香線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性綜合評價

楊 屹 段 勤 田飛宇 肯生葉 楊雪燕

云南養(yǎng)瑞科技集團(tuán)有限公司研究院，云南 昆明 650500

香味對人的情緒和行為都有積極的影響，能起到減輕焦慮、愉悅心情和激發(fā)創(chuàng)造性思維等作用[1]。香味織物由于其特殊的香氣和令人愉悅的感官效果越來越受到市場的關(guān)注，其性能與香線質(zhì)量密切相關(guān)。伴隨著香味織物及香線卷煙濾嘴需求的增長[2]，香線產(chǎn)品的質(zhì)量也越來越受到重視[3]。

目前，針對香線產(chǎn)品的物理性能指標(biāo)主要包括斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率、線密度等。除此之外，質(zhì)量穩(wěn)定性也是香線產(chǎn)品質(zhì)量控制的指標(biāo)之一[4]。因此，科學(xué)、有效并客觀地評價香線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性顯得十分重要[5]。

本文將運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計原理，通過方差分析、偏差指標(biāo)分析、統(tǒng)計過程控制(SPC)和多特征相似度分析等手段，對香線產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率、線密度等檢測結(jié)果進(jìn)行分析，同時結(jié)合繞線試驗(yàn)中的斷線次數(shù)，建立香線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性綜合評估方法，以期為其內(nèi)在質(zhì)量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

材料：選擇2019年4個季度共計16個批次的3種規(guī)格的香線產(chǎn)品——香線A、香線B、香線C作為研究對象。

儀器：ME204/02型電子天平和HE 83/02型水分測定儀，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；Y331A型紗線捻度儀、YG020B型電子單紗強(qiáng)力機(jī)和YG086 D型縷紗測長儀，常州三豐儀器科技有限公司；紗線斷線檢測裝置，自制。

1.2 測試方法

1.2.1 斷裂強(qiáng)力

參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》標(biāo)準(zhǔn)測定樣品的斷裂強(qiáng)力。

1.2.2 捻度

參照GB/T 2543.1—2015《紡織品 紗線捻度的測定 第1部分：直接計數(shù)法》標(biāo)準(zhǔn)測定樣品的捻度。

1.2.3 含水率

參照GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定 烘箱干燥法》標(biāo)準(zhǔn)測定樣品的含水率。

1.2.4 線密度

參照GB/T 4743—2009《紡織品 卷裝紗 絞紗法線密度的測定》標(biāo)準(zhǔn)測定樣品的線密度。

1.2.5 斷線次數(shù)

利用自制的紗線斷線檢測裝置模擬香線的織造加工過程，統(tǒng)計每錠紗線在模擬過程中的斷線次數(shù)。

2 結(jié)果與討論

本文針對3種規(guī)格的香線產(chǎn)品——香線A、香線B和香線C展開斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率、線密度及斷線次數(shù)等5項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)的測定，結(jié)果見表1～表3。測試均由同一人員按照相同的方法并使用相同的檢測設(shè)備進(jìn)行，以免因額外因素對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

表1 香線A的關(guān)鍵性能指標(biāo)測試結(jié)果

表2 香線B的關(guān)鍵性能指標(biāo)測試結(jié)果

表3 香線C的關(guān)鍵性能指標(biāo)測試結(jié)果

2.1 方差分析

方差分析是對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，以判斷各因素水平之間是否具有顯著性差異的一種統(tǒng)計學(xué)方法[6]。它可以基于不同來源的變異對總變異的貢獻(xiàn)大小，確定可控因素對研究結(jié)果影響力的大小[7-8]。

表4以香線A為例，對表1中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了方差分析。分析時,以季度為單位進(jìn)行因子的選擇,設(shè)定顯著性水平α為0.05，考察的目標(biāo)變量分別是斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率和線密度。斷線次數(shù)將作為驗(yàn)證分析結(jié)果的指標(biāo)，在相似度分析時進(jìn)行討論。表4結(jié)果顯示：(1)香線A的捻度和線密度的P值<0.050，說明2019年不同季度不同批次的香線A的捻度和線密度存在顯著性差異，而其余兩項(xiàng)指標(biāo)的差異均不顯著。(2)根據(jù)P值與質(zhì)量穩(wěn)定性的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)P值>0.200時，目標(biāo)變量在不同因素水平下差異不顯著，說明其質(zhì)量穩(wěn)定性良好；當(dāng)0.050

表4 香線A的質(zhì)量穩(wěn)定性方差分析結(jié)果

采用同樣的方法對香線B和香線C的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行方差分析。表5對3種香線產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)的顯著性差異結(jié)果進(jìn)行了匯總，其中，“√”代表此項(xiàng)指標(biāo)全年4個季度不同批次的檢測數(shù)值存在顯著性差異，“×”代表該指標(biāo)的檢測數(shù)值不存在顯著性差異。

表5 3種香線產(chǎn)品性能指標(biāo)的顯著性差異結(jié)果匯總

表5指出了相關(guān)香線生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)時需注意的質(zhì)量指標(biāo)，這為工藝的改進(jìn)、質(zhì)控的加強(qiáng)和產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量穩(wěn)定性的提高提供了參考。

2.2 偏差分析

測試結(jié)果顯示，香線的斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率和線密度等指標(biāo)呈正態(tài)分布。根據(jù)正態(tài)分布中關(guān)于穩(wěn)定性的判斷方法，本文基于平均值相對于中心值的偏離程度判斷各項(xiàng)指標(biāo)的穩(wěn)定性[10]。具體為，將平均值與企業(yè)生產(chǎn)中規(guī)定的產(chǎn)品指標(biāo)的中心值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立一個偏差量指標(biāo)K：

(1)

式中：Kj——j指標(biāo)的偏差量；

nj——企業(yè)生產(chǎn)中規(guī)定的產(chǎn)品j指標(biāo)的中心值。

計算得到3種香線產(chǎn)品的性能指標(biāo)的K值歸納于表6。

表6 3種香線產(chǎn)品的性能指標(biāo)的K值

K值的大小可以直接反映該指標(biāo)平均值與規(guī)定中心值的偏離程度[11]。當(dāng)K值為0.000 0時，表明該指標(biāo)實(shí)測值的平均值與中心值無差別，即該指標(biāo)的穩(wěn)定性最佳。K值越大，表明該指標(biāo)實(shí)測值的平均值越偏離規(guī)定的中心值。從表6可以看出：(1)總體上，含水率的K值較大，線密度的K值較小，斷裂強(qiáng)力和捻度的K值居中。這主要與測試條件和環(huán)境等因素有關(guān)。含水率易受環(huán)境因素影響，特別是在運(yùn)輸和儲存過程中，空氣濕度、溫度等均會導(dǎo)致實(shí)測值偏離中心值。(2)線密度為單位長度紗線的質(zhì)量，其與香線本身的材質(zhì)關(guān)聯(lián)較大[12]。

方差分析和偏差分析的結(jié)果可用于判斷香線產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，并且兩者可在一定程度上起相互參考和印證的作用。如，方差分析顯示斷裂強(qiáng)力方面，香線C存在顯著性差異；偏差分析顯示斷裂強(qiáng)力K值中香線C的最大。偏差分析的結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了方差分析的結(jié)果。

2.3 統(tǒng)計過程控制(SPC)

統(tǒng)計過程控制(SPC)是應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)對過程中的各個階段進(jìn)行評估和監(jiān)控，建立并保持過程處于可接受的且穩(wěn)定的水平，從而保證產(chǎn)品符合規(guī)定要求的一種技術(shù)[13]。它是過程控制的一部分，其通過控制圖分析過程的穩(wěn)定性，對過程中存在的異常因素進(jìn)行預(yù)警，以及對過程質(zhì)量進(jìn)行評價[14]。

由圖1可知，香線A中有個別捻度值超出上控制限或低于下控制限，出現(xiàn)了較大的波動，說明其捻度質(zhì)量穩(wěn)定性較差，這與方差分析的結(jié)果一致?？梢?，應(yīng)用SPC可以較為清楚地判斷出香線產(chǎn)品某一性能指標(biāo)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，其能從一定程度上反映香線產(chǎn)品生產(chǎn)過程是否存在異常因素，是否需及時對生產(chǎn)過程做出精確反饋。

圖1 香線A的捻度圖

2.4 多特征相似度分析

多特征相似度分析可基于多個角度的表征和評價，客觀、全面地反應(yīng)香線產(chǎn)品不同批次間的差異程度。其通過在一定數(shù)量的樣本基礎(chǔ)上，選擇合適的計算方法，計算出不同批次產(chǎn)品之間的相似度，最后通過相似度評價香線產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性即優(yōu)劣[15]。本文采用夾角余弦法計算相似度[16]。

2.4.1 可接受相似度的計算

采用相似度作為香線質(zhì)量穩(wěn)定性的一個評價參數(shù)。首先，選定一個可以評價不同批次樣品相似程度的“參考值”[17]。本文將16個批次樣品的關(guān)鍵參數(shù)的中位值作為參考值，則產(chǎn)生了香線A、香線B和香線C的參考樣品，分別記為a、b、c。規(guī)定參考樣品的性能指標(biāo)值為該香線產(chǎn)品的質(zhì)量參考值。計算各批次樣品與參考樣品的相似度，得到的相似度介于0.000 000和1.000 000之間。相似度越接近1.000 000，表明該批次樣品與參考樣品越接近。

2.4.2 香線A的相似度分析

圖2 香線A與參考樣品a的相似度分析結(jié)果

為驗(yàn)證基于關(guān)鍵參數(shù)建立的相似度方法對評價香線質(zhì)量穩(wěn)定性的有效性，特對各批次香線A進(jìn)行繞線試驗(yàn)，再采用 Grubbs 檢驗(yàn)法對16個批次的香線A的斷線次數(shù)進(jìn)行異常值檢驗(yàn)，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)離群值，表明各批次香線A產(chǎn)品保持了較好的質(zhì)量穩(wěn)定性，這與基于關(guān)鍵參數(shù)建立的相似度方法得到的結(jié)果是一致的。

2.4.3 香線B的相似度分析

圖3 香線B與參考樣品b的相似度分析結(jié)果

采用Grubbs 檢驗(yàn)法對16個批次的香線B的斷線次數(shù)進(jìn)行異常值檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在α=0.05的檢驗(yàn)水平下，B6批次的斷線次數(shù)大于Grubbs表中規(guī)定的臨界值，被判定為離群值。在剔除離群值之后對其余數(shù)據(jù)繼續(xù)檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)離群值。

香線B6關(guān)鍵參數(shù)相對于香線B其他批次產(chǎn)品存在明顯差異，這一結(jié)果與基于關(guān)鍵參數(shù)建立的相似度方法得到的結(jié)果一致。

2.4.4 香線C的相似度分析

圖4 香線C與參考樣品c的相似度分析結(jié)果

采用Grubbs 檢驗(yàn)法對16個批次的香線C的斷線次數(shù)進(jìn)行異常值檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)C15和C16批次的關(guān)鍵參數(shù)相對于香線C其他批次樣品存在明顯差異，該結(jié)果也與基于關(guān)鍵參數(shù)建立的相似度方法得到的結(jié)果一致。

2.4.5 不同規(guī)格香線間的相似度

為比較同種產(chǎn)品不同規(guī)格間的差異性和相似度，對香線A、香線B、香線C的參考樣品a、b、c相互之間的相似度進(jìn)行計算，結(jié)果如表7所示。從表7可以看出，香線A與香線C之間的相似度明顯高于香線A與香線B、香線B與香線C之間的相似度，這與香線A、香線C的材質(zhì)均為聚酯纖維，香線B的材質(zhì)為純棉纖維有關(guān)。該結(jié)果表明，相似度分析雖無法區(qū)分不同規(guī)格的香線產(chǎn)品，但對于區(qū)分和判斷不同材質(zhì)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性仍具有一定的指導(dǎo)作用。

表7 香線A、香線B和香線C的參考樣品之間的相似度

3 結(jié)論

本文基于香線的4項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)——斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率和線密度，運(yùn)用方差分析、偏差分析、SPC和相似度分析等方法，對同一規(guī)格不同批次香線產(chǎn)品和不同規(guī)格香線產(chǎn)品之間的質(zhì)量穩(wěn)定性進(jìn)行了比較。方差分析和偏差分析可用于判斷不同批次香線產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，兩者結(jié)果可以在一定程度上進(jìn)行相互印證。SPC可以較為清楚地判斷香線某一指標(biāo)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，查找異常因素，從而對生產(chǎn)過程做出精確預(yù)警。同一規(guī)格香線間的相似度分析表明，相同材質(zhì)的香線產(chǎn)品之間相似性較高，不同材質(zhì)的香線產(chǎn)品之間相似性差異較大。4種分析方法均為不同規(guī)格香線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性提供了有效的評價方法，達(dá)到了判定香線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的目的。