（纺织工程专业论文）定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

定粒配茧缨丝中心配茧区间设定理论研究 摘要 定粒配茧缫丝工程中，中心配茧区间是缫丝工添绪与配茧的依据，中心配茧区间 的设定对生丝质量、原料茧消耗及生产效率都有着直接的影响。因此，在定粒缫丝工 艺设计中，中心配茧区间是最重要的设计目标之一。在以往的定粒配茧缫丝理论中， 对中心配茧区间的设定问题的关注点主要在其对生丝纤度偏差等质量指标的影响上， 而对于配茧缫丝中原料茧丝的消耗及生产效率问题讨论较少；特别是原料茧各层别协 调消耗问题，如果不能通过合理设定中心配茧区间得到解决，则可能引起在不同的时 间段中缫丝茧层分布的不均而影响到生丝质量，或者因此而使某些茧层的剩余茧大量 增多，这与缫丝工程管理的目标都是不相容的。由于这种状况，定粒配茧缫丝工程管 理中，中心配茧区间设定理论的进一步完善的工作是十分必要的。本研究在既有的定 粒缫丝各茧层粒数分布理论研究工作的基础上，对中心配茧区间设定的有关理论问 题，通过建立概率模型，理论分析以及计算机模拟试验等方法进行了系统地研究。在 本文中将通过下述三个方面的研究报告，总结本课题的研究成果。 一、依据两层茧态下定粒缫丝配茧模型得到的各茧层茧粒数分布，提出了综合考 虑原料茧协调消耗、生丝纤度方差和缫丝工劳动强度三原则进行中心配茧区间设计的 方法，并分析原料茧特性，缫丝工技术等要素与中心配茧区间设定的关系。 二、在两层茧态定粒配茧缫丝理论解析模型的基础上，拓展茧丝的分层方法，建 立定粒配茧缫丝外、中、内层茧粒数分布动态过程的差微分方程组，对于特定的中心 配茧区间，求解得到平衡状态下各种茧层茧粒数的概率分布，由此得到与定粒配茧缫 丝实态更为接近的数学模型。并就此模型探讨了原料茧特性、缫丝工人技术水平对生 丝纤度方差等因素的影响。 三、在将茧丝区分为三层的前提下，利用前面建立的三层茧态的配茧模型及获得 的各种茧层茧粒数分布，分析了中心配茧区间的设定与原料茧协调消耗、生丝纤度方 差和缫丝工劳动强度之间的相互关系。基于此得到根据工程管理目标而设定中心配茧 区间的方法。在此基础上，通过模拟试验讨论了原料茧特性、缫丝工技术水平对设定 中心配茧区间的影响。 本论文研究工作为进一步完善定粒配茧缫丝理论研究体系，提供了新的研究结 i 定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论研究摘要 果，也为缫丝工程中以中心配茧区间设定为中心的管理系统的建立以及生丝纤度管 理、原料茧消耗管理提供了基础的理论依据和管理基准。 关键词：定粒缫丝；中心配茧区间；缫丝工艺设计 生丝纤度偏差；各茧层茧粒数分布； i i 作者：顾虎 指导老师：白伦教授 定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论研究 英文摘要 a b s tr a c t i nr e e l i n gp r o c e s sw i t hf i x e dn u m b e ro fc o c o o n s ，c e n t e rr a n g eo fm i x i n g c o c o o n si st h eb a s i so fm i x i n gc o c o o n s d e s i g n i n gc e n t e rr a n g eo fm i x i n g c o c o o n sh a v ed i r e c t e f f e c to nq u a l i t yo fr a ws i l k ，u s i n go fr a wm a t e r i a l c o c o o n sa n dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y s oi ti sa ni m p o r t a n td e s i g no b j e c t i v ei n p r o c e s sd e s i g no fr e e l i n gp r o c e s sw i t hf i x e dn u m b e ro fc o c o o n s i np a s tt h e o r y o fr e e l i n gp r o c e s sw i t hf i x e dn u m b e ro fc o c o o n s ，r e s e a r c h e r sp a i dm o r e a t t e n t i o nt oi n f l u e n c et oq u a l i t yg u i d e l i n es u c ha ss i z ed e v i a t i o n ，b u t n e g l e c t i n gt h eq u e s t i o n so fu s i n go fr a wm a t e r i a lc o c o o n sa n dp r o d u c t i o n e f f i c i e n c y ，e s p e c i a l l yh a r m o n i o u sc o n s u m p t i o no fc o c o o n s i nf a c t ，i fw e c a n td e s i g nr e a s o n a b l ec e n t e rr a n g eo fm i x i n gc o c o o n s ，u n h a r m o n i o u su s i n g o fc o c o o n sm u s ti n d u c eaw a s t eo fc o c o o n so rq u a l i t yr e d u c t i o n ，w h i c hd o n t c o n s i s tw i t ht h eo b j e c t i v eo fs i l kr e e l i n ge n g i n e e r i n gm a n a g e m e n t t h e r e f o r e ， i ti sn e c e s s a r yt op e r f e c t i n gd e s i g n i n gt h e o r yo fc e n t e rr a n g eo fm i x i n g c o c o o n s i nt h i sp a p e r ，b a s e do nt h ee s t a b l i s h m e n to ft h ep r o b a b i l i t ym o d e l a n dc o m p u t e rs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t ，w ed i s c u s s e df o l l o w i n gt h r e eq u e s t i o n s b yb u i l d i n ga n da n a l y z i n gp r o b a b i l i t ym o d e l s i ：b a s e do nt h ed i s t r i b u t i o no fc o c o o nn u m b e ro fd i f f e r e n tt w oc o c o o nl a y e r s d u r i n gr e e l i n gp r o c e s sw i t hf i x e dn u m b e ro fc o c o o n s ，w eg o tt h et h e o r yo f d e s i g n i n go ft h ec e n t e rr a n g ei na c c o r d a n c ew i t ht h r e ep r i n c i p l e s ：h a r m o n i o u s c o n s u m p t i o n ，s i z ed e v i a t i o no fp r o d u c e ds i l ka n dl a b o ri n t e n s i t yo fw o r k e r s a n dw ea l s od i s c u s s e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n d e s i g n i n gc e n t e rr a n g eo fm i x e d c o c o o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fc o c o o n s ，t e c h n o l o g yo fw o r k e r s i i ：w eb u i l tan e wp r o b a b i l i t ym o d e lo fr e e l i n gp r o c e s sw i t hf i x e dn u m b e r c o c o o n s i nt h i sm o d e l ，t h ec o c o o nf i l a m e n tw a sd i f f e r e n t i a t e di n t ot h r e e p a r t s ：o u t e rl a y e rf i l a m e n t ，m i d d l el a y e rf i l a m e n ta n di n n e rl a y e rf i i a m e n t b ya n a l y z i n gt r a n s f o r md y n a m i cp r o c e s so fd i f f e r e n tc o c o o nl a y e r s ，w eg o tt h e i i 定粒配茧缫丝中心配茧区问设定理论研究英文摘要 d i s t r i b u t i o no fc o c o o nn u m b e ro ft h r e ec o c o o nl a y e r s b yt h em o d e l ，t h ep a p e r d e d u c e dt h ei n f l u e n c ef a c t o ro fs i z ed e v i a t i o nw h i c hi n c l u d ec h a r a c t e r i s t i c s o fc o c o o na n dt e c h n o l o g yo fw o r k s i l l ：a c c o r d i n gt ot h em o d e lo ft h r e ec o c o o nl a y e r s ，t h i sp a p e rd r a wa c o n c l u s i o no fd e s i g n i n gc e n t e rr a n g eo fm i x i n gc o c o o n sr e e l i n gb a s e do nt h r e e c o c o o nl a y e r s a tt h es a m et i m e ，w ea l s od i s c u s s e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n d e s i g n i n gc e n t e rr a n g eo fm i x i n gc o c o o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fc o c o o n s ， t e c h n o l o g yo fw o r k e r s t h u st h ep a p e ra f f o r d e dt h e o r i e st h a tc o u l dg u i d et h es i z em a n a g e m e n ta n d r a wm a t e r i a lc o c o o n sm a n a g e m e n ti nt h ep r o d u c t i o no ft h ec o c o o nf i l a m e n t ，a s w e l la sp e r f e c t i n gt h e o r ys y s t e mo fr e e l i n gw i t hf i x e dn u m b e ro fc o c o o n s k e yw o r d s ：r e e l i n gw i t hf i x e dn u m b e ro fc o c o o n s ，c e n t e rr a n g eo fm i x i n gc o c o o n s p r o c e s sd e s i g no fs i l k r e e l i n g ，s i z ed e v i a t i o n ，d i s t r i b u t i o no f c o c o o nn u m b e r o fd if f e r e n tc o c o o nl a y e r s w r i t t e n b y ： s u p e r v i s e db y ： g uh u p r o f e s s o rb a il u n i y ! ) s 6 8 0 9 苏州大学学位论文独创- 生声e y j 及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名：雄日 期：立竺巡一 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 导师签名： 日期： 日 期： 定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论研究序言 序言 定粒配茧缫丝是在保持茧粒数恒定的条件下，通过一定的配茧方式来使得粗细变 化着的茧丝能够均衡地并合成具有目的纤度的生丝的一种缫丝方法。对定粒配茧缫丝 的理论研究是缫丝工程管理理论研究的一个重要组成部分。尽管近十多年来，在我国 的缫丝行业中，自动缫丝机的比例逐渐增大，定粒缫丝的比例不断减小，但在我国欠 发达地区定粒缫丝方式依然保有相当比例的背景下，作为缫丝工程管理理论研究的一 个历史遗留问题，配茧理论研究依然受到了关注，也取得了很大进展。但是，在以往 的定粒配茧缫丝理论中，关注点主要在其对生丝纤度偏差等质量指标的影响上，而对 于配茧缫丝中原料茧丝的消耗及生产效率问题讨论较少，特别是原料茧各层别协调消 耗问题，如果不能通过合理设定中心配茧区间得到解决，则可能引起在不同的时间段 中缫丝茧层分布的不均而影响到生丝质量，或者因此而使某些茧层的剩余茧大量增 多，这与缫丝工程管理的目标都是不相容的。由于这种状况，定粒配茧缫丝工程管理 中，中心配茧区间设定理论的进一步完善的工作是十分必要的。本研究在既有的定粒 缫丝各茧层粒数分布理论研究工作的基础上，对中心配茧区间设定的有关理论问题， 通过建立概率模型，理论分析以及计算机模拟试验等方法进行了系统的研究。 1 定粒配茧缫丝研究的背景、历史和现状 定粒缫丝是一种依靠保持缫制中生丝上的茧粒数恒定，以使得生丝粗细均匀的缫 丝方法。为了使茧丝粗细搭配稳定以获得质量良好的生丝，人们在长期的定粒缫丝生 产实践中学会并总结出配茧缫丝方法。 对定粒缫丝方法的研究从上个世纪初多条缫丝机发明以来就已经开始。长期以 来，对于定粒缫丝方法中粗细连续变化的茧丝如何在定粒并合的条件下获得一根粗细 均匀的生丝的机理问题给予了极大关注。定粒缫丝纤度控制理论研究在多条缫丝机发 明以后一直是研究人员关注的热点，这方面的研究获得了很多有意义的成果。另一方 面，生产实践中的工程技术人员从实际的缫丝工程目标出发，在生产实践中不断探索 与总结定粒缫丝可行的操作方法和技术。上一世纪七十年代以后，我国缫丝生产规模 不断扩大，成为世界上最大的缫丝生产国和生丝出口国。与之相应地，对于当时在缫 定粒配茧缫丝中心配茧区问设定理论研究序言 丝行业中占有主要地位的定粒缫丝工程管理方面的实务性的技术探索与研究，曾经大 量涌现；并为我国缫丝产业的进步做出过巨大的贡献。如南思通过实际调查分析了立 缫挡车工与生丝纤度均方差的关系：杨志兴分析了随机添绪、比例配茧和塔形配茧 三种配茧方式对生丝纤度偏差的影响“3 ；沈振秋则提出了通过采用一档配茧来做小立 缫生丝纤度偏差。3 ；杨志兴、修志虎“吲等则从工厂的生产实际出发，对塔型配茧进行 了深入的分析和研究；王延海提出了通过减绪紧凑丝法来缩短缫丝工人的巡回路线以 提高生丝等级“1 ；杨礼直等则从正确设计立缫生丝均方差的角度出发，通过改变新、 旧茧的划分方法，提出了如何确定最优的新、旧茧的区分点和定粒配茧的方法等，以 获得尽可能小的生丝纤度偏差“1 ：2 0 0 2 年，生丝检验新标准实施后，胡征宇从如何做 小生丝偏差入手，探讨了立缫丝如何适应生丝新标准的问题，提出了在缫丝生产中控 制生丝高低限纤度的要点和操作法嘲。除此之外，还有大量有关的实践经验和总结 e 卜1 2 】 0 对定粒配茧缫丝的理论研究，同样积累了很多有价值的研究成果。这方面的理论 研究工作一直持续到今天，是因为我国作为一个生丝生产和出口的大国，定粒缫生丝 至今仍在我国缫丝行业中占有相当的比例，并且在中西部地区依然是主要的资金积累 和经济启动的优势产业之一。而与定粒缫丝相关联的理论研究，其理论意义的广泛适 应性及确定的生产指导成果受到了研究人员的关注。 对定粒缫丝工程管理理论进行系统的整理与深化的第一人，应推日本学者蝇崎昭 典。他在缫丝工程管理理论上的研究成果，在我国缫丝产业中影响巨大。蝎崎昭典在 随机添绪的条件下给出定粒生丝纤度偏差，并对配茧缫丝时的纤度偏差范围进行了估 计“”。他还根据实测得到的一粒缫茧丝纤度试验数据，模拟生成定粒缫生丝纤度时间 序列，并使用定粒缫丝各茧丝列间的相关系数来描述配茧的效果，给出了茧丝列相关 系数与生丝纤度方差的关系。其所导入的系列相关系数的概念，使得缫丝工程管理中 连续动态过程的描述，进入了“柳暗花明又一村”的崭新境地。 周韶根据我国的定粒缫丝生产实践技术，提出了中心配茧率的概念，并给出了中 心配茧率与生丝纤度偏差的关系式。这一公式作为定粒缫生丝纤度偏差的理论公式， 被广泛地应用在立缫工艺设计中“”。 白伦为解决定粒配茧缫丝的建模问题做了大量的基础性理论研究“”1 。他对定粒 定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论研究序言 缫丝时按照落啥添啥的连续接绪方法对单根茧丝列中茧丝周长分布进行了解析，并建 立了一粒缫生丝纤度序列的模型。同时，对定粒缫丝中的落绪管理进行了相关理论研 究，给出了落绪率的估算公式“”1 。在此基础上，在连续接绪要求的条件下，将茧丝 区分为具有相同长度的粗纤度和细纤度两个部分，建立了定粒配茧缫丝的概率论模 型，给出了各茧层的茧粒数分布晗o ，。 罗军给出了随机添绪条件下定粒缫丝中各茧层的茧粒数分布。同时，他还通过计 算机模拟试验的方法对生丝纤度连续性特征进行了研究o ”。 许建梅在茧丝周期丝长分布的理论及生丝纤度自相关系数模型的基础上，对定粒 生丝中茧丝列内纤度连续性进行分析，建立茧丝列纤度自相关系数模型，讨论茧丝周 期丝长变化及对纤度波动特性的影响嘲。此外，许建梅还利用白伦的定粒配茧缫丝模 型导出了生丝纤度特征值的估算式及各参数对生丝纤度偏差的影响o ”。 吴春丽改善了白伦的模型，在假设平均茧丝长不同的条件下，考虑缫丝工人为维 持中心配茧状态而进行的掐添操作，同时发生落绪时须根据绪下两层茧的实时粒数来 选择接绪茧的条件下，建立了与缫丝实态更为接近的定粒配茧缫丝模型，并就此模型 讨论了生丝纤度特征值的表达及各参数对生丝纤度偏差的影响o ”。 此外，在理论上探讨定粒缫丝的过程中，大部分的研究借助了计算机模拟试验的 方法。在计算机模拟缫丝理论研究方向也得到很多有意义的成果。早在1 9 8 2 年三浦 干彦汹1 就利用蒙特卡洛方法对定粒缫丝过程进行了计算机模拟；此后，李林甫啪3 在假 设落绪部位分布为二次曲线以确立解舒丝长的条件下，考虑失添、配茧等缫丝技术条 件，进行了定粒缫丝过程的计算机模拟，并编成了定粒缫丝模拟软件；徐回祥将缫 丝过程分成原料茧生成和缫丝两个阶段，进行了定粒缫丝的计算机模拟。这一系列的 研究成果推动了模拟缫丝研究的不断完善和发展。目前，使用计算机对定粒缫丝过程 模拟的方法已经比较成熟。 2 研究的目的和意义 在有关定粒配茧缫丝的理论研究和实践过程中，我们注意到，尽管定粒配茧缫丝 的理论体系经过几十年的充实和发展，有了很多成果，也对缫丝生产水平的提高发挥 了巨大的作用，但仍存在一些尚未解决的问题。本文所关注的定粒配茧缫丝工程的中 心配茧区间的设定问题，就是其中之一。我们期望在既有的研究成果基础上，对这一 定粒配茧缫丝中心配茧区问设定理论研究序言 问题进行探索与分析，为完善定粒配茧缫丝理论作进一步的基础工作。 以往对定粒缫丝管理理论的研究更多地关注于生丝纤度的控制，以获得粗细均匀 的生丝为管理的主要目标，故研究工作以开发降低生丝纤度偏差，提高生丝等级的相 关技术为主线。在缫丝工程管理中，通过提高产品质量，获取更大利益，这只是我们 的目标之一。在缫丝生产实践中，降低生产成本，提高生产效率，同样是极为重要的。 所以，在缫丝工程过程控制中，对合理、充分地利用原料茧，发挥最大的资源效用并 实现高效的产出目标的研究也应当得到重视。由于定粒缫丝的配茧行为是依据将绪下 茧区分为不同的茧层来进行搭配操作的，如果仅仅考虑获取较小生丝纤度偏差的目标 进行配茧操作。则有可能忽视各茧层原料茧的相互协调消耗，从而造成某一层别原料 茧的大量剩余，不但使缫丝茧层在缫丝过程中分布不均引起生丝质量问题，而且很可 能造成原料茧浪费，增加了生产成本。在定粒配茧缫丝理论体系中原料茧新陈代谢理 论是一个重要的组成部分。本论文所关注的中心配茧区间设定理论主要归属于原料茧 新陈代谢问题。 论文关注的另一个问题是在将一茧丝区分为三层条件下定粒配茧缫丝中的各茧 层茧粒数分布。我们知道，定粒配茧缫丝中缫丝工对绪头进行巡视管理时，其管理目 标是茧粒的层别搭配状况，即各茧层的茧粒数分布是否经常处于中心配茧要求的状态 之中，而这种状态变化过程与原料茧特性、缫丝工人的技术水平有密切关联。为了定 量地描述这种理论关系，就需要建立将茧丝分为三层条件下各茧层茧粒数变化的动态 过程模拟，探求定粒缫丝中茧丝搭配变动的规律性。在此基础上从理论上阐明配茧缫 丝中的各茧层茧粒数分布及其与原料茧特性和缫丝工技术水平之间的关系。这方面工 作是定粒配茧缫丝中心配茧区间设定时所不可缺少的理论基础。以往在这方面的工 作，即对定粒配茧缫丝中各茧层茧粒数的分布研究中，在建立定粒配茧缫丝的概率论 模型时，主要讨论将一茧丝划分为内外两层的条件下进行的。但是，实际的生产实践 中，为了通过进一步加强纤度管理获得纤度偏差成绩的提高，有不少缫丝厂是将茧层 区分为内、中、外三层进行配茧缫丝的“。由于将茧丝区分为三个层次后，茧丝粗 细变化的区分更为细化，可能出现的层别搭配组合增加，使得缫制均一纤度的配茧机 会增大，从而可以降低生丝偏差。但另一方面，在这样的条件下缫丝过程的理论描述 更为困难，所以，我们必须寻找一种更能够接近缫丝实态的模型来描述定粒缫丝过程， 定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论研究 序言 这使得三层茧态下的定粒配茧缫丝模型的建立显得十分必要。 通过对上述两方面问题的探究，在定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论和基于三 层茧态的定粒配茧缫丝建模理论方面获得了有意义的结果，为定粒缫丝质量过程控制 提供了新的理论依据与管理基准的同时，也为定粒配茧缫丝管理理论中遗留下来的配 茧理论问题的解决拓开了道路。此外，论文的研究也为将茧丝区分为更多层次时的定 粒配茧缫丝理论研究提供了思路。 我们相信，本研究讨论的理论问题并不局限于定粒缫丝这一特定过程，对于混合 成分的流变系统的解析，也有其价值。自然界和社会生活中许多其它事物和现象都和 定粒缫丝过程中的茧层搭配状况及其动态变化过程一样，是多种成分物质不断的流变 以及新旧交替的变化过程。我们通过对定粒缫丝各茧层原料茧的新陈代谢问题的研 究，探求定量地描述混合成分物质运动过程的特征描述方法和思路，为研究其它领域 的很多类似的过程和现象给出可参考的工作。譬如，细胞的增殖生灭与新陈代谢相关 联的生物发育过程、人口中不同群集的动态演变过程等。因j 嵫我们说定粒配茧缫丝 只是我们进行流变系统研究的一个具体的模式，其特殊性中所蕴含着的一般的规律 性，也是我们对定粒配茧缫丝的研究所追求的目标，其也将为诸多具有类似特征的过 程和现象的研究开拓新的思路。 3 研究的思路、方法及论文的结构和内容 本课题以定粒配茧缫丝理论的中心配茧区间的设定问题为目标，分析与此相关的 定粒生丝各茧层丝数分布以及中心配茧区间设定原则等有关问题，论文主要e 扫- - - 个部 分组成。 论文第一部分研究在两层茧态下的配茧模型基础上如何设定合理的中心配茧区 间的问题。根据两层茧态下的定粒配茧缫丝的概率论模型给出的不同条件下的各茧层 的茧粒数分布，以及厚、薄皮茧的平均茧粒数及方差。然后依据各茧层协调消耗的条 件，通过数值计算的方法求得若干组能够实现原料茧正常新陈代谢的中心配茧区间。 再进一步根据生丝纤度方差控制以及缫丝工人的合理劳动强度这两个原则，求出符合 要求的一组中心配茧区间。论文讨论了上述三个原则之间的相互关系，并通过计算机 模拟试验验证了中心配茧区间设定理论的可靠性及可行性。基于理论分析的结果，论 文讨论了一茧丝上的平均中途落绪次数、一茧丝上的平均巡视次数及两茧层的划分方 定粒配茧缫丝中心配茧区问设定理论研究序言 法等因素对设定中心配茧区间的影响。 论文的第二部分包括第二、三章，研究基于三层茧态的定粒配茧缫丝的建模，以 及导出在三层茧态基础上的定粒生丝各茧层丝数分布。在已有的将一茧丝区分为厚、 薄两层茧态而建立的定粒配茧缫丝的数学模型的基础上，我们对茧层的划分进行了拓 展，将原模型中的薄皮茧丝再区分为两个层次，从而将一茧丝划分为外、中、内三个 茧层。在此条件下，分析了各茧层的茧子在缫丝过程中的粒数变化情况，通过建立该 动态过程的差微分方程，获得定粒配茧缫丝中不同茧层的茧粒数分布。为检验所建立 模型的适用性，我们采用计算机模型试验的办法对模型进行了检验，并利用三层茧态 下的定粒配茧缫丝模型的结果，解明了原料茧特性、缫丝工人技术水平与各茧层茧粒 数分布之间的概率论关系。在论文第三章中，我们借助三层茧态的定粒缫丝模型，讨 论了配茧方案、工人技术水平、茧层的划分方法、各茧层茧粒数的分布和原料茧特性 等要素与生丝纤度方差和中心配茧率的关系。 论文的第三部分即第四章，在第二部分获得的定粒配茧缫丝模型的基础上讨论了 三层茧态下的中心配茧区间设定问题。在将茧丝区分为外、中、内三层的条件下，设 定中心配茧区间的基本依据仍然是三个原则：各茧层的原料茧协调消耗原则、生丝纤 度方差控制原则、缫丝工人的劳动强度合理原则。按照外、中、内三层茧的平均茧粒 数之比与这三层茧丝的平均丝长之比相等的要求设定原料茧正常新陈代谢的基本关 系式。据此，设定中心配茧区间的过程首先依据两层茧态下的定粒配茧缫丝模型，得 到外层中心配茧区间。在此基础上，再考虑中层平均茧粒数与内层平均茧粒数之比与 这两层茧丝的平均丝长的比相等，并得出内层中心配茧区间。由此得到能够满足三层 茧丝协调消耗的若干组中心配茧组合。再进一步考虑各中心配茧区间对于控制生丝纤 度偏差和工人劳动强度有利的原则，求得比较合理的一组中心配茧组合。 定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论研究第一章基于两层茧态的中心配茧区间的设定 第一章基于两层茧态的中心配茧区间的设定 定粒配茧缫丝的技术要旨是在保持定粒数一定的条件下，保持绪下茧厚薄搭配分 布状态，采用有利于纤度连续变化的接绪原则进行接绪配茧。这样的配茧缫丝方法， 目的在于扰乱源于茧丝纤度曲线的生丝纤度周期性波动，使得生丝纤度处于小波动均 匀化状态的同时，防止短片段中生丝纤度的突变。由于质量控制目标事实上成为定粒 配茧缫丝工程管理的中心，因此在实施定粒配茧缫丝工艺设计及生产管理时，管理人 员及缫丝工人的注意力往往集中于以保持茧丝搭配均匀性为主的配茧方案设计。事实 上，由于配茧操作破坏了茧丝纤度曲线的连续性变化，同时又以人为设计的配茧区间 或配茧分布为基准缫丝，不再像随机添绪那样，可以均等地使用不同茧层的落绪茧， 这使得配茧区间或配茧分布的设计如不能周到地考虑各茧层茧丝消耗的协调性时，就 将造成各茧层茧丝消耗比例失调。其结果是，当缫丝至一定时间后，某些茧层茧丝不 足而另一些茧层茧丝剩余。此时，缫丝工不得不打破配茧规则，否则就无法继续缫丝。 这对于定粒缫丝的质量控制或原料茧有效消耗都是不利的。因此。在设计配茧区间或 配茧状态分布时，必须同时考虑到各茧层茧丝协调消耗问题，给出合理的设计方案。 但是以往在这方面的工作往往只是凭借经验进行，如肖银华等啪1 在介绍“二元定粒、 一挡配茧”的立缫新工艺时，提出厚、薄茧丝长的比例与厚、薄茧粒数的比例基本接 近时，缫丝过程就可以实现原料茧的新陈代谢，正常循环。理论上如何给出合理的、 既能确保质量目标同时又能使得不同茧层茧丝协调消耗的方案问题，过去研究得很 少，因而，在定粒缫丝工艺中，中心配茧区间的设计准则就需要在理论上进行探讨。 本章就关注这一问题，根据已经建立起来的定粒配茧缫丝模型及所获得的各茧层茧粒 数分布，探讨定粒配茧缫丝时中心配茧区间设定的基准问题。 1 1 两层茧态下的定粒配茧缫丝模型 许建梅、吴春丽4 1 等根据缫丝工程的实态，建立了定粒配茧缫丝模型。我们在 讨论配茧区域设定的相关理论时，以这些模型为基础进行。这里，我们先将定粒配茧 缫丝模型作一简要的整理。 定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论研究第一章基于两层茧态的中心配茧区间的设定 1 1 1 原料茧模型 缫丝时使用的原料茧的丝长为一随机变量，具有正态分布形态，假设其平均值为 。将一根茧丝区分为外层的粗纤度部分和内层的细纤度部分，称前者为厚皮茧，记 其平均长度为“；称后者为薄皮茧，记其平均长度为：。显然有h + ：= 。本文 讨论中，将以这样的原料茧模型为主要对象。 1 1 2 接绪方法 在定粒配茧缫丝中，当发生落绪时，按照落啥添啥的原则进行接绪。但是如果茧 丝中厚薄皮茧搭配不符合中心配茧状态的要求时，可以添上一粒其他茧层的茧子1 。 1 1 3 配茧方法 定粒缫丝前，- v 艺设计人员须在事先给出中心配茧的范围，如设定厚皮茧粒数在 区间陆，m ks 删) 之间时称为符合中心配茧状态。在缫丝过程中，缫丝工发现绪下 茧厚薄搭配脱离中心配茧状态时，可以掐下一根茧丝换上与该茧丝不同茧层的茧丝， 以使绪下茧恢复或趋向于中心配茧状态。在上述的条件下，绪下茧粒数中厚皮茧数n 的稳态分布。”为扫，) 风= f t + 喜鼠等 t - ib 一肌压+ ，+ 矧+ 豁( 爱 。觑+ - 一一) 兀k - ib 一烈压帅+ 吒】 _ l 胪鲁( 创裁k 烈 1 ) + 蚓 ( f = 0 p 础) b = 鲁吲觑小修嘲州心】( = 川舢z ，m ) t ， 式中，口：分别表示在茧丝粗、细纤度部分丝长中的平均巡视次数，属，以则表示 在其中发生中途落绪的平均次数。 1 2 中心配茧区间界限的设定理论 定粒配茧缫丝工艺设计中，中心配茧区间界限的设定是一个对缫丝过程控制起关 键作用的工作。该区间界限的合理设置，不仅关系到生丝纤度质量，而且与原料茧各 定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论研究第一章基于两层茧态的中心配茧区间的设定 层次茧丝的消耗状况、缫丝工的劳动强度等存在密切的关系。本节中，我们根据上述 的原料茧丝简化模型及所获得的厚皮茧粒数分布，分析以厚皮茧粒数表示的中心配茧 区间的设定中必须考虑的各种因素以及设定原则。这里采用与厚皮茧粒数分布( 1 1 ) 式相同的记法，以 k ，m 】( k m ) 表示要求控制的中心配茧区间，缫丝中厚皮茧粒数 处于该区域内时，称为符合中心配茧状态，否则称为非中心配茧状态。整个缫丝过程 中，绪下厚皮茧粒数处于中心配茧状态的时间比例称为中心配茧率汹】。 1 2 1 厚薄皮茧协调消耗原则 根据原料茧丝的简化模型，一茧丝由厚皮和薄皮两个部分组成，如果在缫丝过程 中没有落绪，或缫丝时严格按照落啥添啥的原则接绪，那么定粒缫生丝的每一个茧丝 序列都是一茧丝的粗纤度部分丝长和细纤度部分丝长间隔接续的过程。这时各种层别 的茧丝都被均衡地消耗，缫丝结束时不会出现剩余大量厚皮茧或者薄皮茧的情况。但 是，这样缫丝得到的定粒生丝，只是n 根独立的茧丝序列的简单并合，因而生丝上的 茧丝粗细搭配处于完全随机的状态。生丝纤度的均匀性不可能得到有效的控制。因此， 定粒配茧缫丝技术的另一个要点是允许在一定程度上打破各茧丝序列的连续性以获 得各列茧丝粗细搭配的良好状态，从而实现对纤度波动的控制。但是由于各茧丝序列 连续性被打破，则各茧层茧丝消耗的均衡性也不再得到确实的保障，这就有可能出现 某些茧丝在缫丝过程中累积剩余。如果我们把整个缫丝过程中所有处于粗纤度部分的 丝段接续起来，又把所有处于细纤度部分的丝段接续起来，显然，粗纤度部分的总丝 长与细纤度部分的总丝长之比与z 。，：的比值相同时，就可以认为整个缫丝过程中， 厚薄皮茧实现了协调消耗。否则，缫丝结束必然会产生某些茧层的剩余茧。据此，我 们得到厚薄皮茧协调消耗的一个基本要求，这就是要在整个缫丝过程中，粗纤度部分 总茧丝长与细纤度部分总茧丝长之比必须与平均茧丝长的粗细丝长之比一致。而这个 要求的实现，显然与任意时刻绪下茧各茧层粒数分布，即厚皮茧粒数分布有密切关系。 而该分布又受到中心配茧区间的直接调控。所以，设定合理的中心配茧区间是实现厚 薄皮茧协调消耗的基本控制因素。为了实现茧丝粗细搭配合理以控制纤度偏差，同时 又防止某些茧层的累积剩余，我们设定中心配茧区间时必须首先遵循实现厚薄皮茧协 调消耗这一原则进行。 定粒配茧缫丝中心配茧区间设定理论研究第一章基于两层茧态的中心配茧区间的设定 根据绪下茧丝中厚皮茧粒数分布( 1 1 ) ，在定粒数为n 的任意一绪丝内，任一根 茧丝处于粗纤度部分的概率为吉t - o f a ，处于细纤度部分的概率为吉i - o 如一b - 。二 ， ， 者的比例满足以下关系式时，各种茧层茧丝的消耗将满足均衡条件。 望l ：盟 i - o严l z “( n - o p ，z ， 2 ( 1 2 ) 若记6 ：! 生可由上式整理得到中心配茧区间设定的基本方程式 2 夕f p ，；旦 ( 1 3 ) l - o 慨5 眚 q 3 ) u t 由于厚皮茧粒数分布p ，是受到预先设定的中心配茧区间调控的，即不同的中心 配茧区间陆，脚】，是导致a 变化的原因。而由分布p ，求出的厚皮茧的平均茧粒数，影 响到上式的成立。所以，中心配茧区间 七，m 是实现厚薄皮茧合理搭配、协调消耗 的控制开关。 1 2 2 生丝纤度方差控制原则 从式( 1 3 ) 我们可以发现满足各茧层均衡消费要求的中心配茧区间可有很多解。 虽然按照厚薄皮茧协调消耗的原则，这些中心配茧区间组合都是合理的。但是不同的 中心配茧区间对纤度波动的控制效果是不同的。因此，设定中心配茧区间时还需要考 虑生丝纤度方差控制原则。 生丝纤度方差是决定生丝等级的主要指标，其大小直接影响到生丝的品质。在定 粒配茧缫丝模型中定粒数为n 的生丝纤度方差d o ) 可由式( 1 4 ) 。o 给出。 d g ) = n 盯：2 + p ? 一盯；净( ) + ( 匹一万：) 2 d ( ) ( 1 4 ) 其中： l o 定粒配茧缎丝中心配茧区间设定理论研究第一章基于两层茧态的中心配茧区问的设定 e ( ) = z i p 。 d ( ) = f e ( ) 】2 p 扣0 式中4 、盯。表示粗纤度部分茧丝的平均纤度和方差，以、盯：表示细纤度部分茧丝的 平均纤度和方差，e ( ) 为厚皮茧的平均茧粒数，d ( ) 为厚皮茧粒数的方差。 从( 1 4 ) 式得知生丝纤度方差除受原料茧特性( 包括原料茧各层别茧丝的平均纤度 和方差、原料茧一茧丝的平均中途落绪次数等) 影响外，还与厚皮茧的平均茧粒数和 厚皮茧粒数的方差有密切关系，而后二者受到中心配茧区间的调控。这也是设定中心 配茧区间时需考虑生丝纤度方差调控问题的一个依据。 根据( 1 4 ) 式进行数值计算可以得知，使用相同的原料茧进行缫丝时，为了获得 较小的生丝纤度方差，就要求设定的中心配茧区间幅度尽可能的小。中心配茧区间幅 度小则厚皮茧粒数波动范围小，生丝的纤度波动范围也就小。因此在中心配茧区间的 设定中我们要考虑纤度偏差控制的原则。 1 2 3 缫丝工操作强度的合理效率原则 根据纤度偏差控制的要求，中心配茧区间的幅度越小越有利。但是中心配茧区间 女，m 幅度的变小，在原料茧及缫丝工技术水平一定的条件下，由厚皮茧粒数分布 所给出的中心配茧率 m p = n ( 1 5 ) l - k 将变小，这就使得厚皮茧粒数方差有增大的趋势，其结果又将影响到生丝纤度方差。 在这样的情况下，要使生丝纤度偏差得到改善，就只能要求缫丝工进一步严格操作管 理，通过加大工人的劳动强度来获得更高的生丝质量。缫丝生产中，缫丝工的操作是 影响产量和质量的一个重要因素。持续的高强度作业，会使得工人感到疲劳，导致操 作效率下降，中心配茧率也会随之降低，最终引起生丝质量的下降。在定粒配茧缫丝 模型中，巡视次数是表征缫丝工操作强度的指标，它表示在平均茧丝长内缫丝工对同 一绪头巡视的次数。设置合理的中心配茧区间，应既能充分发挥缫丝工的技术水平， 又要避免使得缫丝工的劳动强度过大。故适当地保持中心配茧区间的一定的幅度，使 定粒配茧绒丝中心配茧区间设定理论研究第一章基于两层茧态的中心配茧区间的设定 绪下厚皮茧粒数处于中心配茧状态的概率增大，缫丝工需要进行的调控次数相对减 少，仍然有可能获得较小的纤度偏差和良好的生丝质量。 基于定粒配茧缫丝模型，及厚皮茧粒数分布( 1 1 ) 式，可以通过数值计算得到各 种配茧区间大小下的巡视次数对中心配茧率的影响。图1 1 给出了缫丝工巡视次数与 中心配茧率的关系曲线。图中横坐标为巡视次数，纵坐标为中心配茧率，从上至下的 五条光滑曲线分别表示中心配茧区间为( o ，8 ) 、( 1 ，7 ) 、( 2 ，6 ) 、( 3 ，5 ) 和( 4 ，4 ) 时，通过理论计算得到的不同巡视次数下的中心配茧率。图中的散点分布则表示对应 的计算机模拟试验结果。 图1 1巡视次数与中心配茧率的关系 ( 8 = 0 5 ，b = 1 ) 巡视次数 图1 1 显示，要达到一定的中心配茧率，或者中心配茧区间增大，而巡视次数可 保持较低数值；或者中心配茧区间缩小，则巡视次数须增大。另一方面，从图中可以 看到，在原料茧一定的条件下，缫丝工的巡视次数增大到一定程度时，中心配茧率提 高的效果不再明显。根据这一情况，可以合理的设置缫丝工的巡视次数，并基于此选 择适当的中心配茧区间。 依据上述三个原则，可以在已知原料茧特性的基础上，通过中心配茧区间界限方 程得到各种可能的区间界限。再根据控制生丝纤度方差的要求，在满足生丝纤度方差 要求的基础上，可选取幅度最大的中心配茧区间。这样就既可以满足生丝质量要求， 定粒配茧绒丝中心配茧区间设定理论研究第一章基于两层茧态的中心配茧区间的设定 又确保了工人劳动强度合理。 1 3 模拟试验与讨论 1 3 1 模拟试验方法 为了进一步对理论结果进行检验和分析，我们采用蒙特卡罗法进行了定粒配茧缫 丝的计算机模拟试验。试验按照定粒配茧缫丝的操作原则，在发生落绪时，首先以保 持中心配茧状态为目标，根据绪下厚薄茧的粒数分布状况添接茧子。而且，在缫丝过 程中，缫丝工人通过对各绪头的巡视，寻找非中心配茧状态并进行掐添换茧操作。试 验中用正态分布随机数模拟茧丝长，而茧丝上发生中途落绪的部位则按均匀分布在该 茧丝上模拟生成。模拟缫丝的同时，每隔5 米丝长进行绪下厚皮茧粒数检测，共检测 1 0 0 ，0 0 0 次。通过改变原料茧特征值和技术参数，对各种因素与中心配茧区间的关系 进行模拟调查。 1 3 2 粗细纤度部分茧丝长度比与中心配茧区间的关系 使用不同的原料茧时，茧丝纤度粗细部分长度的比例b 不同，则满足( 1 3 ) 式的中 心配茧区间也不相同。根据( 1 3 ) 式，可以用数值计算的方法，得到纤度粗细部分长度 比b 取各种数值时中心配茧区间上下限的值。表1 1 给出一例计算结果。在进行计算 时，假设平均茧丝长中的缫丝工巡视次数口= 1 6 ，中途落绪次数口= o 5 。 表1 1不同粗细纤度部分丝长比对应的中心配茧区间 b 0 60 9ll2i 5 k 0t23ol23 4 0i2340l2340123 l 川8584 63686 95954 28746 55 54 68786 96 l5287 97 76 8 从表1 1 中，我们可以看到，在缫丝工巡视次数和原料茧解舒状况不变的情况下， 随着粗细纤度部分茧丝长比b 的增大，中心配茧区间的幅度整体上呈增大的趋势，也 就是说，原料茧丝纤度中粗纤度部分丝长在总丝长中所占的比例越大，配茧缫丝时所 消耗的厚皮茧粒数相应的也要越多。因此，要使得缫丝结束时没有某些茧层的剩余茧， 必须要求缫丝过程中厚皮茧在绪下茧粒中出现的频率相应提高，其结果是中心配茧区 间向厚皮茧数增多的一侧扩展区间。图1 2 给出粗细纤度部分茧丝长比b 与使得( 1 3 ) 式成立条件下用模拟缫丝试验的方法获得的中心配茧区间之间的关系图。图中，横坐 定粒配茧缀丝中心配茧区间设定理论研究第一章基于两层茧态的中心配茧区问的设定 标表示中心配茧区间，纵坐标表示厚皮茧的平均茧粒数。丁字图表示理论计算结果， 点线图表示模拟实验结果。从图中可以看出模拟试验的结