多組分纖維定量順序溶解方案的算法實現

陳健偉

（福建出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心，福建 福州 350003）

為適應現代紡織品的性能需求，越來越多的紡織品采用了多組分纖維混紡的方式，從而對紡織纖維檢測工作提出了更高的要求。現行標準FZ/T 01026-2017《紡織品 定量化學分析 多組分纖維混合物》給出了4組分乃至更多組分纖維混紡比的計算模型[1]，其基本操作方法是將混合物中的各組分逐一溶解，類似于GB/T 2910.2-2009中的方案4[2]。該標準給出了n組分纖維混合物試樣凈干質量百分率的計算公式（以下簡稱“通用計算式”），并以此為基礎，對4/5/6組分混紡織物定量化學分析結果計算進行了示例。若混合物纖維組分數大于6，則應利用通用計算式進行計算。為簡化計算過程，避免因變量過多導致計算出錯，有必要利用計算機語言實現纖維定量順序溶解方案的算法。

VBA的英文全稱是Visual Basic for Application，是VB語言的子集，不但繼承了VB的開發機制，而且與VB有著相同的程序結構和開發環境。它能簡單直觀地訪問Office軟件的各個部分，比如可以直接讀寫Excel單元格。這使我們學習程序設計變得非常直觀，能利用編程輕松地解決實際工作問題[3]。故選擇Excel中自帶的VBA開發工具實現上述算法，并開發出計算工具。

1 計算工具的界面設計

先新建一個Excel文件，另存為xlsm格式，然后打開此文件進行計算工具界面的設計。確定需要輸入的內容包括：試樣凈干質量m、組分數n、每一組分的名稱和公定回潮率、每一步溶解采用的試劑（用于確定質量損失修正系數，即d值）、每一步溶解完剩余的質量r；需要輸出的內容是各組分的凈干質量百分率P或者公定質量百分率PA（根據需要選擇）。

由于纖維類型及其回潮率、溶解試劑都是種類較多而相對固定的，這幾類數據通過下拉選擇的形式輸入較為合適；計算方式也可以設計成選擇的形式，備選項包括“凈干含量”和“結合回潮率含量”兩種。另外，由于d值較多，在點擊需要輸入d值的單元格時，可根據纖維類型和溶解試劑給出相應提示。根據這些思路，先在Sheet1工作表設計出工具主界面，見表1。

表1 計算工具主界面

其中，B1單元格用于輸入組分數，設置其數據有效性條件為“允許整數，介于2到20”。D1單元格用于輸入凈干質量m，設置其小數位數為4位。F1單元格設置其有效性條件為“允許序列，來源：凈干含量,結合回潮率”。第1列從A4開始往后的單元格用于輸入組分名稱，第2行從C2開始往后的單元格用于輸入試劑名稱；第3行從C3開始往后的單元格用于輸入每一步溶解完剩余的質量r（小數位數也設為4位），第2列從B4開始往后的單元格用于顯示計算結果。此外，H1單元格用于顯示d值填寫提示。

為了便于纖維類型及其回潮率、溶解試劑的選擇輸入，在Sheet2工作表中設計出如圖2的備選資料界面（此表可擴展）。然后將上述用于輸入組分名稱的單元格的有效性條件設置為“允許序列，來源==Sheet2!$A$2：$A$99”，用于輸入試劑名稱的單元格的有效性條件設置為“允許序列，來源=Sheet2!$C$2：$C$99”。至此完成工具界面設計。

圖2 備選資料界面

2 用VBA語言實現結果計算

首先，定義普通變量n、m和一維數組變量r、P、PA、A，以及二維數組變量d，以上變量的意義與標準一致；定義各個循環用的整型變量i、j、k，以及存放臨時計算數據的double型變量temp1、temp2。以下是各個模塊的主要功能。

2.1 組分數n改變觸發事件

當B1單元格內容改變時觸發兩個事件，一是重新對n賦值，二是根據n的大小確定需要填寫的單元格區域，并用其他顏色高亮；同時參照FZ/T 01026-2017中表1的形式，在相應單元格填上“溶解”、“--”等字樣，以便于辨識。代碼從略。

2.2 d值填寫提示

當點擊需要填寫d值的單元格時，根據此單元格位置，先找到對應的纖維類型和溶解試劑，然后在H1單元格給出相應的填寫提示，例如“聚酯纖維 在75%硫酸中損失系數”。代碼從略。

2.3 結果計算模塊

此模塊為核心模塊。先用各單元格填寫的內容對相應變量進行賦值，然后計算。

先計算Pn：

temp1 = 1

For i = 1 To n - 1

temp1 = temp1 ? d(n, i)

Next

P(n) = Round(100 ? r(n - 1) ? temp1 / m, 2)

再計算Pk（2≤k≤n-1）：

For k = n - 1 To 2 Step -1

temp1 = 0

For i = k + 1 To n

temp2 = 1

For j = 1 To k - 1

temp2 = temp2 ? d(i, j)

Next

temp2 = P(i) / temp2

temp1 = temp1 + temp2

Next

temp1 = 100 ? r(k - 1) / m - temp1

For j = 1 To k - 1

temp1 = temp1 ? d(k, j)

Next

P(k) = Round(temp1, 2)

Next

計算P1，完成凈干含量的求解：

P(1) = 100

For i = 2 To n

P(1) = P(1) - P(i)

Next

P(1) = Round(P(1), 2)

計算公定質量百分率PA：

temp1 = 0

For i = 1 To n

A(i) = Application.VLookup(Cells(i + 3, 1),Sheet2.Range("A2：B99"), 2, False)

PA(i) = P(i) ? (1 + 0.01 ? A(i))

temp1 = temp1 + PA(i)

Next

PA(n) = 100

For i = 1 To n - 1

PA(i) = Round(100 ? PA(i) / temp1, 1)

PA(n) = Round(PA(n) - PA(i), 1)

Next

最后根據需要，將凈干質量百分率P或公定質量百分率PA填寫回對應單元格，模塊結束。

2.4 其他模塊

包括“清空質量記錄和結果”和“初始化”兩個模塊，前者用于同樣的實驗條件下輸入新的m、r值進行結果計算，后者用于初始化界面以設計新的實驗條件。代碼從略。

3 計算結果驗證

以FZ/T 01026-2017的附錄A～附錄C給出的示例[1]，用本工具進行計算，結果如表1（按照第1組分、第2組分、第3組分……的順序排列，用斜杠分隔開）。

由表1可見，本工具的計算結果與標準對比，在凈干質量百分率P的結果里面僅有≤0.01%的計算誤差，由于足夠小可以忽略；而公定質量百分率PA的結果則與標準完全一致；在填完各組數據后，運行“計算”模塊馬上能得到結果，計算效率高。

表1 本工具計算結果與標準結果對照

4 小結

文章所描述的工具對于順序溶解方案通用性強，計算結果準確、計算過程高效，對簡化多組分纖維定量結果計算過程具有指導意義。使用時可以根據需要在工具中加入更多的功能，例如坩堝和稱量瓶質量的輸入模塊，以及平行實驗計算功能等，使之更加便于實際使用。