[发明专利]纤维加工机械优化控制的方法

说明书

本发明涉及纺织机械的控制领域。特别是涉及纤维加工机械实现优化控制以达到目标运行点的方法。

棉纱生产工艺的主要目的是把纤维加工成纱线。纤维在大多基本术语中是构成纱线的材料。纺织加工机械以一连串的工序对纤维进行处理，最后变成纱线。在每一道工序中通常有许多类型的机器，如表1中括弧内的数字所示。该表列出了每周生产30万磅25特纯棉纱的典型的气流纺纱厂或环锭纺纱厂的配备。

因此棉纱生产工艺从棉包开始而到纱线为止。接下去就是织物的形成，这通常是通过机织或针织的方法，织物生产的特性和质量参数显然是取决于纱线的质量参数。强力高和均匀的纱线能更好地运行并更受用户的欢迎。而纱线的质量参数又取决于纤维的质量参数和机器的性能参数，这些参数的一部分列于表2中，尤为重要的是纱线的生产效益在很大程度上取决于原料和机械运行的优化选择，正如这些因素对销售价格的影响。

将近50年来已提供有纱线参数的测试仪，最初仅用于质量控制试验室中，而在某些生产机械上用于纱线参数连续监测的仪器也已问世大约25年了。瑞士Zellweger  Uster生产了TensoRapid和Tenso  Jet用以测量纱线的强度/伸长，Uster  Tester  3用以测量纱线均匀度、毛羽和细度（线性密度）。这些试验室用的质量控制仪中有一些已具有在线监测的变型。位于德国Ingolstadt的立达机器厂生产一种名为OPTRA的测量纱线杂质的新型试验室仪器。

对于纤维参数测量而言，在过去15年内不断有现代纤维测试仪推出，能实现多种数据的测定，在技术上称为高容量仪器HVI，它是由Zellweger  Uster设在美国田纳西Knoxville的一家工厂所生产。目前使用的该仪器初期产品可检测强度、长度、细度、颜色和杂质。

HVI只能在棉包状态下进行纤维特性的测试，而纱线测试仪则只能在纱线状态下对纤维进行测定。少数实用的在线测试仪器只能测量棉条或纱线的均匀度。但是需要测量的参数和需监测的机器正在大量增加，尤其是当前处于信息时代，而竟争力促使这一趋势的发展。

从HVI所获得的纤维信息和从Tenso  Rapid所获得的纱线信息已被用来改进纱线生产工艺的性能和效益。这些方法在纺织工业中称为配棉的纤维选择（EFS）或棉包信息和分配系统（BIAS）。EFS软件是由美国北卡洛利那州的棉花公司所开发并售给主要使用美国棉花的纺织厂。BIAS则是瑞士本国的和美国Knoxville的两家Uster公司所开发和出售。EFS和BIAS软件能使用户选择原棉的棉包以获得更佳的配棉、减少加工问题、改进纱线特性和提高效益。

在精心控制的条件下，关于棉包和纱线性能的这些多元线性回归统计方法的相关系数（R²）能高达R²-0.9，也就是说输出纱线中的变化的90%能够用输入纤维特性中的变化来解释。较典型的结果为R²-50%，即输入纤维特性（棉包状态）中的变化只有50%能够解释输出状态（纱线）中纤维的变化。也就是说那不能解释的50%主要是由有关的加工机械的变动所引起的。

EFS和BIAS的输入-输出关系是以技术上所周知的多元线性回归统计技术为基础的，典型的输出纱线特性是纱线弹性或强度的单一参数，所以还需有其他特性的关系。

由于相互关系是建立在棉包状态和纱线状态之间的，因此很明显，对前述方法的另一限制是它对于大量重要的中间工序并未提供任何信息。

这种线性回归型统计法存在的另一问题是它需要固定的机械配置和恒定的生产环境，这种技术掩饰了各工序互相连接的机械的影响和它们之间复杂的相互作用。

另外，现有的HVI方法只提供小束纤维或大块纤维团表面上纤维的平均测量结果，各种单独实体、纤维或疪点（包括各种棉结、杂质、树皮和草的分布无法测量。

还有，对于象每克的杂质计数，短纤维含量或棉结等若干重要纤维参数也没有给出任何信息，这些参数也关系到加工问题，纱线质量和效益。

先进的纤维信息系统AFIS是在80年代中期发明的，它对上述遗漏的信息提供了某些补充。AFIS能从棉株上的棉桃到成纱前最后呈纤维状态（表1中的工序7和6）之间的所有纤维提供单一实体测量的分布情况。在参考资料中列出了最近的和有关的专利以及引用的公开文献。AFIS目前通常是与纱线测试设备一起应用于质量控制试验室内。MANTIS是另外一种新的仪器能用以测量单纤维的断裂张力、伸长和直径，它在参考资料中另有描述。