正交試驗、統(tǒng)計分析在紡紗質量控制中的應用

劉必英

(天津工業(yè)大學 紡織工程系，天津 300382)

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正交試驗、統(tǒng)計分析在紡紗質量控制中的應用

劉必英

(天津工業(yè)大學 紡織工程系，天津 300382)

為了使紡紗企業(yè)的內部管理做精、做細，將終端產品做實，從介紹正交試驗法和數理統(tǒng)計著手，以梳棉機系列工藝試驗優(yōu)化為例，闡述正交試驗、統(tǒng)計分析在紡紗質量控制中的應用；從其方法選擇、工具運用、數理分析及成效驗證等方面，詳細說明紡紗廠質量控制方法。指出：科學運用統(tǒng)計工具收集有效的試驗數據并進行數理分析，對紡紗質量管理和控制至關重要；紡紗企業(yè)要結合自身特點，精細化內部管理，才能獲得發(fā)展空間。

正交試驗；統(tǒng)計分析；馬克隆值；質量控制；梳棉

1 試驗方法的選擇

在紡紗生產和質量控制中，常常會遇到各種難題，而要解決這些問題，正常的流程分4步：第1步,分析問題產生的原因，并設計解決問題的試驗方案；第2步，歸納試驗數據并總結出解決難題的主要原因；第3步，對每條原因進行剖析，利用不同的統(tǒng)計方法與手段(如魚刺圖)進行排查并制定措施；第4步，逐條落實措施、跟蹤解決并形成規(guī)范化制度，達到徹底解決問題的目的。在這里筆者著重介紹分析問題前如何選擇試驗方法。在生產中，有些工程技術人員往往忽略此問題的重要性，然而，試驗方法的選擇是否合理，直接影響問題分析的準確性和原因分析效果的好壞[1-2]。

一般而言，對于因素少的問題，如單因素或雙因素，試驗設計、實施與分析都比較簡單，大多都會選擇全面試驗法，不但分析細致，而且步驟簡單、人力和物力成本?。蝗欢趯嶋H工作中，遇到的問題常常很復雜，就試驗因子而言，往往有3個或3個以上，此時若進行全面試驗，次數多且囿于試驗條件而難以開展。目前正交試驗法已有效解決了這一難題，其實質是多水平、多因素、高效率的試驗設計方法，其在多因素試驗上的優(yōu)勢不言而喻，詳見表1。

表1 試驗方法優(yōu)劣比較

試驗方法全面試驗法簡單比較法正交試驗法優(yōu)點各因素主次分析比較清楚試驗次數少試驗點代表性強;試驗次數相對少;試驗誤差小;主次因素易分開缺點試驗次數多,費時、費事試驗點不具代表性,無法分析主次因素,試驗誤差大數據分析要系統(tǒng)學習

2 數理統(tǒng)計解讀

2.1 質量控制流程

試驗設計實際包括兩部分內容：一是怎樣安排試驗，即試驗方法的選擇；二是試驗結果的分析與處理，即如何利用試驗數據找尋影響的主次因和規(guī)律。在質量管理控制過程中，需要對試驗數據進行整理、分析，獲得有關產品質量或生產狀態(tài)的信息，從而發(fā)現產品存在的質量問題及其產生原因。

有目的地安排各類試驗，收集有關質量數據，并對數據進行分析以便對產品的設計、工藝進行改進，保證和提高產品質量。因此，整個質量控制應是一個閉環(huán)的管理過程，具體質量控制體系可按如下步驟進行：① 確定擬控制的質量對象及特征值；② 規(guī)定控制對象的標準和控制極限；③ 制定或選擇控制的方法和手段；④ 測量實際數據；⑤ 比較實際數據與預期值之間的差異，說明產生這一差異的原因，若出現質量控制數據超出預定的判據時，報警系統(tǒng)發(fā)出信號；⑥ 采取糾錯行動，從人員、方法、設備、材料、測量、環(huán)境6個方面解決差異，恢復正?？刂?。

2.2 數理統(tǒng)計

在全面質量管理中，無論何時、何處都會用到數理統(tǒng)計方法。質量是制造出來的，不是檢驗出來的，因此，質量控制應該預防為主，是應用數理統(tǒng)計技術對過程中的各個階段進行評估和監(jiān)控，以滿足產品和服務需求的質量一致性的過程。有效地實施、應用數理統(tǒng)計過程控制可以及時發(fā)現問題，采取適當措施，在問題發(fā)生之前，消除或降低問題帶來的損失；統(tǒng)計過程控制可將生產線的檢驗結果帶入統(tǒng)計分析，及時發(fā)現并排除造成過程不穩(wěn)定的因子，將生產制造的數據套入常態(tài)分配原理，預估不良品的產出概率，了解產品潛在的變異，采取可靠的預防性措施來提升企業(yè)質量管控過程的能力。

統(tǒng)計工具及數理統(tǒng)計方法在質量控制中有廣泛的用途，是相輔相成的，試驗數據由統(tǒng)計工具采集，而采集到的數據又運用數理統(tǒng)計方法進行分析。

3 解析皮棉正交試驗及數理分析

3.1 正交試驗分析的具體步驟

正交試驗分析的具體步驟為：① 分別計算四因素(ABCD)在三個水平下3次試驗指標之和，再求平均值；② 用每個因子對應的最大值減去最小值得到不同的極差，比較極差大小可以得出每個因子對指標影響的大小，極差越大，表明該極差對應的因子對指標的影響越大；③ 若要求指標越大越好，則按因子的影響大小，依次從各因子對應的平均值中找出最大對應水平，保證該指標的各因子處于最佳水平組合，反之亦然。

3.2 梳棉工藝正交試驗及統(tǒng)計分析3.2.1 原料情況

100%新疆皮棉，馬克隆值平均為4.65(本批原棉馬克隆值明顯偏高、差異大，為4.30～4.95)，長度為28.6 mm，纖維強力為29.9 cN/tex，16 mm及以下短絨含量為10.7%，棉結為89粒/g。

3.2.2 梳棉工藝正交試驗方案及分析

本次攻關的目的是在梳棉機現有器材配置(新包棉型針布)的基礎上，通過優(yōu)化上機工藝參數達到控制生條棉結和成紗質量的目的[3]。

表2為以梳棉機主要梳理工藝參數為四因素、設計三種不同水平的試驗方案。

表3為梳棉機梳理工藝參數四因素、三水平設計方案的正交試驗表。

表4為正交試驗四因素極差分析。

從表4測試的AFIS數據可以看出，在第5組的工藝組合下生條數據較好(58粒)，即錫林—蓋板隔距為0.31 mm×0.28 mm×0.28 mm×0.28 mm×0.31 mm、錫林—刺輥速比為2.64，錫林后罩板上口隔距為1.26 mm、前固定蓋板隔距為0.35 mm×0.31 mm×0.28 mm組合下，生條棉結指標較好；但這只是初步分析，還需根據方差、極差等分析方法來進一步驗證確認。從表4中極差值可以看出，

表2 因素水平分布

水平因素A:錫林—蓋板隔距/mmB:錫林—刺輥速比C:錫林后罩板上口隔距/mmD:前固定蓋板隔距/mm10.28×0.24×0.24×0.24×0.282.441.100.35×0.31×0.2820.31×0.28×0.28×0.28×0.312.641.200.39×0.35×0.3130.35×0.31×0.31×0.31×0.352.841.260.43×0.39×0.35

表3 梳棉機工藝正交試驗表

序號因素ABCD1水平1水平1水平1水平12水平1水平2水平2水平23水平1水平3水平3水平34水平2水平1水平2水平35水平2水平2水平3水平16水平2水平3水平1水平27水平3水平1水平3水平28水平3水平2水平1水平39水平3水平3水平2水平1

表4 正交試驗因素極差分析

水平因素ABCDAFIS棉結/粒1水平1水平1水平1水平1662水平1水平2水平2水平2683水平1水平3水平3水平3824水平2水平1水平2水平3645水平2水平2水平3水平1586水平2水平3水平1水平2647水平3水平1水平3水平2758水平3水平2水平1水平3689水平3水平3水平2水平170H172686665H262656769H371727269極差10764

A>B>C>D，即四因素中，錫林—蓋板隔距因素對生條棉結的影響最大，然后是錫林—刺輥速比，再是錫林后罩板上口隔距，最后是前固定蓋板隔距。由于生條棉結指標越小越好，根據表中各水平平均值分析，錫林—蓋板隔距因素中選擇水平2的0.31 mm×0.28 mm×0.28 mm×0.28 mm×0.31 mm，錫林—刺輥速比選擇水平2的2.64，錫林后罩板上口隔距選擇水平1的1.10 mm，前固定蓋板隔距選擇水平1的0.35 mm×0.31 mm×0.28 mm為好。

3.2.3 梳棉機正交試驗成紗質量驗證

為了檢驗梳棉機工藝正交試驗選擇的參數是否達到優(yōu)化工藝的目的，將由此生產的生條在18.2 tex和14.6 tex兩個品種上進行試紡，成紗質量見表5，結果達到預期目標[4]。

表5 皮棉紡18.2 tex和14.6 tex成紗質量對比

品種/texCF18.2CF14.6管紗筒紗管紗筒紗強力/cN295.6310.2249.0255.3強力CV/%6.58.17.57.9伸長率/%5.36.45.65.2條干CV/%10.8011.0011.2011.40CVb/%1.71.42.01.8細節(jié)(-40%)/(個·km-1)12132026細節(jié)(-50%)/(個·km-1)0000粗節(jié)(+35%)/(個·km-1)42455565粗節(jié)(+50%)/(個·km-1)1133棉結(+140%)/(個·km-1)39425563棉結(+200%)/(個·km-1)781012毛羽H3.353.953.113.36

4 結語

紡紗企業(yè)要堅定信念，結合企業(yè)自身特點，將內部管理做精、做細，紗線做實，還是有發(fā)展空間的。我公司在皮棉原料馬克隆值差異大的情況下，從梳棉機工藝參數入手，利用正交試驗和統(tǒng)計分析等多重手段，找出主因、優(yōu)化工藝，紡出優(yōu)質原紗滿足客戶要求，確保了企業(yè)的競爭實力。其實，正交試驗在質量管理中應用廣泛，但在紡織廠里能有效運用這一統(tǒng)計分析工具的工程技術人員很少。更有甚者，試驗做了不少，但最終放棄或不能得出結論的很多，耗用了企業(yè)大量的資源。因此，科學地運用統(tǒng)計工具收集有效的試驗數據并進行數理分析對紡紗質量管理和控制是至關重要的。

[1] 《棉紡手冊》編寫組.棉紡手冊[M].3版.北京：中國紡織出版社，2004.

[2] GB/T 4882—2001，數據的統(tǒng)計處理和解釋正態(tài)性檢驗[S].

[3] 郁崇文.紡紗工藝設計與質量控制[M].北京：中國紡織出版社，2005.

[4] 舒桂英.回歸統(tǒng)計技術對色紡紗常發(fā)性紗疵與條干關系的研究[J].山東紡織科技，2014(2)：26-29.

Application of Orthogonal Test and Statistical Analysis in Spinning Quality Control

LIU Biying

(The Textile Engineering Dept.Tianjin Polytechic University,Tianjin 300382,China)

To do a fine job with meticulous attention in internal management of a spinning enterprise,and to make the terminal products second to none,sampling the optimization of series process test of the card starting with the introduction of orthogonal experimental method and mathematical statistics,description is done to the orthogonal test and statistical analysis of application in spinning quality control including the choice of the method,tools,mathematical performance analysis and verification to the series of experiments of the card in a detailed description of spinning quality control method.It is pointed out that the scientific use of statistical tools to effectively collect the test data and the mathematical analysis is crucial to spinning quality management and control.Spinning enterprises which need some development space must combine their own characteristics and fine internal management.

orthogonal test;statistical analysis;micronaire value;quality control;carding

2016-08-04

劉必英(1966—)，男，江蘇鹽城人，教授級高工，主要從事紡織工藝、企業(yè)管理等方面的研究。

TS101.9

B

1001-9634(2016)05-0064-03