棉卷性能與成紗質(zhì)量關(guān)系模型的建立與驗證

程浩南

江西省現(xiàn)代服裝工程技術(shù)研究中心(中國)

在紡紗過程中，半成品的質(zhì)量直接影響紗線的品質(zhì)等級[1-2]。近年來，研究人員開展了大量有關(guān)利用紡紗半成品性能對成紗質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測的研究，并取得了一些研究成果[3-5]。這不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本，而且對紡紗工藝設(shè)計及質(zhì)量控制方面起到了積極的作用[6-7]。然而，對紡紗企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，有關(guān)利用棉卷質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測成紗質(zhì)量的研究與應(yīng)用仍較少[8-11]。

本文從一些紡織企業(yè)收集到很多棉卷試樣，并記錄了采用相應(yīng)的棉卷紡制的14.5 tex棉紗的成紗質(zhì)量，對相關(guān)的測度數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計與分類。然后，利用XJ128型快速棉纖維性能檢測儀等[11-12]檢測14項棉卷性能主要指標(biāo)(上半部平均長度XLuhm、整齊度指數(shù)XUi、斷裂比強(qiáng)度XStr、斷裂伸長率XELg、馬克隆值XMic、成熟度指數(shù)XMat、色澤指標(biāo)(XRD、X+B、XCG)、雜質(zhì)指標(biāo)(XTC、XTA、XTG)、短絨率XSFC和含雜質(zhì)量百分率XPTC)，以表征棉卷性能，再分析這些測試數(shù)據(jù)與成紗強(qiáng)力、條干CV、細(xì)節(jié)、粗節(jié)及棉結(jié)5項指標(biāo)的關(guān)系，最終建立棉卷性能與成紗質(zhì)量的關(guān)系模型，并進(jìn)行驗證。研究旨在為成紗質(zhì)量的預(yù)測與控制提供一些理論參考。

1 試驗

1.1 試驗原料

本文在相關(guān)棉紡企業(yè)共收集取樣100余組，為確保收集到的成品具有一定均勻的跨度，最終選取了具有代表性的50組棉卷，通過XJ128型快速棉纖維性能檢測儀等設(shè)備測試這些棉卷性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，得到各個指標(biāo)的變化范圍，棉卷測試指標(biāo)范圍具體如表1所示。

表1 棉卷測試指標(biāo)范圍

1.2 試驗儀器

試驗儀器：XJ128型快速棉纖維性能檢測儀，XJ128型取樣器，YG046型原棉雜質(zhì)分析儀(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司)，Y111型羅拉式纖維長度分析儀(萊州市電子儀器有限公司)及電子天平(上海恒平科學(xué)儀器有限公司)。除此之外，試驗還需準(zhǔn)備稀梳、密梳、鑷子及小剛尺等工具。

1.3 試驗原理

運(yùn)用相關(guān)試驗儀器對棉卷的14項性能指標(biāo)進(jìn)行測試，并對紡制的14.5 tex棉紗的成紗質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。利用多元線性回歸分析建立棉卷性能指標(biāo)與對應(yīng)成紗強(qiáng)力、條干CV、細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)5項指標(biāo)的多元線性回歸方程模型。最后，將模型的預(yù)測值與實(shí)際測量值進(jìn)行對比，驗證模型的適用性。

2 棉卷性能與紗線質(zhì)量關(guān)系模型

在建立棉卷性能與紗線質(zhì)量的多元線性回歸方程模型前，需確定回歸方程中符號的含義。定義成紗強(qiáng)力品質(zhì)預(yù)測值為YP、成紗條干CV品質(zhì)預(yù)測值為YCV、成紗細(xì)節(jié)品質(zhì)預(yù)測值為YT1、成紗粗節(jié)品質(zhì)預(yù)測值為YTN及成紗棉結(jié)品質(zhì)預(yù)測值為YN。

2.1 試驗測試數(shù)據(jù)分析

在對棉卷中的各種原棉纖維進(jìn)行性能檢測后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分類，對記錄的企業(yè)成紗質(zhì)量測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再對棉卷各性能指標(biāo)與成紗質(zhì)量各指標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。

分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：棉卷性能的各項測試指標(biāo)與成紗性能單個指標(biāo)之間基本上不具有線性關(guān)系，無法進(jìn)行線性擬合，但可用多元線性回歸法對棉卷性能指標(biāo)與成紗性能各指標(biāo)之間進(jìn)行回歸分析，研究并確定它們之間的非確定性關(guān)系。本文分析獲得棉卷性能指標(biāo)與成紗質(zhì)量各指標(biāo)間的單相關(guān)性關(guān)系及其擬合值(R2)如表2和表3所示。

通過對棉紡各工序的理論分析，結(jié)合表2及表3中的數(shù)據(jù)可知：棉卷性能各個指標(biāo)與成紗條干、強(qiáng)力、細(xì)節(jié)、粗節(jié)、棉結(jié)的相關(guān)性及擬合值均不太高，且每個指標(biāo)之間存在差異。其中紗線強(qiáng)力、條干CV和細(xì)節(jié)主要受棉卷短絨率、含雜質(zhì)量百分率和馬克隆值的影響；紗線粗節(jié)主要受短絨率、含雜質(zhì)量百分率和整齊度指數(shù)的影響；紗線棉結(jié)主要受馬克隆值和成熟度指數(shù)的影響。即成紗質(zhì)量受原棉多個指標(biāo)性能共同影響，因此單一指標(biāo)性能與成紗質(zhì)量間的相關(guān)性并不高。因此，采用多元線性回歸法構(gòu)建棉卷性能指標(biāo)與成紗質(zhì)量之間的關(guān)系模型。

表2 棉卷性能指標(biāo)與紗線質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)性

注：PC為相關(guān)系數(shù)，Sig為顯著性水平

表3 成紗質(zhì)量指標(biāo)與對應(yīng)棉卷性能指標(biāo)的R2值

2.2 棉卷性能與成紗質(zhì)量關(guān)系的構(gòu)建與分析

對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析，并將棉卷性能各項測試指標(biāo)與成紗質(zhì)量中的紗線強(qiáng)力、條干CV、細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)分別進(jìn)行擬合，擬合程度如圖1～圖5所示，對應(yīng)的回歸方程如表4所示。

圖1 成紗實(shí)際強(qiáng)力與預(yù)測強(qiáng)力的擬合程度

圖2 成紗實(shí)際條干CV與預(yù)測條干CV的擬合程度

圖3 成紗實(shí)際細(xì)節(jié)與預(yù)測細(xì)節(jié)的擬合程度

圖4 成紗實(shí)際粗節(jié)與預(yù)測粗節(jié)的擬合程度

圖5 成紗實(shí)際棉結(jié)與預(yù)測棉結(jié)的擬合程度

建立模型后，需進(jìn)一步了解模型對于總體樣本的擬合程度。將棉卷各性能指標(biāo)代入相應(yīng)的模型進(jìn)行計算，得出10組預(yù)測值，將預(yù)測值與實(shí)測值進(jìn)行比較，得到實(shí)際成紗指標(biāo)值與預(yù)測成紗指標(biāo)值間的判定系數(shù)F。分析可知：大多模型的判定系數(shù)均可達(dá)到可信度大于0.6，表明這種預(yù)測方法是可行的。

通過對圖1～圖5進(jìn)行觀察，結(jié)合對表4的擬合方程進(jìn)行分析可知：棉卷品質(zhì)分別與對應(yīng)14.5 tex成紗強(qiáng)力、條干CV，細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)5項質(zhì)量指標(biāo)構(gòu)建多元線性回歸模型，其預(yù)測值與實(shí)測值間的相關(guān)性較高，但也存在一定的差異，相關(guān)系數(shù)為0.795～0.893之間，其中棉卷品質(zhì)與成紗條干CV之間建立的模型有效性最高，其預(yù)測值與實(shí)測值之間的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.893。

表4 棉卷性能與成紗質(zhì)量各指標(biāo)之間的擬合方程

3 結(jié)語

利用XJ128型快速棉纖維性能檢測儀等設(shè)備檢測14項棉卷性能主要指標(biāo)，將棉卷性能各單項指標(biāo)分別與成紗條干、強(qiáng)力、細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)進(jìn)行擬合，結(jié)果表明相關(guān)性及擬合值均不太高，且存在一定的差異，這證明了成紗質(zhì)量是由原棉多個性能指標(biāo)共同決定的。通過數(shù)據(jù)分析，建立棉卷性能與對應(yīng)成紗的強(qiáng)力、條干CV、細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)5項質(zhì)量指標(biāo)關(guān)系模型，并得到棉卷與對應(yīng)14.5 tex成紗強(qiáng)力、條干CV，細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)質(zhì)量指標(biāo)的多元線性回歸模型。預(yù)測值與實(shí)測值間的相關(guān)系數(shù)為0.795～0.893，具有實(shí)用效果。將該模型應(yīng)用于棉紡企業(yè)的配棉工序，不僅容易操作而且可以節(jié)約成本。