劉必英

(天津工業(yè)大學(xué) 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(zhì)量控制中的應(yīng)用

劉必英

(天津工業(yè)大學(xué) 紡織工程系，天津 300382)

為了使紡紗企業(yè)的內(nèi)部管理做精、做細，將終端產(chǎn)品做實，從介紹正交試驗法和數(shù)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(zhì)量控制中的應(yīng)用；從其方法選擇、工具運用、數(shù)理分析及成效驗證等方面，詳細說明紡紗廠質(zhì)量控制方法。指出：科學(xué)運用統(tǒng)計工具收集有效的試驗數(shù)據(jù)并進行數(shù)理分析，對紡紗質(zhì)量管理和控制至關(guān)重要；紡紗企業(yè)要結(jié)合自身特點，精細化內(nèi)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(zhì)量控制；梳棉

1 試驗方法的選擇

在紡紗生產(chǎn)和質(zhì)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(chǎn)生的原因，并設(shè)計解決問題的試驗方案；第2步，歸納試驗數(shù)據(jù)并總結(jié)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(chǎn)中，有些工程技術(shù)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(zhǔn)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(shè)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、人力和物力成本小；然而在實際工作中，遇到的問題常常很復(fù)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(shù)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(zhì)是多水平、多因素、高效率的試驗設(shè)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(shù)少試驗點代表性強;試驗次數(shù)相對少;試驗誤差小;主次因素易分開缺點試驗次數(shù)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(shù)據(jù)分析要系統(tǒng)學(xué)習(xí)

2 數(shù)理統(tǒng)計解讀

2.1 質(zhì)量控制流程

試驗設(shè)計實際包括兩部分內(nèi)容：一是怎樣安排試驗，即試驗方法的選擇；二是試驗結(jié)果的分析與處理，即如何利用試驗數(shù)據(jù)找尋影響的主次因和規(guī)律。在質(zhì)量管理控制過程中，需要對試驗數(shù)據(jù)進行整理、分析，獲得有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)狀態(tài)的信息，從而發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在的質(zhì)量問題及其產(chǎn)生原因。

有目的地安排各類試驗，收集有關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析以便對產(chǎn)品的設(shè)計、工藝進行改進，保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此，整個質(zhì)量控制應(yīng)是一個閉環(huán)的管理過程，具體質(zhì)量控制體系可按如下步驟進行：① 確定擬控制的質(zhì)量對象及特征值；② 規(guī)定控制對象的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)；⑤ 比較實際數(shù)據(jù)與預(yù)期值之間的差異，說明產(chǎn)生這一差異的原因，若出現(xiàn)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)超出預(yù)定的判據(jù)時，報警系統(tǒng)發(fā)出信號；⑥ 采取糾錯行動，從人員、方法、設(shè)備、材料、測量、環(huán)境6個方面解決差異，恢復(fù)正?？刂?。

2.2 數(shù)理統(tǒng)計

在全面質(zhì)量管理中，無論何時、何處都會用到數(shù)理統(tǒng)計方法。質(zhì)量是制造出來的，不是檢驗出來的，因此，質(zhì)量控制應(yīng)該預(yù)防為主，是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)對過程中的各個階段進行評估和監(jiān)控，以滿足產(chǎn)品和服務(wù)需求的質(zhì)量一致性的過程。有效地實施、應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計過程控制可以及時發(fā)現(xiàn)問題，采取適當(dāng)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(chǎn)線的檢驗結(jié)果帶入統(tǒng)計分析，及時發(fā)現(xiàn)并排除造成過程不穩(wěn)定的因子，將生產(chǎn)制造的數(shù)據(jù)套入常態(tài)分配原理，預(yù)估不良品的產(chǎn)出概率，了解產(chǎn)品潛在的變異，采取可靠的預(yù)防性措施來提升企業(yè)質(zhì)量管控過程的能力。

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

3 解析皮棉正交試驗及數(shù)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(biāo)之和，再求平均值；② 用每個因子對應(yīng)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(biāo)影響的大小，極差越大，表明該極差對應(yīng)的因子對指標(biāo)的影響越大；③ 若要求指標(biāo)越大越好，則按因子的影響大小，依次從各因子對應(yīng)的平均值中找出最大對應(yīng)水平，保證該指標(biāo)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(jié)為89粒/g。

3.2.2 梳棉工藝正交試驗方案及分析

本次攻關(guān)的目的是在梳棉機現(xiàn)有器材配置(新包棉型針布)的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化上機工藝參數(shù)達到控制生條棉結(jié)和成紗質(zhì)量的目的[3]。

表2為以梳棉機主要梳理工藝參數(shù)為四因素、設(shè)計三種不同水平的試驗方案。

表3為梳棉機梳理工藝參數(shù)四因素、三水平設(shè)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(shù)據(jù)可以看出，在第5組的工藝組合下生條數(shù)據(jù)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(jié)指標(biāo)較好；但這只是初步分析，還需根據(jù)方差、極差等分析方法來進一步驗證確認(rèn)。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(jié)/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(jié)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(jié)指標(biāo)越小越好，根據(jù)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(zhì)量驗證

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

表5 皮棉紡18.2 tex和14.6 tex成紗質(zhì)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(jié)(+140%)/(個·km-1)39425563棉結(jié)(+200%)/(個·km-1)781012毛羽H3.353.953.113.36

4 結(jié)語

紡紗企業(yè)要堅定信念，結(jié)合企業(yè)自身特點，將內(nèi)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(shù)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(zhì)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(zhì)量管理中應(yīng)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(shù)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(jié)論的很多，耗用了企業(yè)大量的資源。因此，科學(xué)地運用統(tǒng)計工具收集有效的試驗數(shù)據(jù)并進行數(shù)理分析對紡紗質(zhì)量管理和控制是至關(guān)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(shù)據(jù)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(shè)計與質(zhì)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(shù)對色紡紗常發(fā)性紗疵與條干關(guān)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