基于灰色关联的粗纱工序断头影响因素分析

薛风洋，杨 朝，程卫平，李加云，张立杰

(1.新疆大学，新疆 乌鲁木齐 830046； 2.新疆东纯兴纺织有限公司，新疆 图木舒克 844299)

粗纱工序断头在纺纱过程中是比较常见的现象。粗纱断头次数多不仅会增加值车工的劳动强度，而且会使成纱疵点增多、质量下降，回花、回丝等机物料消耗增多，直接影响产量[1-2]。影响粗纱工序断头的因素包括原料性能、配棉混棉、条子质量、工艺、相对温湿度等[3-5]。粗纱工序断头因素复杂，且断头分析方法多依赖人工经验判断，受主观影响较大。目前很多学者对粗纱断头因素进行的分析和总结主要侧重从定性角度分析粗纱断头原因及影响因素，但涉及粗纱断头的各个影响因素对粗纱断头影响程度的研究却很少。

总结现有粗纱断头影响因素分析方法，大多是对原料、工艺、专件和操作提出相应的要求，未对参数数据进行量化分析，从而无法分析出粗纱具体是由何种原因导致的断头。目前量化分析方法主要包括关联性分析、关联度分析等。影响粗纱工序断头的因素很多，过程复杂、且各个影响因素之间存在不明确的灰色系统，本文依据现场采集的纺纱车间粗纱断头相关数据，采用灰色关联法[6-7]对粗纱断头的影响因素展开分析研究，以不同类型纱线的粗纱断头为研究对象，应用灰色系统理论，得到粗纱断头与影响因素的灰色关联度，以及影响粗纱断头因素的主次顺序，基于分析结果，为纺纱企业减少粗纱工序断头、提高成纱质量提供合理的对策及建议。

1 试验部分

1.1 试验材料

由新疆喀什地区新体制棉花细绒棉制成的熟条和粗纱。

1.2 试验设备

CMT1801型粗纱机(赛特环球机械有限公司)；CT3000型条干均匀度测试分析仪(陕西长岭纺织机电科技有限公司)；Y301B型条粗测长机(常州二纺精密机械有限公司)；XY系列精密电子天平(常州市幸运电子设备有限公司)；YG747型快速八蓝烘箱(常州市大华电子仪器有限公司)；YG156N型纱线捻度仪(陕西长岭纺织机电科技有限公司)；TDC-H1T1-16-W0-A2型温湿度传感器(北京安伏电子技术有限公司)。

1.3 试验方法

根据试验当日纺纱车间实际生产情况，对不同类型纱线品种所供给的熟条进行随机多次取样、测试、记录。准确记录单位时间内粗纱工序断头的次数及生产环境中的相对温湿度变化。对不同粗纱机落纱进行多次试样采集，并进行相关测试、记录。熟条、粗纱的所有测试均根据其设备的测试标准和要求进行规范性测试和记录。

2 灰色关联模型构建

2.1 参考序列和比较序列的确定

灰色关联分析是定量分析系统中不同因子之间关联程度的方法。首先要确定参考序列和比较序列[8]，确定参考序列，记作：

X0={(x0(k))},k=1,2,…,m

(1)

式中：x0(k)为系统行为特征的数据序列；m为参考序列的数据个数。

确定比较序列，记作：

Xi={xi(k)},i=1,2,…,n

(2)

式中：xi(k)为影响研究对象因素的数据；n为比较序列的数据个数。

2.2 无量纲化

由于系统中不同数列的单位或初值不同，不便于比较，因此需要对数据进行无量纲化、归一化处理[9]。文中对数据Xi作均值化处理得到新数列：

XiD={xi(k)d}

(3)

式中：d为均值化序列算子，则

{xi(k)d}={xi(1)d,xi(2)d，…,xi(m)d}

(4)

则均值化的数据值为：

(5)

(6)

2.3 关联系数的求取

参考数列与比较数列在第t点的关联系数为

(7)

式中：Δmax为|x0(t)-xi(t)|的最大值；Δmin为|x0(t)-xi(t)|的最小值；|x0(t)-xi(t)|为t时刻的值；ρ为分辨系数，ρ⊂[0,1]，ρ越小，分辨率越高，一般取0.5。

2.4 关联度的求取及排序

参考序列与比较序列的关联度r0i为：

(8)

将求得的n个关联度r0i按自大到小顺序排列，为区分影响程度的大小，将灰色关联度的大小按关联程度分为3个等级：轻度关联(0

3 实证分析

3.1 数据采集和指标选取

为分析比较不同类型纱线粗纱断头的影响因素，依据上述方法采集了新疆东纯兴纺织有限公司某车间2020年11月—2021年4月的粗纱工序断头相关测试数据。根据数据的完整性和样本量的大小，针对4个品种纱线的粗纱工序断头情况进行相关分析，纱线品种分别为JC 27.76tex、JC 24.30 tex和C 18.22 tex、C 14.58 tex。

粗纱工序断头的影响因素复杂，且没有统一定论，因此结合企业的现有条件，通过综合分析判断，选取了影响粗纱工序断头较大的几个参数指标，分别为熟条质量、粗纱质量和粗纱车间相对温湿度。选取的具体指标如下。

熟条质量参数指标：末并定长湿质量(X1)、末并质量不匀率(X2)、末并回潮率(X3)、末并条干CV(X4)。

粗纱质量参数指标：粗纱定长湿质量(X5)、粗纱质量不匀率(X6)、粗纱回潮率(X7)、粗纱捻系数(X8)、粗纱条干CV(X9)。

环境参数指标：温度(X10)、相对湿度(X11)。

千锭时粗纱断头(X0)指标作为参考序列。

3.2 粗纱工序断头影响因素分析

表1是以C 18.22 tex纱为例，根据样本量大小列举的6组粗纱断头率和影响因素指标的序列数据。

表1 千锭时粗纱断头及影响因素指标

以C 18.22 tex纱为例，对表1的数据进行关联度计算，得到千锭时粗纱断头和影响因素指标的关联度，同理可以得到其他纱线品种的关联度，结果如表2所示。

表2 不同类型纱线千锭时粗纱断头与影响因素指标间关联度

对表2关联度数据结果分析可以看出，粗纱工序断头的影响因素关联度值均大于0.6，表明以上所有因素对粗纱断头都有较大的影响。其中JC 27.76 tex纱的关联序为：X4>X8>X7=X5>X1>X6>X9>X10>X3>X11>X2；JC 24.30 tex纱的关联序为：X4>X8>X7>X5>X1>X10>X11>X9>X3>X6>X2；C 18.22 tex纱关联序为：X8>X4>X7>X5>X9>X1>X6>X3>X10>X11>X2；C 14.58 tex纱关联序为：X4>X8>X7>X5>X1>X10>X11>X6>X9>X3>X2。从4种纱线的粗纱断头影响因素排序结果来看，同一个因素对不同类型的纱线影响程度是不同的，即千锭时粗纱断头与纱线的类型有很大的关系。

通过对比研究发现影响精梳纱和普梳纱对应粗纱断头较大的几个因素指标大致相同，排名前3的影响因素均为末并条干、粗纱捻系数、粗纱回潮率。其中末并条干均匀度是表示熟条粗细均匀程度的指标。末并的条干均匀度对粗纱条干均匀度和粗纱断头有直接影响，末并条干均匀度越好，熟条品质越高，粗纱断头的概率越低；其他纺纱工艺条件相同时，在合理的范围内粗纱捻系数偏大有利于加强牵伸区对纤维运动的控制，使纤维间摩擦阻力增大、强度增加，进一步提高纤维的伸直度，从而提高产品质量减少粗纱断头。当粗纱捻系数过大时，强度增加，成纱质量不均率增加，细纱粗节和硬头增多。粗纱捻系数过小时，粗纱强力减小，移位偏差增大，易产生意外牵伸，细节增多，粗纱断头上升，从而影响产品质量；粗纱回潮率过高会降低纤维的伸长率，纤维会缠绕胶辊和罗拉导致牵伸不开。粗纱回潮率过小会使棉纤维横向收缩，强力下降，伸长率增加，相互间摩擦减小，易产生静电，纱线毛羽增多，飞花和断头次数增加，影响纱线质量。

将粗纱工序断头与熟条质量参数指标、粗纱质量参数指标和环境参数指标分别看作一个单独的灰色系统，探究某个环节对粗纱断头的具体影响，经关联度计算并排序得出不同纱线的不同环节对粗纱工序断头影响排名前3的因素指标，如表3所示。

从表3可以看出，在熟条质量测试环节中，精梳纱和普梳纱粗纱断头影响排名前3的指标为末并条干、末并定长湿质量、末并回潮率，表明在不考虑其他因素出现粗纱断头时，企业在熟条质量环节应着重关注末并条干、末并定长湿质量、末并回潮率等指标。同理在考虑粗纱质量对粗纱断头的影响时，应着重关注粗纱的捻系数、回潮率、定长湿质量等指标。在环境参数指标中，相对温度比相对湿度对粗纱工序断头影响的关联系数大。

表3 不同纺纱环节对粗纱断头较显著的影响因素指标

4 结 论

不同于以往定性研究粗纱断头的影响因素，本文通过灰色关联进行定量实证分析，给出了粗纱断头影响因素的排名，就不同类型纱线进行了对比分析，并对不同纺纱环节下粗纱断头影响因素做出排名。结果如下：

①熟条质量、粗纱质量和相对温湿度对粗纱断头影响较大。在列举的粗纱工序断头影响因素指标中，所有指标与粗纱断头的关联度均为强度关联(大于0.6)。

②影响粗纱工序断头最主要的因素是末并条干、粗纱捻系数和粗纱回潮率。

③相同环节中不同类型的纱线影响粗纱断头的指标大致相同。在列举的所有纱线品种中，熟条质量对粗纱断头工序影响较大的指标排名均为末并条干、末并定长湿质量、末并回潮率等指标。粗纱质量对粗纱断头影响较大的指标排名均为粗纱捻系数、粗纱回潮率、粗纱定长湿质量等指标。

纺纱企业应根据不同类型纱线的具体情况进行分析，优化熟条和粗纱工艺，合理做出降低粗纱工序断头的规划，同时应单独关注某个环节对粗纱工序断头的影响，根据不同纱线做出合理性规划，做到快速、准确地聚焦到对粗纱断头影响较大的指标上，从而提升生产效率。