目前大多数纱线企业在细纱工序中都是用人工巡检的方式发现断头断纱，进而处理，如果未及时处理断纱，就会继续造成原材料的消耗，为了及时快速处理断纱，就得增加人工或提高工人劳动强度。根据以往的研究表明细纱工序30%~35%的断头是由5%的锭子造成的，由此可见，细纱工序中需要有一种辅助类的产品，能够及时发现断头地点，进行数据汇总分析，进而提高产品质量、减少损耗、提高工人劳动效率，细纱单锭监控产品就是依据以此产生了。它的主要目的就是及时找到断头，减少纱线断纱率，提高工人的劳动效率，而在实际应用中还可与工厂的智能控制与监控相连，实时监控每个锭子的情况，为集中控制，优化管理提供有力的支持，在降耗、减人工、优化管理等方面为企业提供帮助，助力实现纱厂自动化和智能化[1-4]。
一、细纱机单锭监控系统
1.1 单锭监控系统主要组成部分
以USTER SENTINEL细纱单锭监控系统为例，其主要的硬件部件如下图所示：
图1 单锭监控示意图
如上图所示，其主要部件有SENTINEL工作站（PC端）、控制器、传感器（单锭传感器、主轴传感器、前罗拉传感器、落纱传感器）、警示灯、电能表、温湿度计等。USTER SENTINEL细纱单锭监控系统可以选配USTER ROVING STOP粗纱自停装置，显著地节约原材料，从而实现快速的投资回报。
当检测到断头或弱捻等信号，反馈到控制器，其对应的LED灯做出相应指示，指引挡车工或机修工进行处理，这些信号传输到PC端和智能终端汇总，为管理人员进一步分析。
1.2 细纱机单锭监控原理
细纱机单锭监控原理是检测钢丝圈在钢领上的运转情况，来反馈断头、弱捻等情况。目前主要分为光电式和电磁式两种形式，光电式即通过光电感应钢丝圈的运转速度，从而检测每个锭子的运转情况；电磁式是通过安装在每个锭子上的磁性传感器检测钢丝圈的运转速度，从而检测每个锭子的运转情况。
1.2.1 光电式和电磁式单锭监控的优劣
光电式单锭监控（SENTINEL）的优点是光电感应探头可距离钢领和钢丝圈有一定的距离，挡车工接头操作方便；而缺点是受周边坏境如车间温湿度、飞花等影响较大，如果钢丝圈与钢领颜色较接近，可能会出现误报的情况，而且当前光电式传感器成本较高。
电磁式单锭监控的优点是受车间环境影响较小，通用性强且成本较低；而缺点是由于是电磁感应，所以距离钢领和钢丝圈距离较近，容易使得钢丝圈磁化，吸附在检测头上面，对挡车工接头造成不便，同时由于磁化效应改变纱线在钢丝圈中的运行通道，可能影响纱线质量。
二、单锭监控在车间的应用
2.1 对车间的生产监控
单锭监控系统实时监控细纱机台生产情况，通过检测断头、链状断头、空锭、弱捻等，结合LED灯和粗纱自停装置的反馈，让细纱挡车工和机修工有目的的处理相应的锭子，提高生产效率。
单锭监控系统实时监控车间温湿度情况，通过每台车上的温湿度计，为车间空调系统提供更加详实的数据。
单锭监控系统实时监控机台能耗，通过各个机台能耗对比，可以直接反映出不同机台的电耗信息。
2.2 辅助车间生产管理2.2.1 在员工考核方面
对挡车工而言，通过单锭监控系统汇总在PC端的数据，例如“平均落纱时间”、“平均接头时间”、“换粗纱时间”、“产量”等数据进行考核。
对机修工而言，通过单锭监控系统汇总在PC端的数据，例如“断头率”、“恶劣锭子”等数据进行考核。
2.2.2 在工艺、计划方面
对工艺而言，通过单锭监控系统汇总在PC端的数据，例如“千锭时断头”、“温湿度曲线”、“钢丝圈周期”、“锭速曲线”、“能耗曲线”等数据结合分析，可以优选出如最佳锭速曲线、最佳钢丝圈周期等工艺。
对计划而言，通过单锭监控系统汇总的数据，可以预测粗纱了机时间。
三、单锭监控系统的模糊聚类分析
对于车间而言，一个班组的考核或者一种最佳工艺是由多个因素决定的，仅从各个单一影响因素来评价其优良是不合理的，因此需要通过综合的方法来判定整体优良。而优良判定具有一定的模糊性，需要从多角度、全方位来比较分析，通过采用模糊分析法来判定，可以把复杂问题简单化，便于进一步分析。本文通过优选最佳运转班组的案例来进一步说明[5-6]。
一般情况下，车间运转分为甲、乙、丙三班，运转班组一般在传统考核中，一般以产量对班组进行考核，但产量不仅受到挡车工所在的运转班组的影响，同时也受到机台检修等情况的影响，因此通过产量无法量化对班组的考核，且没有说服依据。细纱机的运转，除检修外，主要分为正常纺纱、落纱、了机三个阶段，因此通过单锭监控系统中“平均接头时间”、“平均落纱时间”、“平均了机时间”可以直接对班组进行考核且更有说服依据。
3.1 建立评价因素
结合一段时间内，甲、乙、丙三个运转班的“平均接头时间”、“平均落纱时间”、“平均了机时间”如下表1所示。
表1 班组运转情况
此案例考核中，只考虑平均接头时间、平均落纱时间、平均了机时间的影响，因此构成纱线性能的向量Ui=(Ui1,Ui2,...,Uij)。其中i为班组号（i=1、2、3），分别代表甲、乙、丙，Uij为第i号班组的第j项指标，j=1,2,3。所构成的矩阵U为：
其中矩阵从上到下，从第1至第3分别代表甲、乙、丙三班。从左到右分别代表平均接头时间、平均落纱时间、了机时间。
3.2 建立评判矩阵R
由于各个指标量纲和数量级均不同，为了简化研究，消除之间的差异，在利用数学模型进行分析时，需要对数据进行模糊化处理。本文选用极差规格化的方法，对数据进行处理，具体公式如下：
（公式1）
其中，当Ui=Umin时，U=0；当Ui=Umax时，U=1。
（公式2）
其中，当Ui=Umin时，U=1；当Ui=Umax时，U=0。当使用公式1时，测试指标与性能呈正相关；当使用公式2时，指标与性能呈现负相关。对于平均接头时间、平均落纱时间和平均了机时间而言指标越小性能越好，因此采用公式2处理，处理后的矩阵R为
3.3 综合评判计算与结论
由于平均接头时间、平均落纱时间和了机时间都是班组考核重要的性能参数，因此在制定权重系数时均设定为0.33、0.33、0.33（该系数可按车间实际情况进行调整），则可以确定权重系数B=（0.33,0.33,0.33）。
通过确定各项指标的权重比例及经过规格化处理的矩阵U，可以计算出所需的综合评判矩阵A。
从上述计算可以看出，在甲、乙、丙三班的综合考核中，乙班最优，丙班其次，甲班再次。从上述案例可以看出，通过模糊判定，可以更加细化各个指标，进行综合判定。按照此类方法，还可以通过单锭监控系统进行例如优选最佳钢丝圈周期、最佳锭速等方法。
四、结论
细纱单锭监控系统的出现是纺织行业大数据智能化生产的体现，两种形式的单锭监控各有优劣，为车间减少用工，优化人员、工艺、计划管理，提高生产效率提供了一条新的途径，并可以通过建立如模糊聚类分析之类的数据模型使车间得到更优化的管理。因此纺纱车间还需更好的开发应用其功能，使其发挥更大的作用。
参考文献
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[3] 王春娥,肖琴.普瑞美公司UItimo细纱单锭监控系统的应用[J].棉纺织技术，2015,43(3)：77-81.
[4] 杨艺.张铭龙海,高畅,刘基宏,细纱单锭断纱管理系统的设计与实现[J].纺织学报，2016(1)：137-141.
[5] 单丽娟.聚乳酸混纺纱工艺及性能研究[D].天津：天津工业大学,2006.
[6] 陈平磊，田伟，时培培，等.功能性棉型织物服用性能的模糊综合评判[J].棉纺织技术，2012,40(03):22-25.
作者：高阳 黄兵 王小惠 章美云 江苏大生集团
编辑：中国纱线网新媒体团队
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