楊 屹 段 勤 田飛宇 肯生葉 楊雪燕

云南養(yǎng)瑞科技集團(tuán)有限公司研究院，云南 昆明 650500

香味對(duì)人的情緒和行為都有積極的影響，能起到減輕焦慮、愉悅心情和激發(fā)創(chuàng)造性思維等作用[1]。香味織物由于其特殊的香氣和令人愉悅的感官效果越來(lái)越受到市場(chǎng)的關(guān)注，其性能與香線質(zhì)量密切相關(guān)。伴隨著香味織物及香線卷煙濾嘴需求的增長(zhǎng)[2]，香線產(chǎn)品的質(zhì)量也越來(lái)越受到重視[3]。

目前，針對(duì)香線產(chǎn)品的物理性能指標(biāo)主要包括斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率、線密度等。除此之外，質(zhì)量穩(wěn)定性也是香線產(chǎn)品質(zhì)量控制的指標(biāo)之一[4]。因此，科學(xué)、有效并客觀地評(píng)價(jià)香線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性顯得十分重要[5]。

本文將運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，通過(guò)方差分析、偏差指標(biāo)分析、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)和多特征相似度分析等手段，對(duì)香線產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率、線密度等檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合繞線試驗(yàn)中的斷線次數(shù)，建立香線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性綜合評(píng)估方法，以期為其內(nèi)在質(zhì)量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

材料：選擇2019年4個(gè)季度共計(jì)16個(gè)批次的3種規(guī)格的香線產(chǎn)品——香線A、香線B、香線C作為研究對(duì)象。

儀器：ME204/02型電子天平和HE 83/02型水分測(cè)定儀，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；Y331A型紗線捻度儀、YG020B型電子單紗強(qiáng)力機(jī)和YG086 D型縷紗測(cè)長(zhǎng)儀，常州三豐儀器科技有限公司；紗線斷線檢測(cè)裝置，自制。

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 斷裂強(qiáng)力

參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定樣品的斷裂強(qiáng)力。

1.2.2 捻度

參照GB/T 2543.1—2015《紡織品 紗線捻度的測(cè)定 第1部分：直接計(jì)數(shù)法》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定樣品的捻度。

1.2.3 含水率

參照GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測(cè)定 烘箱干燥法》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定樣品的含水率。

1.2.4 線密度

參照GB/T 4743—2009《紡織品 卷裝紗 絞紗法線密度的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定樣品的線密度。

1.2.5 斷線次數(shù)

利用自制的紗線斷線檢測(cè)裝置模擬香線的織造加工過(guò)程，統(tǒng)計(jì)每錠紗線在模擬過(guò)程中的斷線次數(shù)。

2 結(jié)果與討論

本文針對(duì)3種規(guī)格的香線產(chǎn)品——香線A、香線B和香線C展開(kāi)斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率、線密度及斷線次數(shù)等5項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表1～表3。測(cè)試均由同一人員按照相同的方法并使用相同的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行，以免因額外因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

表1 香線A的關(guān)鍵性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表2 香線B的關(guān)鍵性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表3 香線C的關(guān)鍵性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

2.1 方差分析

方差分析是對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，以判斷各因素水平之間是否具有顯著性差異的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[6]。它可以基于不同來(lái)源的變異對(duì)總變異的貢獻(xiàn)大小，確定可控因素對(duì)研究結(jié)果影響力的大小[7-8]。

表4以香線A為例，對(duì)表1中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了方差分析。分析時(shí),以季度為單位進(jìn)行因子的選擇,設(shè)定顯著性水平α為0.05，考察的目標(biāo)變量分別是斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率和線密度。斷線次數(shù)將作為驗(yàn)證分析結(jié)果的指標(biāo)，在相似度分析時(shí)進(jìn)行討論。表4結(jié)果顯示：(1)香線A的捻度和線密度的P值<0.050，說(shuō)明2019年不同季度不同批次的香線A的捻度和線密度存在顯著性差異，而其余兩項(xiàng)指標(biāo)的差異均不顯著。(2)根據(jù)P值與質(zhì)量穩(wěn)定性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)P值>0.200時(shí)，目標(biāo)變量在不同因素水平下差異不顯著，說(shuō)明其質(zhì)量穩(wěn)定性良好；當(dāng)0.050

表4 香線A的質(zhì)量穩(wěn)定性方差分析結(jié)果

采用同樣的方法對(duì)香線B和香線C的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行方差分析。表5對(duì)3種香線產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)的顯著性差異結(jié)果進(jìn)行了匯總，其中，“√”代表此項(xiàng)指標(biāo)全年4個(gè)季度不同批次的檢測(cè)數(shù)值存在顯著性差異，“×”代表該指標(biāo)的檢測(cè)數(shù)值不存在顯著性差異。

表5 3種香線產(chǎn)品性能指標(biāo)的顯著性差異結(jié)果匯總

表5指出了相關(guān)香線生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)時(shí)需注意的質(zhì)量指標(biāo)，這為工藝的改進(jìn)、質(zhì)控的加強(qiáng)和產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量穩(wěn)定性的提高提供了參考。

2.2 偏差分析

測(cè)試結(jié)果顯示，香線的斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率和線密度等指標(biāo)呈正態(tài)分布。根據(jù)正態(tài)分布中關(guān)于穩(wěn)定性的判斷方法，本文基于平均值相對(duì)于中心值的偏離程度判斷各項(xiàng)指標(biāo)的穩(wěn)定性[10]。具體為，將平均值與企業(yè)生產(chǎn)中規(guī)定的產(chǎn)品指標(biāo)的中心值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立一個(gè)偏差量指標(biāo)K：

(1)

式中：Kj——j指標(biāo)的偏差量；

nj——企業(yè)生產(chǎn)中規(guī)定的產(chǎn)品j指標(biāo)的中心值。

計(jì)算得到3種香線產(chǎn)品的性能指標(biāo)的K值歸納于表6。

表6 3種香線產(chǎn)品的性能指標(biāo)的K值

K值的大小可以直接反映該指標(biāo)平均值與規(guī)定中心值的偏離程度[11]。當(dāng)K值為0.000 0時(shí)，表明該指標(biāo)實(shí)測(cè)值的平均值與中心值無(wú)差別，即該指標(biāo)的穩(wěn)定性最佳。K值越大，表明該指標(biāo)實(shí)測(cè)值的平均值越偏離規(guī)定的中心值。從表6可以看出：(1)總體上，含水率的K值較大，線密度的K值較小，斷裂強(qiáng)力和捻度的K值居中。這主要與測(cè)試條件和環(huán)境等因素有關(guān)。含水率易受環(huán)境因素影響，特別是在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中，空氣濕度、溫度等均會(huì)導(dǎo)致實(shí)測(cè)值偏離中心值。(2)線密度為單位長(zhǎng)度紗線的質(zhì)量，其與香線本身的材質(zhì)關(guān)聯(lián)較大[12]。

方差分析和偏差分析的結(jié)果可用于判斷香線產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，并且兩者可在一定程度上起相互參考和印證的作用。如，方差分析顯示斷裂強(qiáng)力方面，香線C存在顯著性差異；偏差分析顯示斷裂強(qiáng)力K值中香線C的最大。偏差分析的結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了方差分析的結(jié)果。

2.3 統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)

統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)過(guò)程中的各個(gè)階段進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)控，建立并保持過(guò)程處于可接受的且穩(wěn)定的水平，從而保證產(chǎn)品符合規(guī)定要求的一種技術(shù)[13]。它是過(guò)程控制的一部分，其通過(guò)控制圖分析過(guò)程的穩(wěn)定性，對(duì)過(guò)程中存在的異常因素進(jìn)行預(yù)警，以及對(duì)過(guò)程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)[14]。

由圖1可知，香線A中有個(gè)別捻度值超出上控制限或低于下控制限，出現(xiàn)了較大的波動(dòng)，說(shuō)明其捻度質(zhì)量穩(wěn)定性較差，這與方差分析的結(jié)果一致?？梢?jiàn)，應(yīng)用SPC可以較為清楚地判斷出香線產(chǎn)品某一性能指標(biāo)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，其能從一定程度上反映香線產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程是否存在異常因素，是否需及時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程做出精確反饋。

圖1 香線A的捻度圖

2.4 多特征相似度分析

多特征相似度分析可基于多個(gè)角度的表征和評(píng)價(jià)，客觀、全面地反應(yīng)香線產(chǎn)品不同批次間的差異程度。其通過(guò)在一定數(shù)量的樣本基礎(chǔ)上，選擇合適的計(jì)算方法，計(jì)算出不同批次產(chǎn)品之間的相似度，最后通過(guò)相似度評(píng)價(jià)香線產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性即優(yōu)劣[15]。本文采用夾角余弦法計(jì)算相似度[16]。

2.4.1 可接受相似度的計(jì)算

采用相似度作為香線質(zhì)量穩(wěn)定性的一個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)。首先，選定一個(gè)可以評(píng)價(jià)不同批次樣品相似程度的“參考值”[17]。本文將16個(gè)批次樣品的關(guān)鍵參數(shù)的中位值作為參考值，則產(chǎn)生了香線A、香線B和香線C的參考樣品，分別記為a、b、c。規(guī)定參考樣品的性能指標(biāo)值為該香線產(chǎn)品的質(zhì)量參考值。計(jì)算各批次樣品與參考樣品的相似度，得到的相似度介于0.000 000和1.000 000之間。相似度越接近1.000 000，表明該批次樣品與參考樣品越接近。

2.4.2 香線A的相似度分析

圖2 香線A與參考樣品a的相似度分析結(jié)果

為驗(yàn)證基于關(guān)鍵參數(shù)建立的相似度方法對(duì)評(píng)價(jià)香線質(zhì)量穩(wěn)定性的有效性，特對(duì)各批次香線A進(jìn)行繞線試驗(yàn)，再采用 Grubbs 檢驗(yàn)法對(duì)16個(gè)批次的香線A的斷線次數(shù)進(jìn)行異常值檢驗(yàn)，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)離群值，表明各批次香線A產(chǎn)品保持了較好的質(zhì)量穩(wěn)定性，這與基于關(guān)鍵參數(shù)建立的相似度方法得到的結(jié)果是一致的。

2.4.3 香線B的相似度分析

圖3 香線B與參考樣品b的相似度分析結(jié)果

采用Grubbs 檢驗(yàn)法對(duì)16個(gè)批次的香線B的斷線次數(shù)進(jìn)行異常值檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在α=0.05的檢驗(yàn)水平下，B6批次的斷線次數(shù)大于Grubbs表中規(guī)定的臨界值，被判定為離群值。在剔除離群值之后對(duì)其余數(shù)據(jù)繼續(xù)檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)離群值。

香線B6關(guān)鍵參數(shù)相對(duì)于香線B其他批次產(chǎn)品存在明顯差異，這一結(jié)果與基于關(guān)鍵參數(shù)建立的相似度方法得到的結(jié)果一致。

2.4.4 香線C的相似度分析

圖4 香線C與參考樣品c的相似度分析結(jié)果

采用Grubbs 檢驗(yàn)法對(duì)16個(gè)批次的香線C的斷線次數(shù)進(jìn)行異常值檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)C15和C16批次的關(guān)鍵參數(shù)相對(duì)于香線C其他批次樣品存在明顯差異，該結(jié)果也與基于關(guān)鍵參數(shù)建立的相似度方法得到的結(jié)果一致。

2.4.5 不同規(guī)格香線間的相似度

為比較同種產(chǎn)品不同規(guī)格間的差異性和相似度，對(duì)香線A、香線B、香線C的參考樣品a、b、c相互之間的相似度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表7所示。從表7可以看出，香線A與香線C之間的相似度明顯高于香線A與香線B、香線B與香線C之間的相似度，這與香線A、香線C的材質(zhì)均為聚酯纖維，香線B的材質(zhì)為純棉纖維有關(guān)。該結(jié)果表明，相似度分析雖無(wú)法區(qū)分不同規(guī)格的香線產(chǎn)品，但對(duì)于區(qū)分和判斷不同材質(zhì)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性仍具有一定的指導(dǎo)作用。

表7 香線A、香線B和香線C的參考樣品之間的相似度

3 結(jié)論

本文基于香線的4項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)——斷裂強(qiáng)力、捻度、含水率和線密度，運(yùn)用方差分析、偏差分析、SPC和相似度分析等方法，對(duì)同一規(guī)格不同批次香線產(chǎn)品和不同規(guī)格香線產(chǎn)品之間的質(zhì)量穩(wěn)定性進(jìn)行了比較。方差分析和偏差分析可用于判斷不同批次香線產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，兩者結(jié)果可以在一定程度上進(jìn)行相互印證。SPC可以較為清楚地判斷香線某一指標(biāo)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，查找異常因素，從而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程做出精確預(yù)警。同一規(guī)格香線間的相似度分析表明，相同材質(zhì)的香線產(chǎn)品之間相似性較高，不同材質(zhì)的香線產(chǎn)品之間相似性差異較大。4種分析方法均為不同規(guī)格香線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性提供了有效的評(píng)價(jià)方法，達(dá)到了判定香線產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的目的。