基于仿真模擬的絡筒工藝參數自動設置系統

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

1. 亞琛工業大學 紡織技術研究所(ITA)(德國) 2. 弗勞恩霍夫技術與經濟數學研究所(ITWM)(德國) 3. 促進應用計算機科學學會(GFal)(德國)

1 絡筒工藝決定染色均勻性

德國的紡織和服裝行業中，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。后整理公司的專業化程度總體較高，且以中、小型企業為主。2012年，德國紡織和家紡行業共消費了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鍵是染色均勻性，以確保色紗的高品質。工業數據顯示，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。因投訴和退貨而產生的經濟損失約為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致的成本損失達880萬歐元。據一家筒子染色紡紗廠的內部計算，其每年染色4 500 t紗線，因筒管缺陷導致的經濟損失約為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%

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

3 紡織技術、三維數據處理和仿真領域的跨學科協作

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

圖2 AiF項目中DensiSpul系統的跨學科方法

Densispul系統的參數設置建議基于對紗線絡筒過程的模擬。該系統是對纖維交叉卷繞的單獨分解和完整模擬，可以預見，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還包括開發絡筒機的紗線密度模型。紗線的密度可通過與絡筒機相連的設備測量。利用微計算機層析成像(μCT)技術研究材料模型的構建，并對虛擬密度分布的驗證進行研究。基于此，可在給定絡筒機自動卷繞參數與相關紗線參數的情況下，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化算法，可為絡筒工藝提供較優的參數設置建議。紡織技術、三維數據處理和仿真領域的相互協作，可確保降低染色廢筒率。