（纺织工程专业论文）定粒配茧缫丝的建模及模拟研究.pdf

定较配茧续丝的建筷及筷拭研究 提要 提要 本论文的工作是定粒配茧缫丝工程管理理论解析及应用研究的一个部分。研究 在以往既有的工作基础上，改善定粒配茧缫丝的理论模型使之与定粒配茧缫丝工程 实态更加接近。在新的模型中，可以根据原料茧茧丝纤度曲线的状况，将茧丝区分为 具有任意长度比例的厚皮茧丝与薄皮茧丝两个部分；在缫丝过程中，按照实际缫丝工 程中缫丝工配茧的操作方法，在发生落绪的情况下，根据“落啥添啥”的原则进行接 绪肘，须首先要检查绪下茧的各茧层茧丝数分布是否符合中心配茧状态，只有当各茧 层茧丝数分布符合中心配茧状态时，才可以添上一粒与落绪茧相同层别茧子；如果各 茧层茧丝效分布不符合中心配茧状态时，划须要添上一粒与落茧不同层次的茧丝。以 使各层茧丝数分布返回或者趋近于中心配茧状态利用这一经过改善的定粒配茧续丝 过程模型。重新建立各茧层数分布的差分微分方程，并求解获得在稳定缫丝生产状态 下不同茧层茧粒数的理论分布新的形式。从这一不同茧层茧粒数分布中给出的中心配 茧率表达式综合反映了原料茧解舒特性及缫丝工配茧技术、操作水平等因素的影响。 基于各茧层茧粒数的分布，进一步给出生丝纤度特征值的表达式，定量地阐明了原料 茧特性、配茧方案与续丝工的技术水平等因素对生丝纤度偏差的影响为了检验新的 理论模型及分析结果的实用性，利用蒙特卡罗法在计算机进行了新模型条件下定粒 配茧缫丝的模拟实验。经过综合分析与讨论所获得的理论与模拟实验结果表明，新模 型更真实地描述了定粒配茧缫丝生产过程中的实际状况，为定粒配茧缫丝生产中的生 丝纤度管理提供了更确切的理论依据和管理基准。在定粒配茧理论解析之外，本论文 还针对我国缫丝生产及检验部门对于生丝电子检验方法的迫切需求以及与此相应的 对于制定生丝电子检验标准及方法的需要，对生丝检验中检验丝长的变化与疵点检验 及生丝纤度偏差检验定级之间的理论关系进行了新的研究和探讨。为我国的生丝检验 标准的修订与缫丝生产中的质量控制提供新的思路和应用基础。 关键词t 定粒缫丝：茧层茧粒数分布；中心配茧率：纤度偏差：生丝检验；检验丝长 作者：吴替丽 指导老师：白伦教授 窒塾墼苎塞丝塑整堡墨堡垫塑壅兰：! 塑一 a b s t r a c t t h i sp a p e rm a d eas t u d yo ft h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n da p p l i c a t i o nf o r t h ec o n t r o lo ft h er 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 t h i sp a p e r b u i l ta ni m p r o v e dm a t h e m a t i c a lm o d e lb a s e do nt h ef o r m e rs t u d yt od e s c r i b e t h er 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 ，a n dg o tt h et h e o r e t i e a l d i s t r i b u t i o no ft h ec o c o o nn u m b e r o fd i f f e r e n tc o c o o nl a y e r si ns i l kf i l a m e n t i nt h en e wm o d e l ，t h ec e o o o nf il a m e n tw a sd i f f e r e n t i a t e di n t ot h et h i c ks i z e p a r ta n dt h et h i ns i z ep a r tb yt h ec h a r a c t e ro fc o c o o ns i z ew i t hd i f f e r e n t l e n g t h s a sac o c o o nf e l l 。t h ew o r k e rs h o u l df i r s tc h e c kt h ed i s t r i b u t i o no f t h ec o c o o n si nd i f f e r e n tl a y e rw h e t h e rb eo u to ft h er i g h tr a n g e a c c o r d i n g t ot h ep r i n c i p l ei np r a c t i c e i ft h ed i s t r i b u t i o no ft h ec o c o o n si nd i f f e r e n t l a y e rw a so u to ft h er i g h tr a n g ew h e nac o c o o nf e l l ，ac o c o o ni nt h ed i f f e r e n t l a y e rw o u l db ea d d e d o t h e r w i s eac o c o o ni nt h es a m el a y e rw o u l db ea d d e & i fap u p a r i u mc o c o o nf e l l ，an e wc o c o o nw o u l db ea d d e d t h i sm o d e lw a sc l o s e r t ot h er e a lp r o c e s s f 瑚t h ed i s t r i b u t i o n , t h ec e n t r a lm i x e dr a t eo fc o c o o r s c 柚b eo b t a i n e de a s i l y d e p e n d e do nt h em e t h o d so fm o n t ec a r l os i m u l a t i o no n t h ec o m p u t e r ，w em a d el a r g en u m b e ro ft e s t sa n dv a l i d a t e dt h er e l i a b i l i t yo f t h e o r e t i c a lm o d e la n dt h er e s u t s b a s e do nt h em o d e la n di t sr e s u l t s 。t h e p a p e ro b t a i n e dt h es i z ev a r i a n c ee x p r e s s i o no ft h er a ws i l kw i t hf i x e dn u m b e r o fc o c o o n s a n da c c o r d i n gt ot h i sm a t h e m a t i ce x p r e s s i o nt h ep a p e rd i s c u s s e d t h ee f f e c to ft h er a wm a t e r i a lp r o p e r t ya n dt e c h n i c a lf a c t o r so nt h es i z e d e v i a t i o no fr a ws i l k ss e p a r a t e l y 。a n a l y z e dt h es i z ec o n t r o li nt h ep r a c t i c a l p r o d u c t i o no ft h em u l t i e n dr e e l i n g t h er e s u l t so ft h es t u d ya f f o r d e ds o m e t h e o r i e sf o r t h es i z ec o n t r o li nt h er e e l i n ge n g i n e e r i n g i na d d i t i o n ， a c c o r d i n gt ot h eu r g e n tn e e do fr a ws i l ke l e c t r o n i ct e s tt ot h er e e l i n g p r o d u c t i o na n dt e s td e p a r t m e n t ，a n dt h en e c e s s a r yo fm a k i n gt h ec r i t e r i o na n d 定粒配茧缂丝的建模及模拟研究 英文提要 m e t h o do fr a ws i i ke l e c t r o n i ct e s t ，t h ep a p e rh a dar e s e a r c ho nt h er e l a t i o n b e t w e e nt h ev a r i e t yo ft h el e n g t ho ft h es a m p l ew i t ht h ee l e c t r o n i cs a m p l i n g i n s p e c t i o no fr a ws i l ka n dt h eg r a d a t i o no ft h ei n s p e c t i o no ft h es i z ev a r i a n c e o fr a ws i i k s i tp r o v i d e dan e wo p t i o na n da p p l i c a t i o nf o u n d a t i o n f o rt h e r e c e n s i o no fr a ws i l kt e s tc r i t e r i o na n dc o n t r o lo fq u a l i t yi nt h er e e l i n g p r o d u c t i o ni no u rc o u n t r y 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 r o fc o c o o n s 。d i s t r i b u t i o no fc o c o o nn u m b e r i nd i f f e r e n tc o c o o nl a y e r ，c e n t r a lm i x e dr a t eo fc o c o o n s ，s i z ed e v i a t i o n , t e s to fr a ws i l k - l e n g t ho ft h es a m p l e h i w r i t t e n b y ：w u c h u n l i s u p e r v i s e db y ：p r o f b a il u n 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 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：是鱼函日期：三! 羔1 2 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： 是蠢函日期：兰堕：1 1 导师签名：缸g 笠日期：塑生! ：! 堡 定粒配茧缠丝的建模及模拟研究 序言 序言 本课题对定粒配茧缫丝工程的建模理论及其模拟系统理论进行改善及扩展研究。 在定粒配茧缫丝建模理论研究中，改善已有的定粒配茧缫丝简化模型，使新的模型对 各种不同原料茧的纤度特征具有更大的适应性：同时根据配茧缫丝的实际情况，在坚 持落啥添啥原则中，进一步考虑根据绪下茧的厚薄配茧状况添接适当茧层的茧子以维 持中心配茧状态经过改善的模型更能反映实际缫丝状况。据此建立新的数学模型， 并导出不同茧层茧粒数的理论分布；同时采用蒙特卡罗法在计算机上模拟这一过程， 讨论了理论模型的实用性，以此为基础分析了不同条件下各因素对定粒配茧状态的影 响利用各茧层茧粒数的分布导出生丝纤度特征值的表达式，定量地给出了各因素与 生丝纤度特征值之问的关系。另外，本文还对疵点检验及生丝纤度偏差检验定级理论 进行了研究和探讨。在进入主题之前就本课题的研究目的、意义及现状、课题的内容 及解决问题的思路作简要阐述。 1 定粒配茧理论研究目的、意义及现状 丝绸是中国经济文化的瑰宝，茧丝绸行业在我国是一个有着7 0 0 0 年历史的传统 行业。尽管近代以来丝绸产业经历了坎坷的发展道路，今天，我国生丝和坯绸产量居 世界第一位。茧丝和绸缎可以主导国际市场生产和价格走势。随着世界经济结构调整 和升级，国际丝绸贸易和消费格局的变化，世界丝绸业生产中心正在逐步向中国转移。 中国丝绸业在世界丝绸业中的地位越来越重要，中国肩负着推动世界丝绸业发展的重 任作为丝绸大国，不仅要重视生产、技术，同时，各种理论体系的建立和完善也不 可忽视。 当前，由于定粒缫丝大部分工作由手工操作完成，效率比较低，定纤自动续丝机 在全国范围内已逐步取代了定粒缫丝机，但在不少经济欠发达的地区还存在着相当规 模的定粒缫丝生产方式。虽然比例不高，但在全国各地运转的定粒缫丝绪数依然很多， 并且在这些地区中往往起着重要的作用同时，由于在定粒缫丝生产中，普遍采用配 i 定拉配茧续丝的建模及模拟研究 序言 茧缓丝的方法，立缫缫丝工在发现落绪时可根据绪下茧的情况选择合适的正绪茧进行 接绪。这样，防止了生丝纤度的过量突变，使得生丝的短片段显示了良好的均匀连续 性。对于有经验的缫丝工，配茧缫丝还可以便于对特粗特细的生丝及时进行绪下调整， 有利于控制最大纤度偏差的异常状况。再加上立缫缫丝速度比较低，缫丝张力较小， 故缫得的生丝的手感柔软、防缩抗皱性能相对优良，使得长期以来立缫生丝树立了品 质优良的传统的形象，在生丝消费市场中受到国外客户的青睐。虽然随着立缫机使用 的减少，对定粒缫丝的研究更不容易引起人们的注意，但对于曾被普及于全行业作为 我国最主要的缫丝方法，现有的定粒缫丝如何继续保持生产高品位生丝的特长问题， 依然值得关注，一些未解决的问题还有待于进一步研究、探讨和完善。 对于立缫纤度管理问题，无论是理论上还是从生产实践出发都有过较多的探索， 早在1 9 6 6 年蝇崎昭典就用实测得到的一粒缨茧丝纤度数据，根据蒙特卡罗法生成定 粒缫生丝纤度时问序列，并给出了茧丝列相关系数与定粒生丝纤度方差的关系【l i 周 韶1 9 7 2 年就提出了中心配茧率的概念，并给出中心配茧率与生丝纤度偏差之问的关 系式1 2 。此后，在我国立缫机普及使用的兴盛时期，又有过许多对立缫纤度管理阿愿 进行的研究。杨志兴1 3 j 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 度偏差影响的程度和趋势；徐回祥等 4 1 采用计算机模拟缫丝的方法，探讨了原料茧的 性能、检测丝长等各种因素对生丝纤度偏差的影响，并按正交试验表的安捧试验得到 一些羹化的试验结果：杨札直等1 5 强过改变厚薄皮茧的划分点及定粒配茧的方法，探 讨减小生丝纤度偏差的方案。但是对于定粒配茧缫丝方法，一直没有从理论上进行深 入的研究，特别是生丝纤度特征值与原料茧特性、配茧方案及缫丝工的操作技术水平 等之间的关系亦未能从理论上给予阐明上世纪九十年代以后，自伦提出了自回归生 丝纤度预测模型嘲嗍，探讨了检测丝长与生丝纤度方差之间的关系，在此基础上给 出了按照。落啥添啥”条件下，定粒生丝中一茧丝序列的纤度连续特性的表示方法 罗军【，j 给出了定粒缨丝中随机添绪时不同茧层茧丝致的分布。许建梅1 0 l 探讨了定粒配 茧条件下将茧丝长区分为长度相等的厚薄皮茧对各茧层茧粒数的分布情况，还利用得 到的分布导出了该条件下的生丝纤度特征值豹表达式，其研究为定柱配茧缫丝的数学 建模提供了可行的思路但是，在一般情况下。将茧丝长区分为长度相等的厚薄皮茧 丝的假设只是一个理想化的假设，在实际原料茧中往往不能满足这一条件。并且，在 2 定粒配茧续丝的建幔及摸拟研究 序言 该模型中，没有考虑中途落绪及各种添绪情况下缫丝工都需要根据绪下茧的配茧状况 选择并接上适当茧层的正绪茧。这是本文继续研究定粒配茧缫丝的重要原因之一。 我们还注意到，定粒缫丝过程中的茧层厚薄配合状况及其动态变化过程和自然界 及社会生活中其它许多事物及现象一样，是一种物质不断的流变及新旧交替的变化过 程。我们学习理解和探索定量地描述物质的运动过程的方法，以便继续去追寻自然界 和社会生活中现在还不能定量地描述的很多现象如细胞的增殖灭亡与新陈代谢相关 联的生物发育生长过程，人口中不同群集的动态演变过程【1 l 】等。它们都可以象定粒缫 丝过程一样定量地建立流变系统的数学模型。在以往的定粒缫丝过程研究中，无论是 理论的分析或对实际过程的统计调查结果都证明，其可以用一个不太复杂的偏微分方 程去描述它，或者可以把它离散化而转化成为一个差分方程组在此基础上，经过计 算机模拟这一随机过程或基于实际谓查数据应用理论分析结果进行解析时，即能较好 地探寻到这样一类动态过程中的种种变化规律。 在定粒缫丝过程中，尽管配茧状况随时问不断变化，但从本质上来考虑，所有 的变化过程都受控于一定的操作原则，其与原料茧特性、操作工技术水平等有关系。 所以如果能够定量地描述它们之间这种理论关系，我们就可以通过求解缫丝配茧动态 过程的数学方程式。寻求到定粒缲丝中茧丝搭配变动过程的规律性。数学模型的建立 是对配茧动态过程分析、预测( 测算) 和定量控制的基础。在新的条件下，对定粒配 茧缫丝过程建立数学模型，并利用计算机模拟缲丝过程研究以求获得定粒配茧缫丝过 程更为精确与接近实际的描述及结果，这是本文研究的另一个主要原因。 在生丝检验方面，曾有过不少的研究和探讨f 2 - - f 1 9 1 。但随着科学技术不断发展与 进步t 检涮技术手段的不断扩展与提高，以及丝绸消费多元化、高级化趋势的发展， 生丝检验理论与技术必须相应地继续改进和完善。2 0 0 2 年5 月我国为适应加入w i o 以后困际及国内消费市场的需求变化进一步与国际接轨，实施了新的生丝检验标准 ：盔这次标准中，生丝纤度偏差检验做了较大的改动 2 0 1 2 。检验样丝长度由原来4 0 0 回减至1 0 0 回t 样本数不变，但是等级区间变宽以抵消同一等级的生丝纤度偏差波动 增大的影响。与此相关联的是，随着生丝电子检验方法进一步导入呼声的增高，检验 丝长多样变化的局面在所难免，在这样的条件下，探寻检验丝长发生变化的复杂情况 下，如何合理地进行等级区间划分，这是本研究第二部分所注视的问题。 3 定| 曳配茧缝丝的建模及摸扭研究言 以往的分级理论是在检验丝长一定的条件下展开的，在改变检验丝长的条件下， 生丝疵点检验中正确定级率将发生怎样的变化? 本研究针对这一问题进行探讨，以求 为新的技术环境下的生丝检验标准修订提供新的准则。 我们以为，本文的研究方法同样可以适用于其它学科与领域的类似问题研究中。 这是本课题引起我们兴趣并为之努力的又一原因。同时，对于定粒缫丝工程管理中遗 留下来的理论问题的研究，也有助于丝绸行业中的生丝纤度管理理论体系的进一步完 善。 2 本课题研究的内容及解决问题的思路和方法 本文针对定粒电茧缫丝管理中依靠人工配茧形成的茧丝集束机理长期以来缺乏 理论上阐析的现状，在迄今既有的工作基础上，通过改善数学模型，对定粒配茧缫丝 过程进行概率论动态过程的分析，探讨在考虑中途落绪发生时根据绪下茧的配茧状况 选择适当的接绪茧的条件下，对任意原料茧丝长上厚薄皮茧的区分方法，求解定粒缫 丝过程中不同茧层茧粒数分布，同时利用计算机模拟在此条件下的定粒配茧缫丝过 程，验证理论模型的可行性。并分析各因素对不同茧层茧粒数分布的影响；进一步导 出改善模型的生丝纤度特征值表达式，探讨原料茧特性、配茧方案及缫丝工操作技术 水平等与生丝纤度偏差问的关系。同时。在生丝检验相关理论研究部分。探讨检验丝 长对生丝疵点检验的影响，并对生丝纡度偏差检验中，在2 0 0 2 年实施的新标准之前 的原标准的基础上，在基本等级区间幅度不变的条件下，就样本丝长的变化及不同的 缫丝方式情况提出检验等级的设定的一种设想。 在建立数学模型分析定粒缫丝过程时，利用数学方程式对实际缫丝配茧过程的描 述中，我们所追求的精确程度的准则应该如何确定? 为了回答这个问题，我们应弄明 白生产中质量、产量、效率的目标和技术水平的状况，什么是与实际需要相适应的精 确度什么又是无法满足实际需要的精确度或超越工艺条件的理想目标。如果能把缫 丝过程中影响各茧层茧粒数变化的所有因素都考虑在内，并都能定量反映在数学方程 中，这样的数学模型或许理论上是十分精确的，但其超越了工艺技术的可行性，即使 理论上可以求解，但实际管理上完全做到这一点有时是不可能的，也是不必要的某 些因素的影响本来并不大，但如果在方程式中一定要将其考虑进去时，往往可能把模 4 定粒配茧维丝的建模及模拟研究 序言 型弄得异常复杂，反而使我们无法把握住一些主要因素的影响规律，抓不住问题的实 质。因此，正确的做法是抓住主要因素去建立模型，使得利用这一模型获得的结果与 实际状态的差异进入允许的精度范围内尽管在这个精度范围内，我们放弃了某些影 响因素，但这样的模型就可以认为是精确的。如果根据实际需要所研究的模型无法满 足对工程管理及质量控制的更高的要求时，我们将再使模型设置的条件进一步扩展及 改善。使之进一步精确化，以满足额的精度要求。在这个过程的不断深化与推进中， 我们的理论就越来越接近实际的真实样子。这种研究问题的方法，已在自然科学和工 程技术中广泛使用，实践证明这是一种科学的方法在对缫丝过程中配茧模型的建立 中，罗军 9 1 给出了随机添绪条件下定粒缫丝不同茧层茧粒数的分布，许建梅 1 0 i 考虑了 在将平均茧丝长平均一分为二，即租纤度和细纤度两部分时各茧层茧粒数的分布情 况。本研究则在此基础上，探讨厚薄皮茧的划分按原料茧丝纤度特点进行的一般条件 下并且根据缫丝工配茧操作的特点，在配茧过程中，凡发生中途落绪及自然落绪时 均需根据绪下茧的配合状况选择与添接茧予，此模型更接近于实际的定粒缀丝过程， 因此我们说所导出的生丝纤度特征值的表达式更椿确。 在本文的模型中，我们将落绪区分为自然落绪和中途落绪，自然落绪即落蛹衬， 中途落绪又分中途落厚( 即落厚皮茧) 和中途落薄( 即落薄皮茧) 。本论文采用下面 的配茧原受l j ：当发生落绪时须根据绪下茧的配茧情况是否符合中心鬣茧要求决定添上 厚皮或薄皮茧层的茧以使绪下茧符合或趋近中心配茧状态；当没有落绪发生时，缲丝 工巡视发现绪下茧处于非中心配茧状态，即偏厚或偏薄时，进行掐添操作，使绪下茧 向中心配茧状态转移。为简化模型和便于分析，模型中原料茧解舒的好坏用单位丝长 上的落绪次数表示，绠丝工的操作技术水平用单位丝长上对特定绪头巡视的次数表 示，同时，假设在稳定缫丝的状态下单位丝长上发生的落绪次数和被巡视到的概率在 整个缫丝过程中是确定的。不考虑误添和失添的情况。在对模型的建立和配茧过程的 研究中本文是通过丽部分来完成的。首先，考虑茧丝上厚皮与薄皮两部分长度的区 分按一般条件进行t 即二者之比可以任意设定。采用基本配茧与主动配茧相结合的配 茧方法：基本的配茧指按落啥添啥( 特别地，落蛹衬添新茧) 进行接绪；而主动配茧 是指当操作工巡视到非中心配茧时。即使没有落绪发生，若绪下茧粒数偏厚( 薄) 则掐一厚( 薄) 茧添一薄( 厚) 茧。使配茧状况向中心配茧转移。其次，再进一步考 定粒配茧缀丝的建模及模扭研究 序言 虑允许机动配茧的情况，即当发生落绪时，若绪头上处于非中心配茧状态，则不论落 绪茧为厚皮茧或薄皮茧，都添上一粒有利于转变为中心配茧状态的茧子。此模型更接 近于实际生产操作。显然，利用这个模型得到的不同茧层茧粒数的分布推导出来的生 丝纤度特征值的表达式将更接近缫丝生产实态。根据这样得到的关系式，我们就可以 从理论上来定量地了解原料茧特征数、配茧方案及操作工的技术水平等对生丝纤度偏 差的影响。根据我们所获得的理论模型，不仅使我们对定粒配茧生丝的纤度特性形成 的机制得以阐析，而且基于理论关系，我们可以实现对纤度分布状态的有目标的调控。 这样的理论系统的建立使定粒配茧绠丝纤度管理被置于更为科学的理论基础之上。 在本研究的第二部分即关于生丝检验分级理论研究中，针对当前电子检验方法 中对检验样本大小进行论证的要求，主要对检验丝长的变化与疵点检验及生丝纤度偏 差检验定级之间的关系进行了探讨，所以我们首先必须弄清检验丝长对疵点检验及生 丝纤度偏差检验到底有着什么样的影响。在这里。我们着眼于正确定级率的大小的研 究，因为在抽样检验中。正确定级率是检验最基本的要求之一，若不能达到一定的正 确定级率，由此所设定的检验定级标准的信赖度就不能得到保证。根据正确定级率的 定义l ，推导生丝疵点检验中样本丝长、样本数量及等级区间与生丝检验正确定级率 之间的关系，通过各因素对检验正确定级率影响的分析探讨检测丝长与疵点检验定级 之问的关系。在生丝纤度偏差检验的研究中，当检澜丝长发生变化时，同样以正确定 级率的大小作为标准设定重要目标，给出检验标准修订的新的设想。并根据不同缫丝 方式的生丝纤度特征，考虑到检测丝长、生丝纤度波动周期对生丝纤度偏差的影响， 探讨不同缫丝方式下对生丝纤度偏差进行评价时所产生的差异及相关的对应搪旅。 6 定粒配茧缠丝的建模及模报研究 第1 章第一种模型下各茧层茧粒数分布 第1 章第一种模型下各茧层茧粒数分布 以基本配茧和主动配茧为基础 在定粒配茧缫丝工程中，减小生丝纤度偏差是工厂所追求的目标之一。续丝工对 生丝纤度的管理主要是通过对缫丝中的每个绪头绪下茧粒中各种层别茧丝配合状况 的调控来进行的。在本文的研究中，我们将原料茧丝区分为厚薄茧丝两个层别，故绪 下茧丝的配合状况就可以用厚薄茧层茧粒数来表示，因此厚薄茧层茧粒到m i 的分布就 是续丝工了解生丝的纤度波动情况的标识。通过对厚薄茧层茧粒数的分布及其影响因 素的监视与调控，可以有效遗保持生丝纤度的稳定。 影响厚薄茧层茧粒数分布的因素很多，除了原料茧自身特性外，配茧方式至关重 要。一般情况下，定粒配茧方法有三种i l o = 基本配茧、主动配茧和机动配茧。基本配 茧就是操作中采取落啥添啥、落蛹衬添新茧的办法。即缫丝过程中每根绪头下的茧丝 都是一根根首尾相接，短片段纤度连续性好；主动配茧指缫丝工在发现绪头下茧粒层 剐搭配处于非中心配茧状态时，进行掐添操作。即偏厚( 薄) 时掐厚( 薄) 添薄( 厚) ，使得 绪下茧向中心配茧状态转移：机动配茧指缨丝工在发现有落绪发生时根据绪下茧的情 况添接保持或趋向于中心配茧状态的正绪茧。由于定粒缫丝过程中影响不同茧层茧粒 数分布的因素比较复杂，本论文在研究时通过两部分对此模型进行讨论和分析。第一 部分，考虑基本配茧和主动配茧两种配茧方法时，推导不同茧层茧粒数的分布。第二 部分则在第一种模型基础之上。进一步完善条件，考虑了机动配茧条件下各茧层茧粒 数的分布，这一部分将在下一章进行讨论。在以往的研究【阳i 中，一般都假定茧丝粗细 纤度部分的平均丝长相同，但在实际缫丝过程中，粗细纤度部分的平均丝长并不一定 相同，本文的模型就是按照这一条件进行设定的，这使得我们的讨论有更宽泛的适应 性。 定粒配茧续丝的建模及模拟研究 第1 章第一种模型下各茧层茧粒数分布 1 1 理论分布 1 1 1 一粒缫生丝纤度序列 一根生丝即为一个绪头，是由多根茧丝缫成的，在定粒缫丝中，由于生丝中茧丝 数始终保持一定，因此我们不防可以将生丝视为是若干个茧丝序列并合而成，其每一 个茧丝序列可以视为是一粒缫所得到的茧丝列。在这里我们先讨论一粒缫的情况。其 缫丝操作原则为：在发生落绪时坚持落厚皮茧添厚皮茧、落薄皮茧添薄皮茧及落蛹衬 添新茧的方法( 简称落啥添啥) 。这样在一粒缫过程中获得的茧丝纤度序列可以看成 是由一根根茧丝首尾相接而得到的一个连续的纤度序列。基于茧丝周期丝长分布理论 删，茧丝周期丝长服从以某平均茧丝长及方差为参数的正态随机分布。这里， 我们将茧丝纤度分为两部分：纤度值大于平均纤度的称为粗纤度，小于平均纤度的称 为细纤度。当然区分粗细茧丝纤度的界限点还可以有其它的区分办法。设平均茧丝周 期丝长为芦，方差为仃2 。在平均茧丝周期丝长内，粗纤度部分平均丝长为朋，细纤 度部分平均丝长为胁= 一鸬。在缫丝过程中，离起缫点充分远的，点处，当址十分 小时t 则在区间【| ，f + 缸) 中茧丝由粗纤度自然转变为细纤度的概率为a f ，朋，落蛹村添 新茧的概率为，胁。 1 1 2 一粒缫生丝纤度序列 一般地，在一绪一粒定粒缫丝中，为使生丝纤度偏差尽量的小，可通过对绪下茧 粒数的层别搭配的调整，使粗细不同的茧丝始终保持一定的搭配得到较为稳定的生丝 纤度续丝工的操作主要就是要经常注意保持绪下茧厚薄茧粒数的比例或分布状况必 要时进行掐添操作在这里，以生丝中处于粗纤度部分的茧丝数来表示生丝的状态， 即若假定离起缫时间为t 点处处于粗纤度部分的茧丝数为j ，则称，时刻的系统状态为 f ，状态概率记为8 ( f ) 。对于给定的k 与m ，当状态处在k 征己o ) 与月如s m ，0 之同的 值，即k f s m 时，称为符合中心配茧，否则称为非中心配茧。在某一缫丝过程段中， 所有处于中心配茧的状态占整个过程段的比例称为中心配茧率。设缫丝工在平均茧丝 8 定牲配茧缏丝的建模及模扳研究塑! ! 堡二登堡型! 墨墓星蔓塾墼坌塑 周期丝长内平均巡视次数为口，则在一根茧丝的粗纤度部分丝长内的平均巡视次数为 = 0 4 z 。，f = 嘲，“+ 乒2 ) ：在细纤度部分丝长内的平均巡视次数为 嘞= u 1 1 2 i i = u i l 2 i + 芦2 ) 。在区间f f ，h 血) 内，当被缫丝工巡视到非中心配茧时处 于粗纤度状态的茧丝被掐添的概率为听出，朋；处于细纤度状态的茧丝被掐添的概率 为吒址，鲍。在缫丝过程中假定缫丝工的掐添操作总是成功的 在t 时刻状态为i 的条件下( 即该绪有j 粒茧处于粗纤度部分) ，当血十分小时 在区间【，+ ，) 中，假定该区间中的状态变化只可能发生下面情况中的任一种：一 粒茧丝由粗纤度部分自然转变为细纤度部分；落蛹衬添新茧可视为由细纤度部分 转为粗纤度部分； 当茧粒配合不符合中心配茧状态时，进行掐添操作( 掐掉薄皮茧 添上厚皮茧或者掐掉厚皮茧添上薄皮茧) ；保持原状态不变。根据这些可能的状态 变化。在区问【f ，f + 曲中。生丝的状态变化可以甩如下数学表达方法表示为各不相容 的情况： ( 1 ) 状态j ( o ( j 5 以) 转移为i - i 状态( f 粒粗纤度茧中有一粒转为细纤度茧) ，其转 移概率为i a f ，柏+ o 阻) ； ( 2 ) 状态j ( o s j 2 ，k 一1 ) 以= 如兰丝篙掣浏风= 吒+ 风； p l + l2 p t + 2 = a = 卜= 掣鲁“既： 几= 吲风= q 鲁( 封风； ( f = 七+ l ，七+ 2 ，m 1 ) ( n - m + l x n 删- m + 2 ) 一( 砷n - k x 口1 + n ) l l 心, u i j 。岛= 四等( 笥岛； j ，l ! 慨+ 拧一砷l 心j ”1 l 乜“ j 芦i - “= = 稔甓。时。a ；c ：( 1 ：兰。+ _ 。q ”l 肫j ，o = 铃”h = 鬟tm 导+ 2 。“风：c ：l h 2 + 码憎。嘞帽l 心j ，o a = d 藉答等制 卜 刳。岛 凡 v j 盟段 一砖 一 生舯 定粒配茧缫丝的建模及模拟研究第l 章第一种模型下各茧层茧粒数分布 = 聚吒。( 期风： a = 丧吒。( 封风 a 2 霞吒”l 刮风 又由于p i = l ，由以上各式可以求得 ( f = m + 1 m + 2 n 一1 ) 执= 陲。( 铂4 + 轰q 鲁。堇孕吒。r t ， 所以方程缀骼解为： a 。 拦卜 o = 0 , 1 ，七) q 鲁拂啡扎一神n 2 ， 孕。 哺“吣露) 当确= 啦；。硒= 地。即假设茧丝粗细纤度部分的长度相等时，可得到与许1 1 0 i 一致 的结果，即： p l = 其中， c ：_ p o c 各。鲁艮 l 。 篆风 ( f = l 2 ，k ) f = 七+ 1 ，七十2 m ) ( f = m + 1 ，m + 2 ，疗) 2 瞎+ 蠢屯善+ 蚤a 屯豢n - jm l=o - | = l + 屯+ 屯等l l 一+ ll -j 确+ ll 。l ， 当打为偶数，f 1 k = n - m 时，粗纤度茧层茧丝数呈中心对称分布。当两如对。即使 定粒配茧缂丝的建模及模拟研究 第l 章第一种模型下各茧层茧粒救分布 七= h m ，根据。、1 ：的不周值，各茧层茧粒数分布呈不同形态分布。当a = o 时， 即缫丝过程中无掐添操作时，茧丝内各茧层茧粒数分布为： = 陲咖1 = 陋门划 只= c ：。肌= c ：( 剖( 剀4 ( 1 3 ) o = 吼n )( 1 4 ) 极端地，当“斗。时q o ，口2 斗口，此时茧丝几乎全处于细纤度状态那么无 论t 为何值，有 风呻1 ： 届_ 0 ( j o )( 1 s ) 则由( 1 1 1 2 ) 可得： 厂、叫 风= l q 。0 l = 1 j 神， 见= o o = 1 乏j 1 )( 1 6 ) 当段呻。时，嘞o ，q 呻口，此时茧丝几乎全处于租纤度状态，那么无论t 为何值， 有 a 峥o ； o 一) “斗1 ( 1 7 ) 由( 1 i 1 2 ) 式可得到同样的结果。 1 1 4 平均厚皮茧粒数 根据厚皮茧粒数的分布表达式，可以很方便地得到平均厚皮茧粒数： 刖= 弛( 1 8 ) 1 4 壅塾堡蔓墨兰箜堡堡墨堡垫里壅 苎! 兰苎二塑堕翌! 墨蔓星苎塾墼坌查 根据目的纤度的要求，由平均厚皮茧粒数可估计生丝纤度的大小，从而确定操作工的 技术水平一定时原料茧的选择及配茧方案是否合理。 1 i 5 中心配茧率 中心配茧率表示缫丝过程中处于中心配茧状态的概率大小，故中心配茧率可用下 式计算： p = 扣i f f i l t q 鲁。 n 9 ， p = a = q 等i 导l ( 1 9 b i o _ 、p 2 ， 相同的原料茧及配茧方案下，中心配茧率越高，所缫生丝纤度质量越好。 1 2 模拟实验与讨论 1 2 1 定粒配茧缫丝的模拟实验 由于在前面的理论推导中假设茧丝长是服从某一平均值一( 其中租纤度部分平均 丝长为m ，细纤度部分平均丝长为尥) ，均方差为盯的正态随机分布的变量。所以在 模拟实验中，玛、尥和盯对不同茧层茧粒数分布的影响均需要考虑。同时，为了使 生丝序列纤度极差尽量小，人为地对茧粒进行掐添操作，故缫丝工的掐添操作频率也 会影响茧层茧粒数的分布。 在模拟实验中，假定一绪有8 粒( n - - - s ) 茧，且每粒由连续不断的一根茧丝衔接而 成，即遵循落啥添啥的原则，只有当缳丝工巡视到茧层粒数处于非中心配茧状态时才 进行掐添。粗纤度茧丝数下限k = 3 ，上限m = 5 。茧丝粗纤度部分丝长与细纤度部分 丝长比值分别取胁：如h ：a 2 ) f f i 2 ：6 ，4 ：4 ，6 ：2 及全为粗纤度茧丝和细纤度茧丝两种 极端的情况茧丝周期丝长均方差盯分别取值5 0 。1 5 0 ，2 5 0 。在茧丝平均周期丝长 内，缫丝工平均巡视次数取值a = o ，2 ，6 。当a = 0 时，表示无掐添操作测定生丝 中茧层茧丝数分布采用两种方法：第一种方法为在同一绪头上按一定检测间隔测定， 另一种方法是在不同绪头上的同一位置进行测定，各统计出租纤度茧层茧丝数分布 1 s 定粒配茧攥丝的建模及模拟研究 第l 章第一种模型下各茧层茧粒数分布 1 2 2 茧丝周期丝长方差对各茧层茧丝数分布的影响 图1 1 中的( 口) 、o ) 、( c ) 分别为实验茧丝长均方差分别取值5 0 ，1 5 0 ，2 5 0 时在 同一绪头上按检测间隔5 m 进行连续测定1 , 0 0 0 , 0 0 0 点得到的粗