基于仿真模擬的絡(luò)筒工藝參數(shù)自動設(shè)置系統(tǒng)

M. Wischnowski， D. Bücher， S. Gramsch，A. Schmei?er， L. Paul， R. Heidenreich

1. 亞琛工業(yè)大學(xué) 紡織技術(shù)研究所(ITA)(德國) 2. 弗勞恩霍夫技術(shù)與經(jīng)濟數(shù)學(xué)研究所(ITWM)(德國) 3. 促進應(yīng)用計算機科學(xué)學(xué)會(GFal)(德國)

1 絡(luò)筒工藝決定染色均勻性

德國的紡織和服裝行業(yè)中，有近200家公司從事織物的后整理。這200家后整理公司中有近90家公司配備有染色工藝線。后整理公司的專業(yè)化程度總體較高，且以中、小型企業(yè)為主。2012年，德國紡織和家紡行業(yè)共消費了36.1萬t纖維。這些纖維中約有30%是采用德國的筒子紗上染工藝染色的。這意味著德國的筒子紗染色總量達11萬t/a。筒子紗染色工藝的關(guān)鍵是染色均勻性，以確保色紗的高品質(zhì)。工業(yè)數(shù)據(jù)顯示，在德國，重度染色筒管廢品率達2%，因此，德國每年損失的紗線約為2 200 t。因投訴和退貨而產(chǎn)生的經(jīng)濟損失約為4歐元/kg紗線，這意味著德國后整理公司每年因染色缺陷而導(dǎo)致的成本損失達880萬歐元。據(jù)一家筒子染色紡紗廠的內(nèi)部計算，其每年染色4 500 t紗線，因筒管缺陷導(dǎo)致的經(jīng)濟損失約為40萬歐元/a。圖1為兩種具有染色缺陷的筒管照片。

圖1 具有染色缺陷的筒管(來源：Thies公司)

2 將染色廢筒率降低15%

在跨學(xué)科AiF項目的基于仿真模擬對紗線在交叉絡(luò)筒中自動生成建議性參數(shù)設(shè)置(DensiSpul)系統(tǒng)[亞琛工業(yè)大學(xué)紡織技術(shù)研究所(ITA)]中，弗勞恩霍夫技術(shù)與經(jīng)濟數(shù)學(xué)研究所(ITWM)和促進應(yīng)用計算機科學(xué)學(xué)會(GFal)為可用于標準型和未來絡(luò)筒機的這套系統(tǒng)制定了目標——將筒子紗染色工藝中的染色廢筒率降低15%，這將導(dǎo)致僅在德國每年就可減少約130萬歐元的經(jīng)濟損失。此外，該系統(tǒng)還可自動生成新的設(shè)置建議，減少絡(luò)筒機設(shè)置時間。

3 紡織技術(shù)、三維數(shù)據(jù)處理和仿真領(lǐng)域的跨學(xué)科協(xié)作

DensiSpul系統(tǒng)的解決方案基于不同的絡(luò)筒機，自動生成設(shè)置參數(shù)的方法可使紗線在絡(luò)筒時具有均勻的分布密度。紗線的均勻分布是高質(zhì)量筒管染色的決定性因素。AiF項目中DensiSpul系統(tǒng)的跨學(xué)科方法流程圖如圖2所示。

圖2 AiF項目中DensiSpul系統(tǒng)的跨學(xué)科方法

Densispul系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置建議基于對紗線絡(luò)筒過程的模擬。該系統(tǒng)是對纖維交叉卷繞的單獨分解和完整模擬，可以預(yù)見，其計算能力可超過商用個人計算機。因此，這個項目的建模任務(wù)還包括開發(fā)絡(luò)筒機的紗線密度模型。紗線的密度可通過與絡(luò)筒機相連的設(shè)備測量。利用微計算機層析成像(μCT)技術(shù)研究材料模型的構(gòu)建，并對虛擬密度分布的驗證進行研究。基于此，可在給定絡(luò)筒機自動卷繞參數(shù)與相關(guān)紗線參數(shù)的情況下，模擬卷繞筒子的密度分布。以密度分布均勻性為研究目標的優(yōu)化算法，可為絡(luò)筒工藝提供較優(yōu)的參數(shù)設(shè)置建議。紡織技術(shù)、三維數(shù)據(jù)處理和仿真領(lǐng)域的相互協(xié)作，可確保降低染色廢筒率。