林 祥，金振宇，朱恩松，殷 緣，薛坤侖，許建梅

(蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021)

生絲是桑蠶繭繅絲后所得到的產(chǎn)品，日本近代的繅絲產(chǎn)業(yè)一度迅猛發(fā)展，20世紀(jì)初占到美國市場份額達(dá)80%[1]；如今中國作為世界最大的生絲生產(chǎn)國，在國際生絲貿(mào)易中也一直位居世界首位。在生絲貿(mào)易中為了對生絲質(zhì)量進(jìn)行評價，通常需要進(jìn)行生絲檢驗。1956年中國第一版生絲標(biāo)準(zhǔn)中首次規(guī)定了生絲纖度偏差、纖度最大偏差[2]。但是隨著科技進(jìn)步，繅絲設(shè)備與繅絲技術(shù)都大大進(jìn)步，生絲品質(zhì)也提高很多。原有的檢驗方法與標(biāo)準(zhǔn)顯得相對落后，所以現(xiàn)在國際與國內(nèi)正大力推廣生絲電子檢測技術(shù)，相應(yīng)的電子檢測方法分級標(biāo)準(zhǔn)也正在研制中[3]。對生絲電子檢測方法分級標(biāo)準(zhǔn)研究時則需要大量的檢測數(shù)據(jù)，而通過實(shí)際檢測獲取大量數(shù)據(jù)的方法費(fèi)時費(fèi)力，因此采用計算機(jī)模擬實(shí)驗生成任意長度的生絲纖度曲線，來對其進(jìn)行理論分析，模擬生絲檢驗是一種較好的方法。在模擬生絲纖度曲線時，白倫[4-5]建立了生絲纖度自相關(guān)系數(shù)模型來描述生絲纖度序列的數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性與周期變化特性。所以在進(jìn)行生絲纖度曲線的計算機(jī)模擬研究之前，需要了解生絲纖度曲線的特征參數(shù)。

前人對于生絲纖度曲線的特征參數(shù)的調(diào)查與獲取方法做了很多研究，如對于生絲纖度時間序列，白倫[6]在假定其自相關(guān)系數(shù)可用衰減振動模型描述的條件下，利用譜密度函數(shù)給出擬似周期及衰減率的推定方法，建立數(shù)據(jù)模型討論了其實(shí)際應(yīng)用問題；羅軍[7]將自相關(guān)系數(shù)理論模型看成等周期的，對理論模型進(jìn)行了參數(shù)估計。十幾年前，生絲的主要生產(chǎn)方式是采用定粒繅絲，當(dāng)時的纖度研究與調(diào)查也是基于定?？壣z，而如今定纖繅絲完全代替了定粒繅絲，同時隨著現(xiàn)代繅絲技術(shù)的發(fā)展，生絲的質(zhì)量也發(fā)生了很大的變化。因此有必要重新對生絲纖度序列的特征參數(shù)進(jìn)行調(diào)查。

為此，本文采用測長稱重法來獲得生絲纖度序列，利用自相關(guān)系數(shù)模型計算出反映生絲纖度序列數(shù)據(jù)之間相關(guān)性與周期性的特征參數(shù)，經(jīng)移動平均得到修正后的生絲纖度序列特征參數(shù)，研究結(jié)果希望為生絲纖度研究中進(jìn)一步的模擬實(shí)驗提供當(dāng)前生絲纖度質(zhì)量的特征參數(shù)取值。

1 生絲纖度序列特征參數(shù)及估算方法

1.1 生絲纖度自相關(guān)系數(shù)序列

時間序列即為對于一個動態(tài)的變化過程，按照一定的時間間隔進(jìn)行觀察，用一個有序的數(shù)列形式表達(dá)的結(jié)果。在本文的研究中，通過測長稱重法稱得生絲纖度的時間序列后，可根據(jù)下式計算出生絲纖度的自相關(guān)系數(shù)并繪制纖度曲線。

(1)

1.2 生絲纖度自相關(guān)系數(shù)序列模型

生絲纖度序列的自相關(guān)系數(shù)反映的是數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性與周期性，為此，白倫[6]建立了如下式所示的統(tǒng)一的自相關(guān)系數(shù)模型，用來描述各種類型的自相關(guān)系數(shù)波動情況。

(2)

式中：參數(shù)λ稱為衰減率，T為擬似周期，表達(dá)了纖度波動變化的周期。

不論定?？壗z還是定纖繅絲，其纖度波動特性都可以用這個模型來表示。也就是說對于一定的生絲纖度均值和方差，調(diào)整λ和T值時，理論上自相關(guān)系數(shù)模型可以相當(dāng)真實(shí)地描述不同原料繭特征與繅絲條件下的纖度連續(xù)變動特征。

1.3 生絲纖度序列特征參數(shù)估算

取自相關(guān)系數(shù)序列的一些特征點(diǎn)比如其波谷與波峰值作為估算點(diǎn)來計算衰減率與擬似周期。假定選取(k1,ρk1),(k2,ρk2),…(kn,ρkn)等波峰點(diǎn)作為特征點(diǎn)，那么其擬似周期則可根據(jù)下式來進(jìn)行計算：

(3)

衰減率λ則可通過下式計算：

(4)

1.4 特征參數(shù)估計的修正

當(dāng)前定?？壣z基本淘汰，主要是定纖生絲[8]。定纖生絲的周期性變化不如定粒生絲明顯，因此用實(shí)測得到的纖度序列數(shù)據(jù)，計算出的生絲自相關(guān)系數(shù)曲線與自相關(guān)系數(shù)模型差異較大，部分曲線存在諸多微小波動，曲線不規(guī)則，難以觀察準(zhǔn)確的周期變化，存在擬似周期選擇不準(zhǔn)確、特征參數(shù)誤差大等缺陷[9]。對于這部分曲線可以采取擴(kuò)大檢驗絲長的方法來減少或消除數(shù)據(jù)列當(dāng)中較小的波動，以更好地選取擬似周期點(diǎn)。通過將相鄰的幾個纖度值求平均，即可得到新的纖度序列。如果是每兩個數(shù)值求平均，則相當(dāng)于檢驗絲長擴(kuò)大兩倍，如果是每三個求平均，則是擴(kuò)大三倍，如此類推，直至得到的新的序列周期明顯易于計算為止。

2 實(shí) 驗

2.1 材料與儀器

材料：22.2/24.4 dtex(20/22 D)，32.2/34.4 dtex(29/31 D)，44.4/48.9 dtex(40/44 D)三種規(guī)格樣絲(蘇州蘇豪生物技術(shù)有限公司)。

儀器：附有回轉(zhuǎn)計數(shù)器和自停裝置的纖度機(jī)(無錫第二紡織機(jī)械廠)，最小分度值為0.1mg的賽多利斯BS210S電子天平(蘇州賽恩斯儀器有限公司)。

2.2 步 驟

本文采用測長稱重法來獲得生絲纖度序列，長度間隔設(shè)置為8 m。對短片段生絲纖度序列進(jìn)行調(diào)查，選取三種規(guī)格生絲，每種規(guī)格生絲選取若干個卷裝，檢驗絲長為8 m。每個卷裝(抱平)生絲被切成等長度片段序列并稱重，順序記錄，這樣即可得到各種規(guī)格生絲的多個生絲纖度序列[10]。

3 結(jié)果與分析

3.1 生絲纖度序列

實(shí)驗共對三種規(guī)格生絲進(jìn)行了檢測，其中22.2/24.4 dtex規(guī)格生絲選測了10個樣本，32.2/34.4 dtex規(guī)格6個，44.4/48.9 dtex規(guī)格8個。圖1是各規(guī)格隨機(jī)選取的兩個樣本的纖度曲線。

a1，a2為22.2/24.4 dtex規(guī)格4號、7號樣本；b1，b2為32.2/34.4 dtex規(guī)格2號、3號樣本；c1、c2為44.4/48.9 dtex規(guī)格4號、5號樣本圖1 三種規(guī)格樣品生絲纖度序列曲線Fig.1 Raw silk size series curves of silk samples of three specifications

從圖1可以看出，22.2/24.4 dtex規(guī)格4號與7號樣本纖度曲線具有周期性，樣本數(shù)據(jù)存在從小到大漸變再從大到小漸變的規(guī)律，纖度數(shù)值基本圍繞23.3 dtex上下浮動，7號生絲波動較大。32.2/34.4 dtex規(guī)格2號與3號樣品生絲纖度起伏不大，除去波峰和波谷值，基本在33.3 dtex上下浮動變化；44.4/48.9 dtex規(guī)格4號樣本生絲纖度基本在46～48 dtex內(nèi)波動，4號樣本纖度變化與5號相比較大，有較多峰值和谷值，呈鋸齒狀，無明顯規(guī)律。

3.2 三種規(guī)格生絲自相關(guān)系數(shù)分析

利用生絲纖度數(shù)據(jù)，由式(1)計算后得到其分別對應(yīng)的樣本纖度自相關(guān)系數(shù)圖，圖2即為圖1中所顯示的生絲纖度序列計算得到的自相關(guān)系數(shù)序列。由22.2/24.4 dtex規(guī)格4號樣品可以看出，生絲的自相關(guān)系數(shù)具有明顯的波峰波谷，可以初步看出其變化周期，7號樣規(guī)律性稍差；32.2/34.4 dtex規(guī)格樣品生絲自相關(guān)系數(shù)曲線整體呈現(xiàn)下降趨勢，周期不易觀察。44.4/48.9 dtex生絲自相關(guān)系數(shù)曲線均較為雜亂，周期性偏小。這是因隨著纖度增加同一緒頭的緒下繭數(shù)量增加，在相同的解舒絲長條件下，同樣長度的生絲，自然落緒引起的繭絲切斷次數(shù)增加，纖度變動周期變短，而同時由于繭絲由細(xì)到粗再到細(xì)的天然變化特性，導(dǎo)致切斷次數(shù)增加時纖度變化的周期性減弱。

3.3 參數(shù)估計

根據(jù)各種規(guī)格生絲自相關(guān)系數(shù)數(shù)據(jù)，運(yùn)用式(3)和式(4)中的估算方法計算序列的擬似周期與衰減率，計算結(jié)果如表1所示。

由表1估算結(jié)果來看，22.2/24.4 dtex規(guī)格生絲擬似周期在168～208 m，32.2/34.4 dtex規(guī)格生絲擬似周期均值在124～197 m；44.4/48.9 dtex規(guī)格的生絲在58～144 m。λ的值則隨T和峰值的變化而變化，隨著T值的增大逐漸減小。

圖2 三種規(guī)格生絲纖度自相關(guān)系數(shù)曲線Fig.2 Autocorrelation coefficient curves of raw silk size of three specifications

表1 生絲擬似周期及衰減率估算值Tab.1 Estimates of mimetic period and attenuation rate of raw silk

3.4 擴(kuò)大檢驗絲長后參數(shù)估計

為了更準(zhǔn)確地在生絲自相關(guān)系數(shù)曲線上獲取擬似周期，根據(jù)式(3)對各組自相關(guān)系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行了平移修正，消除部分不規(guī)則波動。生絲纖度序列取3.1中選出的六組樣品，曲線如圖3所示。

從圖3可以看出，兩位移動周期修正后，自相關(guān)系數(shù)曲線變得平滑，擬似周期更為明顯；修正后的數(shù)據(jù)利用式(3)(4)計算得出λ、T，如表2所示。

表2計算結(jié)果顯示，擴(kuò)大檢驗絲長后擬似周期精度均有所提高，方差減小，22.2/24.4 dtex規(guī)格生絲擬似周期均值為186 m，λ的值在0.002 12～0.007 39變化；32.2/34.4 dtex規(guī)格生絲擬似周期為147 m，λ的值在0.003 19～0.011 49變化；44.4/48.9 dtex規(guī)格生絲周期在59～144 m變化，方差偏大，這是由于實(shí)際生產(chǎn)中44.4/48.9 dtex規(guī)格的生絲掐添較多導(dǎo)致部分周期較短，λ的值在0.002 89～0.007 16變化。理論上來說，隨著生絲纖度增加，22.2/24.4 dtex、32.2/34.4 dtex、44.4/48.9 dtex三種規(guī)格生絲的擬似周期是依次變小的，實(shí)驗結(jié)果與理論值擬合較好。

圖3 擴(kuò)大檢驗絲長后自相關(guān)系數(shù)曲線Fig.3 Autocorrelation coefficient curves after enlarging the test length

表2 消除微小誤差后特征參數(shù)值Tab.2 The characteristic parameters after eliminating the small error

在實(shí)際生產(chǎn)中，擬似周期與衰減率在一定程度上反映了原料繭某些質(zhì)量狀況及繅絲過程相關(guān)的繅絲技術(shù)參數(shù)。比如說擬似周期與解舒絲長成正相關(guān)，解舒絲長長，擬似周期長；擬似周期與繅絲過程中單位時間內(nèi)繭絲切斷(包括自然落緒)次數(shù)成反比，切斷多，擬似周期??；衰減率與解舒絲長的方差成正比，解舒絲長的波動大，衰減率大；衰減率與繭絲切斷間距的方差成正比，繭絲切斷間距波動大，衰減率大。因此，通過對生絲纖度序列這兩個參數(shù)的調(diào)查，不僅可以為后續(xù)的計算機(jī)模擬試驗提供數(shù)據(jù)，而且這兩個參數(shù)在一定程度上也反映了原料繭的解舒絲長狀況及實(shí)際的繅絲生產(chǎn)狀況，對繅絲生產(chǎn)中繅絲技術(shù)的提高也有一定的參考意義。

4 結(jié) 論

本實(shí)驗選取三種規(guī)格生絲樣品，調(diào)查了生絲纖度曲線及自相關(guān)系數(shù)曲線，利用多點(diǎn)估計計算平均值的方法計算出參數(shù)特征值，得到以下結(jié)論。

1)本文建立的利用自相關(guān)系數(shù)序列的波峰點(diǎn)估算生絲纖度序列特征參數(shù)的估算公式，可以有效地估算出擬似周期與衰減率這兩個特征參數(shù)。

2)對于自相關(guān)系數(shù)序列曲線中微小波動過多，影響波峰波谷等特征點(diǎn)的正確選擇，這時可以擴(kuò)大檢驗絲長，消除微小波動，提高擬似周期估算精度，比如本實(shí)驗中將檢驗絲線長從8 m擴(kuò)大到16 m后，特征點(diǎn)的選擇就變得簡單與準(zhǔn)確。

3)計算結(jié)果表明三種規(guī)格生絲衰減率均隨擬似周期增大而減?。坏屠w度的22.2/24.4 dtex規(guī)格生絲擬絲周期最大，周期變動頻率較低；而高纖度的44.4/48.9 dtex規(guī)格生絲擬似周期小，周期變動頻率較高。結(jié)果較真實(shí)地反應(yīng)了生產(chǎn)中不同規(guī)格生絲的實(shí)際纖度變化狀況。