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1、一 - -S p i n y 吐 i Q T e c h n o l o g Y纺 纱 技 术 条干仪智能专家分析系 摘要:在实际生产中纱条不匀不仅直接关系到纱线品级的高 低， 还直接影响最终 纷织品质量的优劣。 纱线条 干均匀 度对纺织品质量及生产实践都有很重要的意义， 运用现代计算机技术和人工神经网络技术，通过条 干仪的波谱分析制定智能专家 分析系 统，自 动分析机械波、牵伸波， 并指出 可能发生问 题的部位， 从而提高了 技术人员 查找故障原因的效率和准确率， 也提高了条 干仪的科技含量和市场竞争 能力。 关键词: 质量控制;条 干仪; 专家分析系统; 人工神经网络;故障诊断 中图分类号
2、: T S 1 0 3 .6 2文献标识码: A 文章编号:1 0 0 3一3 0 2 5 ( 2 0 0 6 ) 0 2 一0 0 4 8 一0 3 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室 赵晓燕薛文良程隆棣 在实际生产中 纱条不匀不仅直接关系到纱线品级的 高低 还直接影响最终纺织品质量的优劣。 纺织品的质量 很大程度上取决于纱线条干均匀度 用条干不匀率大的纱 线来织布 织物上会呈现各种疵点 影响质量和外观。另 外， 条干均匀度还直接影响到纺织生产过程的稳定性。因 此， 条干均匀度的分析和测量对纺织品质量控制和提高有 着重要意义。 1 国内外条干仪的发展现状 条干仪是目 前世界上广泛用于测量纱
3、条随机性不匀和 周期性不匀的电子仪器，是衡量纱条轴向粗细不匀程度 控制纱线半成品或成品质量的有效仪器之一。 由于电容式 条干仪在工艺调节、 产品质量控制上有较大的优势 可以 利用其软件系统的曲线图、 波谱图方便地找出由于生产设 备状态不良或工艺原因造成的纱线质量问题， 并及时进行 调整因此，目 前国内市场基本都被电容式条干仪占据。 国际上 条干仪仍以U s t e r ( 乌斯特) 公司的产品为主 印度普瑞美公司和日 本K e i s o k k i ( 计测器工业株式会社) 也 有相应的产品。自从1 9 7 0 年U s t e r 公司推出U S T E R I 型纱 线条干仪以来， 技术
4、不断改进 测试指标不断增加， 功能 不断增强。 在新加坡举办的I T M A A s i a 2 0 0 5( 第二届亚洲 国际纺织机械展览会) 上， U s t e r 公司展出了第5 代纱线条 作者简介: 赵晓燕， 女，1 9 8 1 年生， 硕士在读，上海， 2 0 0 0 5 1 干仪， 有两大主要特点: 一是测试速度提高到8 0 0 m / m i n I 台机器的工作量相当于以前的两台，利于纺纱厂检测更 多的产品 增加采样比例; 二是推出了异纤检测功能. 增 加了质量数据 现在纱线的全部性能( 除强力外) ， 都可以 在I 台机器上获得全部数据。 国产条干仪经过近2 0 年的发展，
5、 技术已基本成熟 与 国际先进水平相差无几， 在国内市场的占有率已经远超进 口 产品， 基本满足国内市场需求。 我国1 9 8 7 年前后分别推 出了Y G 1 3 1( 陕西长岭) 和Y G 1 3 3( 苏州长风) 型纱线条 干仪1 9 9 3 年、1 9 9 5 年分别鉴定了Y G 1 3 5 型条干仪和 Y G 1 3 3 A 型， 其技术水平和U S T E R川 相似或略低。 到目 前. 中国推出了Y G 1 3 5 G , Y G 1 3 6( 长岭) 、 Y G 1 3 3 C( 长风) 等， 其中Y G 1 3 5 G 条干仪具有宽工作电压、 过压过流保护的特 点， 并具有故
6、障自动诊断的专家系统。 但是总体上来看， 国 内产品与U S T E R 4 - S X相比， 技术含量、 稳定性、 系统功 能的 可 扩展、 应用 技 术支 撑 等均有 较大差 距。 2 专家分析系 统的应用实践 随着条干仪功能的不断扩展 波谱分析技术的日 趋完 善， 纺织厂进行波谱分析更加准确和快速。 波谱图能很好 地反映条干不匀产生的原因， 但是人工分析波谱图存在很 多缺点。 如果利用计算机技术和人工智能理论建立条干仪专家 分析系统 可以有效地解决波谱分析中计算复杂、 效率低 48 纺 织 导 报 C h in a T e x t ile L e a d e r . 2 0 0 6 N
7、o .2 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺 纱 技术S p i n 1n 1in a T e 边四Io a y 等问题。 便于技术人员和一般试验工根据诊断报告， 更及 时、更直观地找出条干不匀产生的主要原因。 2 . 1 目 前专家分析系统的应用状况 国内外各公司推出的条干仪专家分析系统不断涌现在 市场上， 例如: 长岭纺电公司推出的Y G 1 3 5 M条干仪配置 了“ 专家诊断系统 ; 海新纺检测科技服务有限公司的“ 电 容式条干仪专家分析软件 ， 简
8、称 “ 棉纺专家系统软件” : U s t e r 公司的U S T E R - I V 型条干仪内置专家分析系统。 工厂在使用专家分析系统时将梳棉机、 精梳机、 条卷 机、 并条机、 粗纱机、 细纱机等各个工序的机型、 生产不 同品种要使用的变换齿轮、固定齿轮、罗拉、 皮辊、 皮圈 直径等具体参数输入其应用程序 计算机就根据这些数据 计算出相应工序相应机型的各个部件的机械波长。 在实际生产中 造成纱条不匀的原因十分复杂， 往往 会产生一些特殊机械波、牵伸波、变周期波、 假波、多柱 机械波、 谐波等。 专家分析系统能根据工厂的实际情况将 这些特殊波的形态存入程序， 这样就能更加准确地分析出 故
9、障原因。 2 . 2 专家分析系统存在的问题 虽然专家分析系统为工厂降低纱疵， 减少牵伸波、 特 殊波、 机械波， 提高工作效率 解决实际问题发挥了一定 作用 但由于实际产生机械波的原因十分复杂 新的问题 会不断产生。 专家数据库所存储的数据是有限的， 当遇到 新的故障现象时 专家分析系统就不能诊断出故障原因了， 甚至产生误导， 给检测工作带来不便。 3 智能专家系统 专家分析系统本身存在许多不足如缺乏自学习功 能、 联想记忆功能等。随着人工智能技术的发展以非线 性大规模连续模拟并行分布处理为主流的神经网络理论 为专家分析系统的发展开辟了崭新的途径。 人工神经网络 是在人类对其大脑神经网络认识
10、理解的基础上人工构造的 能够实现某种功能的神经网络 它是理论化的人脑神经网 络的数学模型， 是基于模仿大脑神经网络结构和功能而建 立的一种非算法的信息处理系统。 结合神经网络和专家系 统的特长， 构造神经网络与专家系统的混合系统来辅助产 品设计 可充分发挥专家系统和神经网络解决知识表达和 知识处理的优点， 互为补充 共同起作用， 因而具有很大 的优越性。 可以采用此方法实现条干仪的智能分析 建立理想的 条干仪专家分析系统结构 ( 图1 ) 。 图1 理想条干仪智能专家分析系统结构 条干仪用户将条干仪测试的异常波谱图的问题输入到 计算机的解释接口 通过故障诊断推理机对输入问题的判 断， 正确提取
11、故障分析知识库中的故障原因 然后再通过 解释接口将产生问题的原因反馈给用户。 故障分析知识库 是由专家分析条干不匀的理论公式和实际经验及神经网络 根据专家的 理论和经验知识训练的自 学习 模块两部分组成。 故障诊断推理机将条干仪用户输入的新的故障现象或在推 理分析中的中间结果存入综合数据库中 它也能反映出故 障的问题所在。 3 . 1 条干仪用户 即条干仪使用者， 将异常波谱图的问题以系统能识别 的方式输入到解释接口。 3 . 2 解释接口 解释接口 有时也被当作人机界面的组成部分。 它负责 回答用户提出的各种问题， 为用户了解推理过程以及系统 维护提供方便的手段， 是实现系统透明性的主要模块
12、。 3 . 3 故障诊断推理机 故障诊断推理机实际上也是一组计算机程序。 其主要 功能是协调控制整个条干仪专家分析系统， 决定如何选用 故障分析知识库中的有关知识， 对条干仪用户提供的数据 进行推理r 最终对用户提出的特定问题做出回答。 3 . 4 故障分析知识库 知识库的主要功能是存储和管理专家系统中的知识。 包括领域中的定义、 事实和理论; 还有领域专家在长期业 务实践中所获得的实践经验。条干仪的故障分析知识库， 可由理论知识 如计算机械波波长的理论推导公式) 和经 验知识 如实际生产中异常波谱图的分析)两部分组成。 3 . 5 综合数据库 综合数据库用于存放条干仪用户输入的事实、 己 知
13、的 事实以及推理过程中得到的中间结果等。 它们能反映专家 分析系统要处理故障问题的主要状态和特征 是系统操作 的对象。 综合数据库中的内容在系统运行中是不断改变的。 纺 织 导 报C h in a T e x t ile L e a d e r 2 0 0 6 N o .2 49 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark - 一 之血血叮到迎当9 y 纺 纱 技 术 3 . 6 专家实践 在实际生产中对异常波谱图进行理论分析和经验分析 的验证。 3 . 7 知识获取
14、知识获取主要用来将条干仪测试的理论性知识和专家 分析条干不匀所特有的经验性知识转化为计算机可利用的 形式 并送入故障分析知识库， 同时为修改和扩充知识库 提供手段。 在自动化程度较高的系统中， 知识获取模块还 应该能够对故障分析知识库的完整性和一致性进行维护。 3 . 8 自 学习模块 自 学习 模块是人工神经网络将大量理论计算和实际经 验的故障模式训练好，在实际生产中一旦遇到新的问题 就可以像人脑那样根据以往经验分析诊断出故障原因。 基于神经网络的故障诊断过程分为两步: 首先 基于 一定数量的故障现象与原因训练样本集 ( 通常称为 “ 征兆 一 故障 数据集) 对神经网络进行训练， 得到期望
15、的 故障 诊断网络; 其次 根据当前条干不匀诊断的现象为输入对 系统进行诊断 诊断的过程即为利用神经网络进行前向计 算的过程。 在学习和诊断之前， 通常要对诊断原始数据和训练样 本的数据进行适当处理 包括预处理和特征选取/ 提取等， 目的是为故障诊断网络提供适合的诊断输入和训练样本， 其过程如图2 所示。 通过神经网络的故障诊断分析自学习系统 可不断 图2 自学习系统流程 对专家分析系统的知识进行扩充 从而解决了以往专家分 析系统自 学习效果差、知识组合爆炸等问题。 4 智能诊断意义 通过基于神经网络的智能专家诊断系统的研究 能有 效准确地反映机械故障， 提高诊断效率同时可以不断丰 富和完善智
16、能诊断的内容 对条干仪领域进一步的理论研 究有重要的借鉴作用。 将智能专家诊断系统与条干仪相结合 能有效地提高 条干测试仪的科技含量和档次， 提升仪器的市场竞争力。 专家智能诊断系统在农业防害预测、 天气预报、 航空等领 域都已达到了相当高的应用水平， 相信在纺织检测方面也 会有突出的表现。H o 参考文献 1 李宁波， 张一心. 条 干均匀 度测试仪的国内 外现状以及存在问 题 的 研究 【 J .北京纷织， 2 0 0 4 , 4 ( 2 5 ) : 3 5 - 3 6 . 2 姚 穆， 张一心. 棉纷厂纱条条 干疵病诊断专家系统的建立 【 J . 棉纷织 技术， 1 9 9 5 , 2
17、3 ( 1 1 ) : 8 一 1 0 . 3 丁炎明. Y G 1 3 3 B / M条干均匀 度浏试仪和 “ 电 容式条 干仪专家 分 析软件” 的使用实践 【 J . 上海纷织科技， 2 0 0 3 , 6 ( 3 1 ) : 6 0 一 6 2. 4 吴今培，肖 健华. 智能故障诊断与专家系 统 【 M .北京: 科学出 版社，1 9 9 7 . ( 上接P 4 7 ) 4 . 4 不能用后皮辊代替中皮辊 有的机械厂随机配供的中皮辊都是有槽的， 用户在用 短纤维原料时就用后罗拉皮辊替代中罗拉皮辊， 这是非常 错误的。中罗拉皮辊因其外面还有皮圈， 所以直径比后罗 拉皮辊小。 如用后罗拉皮
18、辊替代中罗拉皮辊 就改变了前 后牵伸区的正常压力匹配。 张家港有一家工厂由于采用了 这种方法生产了几吨废纱。 5 瓷管安装要规范 无论是花式纱线厂还是机械厂， 目 前安装的瓷管均不 合格 因为他们不知道瓷管与纺纱的关系 除知道瓷管出 口 必须对准空心锭中心外 对瓷管的上下位置均不考虑。 瓷管的正确装法应该尽量靠近前罗拉和前皮辊之间的出纱 部位， 使经过牵伸的纤维出前罗拉后立即被芯线缠住， 尽 量减少纤维自由度。 如纤维出前罗拉与皮辊的握持点后不 立即与芯线汇合加捻会向上卷皮辊向下卷罗拉。同时 要注意瓷管口径要小，出口圆角要光滑。 6 结语 花式纱线是一种新兴的纱线， 也可以说是一种艺术品 的纱
19、线。 它是用各种原料改变它的外形， 使它生成各种不 同外表的特种纱线。 它的工艺是艺术与技术的结合 是一 种创新。 所以掌握设备的合理配备、 工艺的正确配合是非 常重要的。 它要求工艺人员对各种原料性能有精心的研究， 对机械性能有全面的了解， 对纺织原理有深刻的理解和灵 活的应用， 对花式纱线技术的进步要精益求精， 这样才能 创造出更多更好的花式纱线新品种来。 a n 5o 纺 织 导报 C h in a T e x t ile L e a d e r . 2 0 0 6 N o .2 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark