CN104536408A - 一种手持式纱线工艺优选装置及其工作流程 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式纱线工艺优选装置及其工作流程，该装置包括核心处理单元，所述核心处理单元连接有同步单元、工艺单显示模块、输入模块、供电单元以及存储单元，所述同步单元与企业案例库相互通讯。核心处理单元由嵌入式微控制器及***电路组成，该核心处理机单元由嵌入式微控制器及***电路组成，该核心处理机运行工艺选优机和质量预测机两个核心模块，并控制输入输出模块、存储单元和接口电路。本发明内置工艺优选机和质量预测机核心功能模块，对人员的设计知识要求较低，可减少设计的人工成本，能有效解决纱线质量不稳定问题，同时能对用户的设计要求作出较快的响应，具有成本低、操作方便、精度高、适应性强等特点。

Description

一种手持式纱线工艺优选装置及其工作流程

技术领域

本发明涉及一种纱线生产工艺的控制装置，具体涉及一种纱线工艺优选装置及其工作流程。

背景技术

纱线生产一直是一个复杂的工业过程，由于纱线生产的多工序、多机台和连续化的生产特点，另受原料、工艺、设备、温湿度等过程参数影响的原因，目前纺织企业还没有完善的技术手段对纱线生产质量进行预测与控制，导致纱线产品质量波动性较大。工艺优化一直是纱线生产企业质量控制的核心，虽然国内企业在ISO9000认证等管理方面取得了相当的进展，但多数企业对纱线质量的控制仍滞留在经验测量和传统控制手段方面。企业在面对大量生产数据和客户个性化需求时，无法及时准确调整纱线的生产工艺参数，进行有效的分析和决策，严重影响了企业的经济效益和市场竞争力。

发明内容

发明目的：本发明的目的是在于克服纱线生产中工艺难以优化以及质量控制过于依赖专家经验的问题，将支持向量机(support vector machines，SVM)理论引入到纱线工艺优化中，设计一种手持式纱线工艺优选装置，该装置提供纱线质量指标、推理机参数和预测机参数输入模块，内置工艺优选机和质量预测机核心功能模块，可在线下载纱线工艺案例库并根据优选结果同步更新工艺案例库。该装置对人员的设计知识要求较低，可减少设计的人工成本，能有效解决纱线质量不稳定问题。同时能对用户的设计要求作出较快的响应。具有成本低、操作方便、精度高、适应性强等特点。

技术方案：本发明所述的一种手持式纱线工艺优选装置，包括

核心处理单元，由嵌入式微控制器及***电路组成，该核心处理机单元由嵌入式微控制器及***电路组成，该核心处理机运行工艺选优机和质量预测机两个核心模块，并控制输入输出模块、存储单元和接口电路；

同步单元，与所述核心处理单元连接，由USB通信芯片及其控制电路组成，运行USB2.0协议，通过USB接口在线下载纱线企业案例库工艺单，当优选后生成的新工艺单也可通过该USB接口同步到企业案例库中；

工艺单显示模块，与所述核心处理单元连接，由带汉字字库功能的液晶显示器及其控制电路组成，用以显示纱线用户的质量要求数据以及工艺单标号；

输入模块，与所述核心处理单元连接，由矩阵键盘及其控制电路组成，用来接收用户质量指标输入、预测机参数输入、推理机参数输入；

供电单元，与所述核心处理单元连接，为手持设备提供电源，内置锂电池或外接12V直流电供电；

存储单元，与所述核心处理单元连接，采用FALSHROM存储器，用以保存在线下载的纱线工艺案例库。

作为优化，所述工艺选优机包括依次连接的选优机输入模块、相似度计算模块以及输出模块。

作为优化，所述工艺选优机是利用案例推理CBR的原理，按照纱线质量指标中各属性的权值，从历史目标案例库中依次计算各案例的相似度，检索出与待解案例最相似的几个案例，供设计人员参考，其中相似度计算公式为：

$S(A,B)=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ξ}}_j\·e^{-c|x_{\mathrm{Aj}}-x_{\mathrm{Bj}}|}$   (公式1)

公式1中ξ_j为纱线批号中第j个指标的权重系数，且x_Aj和x_Bj分别为纱线批号A、B在第j个指标上的值，C∈(0,1]的常数。

作为优化，所述C的值为0.8。

作为优化，所述质量预测机是基于支持向量机算法模块，包括依次连接的预测机输入模块、预测模型计算模块以及输出模块。

作为优化，所述质量预测机是利用支持向量机模型，将原料参数、环境参数和上机参数作为模型的输入参数，纱线的质量指标作为输出参数，来预测纱线的产品质量，该纱线SVM预测模型采用经典的基于径向基核函数的回归函数，该函数的表达式为：

$f\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_i^{*})\exp (-\frac{{\left|\right|x-y\left|\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2})+b$   (公式2)

公式2中，σ为径向基核带宽的调节参数，C为惩罚因子，参数σ、C为模型的主要参数。

作为优化，所述企业案例库包括工艺号、总牵引数、捻系数、罗拉隔距、钢丝圈型号、原料号、捻度、强力、断裂强力、条干、细节以及棉结参数数据。

本发明还公开了一种手持式纱线工艺优选装置的工作流程，包括如下步骤：

(1)先通过参数输入模块对工艺单中各指标属性值的权重系数进行设定；

(2)将客户需要的纱线产品的质量指标通过质量指标输入模块输入到工艺优选机中，工艺优选机是一个基于纱线工艺案例的推理机，通过相似度计算来选择与客户要求最接近的案例；

(3)工艺优选机从案例库中找出与生产要求最匹配的工艺单，并在显示模块上显示选优结果，显示的结果包括候选的工艺单号、相似度值和各指标的对比值；

(4)如果选优结果满足要求，则显示工作人员确定的生产工艺单号；若该单号是重新生成的新案例，则需要入案例库,否则不需要入库，至此选优工作结束；

(5)如果经优选机选优的结果不满足要求，则需要对候选工艺单中的上机参数进行修正，并通过质量预测机进行质量预测；质量预测机是一个基于支持向量机的预测机，能根据上机参数、环境参数和原料的纤维性能等参数预测出纱线质量指标；预测前利用预测机参数输入模块对SVM的参数C、σ进行设定，设定时可参考仪器说明书的建议范围；

(6)质量预测机的预测输出结果以新工艺单的形式存储在模块中，为验证该新工艺单是否满足客户的质量要求，还需要利用选优机进行匹配优选，重复步骤(3)和(4)，直至调整后的工艺单符合客户生产要求。

有益效果：

1、该装置克服了纱线生产前工艺难以优化确定，以及质量控制过于依赖专家的问题，对工作人员的专业知识要求较低，可减少工艺设计的人工成本；

2、相关实验已证明，利用案例推理机并结合支持向量机能准确有效预测纱线生产质量，特别适用于纱线的小批量、多品种和个性化生产；

3、该装置不受其它设备和环境的限值，携带方便，能在现场对用户的质量要求作出较快的响应，具有成本低、操作方便、效率高的特点。

附图说明

图1为本发明的总体框架结构示意图；

图2为本发明的工作流程示意图。

图3为本发明的工艺选优机结构示意图。

图4为本发明的质量预测机结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种手持式纱线工艺优选装置，包括

核心处理单元，由嵌入式微控制器及***电路组成，该核心处理机单元由嵌入式微控制器及***电路组成，该核心处理机运行工艺选优机和质量预测机两个核心模块，并控制输入输出模块、存储单元和接口电路；

本结构中的工艺选优机结构原理图如图3所示，该优选机实际是利用案例推理(Case-based reasoning，CBR)的原理，按照纱线质量指标中各属性的权值，从历史目标案例库中依次计算各案例的相似度，检索出与待解案例最相似(相似度最大值)的几个案例，供设计人员参考。其中相似度计算公式为：

$S(A,B)=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ξ}}_j\·e^{-c|x_{\mathrm{Aj}}-x_{\mathrm{Bj}}|}$   (公式1)

公式1中ξ_j为纱线批号中第j个指标的权重系数，且 _xAj和_xBj分别为纱线批号A、B在第j个指标上的值，C∈(0,1]的常数，此处建议取经验值0.8。

本结构中的质量预测机结构原理图如图4所示，该质量预测机实际上就是利用支持向量机(SVM)模型，将原料参数、环境参数和上机参数作为模型的输入参数，纱线的质量指标作为输出参数，来预测纱线的产品质量。目前SVM技术在水文、气象和工业生产的预测控制方面得到应用。该纱线SVM预测模型采用经典的基于径向基核函数的回归函数，该函数的表达式为：

$f\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_i^{*})\exp (-\frac{{\left|\right|x-y\left|\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2})+b$   (公式2)

公式2中，σ为径向基核带宽的调节参数，C为惩罚因子。参数σ、C为模型的主要参数，根据该模型的应用领域，该两参数的取值范围由我们事先经过多次的实验优化得出，最后在本发明装置上推荐给操作者。

同步单元，与所述核心处理单元连接，由USB通信芯片及其控制电路组成，运行USB2.0协议，通过USB接口在线下载纱线企业案例库工艺单，当优选后生成的新工艺单也可通过该USB接口同步到企业案例库中，企业案例库包括工艺号、总牵引数、捻系数、罗拉隔距、钢丝圈型号、原料号、捻度、强力、断裂强力、条干、细节以及棉结参数数据，具体参见表1；

表1 企业案例库及主要参数

工艺单显示模块，与所述核心处理单元连接，由带汉字字库功能的液晶显示器及其控制电路组成，用以显示纱线用户的质量要求数据以及工艺单标号；

输入模块，与所述核心处理单元连接，由矩阵键盘及其控制电路组成，用来接收用户质量指标输入、预测机参数输入、推理机参数输入；

供电单元，与所述核心处理单元连接，为手持设备提供电源，内置锂电池或外接12V直流电供电；

存储单元，与所述核心处理单元连接，采用FALSHROM存储器，用以保存在线下载的纱线工艺案例库。

上述一种手持式纱线工艺优选装置的工作流程如图2所示，包括如下步骤：

(1)先通过参数输入模块3对工艺单中各指标属性值的权重系数进行设定；

(2)将客户需要的纱线产品的质量指标通过质量指标输入模块1输入到工艺优选机2中，工艺优选机2是一个基于纱线工艺案例的推理机，通过相似度计算来选择与客户要求最接近的案例，工艺优选机2的结构图如图3所示；

(3)工艺优选机2从案例库5中找出与生产要求最匹配的工艺单，并在显示模块4上显示选优结果，显示的结果包括候选的工艺单号、相似度值和各指标的对比值；

(4)如果选优结果满足要求，则显示工作人员确定的生产工艺单号；若该单号是重新生成的新案例，则需要入案例库5,否则不需要入库，至此选优工作结束；

(5)如果经优选机2选优的结果不满足要求，则需要对候选工艺单中的上机参数6进行修正，并通过质量预测机7进行质量预测；质量预测机是一个基于支持向量机(SVM)的预测机，能根据上机参数和原料纤维性能等参数预测出纱线质量指标；预测前利用预测机参数输入模块9对SVM的参数C、σ进行设定，设定时可参考仪器说明书的建议范围；

(6)质量预测机的预测输出结果以新工艺单的形式存储在模块8中，为验证该新工艺单是否满足客户的质量要求，还需要利用选优机2进行匹配优选，重复步骤(3)和(4)，直至调整后的工艺单符合客户生产要求。

为了更全面的理解本发明，对纱线生产的其中一个例子做进一步说明：

1)用户对纱线的生产要求。本案例的纱线要求采用涤纶/粘胶/羊毛混纺，主要质量指标要求见表2。

表2 要求生产纱线的主要质量指标

2)利用本发明装置先进行工艺单的优选操作，具体操作如上述工作流程所述，选优后的结果按如表3所示格式显示。

表3 发明装置选优后的结果显示

Id	zqy	nxs	llgj	gsq	ylid	nd	ql	dlql	tg	xj	mj	SM
													P5	33.8	480	45*30	Fo3/0	C1	3.9	11.8	18.8	23.2	98	180	98.6
P8	34.3	480	45*30	Fo3/0	C2	3.8	12.9	18.9	24.2	92	180	98.1
													P10	33.8	480	45*30	Fo3/0	C3	4.1	12.1	19.3	23.4	101	180	97.6
P13	34.3	485	45*30	Fo3/0	C4	4.3	12.7	18.4	21.7	92	176	97.3
													P17	33.8	485	45*30	Fo3/0	C5	3.9	11.9	19.1	22.9	96	170	96.8

由优选结果可知，建议设计人员选P5号工艺单为待生产工艺路线。但强力和条干指标不达标。由生产工艺常识可知，需要调整上机参数，如决定增大捻系数和减少罗拉隔距。

3)利用本发明装置提供的质量预测功能对调整后的工艺单参数进行质量预测，如果进一步考虑原料成本，可按原料种类依次进行质量预测。预测结果如表4所示。

表4 发明装置的预测结果显示

ylid	nd	ql	dlql	tg
					C1	4.1	12.4	19.4	20.2
C2	4.0	13.5	19.7	21.2
					C3	4.19	12.8	20.8	20.5
C4	4.38	13.8	19.6	19.5
					C5	4.2	12.2	20.2	19.9

由表4可知，按调整后的工艺参数进行质量预测，原理C1、C4、C5都满足质量要求，这时就需要由设计人员进行取舍了，是优先强调生产成本还是强调产品质量。该装置最后将设计人员选择的工艺参数作为新的工艺单保存在“纱线工艺案例库”中，至此整个优选过程结束。

Claims (8)

1.一种手持式纱线工艺优选装置，其特征在于：包括

核心处理单元，由嵌入式微控制器及***电路组成，该核心处理机单元由嵌入式微控制器及***电路组成，该核心处理机运行工艺选优机和质量预测机两个核心模块，并控制输入输出模块、存储单元和接口电路；

同步单元，与所述核心处理单元连接，由USB通信芯片及其控制电路组成，运行USB2.0协议，通过USB接口在线下载纱线企业案例库工艺单，当优选后生成的新工艺单也可通过该USB接口同步到企业案例库中；

工艺单显示模块，与所述核心处理单元连接，由带汉字字库功能的液晶显示器及其控制电路组成，用以显示纱线用户的质量要求数据以及工艺单标号；

输入模块，与所述核心处理单元连接，由矩阵键盘及其控制电路组成，用来接收用户质量指标输入、预测机参数输入、推理机参数输入；

供电单元，与所述核心处理单元连接，为手持设备提供电源，内置锂电池或外接12V直流电供电；

存储单元，与所述核心处理单元连接，采用FALSHROM存储器，用以保存在线下载的纱线工艺案例库。

2.根据权利要求1所述的一种手持式纱线工艺优选装置，其特征在于：所述工艺选优机包括依次连接的选优机输入模块、相似度计算模块以及输出模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种手持式纱线工艺优选装置，其特征在于：所述工艺选优机是利用案例推理CBR的原理，按照纱线质量指标中各属性的权值，从历史目标案例库中依次计算各案例的相似度，检索出与待解案例最相似的几个案例，供设计人员参考，其中相似度计算公式为：

$S(A,B)=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ξ}}_j\·e^{-c|x_{\mathrm{Aj}}-x_{\mathrm{Bj}}|}$   (公式1)

公式1中ξ_j为纱线批号中第j个指标的权重系数，且x_Aj和x_Bj分别为纱线批号A、B在第j个指标上的值，C∈(0,1]的常数。

4.根据权利要求3所述的一种手持式纱线工艺优选装置，其特征在于：所述C的值为0.8。

5.根据权利要求1所述的一种手持式纱线工艺优选装置，其特征在于：所述质量预测机是基于支持向量机算法模块，包括依次连接的预测机输入模块、预测模型计算模块以及输出模块。

6.根据权利要求1或5所述的一种手持式纱线工艺优选装置，其特征在于：所述质量预测机是利用支持向量机模型，将原料参数、环境参数和上机参数作为模型的输入参数，纱线的质量指标作为输出参数，来预测纱线的产品质量，该纱线SVM预测模型采用经典的基于径向基核函数的回归函数，该函数的表达式为：

$f\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_i^{*})\exp (-\frac{{\left|\right|x-y\left|\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2})+b$   (公式2)

公式2中，σ为径向基核带宽的调节参数，C为惩罚因子，参数σ、C为模型的主要参数。

7.根据权利要求1所述的一种手持式纱线工艺优选装置，其特征在于：所述企业案例库包括工艺号、总牵引数、捻系数、罗拉隔距、钢丝圈型号、原料号、捻度、强力、断裂强力、条干、细节以及棉结参数数据。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的一种手持式纱线工艺优选装置的工作流程，其特征在于：包括如下步骤：

(1)先通过参数输入模块对工艺单中各指标属性值的权重系数进行设定；

(2)将客户需要的纱线产品的质量指标通过质量指标输入模块输入到工艺优选机中，工艺优选机是一个基于纱线工艺案例的推理机，通过相似度计算来选择与客户要求最接近的案例；

(3)工艺优选机从案例库中找出与生产要求最匹配的工艺单，并在显示模块上显示选优结果，显示的结果包括候选的工艺单号、相似度值和各指标的对比值；

(4)如果选优结果满足要求，则显示工作人员确定的生产工艺单号；若该单号是重新生成的新案例，则需要入案例库,否则不需要入库，至此选优工作结束；

(5)如果经优选机选优的结果不满足要求，则需要对候选工艺单中的上机参数进行修正，并通过质量预测机进行质量预测；质量预测机是一个基于支持向量机的预测机，能根据上机参数、环境参数和原料的纤维性能等参数预测出纱线质量指标；预测前利用预测机参数输入模块对SVM的参数C、σ进行设定，设定时可参考仪器说明书的建议范围；

(6)质量预测机的预测输出结果以新工艺单的形式存储在模块中，为验证该新工艺单是否满足客户的质量要求，还需要利用选优机进行匹配优选，重复步骤(3)和(4)，直至调整后的工艺单符合客户生产要求。