棉精梳機選型的優(yōu)化設計方法的探討

1、棉精梳機選型的優(yōu)化設計方法的探討段 波 作者簡介：段波（1981- ），男，上海人，碩士研究生，主要從事紡機新工藝新技術，精梳棉紗質量分析與控制及新產(chǎn)品開發(fā)。,郁崇文 郁崇文（1962- ），男，教授（1.2 東華大學紡織學院 上海 200050；）摘要：本文借助優(yōu)化設計的思想，對幾種不同檔次的棉精梳機的性能進行綜合評價，得出一種客觀的、可量化的棉精梳機選型方法，為棉紡織企業(yè)設備的選型提供理論依據(jù)。關鍵詞：棉精梳機選型 優(yōu)化設計 BORDA數(shù)法 密切值法Applications of optimal design for cotton comber machine type selection

2、Abstract: According to optimal design theory, we synthetically analyzed several models of cotton comer machine, which located at different equipment lever. So that, an objective and measurable selection method can be concluded. This method could supply consumer to choice the suitable model for their

3、 textile mill.Key words: cotton comber machine type selection; optimal design; Borda method；Osculating Value Method 面對目前復雜多變的國際市場變化和國內激烈的行業(yè)內競爭，許多紡織企業(yè)為了調整產(chǎn)品結構、提高企業(yè)競爭能力，都在努力對老設備進行改造和更新。精梳工序是棉紡行業(yè)設備改造升級的重點，在發(fā)達國家精梳紗占紗線總產(chǎn)量的比重超過70%，而我國則不足30%，因此提高精梳紗比重、開發(fā)高檔優(yōu)質精梳紗是棉紡企業(yè)提高產(chǎn)品檔次和增強市場競爭力的重要措施。要擴大精梳紗線生產(chǎn)，必須選好精梳機。這是一

4、項重要而復雜的工作。一方面，市場上棉精梳機規(guī)格、品牌很多，檔次、性能、價格有很大的差異；另一方面，用戶必須根據(jù)自身的產(chǎn)品特點和發(fā)展趨勢，對各類棉精梳機進行綜合的技術經(jīng)濟分析，得到最優(yōu)決策，才能在日后的生產(chǎn)中取得最佳的經(jīng)濟效益。因此，尋找一種科學有效的、客觀的選型方法顯得尤為重要。1. 棉精梳機選型的最優(yōu)化評價在進行棉精梳機選型時，要對各機型的機械性能與使用性能進行分析，這些性能包括智能化程度、加工精度、品種適應性、成紗質量、操作條件等。同時，也要評價各種機型的經(jīng)濟指標，如價格、產(chǎn)量、用工、耗電量、占地面積、車間環(huán)境要求等?？傊〉米罴研詢r比。在評定某一因素的優(yōu)劣時，通常依據(jù)決策者個人的經(jīng)驗

5、和感性認識，因而結果受決策者人為或潛意識影響較大。例如，評價機器操作性的好壞，沒有明顯的界限和標準，也無法直接通過科學計算得到結果，具有不確定性。而采用優(yōu)化設計的方法可以在棉精梳機的評價中，以量化的標準作為依據(jù)，由科學的計算得出結論，從而排除主管因素影響。2. 最優(yōu)化評價的理論和方法每一位決策者都希望得到最優(yōu)的方案，使其具有最好的性能和最低的成本。這就是說，一項工程設計或技術改造方案總是要求在一定的技術和物質條件下，取得一個技術經(jīng)濟指標為最佳的方案。最優(yōu)化設計就是在這樣一種思想下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。它根據(jù)最優(yōu)化原理，綜合各方面因素，以人機配合方式或“自動探索”方式，在計算機上進行的半自動或自動設

6、計，以選出在現(xiàn)有工程條件下的最佳設計方案。優(yōu)化設計的方法有很多，在排序對象有多個且參數(shù)較多時，采用BORDA數(shù)法和密切值法較理想，結果直觀且計算簡便。2.1 Borda 數(shù)法該法是讓n中評價指標的集合X，分別將所有備選方案的全集U=u1,u2,um中的m個方案排成從優(yōu)到劣的線性序或偏序等（即意見），由獲得的n種意見L1,L2, Ln計算U中每個方案的BORDA數(shù)式中，XU, Bi(X)表示在序Li中后于X的方案個數(shù)。U中的方案按Borda數(shù)大小就可得到一個新的排序，即為決策結果。Borda數(shù)越大，該方案綜合效果越優(yōu)。為使決策結果更加切合實際，采用加權計算式中，i(X)為意見Li的權系數(shù)，即意見

7、Li所代表的指標的權系數(shù)。 郁崇文等工程參數(shù)的最優(yōu)化設計M上海：東華大學出版社，2003年版，第238頁2.2 密切值法該法的原理是：找出方案的最優(yōu)點和最劣點，然后，在方案集中盡可能找出接進最優(yōu)點而遠離最劣點的決策點，即為所求。其步驟是：(1) 建立指標矩陣XX=(xij)m×n式中，xij為方案Ai（i=1，2，m）在指標Sj（j=1，2，n）下的取值。(2) 求取規(guī)范化指標矩陣RR=(rij)m×n式中，。當Sj為正向指標（即數(shù)值越大越好）時取正，當Sj為負向指標（即數(shù)值越小越好）時取負。(3) 選取非劣方案比較矩陣R=(rij)m×n任意二行元素，對k，l（

8、lk、lm，且kl）二行，若： rkjrlj (j=1，2，n)則方案Al在各個指標下均劣于方案Ak，保留Ak，棄去Al。經(jīng)過這樣處理之后，保留下來的方案稱為非劣方案。(4) 求關于方案（策點集）的理想最優(yōu)化點A+和理想最劣點A-式中 （j=1，2，n）(5) 求各方案的密切值Ci （i=1，2，n）式中;aj為指標Sj的權重。(6) 根據(jù)Ci大小對方案Ai 排序，對應的方案Ag 即為決策得到的滿意方案。 郁崇文等工程參數(shù)的最優(yōu)化設計M上海：東華大學出版社，2003年版，第238-239頁3. 棉精梳機選型的優(yōu)化設計實例 現(xiàn)以進口立達品牌和國產(chǎn)上海一紡機械有限公司的5種機型的經(jīng)濟效益評價問題為

9、例來說明優(yōu)化設計方法的運用。這5種機型是實際生產(chǎn)中各檔次棉精梳機的代表。各機型的評價指標和測量值如下表所示：表1 5種棉精梳機的評價指標和測量值性價比（萬元/5噸）成紗條干(CV%m)落棉含短絨率（%）運轉效率（%）三班用工數(shù)（個）耗電量（千瓦）占地面積（m2）輔機及維護投入(萬元)E6550010.6565.790623.3831420CJ6026010.7362.1877.533.74246.6516.5CJ4024010.8163.2877.540.74278.4217CJ2522011.2159.180946.232019A201E21210.955821230.02437.7263.

10、1 評價指標的說明：性價比：產(chǎn)量要求為日產(chǎn)5噸/14.5tex精梳棉條，各機型的總價（含精梳機和精梳小卷準備機）。具體的，E65為1配4（即1臺條并卷機配4臺精梳）；CJ60為1配5；CJ40為1配6；CJ25為2配10；A201E為16配4.USTER條干：CV%m是衡量精梳棉條質量的主要指標之一，各機型該參數(shù)的實測值均在相同的配棉和相同的前道工序下測取。落棉含短絨率：也是衡量精梳棉條質量的主要指標之一，各機型該參數(shù)的實測值均在相同的配棉和相同的前道工序下測取。（此處將長度小于12.7mm的纖維定義為短絨）。運轉效率=1-停車率，其中停車率包含工藝停車（換卷、換筒、清潔等）、維護保養(yǎng)停車（平

11、車、換油、更換易損件等）及故障停車。三班用工數(shù)：產(chǎn)量要求為日產(chǎn)5噸/14.5tex精梳棉條，各機型所需擋車工人數(shù)。耗電量：因實際耗電量與棉精梳機荷載有直接關系，在此我們取各機型總裝機功率的70%作為測量值。該測量值不作為實際耗電量的參照。占地面積：產(chǎn)量要求為日產(chǎn)5噸/14.5tex精梳棉條，各機型所需廠房的面積。輔機及維護投入：該指標反映了對車間環(huán)境的要求程度。指標由兩部分之和構成。一是各機型所需生產(chǎn)輔機的價格，包含濾塵機、空調等；二是維護保養(yǎng)投入的年均值。3.2 計算過程與結果首先采用BORDA數(shù)法進行計算：備選方案集U=U1,U2,U3,U4,U5，U1-U5分別代表E65、CJ60、CJ

12、40、CJ25、A201E型精梳機。評價指標集X=性價比，成紗條干，落棉含短絨率，運轉效率，三班用人數(shù)，耗電量，占地面積，輔機和維護投入根據(jù)表1，按照各評價指標的優(yōu)劣對U1,U2,U3.U4,U5排序，得到8種意見：L1(性價比)：U5, U4, U3, U2, U1L2(條 干)：U1, U3, U2, U5, U4L3(落棉含短絨率)：U1, U3, U2, U4, U5L4(效 率)：（U2, U3,） U1, U5, U4L5(三班用工數(shù))：（U1, U2,） U3, U4, U5L6(耗電量)：U1, U2, U5, U3, U4L7(占地面積)：U2, U3, U1, U4, U5

13、L8(輔機及維護投入)：U5, U2, U3, U4, U1表2 各方案的BORDA數(shù)XB1(X)B2(X)B3(X)B4(X)B5(X)B6(X)B7(X)B8(X)B(X)U1044344202.3U2122323432.4U3233221322.15U4301010111.15U5410102041.65i0.250.050.050.20.150.10.150.05表2中的權系數(shù)i是根據(jù)筆者的經(jīng)驗給出的權重分配數(shù)據(jù)，突出了設備性價比的要求。根據(jù)Borda數(shù)的大小重新排序，結果為：U2, U1, U3, U5, U4即綜合考慮8項評價指標并特別突出設備性價比要求時，5種機型的選型排序從優(yōu)到

14、劣的次序為：CJ60、E65、CJ40、A201E、CJ25。下面接著采用密切值法進行計算：備選方案集U=U1,U2,U3,U4,U5，U1-U5分別代表E65、CJ60、CJ40、CJ25、A201E型精梳機。評價指標集X=性價比，成紗條干，落棉含短絨率，運轉效率，三班用人數(shù)，耗電量，占地面積，輔機和維護投入根據(jù)表1，可寫出指標矩陣X；再由X可求得規(guī)范化指標矩陣R.R=-0.7305 -0.4385 0.4806 0.4656 -0.3105 -0.2927 -0.4309 -0.5427 -0.3798 -0.4418 0.4543 0.4656 -0.3881 -0.4224 -0.33

15、85 -0.4477 -0.3506 -0.4451 0.4624 0.4552 -0.3881 -0.5100 -0.3821 -0.4613 -0.3214 -0.4616 0.4324 0.4185 -0.4657 -0.5784 -0.4392 -0.5155 -0.3097 -0.4488 0.4024 0.4290 -0.6209 -0.3758 -0.6007 -0.1628 i0.050.150.150.20.10.150.150.05比較矩陣R的任意兩行元素，可知U1,U2,U3,U4,U5均為非劣方案，選取理想最優(yōu)點A+與A-分別為：由此計算各方案的密切值Ci，如下表：表3

16、 各方案的密切值Ci方案Uidi+di-CiU10.03160.06070.2192U20.02590.05590.0794U30.03750.04730.6691U40.05260.03561.4470U50.05350.04161.3806注：根據(jù)Ci由小到大的順序對方案重新排列，結果為：U2, U1, U3, U5, U4即采用密切值法也得到了相同的排序結果，5種機型的選型排序從優(yōu)到劣的次序為：CJ60、E65、CJ40、A201E、CJ253.3 結果分析(1) 由以上方法得到的排序結果可知，在強調性價比、運轉效率和占地面積，而成紗條干和落棉含短絨率各機型差異不大的前提下，CJ60型精梳機的綜合評價最好，這也說明了國產(chǎn)紡機制造水平不斷提高； (2) 用戶可以根據(jù)自身的產(chǎn)品特點和發(fā)展趨勢，在聽取專家意見后調整評價指標的種類和各評價指標的權重，來尋找適合的機型。在強調成紗質量、穩(wěn)定性和減少用工數(shù)時，進口機型仍具有一定優(yōu)勢。在這里，不在重復其計算過程；(3) 在實際運用時，文中的大部分數(shù)值計算可以利用計算機快速解決。4. 結