棉精梳機(jī)選型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的探討

1、棉精梳機(jī)選型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的探討段 波 作者簡(jiǎn)介：段波（1981- ），男，上海人，碩士研究生，主要從事紡機(jī)新工藝新技術(shù)，精梳棉紗質(zhì)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(xué)紡織學(xué)院 上海 200050；）摘要：本文借助優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想，對(duì)幾種不同檔次的棉精梳機(jī)的性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出一種客觀的、可量化的棉精梳機(jī)選型方法，為棉紡織企業(yè)設(shè)備的選型提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：棉精梳機(jī)選型 優(yōu)化設(shè)計(jì) 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(duì)目前復(fù)雜多變的國際市場(chǎng)變化和國內(nèi)激烈的行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，許多紡織企業(yè)為了調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，都在努力對(duì)老設(shè)備進(jìn)行改造和更新。精梳工序是棉紡行業(yè)設(shè)備改造升級(jí)的重點(diǎn)，在發(fā)達(dá)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(zhì)精梳紗是棉紡企業(yè)提高產(chǎn)品檔次和增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施。要擴(kuò)大精梳紗線生產(chǎn)，必須選好精梳機(jī)。這是一

4、項(xiàng)重要而復(fù)雜的工作。一方面，市場(chǎng)上棉精梳機(jī)規(guī)格、品牌很多，檔次、性能、價(jià)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(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)各類棉精梳機(jī)進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jì)效益。因此，尋找一種科學(xué)有效的、客觀的選型方法顯得尤為重要。1. 棉精梳機(jī)選型的最優(yōu)化評(píng)價(jià)在進(jìn)行棉精梳機(jī)選型時(shí)，要對(duì)各機(jī)型的機(jī)械性能與使用性能進(jìn)行分析，這些性能包括智能化程度、加工精度、品種適應(yīng)性、成紗質(zhì)量、操作條件等。同時(shí)，也要評(píng)價(jià)各種機(jī)型的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如價(jià)格、產(chǎn)量、用工、耗電量、占地面積、車間環(huán)境要求等?？傊?，要取得最佳性價(jià)比。在評(píng)定某一因素的優(yōu)劣時(shí)，通常依據(jù)決策者個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)

5、和感性認(rèn)識(shí)，因而結(jié)果受決策者人為或潛意識(shí)影響較大。例如，評(píng)價(jià)機(jī)器操作性的好壞，沒有明顯的界限和標(biāo)準(zhǔn)，也無法直接通過科學(xué)計(jì)算得到結(jié)果，具有不確定性。而采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法可以在棉精梳機(jī)的評(píng)價(jià)中，以量化的標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，由科學(xué)的計(jì)算得出結(jié)論，從而排除主管因素影響。2. 最優(yōu)化評(píng)價(jià)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(xiàng)工程設(shè)計(jì)或技術(shù)改造方案總是要求在一定的技術(shù)和物質(zhì)條件下，取得一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為最佳的方案。最優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)配合方式或“自動(dòng)探索”方式，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的半自動(dòng)或自動(dòng)設(shè)

6、計(jì)，以選出在現(xiàn)有工程條件下的最佳設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法有很多，在排序?qū)ο笥卸鄠€(gè)且參數(shù)較多時(shí)，采用BORDA數(shù)法和密切值法較理想，結(jié)果直觀且計(jì)算簡(jiǎn)便。2.1 Borda 數(shù)法該法是讓n中評(píng)價(jià)指標(biāo)的集合X，分別將所有備選方案的全集U=u1,u2,um中的m個(gè)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(jì)算U中每個(gè)方案的BORDA數(shù)式中，XU, Bi(X)表示在序Li中后于X的方案?jìng)€(gè)數(shù)。U中的方案按Borda數(shù)大小就可得到一個(gè)新的排序，即為決策結(jié)果。Borda數(shù)越大，該方案綜合效果越優(yōu)。為使決策結(jié)果更加切合實(shí)際，采用加權(quán)計(jì)算式中，i(X)為意見Li的權(quán)系數(shù)，即意見

7、Li所代表的指標(biāo)的權(quán)系數(shù)。 郁崇文等工程參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)M上海：東華大學(xué)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(diǎn)和最劣點(diǎn)，然后，在方案集中盡可能找出接進(jìn)最優(yōu)點(diǎn)而遠(yuǎn)離最劣點(diǎn)的決策點(diǎn)，即為所求。其步驟是：(1) 建立指標(biāo)矩陣XX=(xij)m×n式中，xij為方案Ai（i=1，2，m）在指標(biāo)Sj（j=1，2，n）下的取值。(2) 求取規(guī)范化指標(biāo)矩陣RR=(rij)m×n式中，。當(dāng)Sj為正向指標(biāo)（即數(shù)值越大越好）時(shí)取正，當(dāng)Sj為負(fù)向指標(biāo)（即數(shù)值越小越好）時(shí)取負(fù)。(3) 選取非劣方案比較矩陣R=(rij)m×n任意二行元素，對(duì)k，l（

8、lk、lm，且kl）二行，若： rkjrlj (j=1，2，n)則方案Al在各個(gè)指標(biāo)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(guān)于方案（策點(diǎn)集）的理想最優(yōu)化點(diǎn)A+和理想最劣點(diǎn)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(biāo)Sj的權(quán)重。(6) 根據(jù)Ci大小對(duì)方案Ai 排序，對(duì)應(yīng)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(shè)計(jì)M上海：東華大學(xué)出版社，2003年版，第238-239頁3. 棉精梳機(jī)選型的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例 現(xiàn)以進(jìn)口立達(dá)品牌和國產(chǎn)上海一紡機(jī)械有限公司的5種機(jī)型的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)問題為

9、例來說明優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用。這5種機(jī)型是實(shí)際生產(chǎn)中各檔次棉精梳機(jī)的代表。各機(jī)型的評(píng)價(jià)指標(biāo)和測(cè)量值如下表所示：表1 5種棉精梳機(jī)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和測(cè)量值性價(jià)比（萬元/5噸）成紗條干(CV%m)落棉含短絨率（%）運(yùn)轉(zhuǎn)效率（%）三班用工數(shù)（個(gè)）耗電量（千瓦）占地面積（m2）輔機(jī)及維護(hù)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(píng)價(jià)指標(biāo)的說明：性價(jià)比：產(chǎn)量要求為日產(chǎn)5噸/14.5tex精梳棉條，各機(jī)型的總價(jià)（含精梳機(jī)和精梳小卷準(zhǔn)備機(jī)）。具體的，E65為1配4（即1臺(tái)條并卷機(jī)配4臺(tái)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(zhì)量的主要指標(biāo)之一，各機(jī)型該參數(shù)的實(shí)測(cè)值均在相同的配棉和相同的前道工序下測(cè)取。落棉含短絨率：也是衡量精梳棉條質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，各機(jī)型該參數(shù)的實(shí)測(cè)值均在相同的配棉和相同的前道工序下測(cè)取。（此處將長度小于12.7mm的纖維定義為短絨）。運(yùn)轉(zhuǎn)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(hù)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(jī)型所需擋車工人數(shù)。耗電量：因?qū)嶋H耗電量與棉精梳機(jī)荷載有直接關(guān)系，在此我們?nèi)「鳈C(jī)型總裝機(jī)功率的70%作為測(cè)量值。該測(cè)量值不作為實(shí)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(jī)型所需廠房的面積。輔機(jī)及維護(hù)投入：該指標(biāo)反映了對(duì)車間環(huán)境的要求程度。指標(biāo)由兩部分之和構(gòu)成。一是各機(jī)型所需生產(chǎn)輔機(jī)的價(jià)格，包含濾塵機(jī)、空調(diào)等；二是維護(hù)保養(yǎng)投入的年均值。3.2 計(jì)算過程與結(jié)果首先采用BORDA數(shù)法進(jìn)行計(jì)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(jī)。評(píng)價(jià)指標(biāo)集X=性價(jià)比，成紗條干，落棉含短絨率，運(yùn)轉(zhuǎn)效率，三班用人數(shù)，耗電量，占地面積，輔機(jī)和維護(hù)投入根據(jù)表1，按照各評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)劣對(duì)U1,U2,U3.U4,U5排序，得到8種意見：L1(性價(jià)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(jī)及維護(hù)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(quán)系數(shù)i是根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)給出的權(quán)重分配數(shù)據(jù)，突出了設(shè)備性價(jià)比的要求。根據(jù)Borda數(shù)的大小重新排序，結(jié)果為：U2, U1, U3, U5, U4即綜合考慮8項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)并特別突出設(shè)備性價(jià)比要求時(shí)，5種機(jī)型的選型排序從優(yōu)到

14、劣的次序?yàn)椋篊J60、E65、CJ40、A201E、CJ25。下面接著采用密切值法進(jìn)行計(jì)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(jī)。評(píng)價(jià)指標(biāo)集X=性價(jià)比，成紗條干，落棉含短絨率，運(yùn)轉(zhuǎn)效率，三班用人數(shù)，耗電量，占地面積，輔機(jī)和維護(hù)投入根據(jù)表1，可寫出指標(biāo)矩陣X；再由X可求得規(guī)范化指標(biāo)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(diǎn)A+與A-分別為：由此計(jì)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?qū)Ψ桨钢匦屡帕?，結(jié)果為：U2, U1, U3, U5, U4即采用密切值法也得到了相同的排序結(jié)果，5種機(jī)型的選型排序從優(yōu)到劣的次序?yàn)椋篊J60、E65、CJ40、A201E、CJ253.3 結(jié)果分析(1) 由以上方法得到的排序結(jié)果可知，在強(qiáng)調(diào)性價(jià)比、運(yùn)轉(zhuǎn)效率和占地面積，而成紗條干和落棉含短絨率各機(jī)型差異不大的前提下，CJ60型精梳機(jī)的綜合評(píng)價(jià)最好，這也說明了國產(chǎn)紡機(jī)制造水平不斷提高； (2) 用戶可以根據(jù)自身的產(chǎn)品特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，在聽取專家意見后調(diào)整評(píng)價(jià)指標(biāo)的種類和各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，來尋找適合的機(jī)型。在強(qiáng)調(diào)成紗質(zhì)量、穩(wěn)定性和減少用工數(shù)時(shí)，進(jìn)口機(jī)型仍具有一定優(yōu)勢(shì)。在這里，不在重復(fù)其計(jì)算過程；(3) 在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，文中的大部分?jǐn)?shù)值計(jì)算可以利用計(jì)算機(jī)快速解決。4. 結(jié)