基于灰色關聯的粗紗工序斷頭影響因素分析

薛風洋，楊 朝，程衛(wèi)平，李加云，張立杰

(1.新疆大學，新疆 烏魯木齊 830046； 2.新疆東純興紡織有限公司，新疆 圖木舒克 844299)

粗紗工序斷頭在紡紗過程中是比較常見的現象。粗紗斷頭次數多不僅會增加值車工的勞動強度，而且會使成紗疵點增多、質量下降，回花、回絲等機物料消耗增多，直接影響產量[1-2]。影響粗紗工序斷頭的因素包括原料性能、配棉混棉、條子質量、工藝、相對溫濕度等[3-5]。粗紗工序斷頭因素復雜，且斷頭分析方法多依賴人工經驗判斷，受主觀影響較大。目前很多學者對粗紗斷頭因素進行的分析和總結主要側重從定性角度分析粗紗斷頭原因及影響因素，但涉及粗紗斷頭的各個影響因素對粗紗斷頭影響程度的研究卻很少。

總結現有粗紗斷頭影響因素分析方法，大多是對原料、工藝、專件和操作提出相應的要求，未對參數數據進行量化分析，從而無法分析出粗紗具體是由何種原因導致的斷頭。目前量化分析方法主要包括關聯性分析、關聯度分析等。影響粗紗工序斷頭的因素很多，過程復雜、且各個影響因素之間存在不明確的灰色系統，本文依據現場采集的紡紗車間粗紗斷頭相關數據，采用灰色關聯法[6-7]對粗紗斷頭的影響因素展開分析研究，以不同類型紗線的粗紗斷頭為研究對象，應用灰色系統理論，得到粗紗斷頭與影響因素的灰色關聯度，以及影響粗紗斷頭因素的主次順序，基于分析結果，為紡紗企業(yè)減少粗紗工序斷頭、提高成紗質量提供合理的對策及建議。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

由新疆喀什地區(qū)新體制棉花細絨棉制成的熟條和粗紗。

1.2 試驗設備

CMT1801型粗紗機(賽特環(huán)球機械有限公司)；CT3000型條干均勻度測試分析儀(陜西長嶺紡織機電科技有限公司)；Y301B型條粗測長機(常州二紡精密機械有限公司)；XY系列精密電子天平(常州市幸運電子設備有限公司)；YG747型快速八藍烘箱(常州市大華電子儀器有限公司)；YG156N型紗線捻度儀(陜西長嶺紡織機電科技有限公司)；TDC-H1T1-16-W0-A2型溫濕度傳感器(北京安伏電子技術有限公司)。

1.3 試驗方法

根據試驗當日紡紗車間實際生產情況，對不同類型紗線品種所供給的熟條進行隨機多次取樣、測試、記錄。準確記錄單位時間內粗紗工序斷頭的次數及生產環(huán)境中的相對溫濕度變化。對不同粗紗機落紗進行多次試樣采集，并進行相關測試、記錄。熟條、粗紗的所有測試均根據其設備的測試標準和要求進行規(guī)范性測試和記錄。

2 灰色關聯模型構建

2.1 參考序列和比較序列的確定

灰色關聯分析是定量分析系統中不同因子之間關聯程度的方法。首先要確定參考序列和比較序列[8]，確定參考序列，記作：

X0={(x0(k))},k=1,2,…,m

(1)

式中：x0(k)為系統行為特征的數據序列；m為參考序列的數據個數。

確定比較序列，記作：

Xi={xi(k)},i=1,2,…,n

(2)

式中：xi(k)為影響研究對象因素的數據；n為比較序列的數據個數。

2.2 無量綱化

由于系統中不同數列的單位或初值不同，不便于比較，因此需要對數據進行無量綱化、歸一化處理[9]。文中對數據Xi作均值化處理得到新數列：

XiD={xi(k)d}

(3)

式中：d為均值化序列算子，則

{xi(k)d}={xi(1)d,xi(2)d，…,xi(m)d}

(4)

則均值化的數據值為：

(5)

(6)

2.3 關聯系數的求取

參考數列與比較數列在第t點的關聯系數為

(7)

式中：Δmax為|x0(t)-xi(t)|的最大值；Δmin為|x0(t)-xi(t)|的最小值；|x0(t)-xi(t)|為t時刻的值；ρ為分辨系數，ρ?[0,1]，ρ越小，分辨率越高，一般取0.5。

2.4 關聯度的求取及排序

參考序列與比較序列的關聯度r0i為：

(8)

將求得的n個關聯度r0i按自大到小順序排列，為區(qū)分影響程度的大小，將灰色關聯度的大小按關聯程度分為3個等級：輕度關聯(0

3 實證分析

3.1 數據采集和指標選取

為分析比較不同類型紗線粗紗斷頭的影響因素，依據上述方法采集了新疆東純興紡織有限公司某車間2020年11月—2021年4月的粗紗工序斷頭相關測試數據。根據數據的完整性和樣本量的大小，針對4個品種紗線的粗紗工序斷頭情況進行相關分析，紗線品種分別為JC 27.76tex、JC 24.30 tex和C 18.22 tex、C 14.58 tex。

粗紗工序斷頭的影響因素復雜，且沒有統一定論，因此結合企業(yè)的現有條件，通過綜合分析判斷，選取了影響粗紗工序斷頭較大的幾個參數指標，分別為熟條質量、粗紗質量和粗紗車間相對溫濕度。選取的具體指標如下。

熟條質量參數指標：末并定長濕質量(X1)、末并質量不勻率(X2)、末并回潮率(X3)、末并條干CV(X4)。

粗紗質量參數指標：粗紗定長濕質量(X5)、粗紗質量不勻率(X6)、粗紗回潮率(X7)、粗紗捻系數(X8)、粗紗條干CV(X9)。

環(huán)境參數指標：溫度(X10)、相對濕度(X11)。

千錠時粗紗斷頭(X0)指標作為參考序列。

3.2 粗紗工序斷頭影響因素分析

表1是以C 18.22 tex紗為例，根據樣本量大小列舉的6組粗紗斷頭率和影響因素指標的序列數據。

表1 千錠時粗紗斷頭及影響因素指標

以C 18.22 tex紗為例，對表1的數據進行關聯度計算，得到千錠時粗紗斷頭和影響因素指標的關聯度，同理可以得到其他紗線品種的關聯度，結果如表2所示。

表2 不同類型紗線千錠時粗紗斷頭與影響因素指標間關聯度

對表2關聯度數據結果分析可以看出，粗紗工序斷頭的影響因素關聯度值均大于0.6，表明以上所有因素對粗紗斷頭都有較大的影響。其中JC 27.76 tex紗的關聯序為：X4>X8>X7=X5>X1>X6>X9>X10>X3>X11>X2；JC 24.30 tex紗的關聯序為：X4>X8>X7>X5>X1>X10>X11>X9>X3>X6>X2；C 18.22 tex紗關聯序為：X8>X4>X7>X5>X9>X1>X6>X3>X10>X11>X2；C 14.58 tex紗關聯序為：X4>X8>X7>X5>X1>X10>X11>X6>X9>X3>X2。從4種紗線的粗紗斷頭影響因素排序結果來看，同一個因素對不同類型的紗線影響程度是不同的，即千錠時粗紗斷頭與紗線的類型有很大的關系。

通過對比研究發(fā)現影響精梳紗和普梳紗對應粗紗斷頭較大的幾個因素指標大致相同，排名前3的影響因素均為末并條干、粗紗捻系數、粗紗回潮率。其中末并條干均勻度是表示熟條粗細均勻程度的指標。末并的條干均勻度對粗紗條干均勻度和粗紗斷頭有直接影響，末并條干均勻度越好，熟條品質越高，粗紗斷頭的概率越低；其他紡紗工藝條件相同時，在合理的范圍內粗紗捻系數偏大有利于加強牽伸區(qū)對纖維運動的控制，使纖維間摩擦阻力增大、強度增加，進一步提高纖維的伸直度，從而提高產品質量減少粗紗斷頭。當粗紗捻系數過大時，強度增加，成紗質量不均率增加，細紗粗節(jié)和硬頭增多。粗紗捻系數過小時，粗紗強力減小，移位偏差增大，易產生意外牽伸，細節(jié)增多，粗紗斷頭上升，從而影響產品質量；粗紗回潮率過高會降低纖維的伸長率，纖維會纏繞膠輥和羅拉導致牽伸不開。粗紗回潮率過小會使棉纖維橫向收縮，強力下降，伸長率增加，相互間摩擦減小，易產生靜電，紗線毛羽增多，飛花和斷頭次數增加，影響紗線質量。

將粗紗工序斷頭與熟條質量參數指標、粗紗質量參數指標和環(huán)境參數指標分別看作一個單獨的灰色系統，探究某個環(huán)節(jié)對粗紗斷頭的具體影響，經關聯度計算并排序得出不同紗線的不同環(huán)節(jié)對粗紗工序斷頭影響排名前3的因素指標，如表3所示。

從表3可以看出，在熟條質量測試環(huán)節(jié)中，精梳紗和普梳紗粗紗斷頭影響排名前3的指標為末并條干、末并定長濕質量、末并回潮率，表明在不考慮其他因素出現粗紗斷頭時，企業(yè)在熟條質量環(huán)節(jié)應著重關注末并條干、末并定長濕質量、末并回潮率等指標。同理在考慮粗紗質量對粗紗斷頭的影響時，應著重關注粗紗的捻系數、回潮率、定長濕質量等指標。在環(huán)境參數指標中，相對溫度比相對濕度對粗紗工序斷頭影響的關聯系數大。

表3 不同紡紗環(huán)節(jié)對粗紗斷頭較顯著的影響因素指標

4 結 論

不同于以往定性研究粗紗斷頭的影響因素，本文通過灰色關聯進行定量實證分析，給出了粗紗斷頭影響因素的排名，就不同類型紗線進行了對比分析，并對不同紡紗環(huán)節(jié)下粗紗斷頭影響因素做出排名。結果如下：

①熟條質量、粗紗質量和相對溫濕度對粗紗斷頭影響較大。在列舉的粗紗工序斷頭影響因素指標中，所有指標與粗紗斷頭的關聯度均為強度關聯(大于0.6)。

②影響粗紗工序斷頭最主要的因素是末并條干、粗紗捻系數和粗紗回潮率。

③相同環(huán)節(jié)中不同類型的紗線影響粗紗斷頭的指標大致相同。在列舉的所有紗線品種中，熟條質量對粗紗斷頭工序影響較大的指標排名均為末并條干、末并定長濕質量、末并回潮率等指標。粗紗質量對粗紗斷頭影響較大的指標排名均為粗紗捻系數、粗紗回潮率、粗紗定長濕質量等指標。

紡紗企業(yè)應根據不同類型紗線的具體情況進行分析，優(yōu)化熟條和粗紗工藝，合理做出降低粗紗工序斷頭的規(guī)劃，同時應單獨關注某個環(huán)節(jié)對粗紗工序斷頭的影響，根據不同紗線做出合理性規(guī)劃，做到快速、準確地聚焦到對粗紗斷頭影響較大的指標上，從而提升生產效率。