控制的缝制生产，能实现多工序的连续生产，更有效地减少加工工序和工人数量；③基于精益管理的缝制生产，更多替代脑力劳动，关注局部优化和全局优化，更多关注整体优化的实现。此外，结合人工智能技术、大数据技术、机器人技术、元宇宙、5G、数字孪生、工业互联网及平台技术、云计算技术、传感器技术、AR/VR/MR 技术、增材制造技术和纵模向系统集成技术等，以打造出适用不同应用场景的智能工厂。

服装、家纺、纺织品（产业用）等缝制下游领域，发达国家在这三个领域的比例大致相同（各占约 1/3）；而我国在这三个领域的比例分别为 80 ∶ 12 ∶ 8，可以看出服装占绝大多数。因此，我国的智能缝制主要应用场景以服装为主，近些年缝制整机设备行业的代表性新型数字化技术见表 2。

表 2 缝制设备行业数字化 / 智能化发展代表性技术

成套智联数字化服装工厂为服装企业数字化转型提供数据支撑，综合了大数据挖掘和人工智能技术等新一代信息技术，推动数据价值的透明化与移动化，助力服装企业进一步开展业务变革；借助数字技术改变业务模式、流程和布局，实现自动化制造和精益生产。结合下游需求和生产数据的进一步支撑，推动信息技术和运行技术在服装缝制生产流水线再次优化，进一步拓宽服装企业内部的数字化与智能化路径。

杭州犀牛智造操作系统（MOS），以服装行业为基础，发展出了从设备到产线，从设计到产品，从服务到平台的全流程数字化技术。东华大学开发了基于图谱的缝纫工艺知识融合与服务系统，实现了缝纫工艺信息的智能搜索、故障运维、操作面板和缝机系统参数查询和工艺知识的智能推荐功能 。

（4）产业大脑助力产业集群发展 浙江省台州市椒江区作为全球最大的工业缝纫机生产和出口基地，为传统缝制设备产业带来了一场革命性的数字化变革。“缝制设备产业大脑”是椒江区政府部门为缝制企业专门打造的服务平台，产业大脑对椒江缝制设备产业的分析如图 5 所示，该平台通过提供惠企政策、法律咨询、企业直通车、知识产权和企业信用评价等多方面的公共服务助力集群发展。

缝制设备上下游企业之间原本是存在信息壁垒的，缝制设备制造企业通过在产品上安装芯片、电机，使下游的加工制造企业具备数据集成和共享的基础，产业大脑通过集成、汇总和贯通这些数据，将行业的上下游贯通，同时还对用户开放了行业的数据共享，贯通了技术合作的渠道，提供了各项生态服务，促进了行业上下游企业之间更加紧密协同。截至 2023 年 10 月底，缝制设备产业大脑已经实现了区域行业的全覆盖，物联企业总共是388 家，其中整机企业 37 家，零部件企业 66 家，下游的加工制造企业 282 家，连接设备 1090 台。据统计，产业大脑帮助企业降低约 50% 的物联接入总体成本，综合提升 20% 左右的制造效率。

图 5 产业大脑对椒江缝制设备产业的分析

3.3 缝制设备行业未来数字化发展分析

1）发展基于智能缝制单元、智慧缝制工厂和工业互联网等技术相结合的软硬件多层次平台。构建以引领行业发展的智能制造示范工厂、工业互联网平台等，推动产业链供应链深度互联和协同响应。

2）持续推动领域内龙头企业、优势企业，实现数字化转型、网络化协同、智能化变革。加快实施中小企业数字化促进工程，针对中小企业典型应用场景，推广一批符合中小企业需求的数字化产品和服务；发挥专精特新“小巨人”企业示范引领作用，开展装备联网、关键工序数控化、业务系统云化等改造，推动中小企业工艺流程优化、技术装备升级。依托数字化服务商，提供数字化咨询诊断、智能化改造、上云用云等服务。

3）开发面向特定缝制场景的智能成套生产线及新技术与工艺结合的模块化生产单元。建设基于精益生产、柔性生产的智能车间和工厂；大力发展数字化设计、远程运维服务、个性化定制等模式。

4）构筑缝制设备行业智能制造标准体系。标准化是行业健康长久发展的重要内涵，缝制设备行业的普遍性和特殊性，以及中国缝制产业的国际地位，都迫切需要建立一整套完善的符合实际发展的智能制造关键技术标准，形成以国家标准、行业标准、团体标准和企业标准相互补充的标准群；此外，积极参与国际标准化工作，推动有代表性的国家标准和国际标准的接轨。

5）缝制设备行业大数据模型的构建和应用。大数据是实现缝制设备行业智能制造的核心。实现缝制设备行业大数据的高效自动采集、智能决策需要行业龙头企业、行业协会或政府平台共同推动，促进尽快实施落地。

4 结束语

在数字化国家战略的整体布局和政府部门的大利支持下，以缝制设备行业为代表的机械制造业的数字化转型升级有序开展，本文主要针对缝制设备、通用零部件 /电控、缝前缝后设备相关的数字化转型升级，以及涉及到的智能制造方向的问题和发展途径进行了梳理和分析。缝制设备行业数字化发展仍然存在一些问题，包括缝制智能设备产品同质化严重，智能制造能力成熟度水平较低，以及智能缝制设备行业标准体系建设需要进一步加强等方面。

缝制设备产业大脑、智慧工厂、智能制造示范区和工业互联网试点示范等引领性项目是缝制设备龙头企业发展的重点；以智能缝制单元 / 设备、自动化生产系统 /生产线是行业整机制造企业的主攻方向；服务于智能多场景集成，并构建缝制设备行业大模型等。

来源：原文刊载于《智能制造》2024年第2期 作者：李丽 苏铮 房启成 李涛 罗文博 何宁

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