多组分纤维定量顺序溶解方案的算法实现

陈健伟

（福建出入境检验检疫局检验检疫技术中心，福建 福州 350003）

为适应现代纺织品的性能需求，越来越多的纺织品采用了多组分纤维混纺的方式，从而对纺织纤维检测工作提出了更高的要求。现行标准FZ/T 01026-2017《纺织品 定量化学分析 多组分纤维混合物》给出了4组分乃至更多组分纤维混纺比的计算模型[1]，其基本操作方法是将混合物中的各组分逐一溶解，类似于GB/T 2910.2-2009中的方案4[2]。该标准给出了n组分纤维混合物试样净干质量百分率的计算公式（以下简称“通用计算式”），并以此为基础，对4/5/6组分混纺织物定量化学分析结果计算进行了示例。若混合物纤维组分数大于6，则应利用通用计算式进行计算。为简化计算过程，避免因变量过多导致计算出错，有必要利用计算机语言实现纤维定量顺序溶解方案的算法。

VBA的英文全称是Visual Basic for Application，是VB语言的子集，不但继承了VB的开发机制，而且与VB有着相同的程序结构和开发环境。它能简单直观地访问Office软件的各个部分，比如可以直接读写Excel单元格。这使我们学习程序设计变得非常直观，能利用编程轻松地解决实际工作问题[3]。故选择Excel中自带的VBA开发工具实现上述算法，并开发出计算工具。

1 计算工具的界面设计

先新建一个Excel文件，另存为xlsm格式，然后打开此文件进行计算工具界面的设计。确定需要输入的内容包括：试样净干质量m、组分数n、每一组分的名称和公定回潮率、每一步溶解采用的试剂（用于确定质量损失修正系数，即d值）、每一步溶解完剩余的质量r；需要输出的内容是各组分的净干质量百分率P或者公定质量百分率PA（根据需要选择）。

由于纤维类型及其回潮率、溶解试剂都是种类较多而相对固定的，这几类数据通过下拉选择的形式输入较为合适；计算方式也可以设计成选择的形式，备选项包括“净干含量”和“结合回潮率含量”两种。另外，由于d值较多，在点击需要输入d值的单元格时，可根据纤维类型和溶解试剂给出相应提示。根据这些思路，先在Sheet1工作表设计出工具主界面，见表1。

表1 计算工具主界面

其中，B1单元格用于输入组分数，设置其数据有效性条件为“允许整数，介于2到20”。D1单元格用于输入净干质量m，设置其小数位数为4位。F1单元格设置其有效性条件为“允许序列，来源：净干含量,结合回潮率”。第1列从A4开始往后的单元格用于输入组分名称，第2行从C2开始往后的单元格用于输入试剂名称；第3行从C3开始往后的单元格用于输入每一步溶解完剩余的质量r（小数位数也设为4位），第2列从B4开始往后的单元格用于显示计算结果。此外，H1单元格用于显示d值填写提示。

为了便于纤维类型及其回潮率、溶解试剂的选择输入，在Sheet2工作表中设计出如图2的备选资料界面（此表可扩展）。然后将上述用于输入组分名称的单元格的有效性条件设置为“允许序列，来源==Sheet2!$A$2：$A$99”，用于输入试剂名称的单元格的有效性条件设置为“允许序列，来源=Sheet2!$C$2：$C$99”。至此完成工具界面设计。

图2 备选资料界面

2 用VBA语言实现结果计算

首先，定义普通变量n、m和一维数组变量r、P、PA、A，以及二维数组变量d，以上变量的意义与标准一致；定义各个循环用的整型变量i、j、k，以及存放临时计算数据的double型变量temp1、temp2。以下是各个模块的主要功能。

2.1 组分数n改变触发事件

当B1单元格内容改变时触发两个事件，一是重新对n赋值，二是根据n的大小确定需要填写的单元格区域，并用其他颜色高亮；同时参照FZ/T 01026-2017中表1的形式，在相应单元格填上“溶解”、“--”等字样，以便于辨识。代码从略。

2.2 d值填写提示

当点击需要填写d值的单元格时，根据此单元格位置，先找到对应的纤维类型和溶解试剂，然后在H1单元格给出相应的填写提示，例如“聚酯纤维 在75%硫酸中损失系数”。代码从略。

2.3 结果计算模块

此模块为核心模块。先用各单元格填写的内容对相应变量进行赋值，然后计算。

先计算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)

再计算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

计算P1，完成净干含量的求解：

P(1) = 100

For i = 2 To n

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

Next

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

计算公定质量百分率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

最后根据需要，将净干质量百分率P或公定质量百分率PA填写回对应单元格，模块结束。

2.4 其他模块

包括“清空质量记录和结果”和“初始化”两个模块，前者用于同样的实验条件下输入新的m、r值进行结果计算，后者用于初始化界面以设计新的实验条件。代码从略。

3 计算结果验证

以FZ/T 01026-2017的附录A～附录C给出的示例[1]，用本工具进行计算，结果如表1（按照第1组分、第2组分、第3组分……的顺序排列，用斜杠分隔开）。

由表1可见，本工具的计算结果与标准对比，在净干质量百分率P的结果里面仅有≤0.01%的计算误差，由于足够小可以忽略；而公定质量百分率PA的结果则与标准完全一致；在填完各组数据后，运行“计算”模块马上能得到结果，计算效率高。

表1 本工具计算结果与标准结果对照

4 小结

文章所描述的工具对于顺序溶解方案通用性强，计算结果准确、计算过程高效，对简化多组分纤维定量结果计算过程具有指导意义。使用时可以根据需要在工具中加入更多的功能，例如坩埚和称量瓶质量的输入模块，以及平行实验计算功能等，使之更加便于实际使用。