棉纖維原料品質(zhì)與成紗強(qiáng)力不勻的灰色關(guān)聯(lián)分析

棉纖維原料品質(zhì)與成紗強(qiáng)力不勻的灰色關(guān)聯(lián)分析

為了評(píng)估棉紗線的內(nèi)部質(zhì)量，通常通過(guò)不均勻的單帶強(qiáng)度和強(qiáng)度來(lái)評(píng)估。紗線強(qiáng)力不勻的大小對(duì)織布時(shí)的斷頭率、織物耐用性等工藝性能和服用性能影響很大。對(duì)棉紗而言,織布用經(jīng)緯紗的強(qiáng)力不勻要穩(wěn)定在11%以下,才有利于織造水平的提高。為了降低棉紗的強(qiáng)力不勻,紡織廠一般從原料的選配和紡紗工藝上進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制。紡織學(xué)術(shù)界一般認(rèn)為,影響棉紗強(qiáng)力不勻的主要因素是紡紗工藝,而不認(rèn)為棉纖維的品質(zhì)對(duì)棉紗單紗強(qiáng)力不勻有太大影響。實(shí)際工程中,各紡織企業(yè)也是通過(guò)不斷完善企業(yè)內(nèi)部質(zhì)量管理體系和紡紗工藝水平來(lái)降低棉紗強(qiáng)力不勻的。但理論分析認(rèn)為,當(dāng)企業(yè)質(zhì)量管理和紡紗工藝水平一定后棉纖維的品質(zhì)包括品級(jí)、纖維細(xì)度(公支)、強(qiáng)度(cN/d)、品級(jí)長(zhǎng)度(cm)、成熟度、含雜、短絨率(%)等指標(biāo)應(yīng)該對(duì)成紗強(qiáng)力不勻有影響,然而哪些是影響的主要因素,哪些是非主要因素,往往在工藝設(shè)計(jì)中難以準(zhǔn)確掌握。筆者擬采用灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)上述因素進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析,求出其關(guān)聯(lián)度,用以指導(dǎo)棉紡織生產(chǎn)。1基于關(guān)聯(lián)度分析的發(fā)展態(tài)勢(shì)分析系統(tǒng)分析常用于因素之間影響程度的分析。即對(duì)某一因素,在眾多可能的影響因素中,哪些是主要的,哪些是次要的,以便進(jìn)行決策。如影響棉紗強(qiáng)力不勻的可能有棉纖維品級(jí)、纖維細(xì)度(公支)、強(qiáng)度(cN/d)、品級(jí)長(zhǎng)度(cm)、成熟度、含雜、短絨率(%)等因素,這些因素在紡織工藝設(shè)計(jì)配棉中均應(yīng)進(jìn)行考慮,因此,需要將這些因素視為一個(gè)系統(tǒng),進(jìn)行系統(tǒng)分析。現(xiàn)有系統(tǒng)分析的量化方法,大都采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,如回歸分析、方差分析,主成分分析等,其中以回歸分析用得最多。然而回歸分析大多只適用于少因素的、線性的系統(tǒng),對(duì)于多因素的、非線性的系統(tǒng),則難以處理。一般認(rèn)為回歸分析存在如下弱點(diǎn):(1)要求大量數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量少難以找到統(tǒng)計(jì)規(guī)律;(2)要求樣本有較典型的分布規(guī)律(如線性的或者是指數(shù)的、對(duì)數(shù)的等);(3)計(jì)算工作量大;(4)可能出現(xiàn)量化結(jié)果與定性分析結(jié)果不符的現(xiàn)象。為了解決這些問(wèn)題,筆者提出采用系統(tǒng)的灰關(guān)聯(lián)度分析方法。作為一個(gè)發(fā)展變化的系統(tǒng),關(guān)聯(lián)度分析事實(shí)上是動(dòng)態(tài)過(guò)程發(fā)展態(tài)勢(shì)的量化分析。這是根據(jù)因素之間發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似或相異程度來(lái)衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的方法。為了衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的大小,灰色系統(tǒng)理論給出了“關(guān)聯(lián)系數(shù)”與“關(guān)聯(lián)度”的量化計(jì)算方法。關(guān)聯(lián)系數(shù):對(duì)于一個(gè)參數(shù)列x0(k),當(dāng)存在比較數(shù)列x1(k),x2(k),…,xn(k),其中k=1,2,…,m;則定義ζi(k)=minimink|x0(k)-xi(k)|+ζmaximaxk|x0(k)-xi(k)||x0(k)-xi(k)|+ζmaximaxk|x0(k)-xi(k)|(1)ζi(k)=minimink|x0(k)?xi(k)|+ζmaximaxk|x0(k)?xi(k)||x0(k)?xi(k)|+ζmaximaxk|x0(k)?xi(k)|(1)為xi(k)對(duì)x0(k)在k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)。式(1)中ζ為分辨系數(shù),ζ∈[0,1],一般情況下取ζ=0.5;minimink|x0(k)-xi(k)|minimink|x0(k)?xi(k)|稱為兩級(jí)(兩個(gè)層次)的最小差;maximaxk|x0(k)-xi(k)|maximaxk|x0(k)?xi(k)|稱為兩級(jí)(兩個(gè)層次)的最大差。可見(jiàn),關(guān)聯(lián)系數(shù)ζ越大,說(shuō)明因素的影響力越大。關(guān)聯(lián)度:由于關(guān)聯(lián)系數(shù)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的系數(shù),數(shù)據(jù)多、信息較分散,不利于下系統(tǒng)分析結(jié)論,因此,另外定義關(guān)聯(lián)度為ri=1mm∑k=1ζi(k)(2)ri=1m∑k=1mζi(k)(2)可見(jiàn),關(guān)聯(lián)度是關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值。若以k作橫坐標(biāo),以參數(shù)列和比較數(shù)列的各數(shù)據(jù)作縱坐標(biāo),則可分別作出x0,x1,x2,…,xn的曲線,稱為發(fā)展態(tài)勢(shì)曲線,其中x0曲線為參考曲線。因此,(2)式所定義的ri反映了態(tài)勢(shì)曲線xi對(duì)參考曲線x0的關(guān)聯(lián)度。2分析了棉纖維質(zhì)量與成簇強(qiáng)度不均的灰相關(guān)性2.1灰關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可將棉纖維品質(zhì)與棉成紗強(qiáng)力不勻視為一個(gè)系統(tǒng)。由于這一系統(tǒng)的部分信息已知,如棉纖維品質(zhì)對(duì)其成紗強(qiáng)力不勻有一定影響,但是這一系統(tǒng)的大部分信息又未知,如纖維各參數(shù)對(duì)成紗強(qiáng)力不勻的影響大小未知,故這一系統(tǒng)符合灰色系統(tǒng)之定義,為灰色系統(tǒng),因此可對(duì)棉纖維原料品質(zhì)與成紗強(qiáng)力不勻之間進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由湖南云錦(棉紡織)集團(tuán)有限公司棉檢室提供,考慮到灰色系統(tǒng)理論可應(yīng)用于貧信息系統(tǒng),故提取了5組實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù),列于表1中。表1中,X1為棉纖維原料的細(xì)度(公支);X2為纖維強(qiáng)度(cN);X3為纖維長(zhǎng)度(mm);X4為品級(jí);X5為纖維成熟度;X6為含雜率(%);X7為短絨率(%);X0為成紗強(qiáng)力不勻(%),k=1,2,3,4,5。2.2u3000棉纖維品質(zhì)指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)的確定對(duì)表1所組成的數(shù)據(jù)作灰關(guān)聯(lián)分析,過(guò)程如下:(1)計(jì)算規(guī)格化矩陣在計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)時(shí),由表1所組成的參數(shù)列之間的量綱不同,不具有可比性,為此,需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)格化處理,得到規(guī)格化矩陣W=(wki)。wki可由式(3)計(jì)算。wki=xki-minixkimaxixki-minixki(3)wki=xki?minixkimaxixki?minixki(3)式(3)中maxixkimaxixki——指標(biāo)i的最大特征值;minixkiminixki——指標(biāo)i的最小特征值。對(duì)表1所組成的參數(shù)矩陣按式(3)作規(guī)格化處理后,得到表1的規(guī)格化矩陣W如下:W=[w(k,i)]=[000.80140.70591.00000.88890.42311.00000.41260.530601.000001.00001.00000.80770.91260.77551.00000.47060.69230.22220.07690.61540.66261.00000.883600.92310.111100.19231.00000.44900.95890.23530.769200.03850](4)W=[w(k,i)]=????????00.41260.91260.66261.000000.53060.77551.00000.44900.801401.00000.88360.95890.70591.00000.470600.23531.000000.69230.92310.76920.88891.00000.22220.111100.42311.00000.076900.03851.00000.80770.61540.19230????????(4)可見(jiàn),w(k,i)∈[0,1]且為無(wú)量綱數(shù)。(2)繪制X0與X1～X7的態(tài)勢(shì)曲線以k為橫坐標(biāo),X的規(guī)格化參數(shù)W作縱坐標(biāo),可作出X0與X1～X7的態(tài)勢(shì)曲線如圖1所示。由X0與X1～X7的態(tài)勢(shì)曲線可知,棉纖維品質(zhì)各參數(shù)對(duì)成紗強(qiáng)力不勻均有一定貢獻(xiàn)。其中X4、X6、X7為正相關(guān),X1、X2、X3為負(fù)相關(guān)。但是很難就態(tài)勢(shì)曲線對(duì)棉纖維各參數(shù)的影響力作量化表述。故需進(jìn)一步計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)并作關(guān)聯(lián)度分析。(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)根據(jù)式(1)對(duì)矩陣W計(jì)算各參數(shù)列X1～X7對(duì)X0的關(guān)聯(lián)系數(shù)如下:ζi(k)=[0.33330.33330.71570.62961.0000.81820.46430.55860.64340.38240.72220.38240.72220.72220.62720.75740.56520.77540.86670.55980.48150.51530.38240.41970.72220.40630.86030.72220.33330.52690.34270.68000.39391.00000.9286](5)ζi(k)=????????0.33330.55860.62720.51530.33330.33330.64340.75740.38240.52690.71570.38240.56520.41970.34270.62960.72220.77540.72220.68001.0000.38240.86670.40630.39390.81820.72220.55980.86031.00000.46430.72220.48150.72220.9286????????(5)式(5)中,第1列～第7列分別為纖維細(xì)度X1、纖維強(qiáng)度X2、纖維長(zhǎng)度X3、品級(jí)X4、纖維成熟度X5、含雜率X6、短絨率X7對(duì)棉紗強(qiáng)力不勻X0的關(guān)聯(lián)系數(shù)。(4)計(jì)算關(guān)聯(lián)度根據(jù)式(2)對(duì)式(5)所列參數(shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)度,結(jié)果如下:ri=[細(xì)度0.4736強(qiáng)度0.5287長(zhǎng)度0.4851品級(jí)0.7059成熟度0.6098含雜率0.7921短絨率0.6638](6)由式(6)所列結(jié)果可見(jiàn),第6列纖維含雜率X6與棉紗強(qiáng)力不勻X0的關(guān)聯(lián)度為0.7921,其關(guān)聯(lián)度最大,說(shuō)明棉纖維含雜率是對(duì)成紗強(qiáng)力不勻影響最大的因素;纖維品級(jí)X4與棉紗強(qiáng)力不勻X0的關(guān)聯(lián)度次之,為0.7059,說(shuō)明棉纖維品級(jí)對(duì)成紗強(qiáng)力不勻的影響也不可低估;棉纖維短絨率X7與棉紗強(qiáng)力不勻X0也存在一定的關(guān)聯(lián),對(duì)成紗強(qiáng)力不勻的有一定貢獻(xiàn),而棉纖維細(xì)度X1、長(zhǎng)度X3則與棉紗強(qiáng)力不勻的關(guān)聯(lián)度較小。上述結(jié)果從生產(chǎn)實(shí)際的角度看是可以接受的,棉纖維的長(zhǎng)度和細(xì)度主要影響棉紗成紗單紗強(qiáng)力平均值的大小,對(duì)棉纖維成紗強(qiáng)力不勻影響不明顯。而雜質(zhì)含量雖然可以通過(guò)除雜設(shè)備除去,但是在企業(yè)設(shè)備狀況和工藝水平確定后,棉纖維須條殘留含雜的大小將凸現(xiàn)出來(lái)在紗線中通過(guò)弱環(huán)效應(yīng)影響成紗單紗強(qiáng)力不勻,從而變?yōu)橛绊懣杉徯约俺杉啅?qiáng)力不勻的主要因素。原棉品級(jí)是一個(gè)與成熟度、纖維生長(zhǎng)條件、軋制加工水平等有關(guān)的參數(shù),可以通過(guò)影響