香線產品質量穩定性綜合評價

楊 屹 段 勤 田飛宇 肯生葉 楊雪燕

云南養瑞科技集團有限公司研究院，云南 昆明 650500

香味對人的情緒和行為都有積極的影響，能起到減輕焦慮、愉悅心情和激發創造性思維等作用[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越受到市場的關注，其性能與香線質量密切相關。伴隨著香味織物及香線卷煙濾嘴需求的增長[2]，香線產品的質量也越來越受到重視[3]。

目前，針對香線產品的物理性能指標主要包括斷裂強力、捻度、含水率、線密度等。除此之外，質量穩定性也是香線產品質量控制的指標之一[4]。因此，科學、有效并客觀地評價香線產品質量穩定性顯得十分重要[5]。

本文將運用數理統計原理，通過方差分析、偏差指標分析、統計過程控制(SPC)和多特征相似度分析等手段，對香線產品的斷裂強力、捻度、含水率、線密度等檢測結果進行分析，同時結合繞線試驗中的斷線次數，建立香線產品質量穩定性綜合評估方法，以期為其內在質量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

材料：選擇2019年4個季度共計16個批次的3種規格的香線產品——香線A、香線B、香線C作為研究對象。

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

1.2 測試方法

1.2.1 斷裂強力

參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》標準測定樣品的斷裂強力。

1.2.2 捻度

參照GB/T 2543.1—2015《紡織品 紗線捻度的測定 第1部分：直接計數法》標準測定樣品的捻度。

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定 烘箱干燥法》標準測定樣品的含水率。

1.2.4 線密度

參照GB/T 4743—2009《紡織品 卷裝紗 絞紗法線密度的測定》標準測定樣品的線密度。

1.2.5 斷線次數

利用自制的紗線斷線檢測裝置模擬香線的織造加工過程，統計每錠紗線在模擬過程中的斷線次數。

2 結果與討論

本文針對3種規格的香線產品——香線A、香線B和香線C展開斷裂強力、捻度、含水率、線密度及斷線次數等5項關鍵性能指標的測定，結果見表1～表3。測試均由同一人員按照相同的方法并使用相同的檢測設備進行，以免因額外因素對試驗結果產生影響。

表1 香線A的關鍵性能指標測試結果

表2 香線B的關鍵性能指標測試結果

表3 香線C的關鍵性能指標測試結果

2.1 方差分析

方差分析是對檢測數據進行分析和比較，以判斷各因素水平之間是否具有顯著性差異的一種統計學方法[6]。它可以基于不同來源的變異對總變異的貢獻大小，確定可控因素對研究結果影響力的大小[7-8]。

表4以香線A為例，對表1中的各項指標進行了方差分析。分析時,以季度為單位進行因子的選擇,設定顯著性水平α為0.05，考察的目標變量分別是斷裂強力、捻度、含水率和線密度。斷線次數將作為驗證分析結果的指標，在相似度分析時進行討論。表4結果顯示：(1)香線A的捻度和線密度的P值<0.050，說明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，而其余兩項指標的差異均不顯著。(2)根據P值與質量穩定性的對應關系，當P值>0.200時，目標變量在不同因素水平下差異不顯著，說明其質量穩定性良好；當0.050

表4 香線A的質量穩定性方差分析結果

采用同樣的方法對香線B和香線C的各項指標進行方差分析。表5對3種香線產品的各項指標的顯著性差異結果進行了匯總，其中，“√”代表此項指標全年4個季度不同批次的檢測數值存在顯著性差異，“×”代表該指標的檢測數值不存在顯著性差異。

表5 3種香線產品性能指標的顯著性差異結果匯總

表5指出了相關香線生產企業生產時需注意的質量指標，這為工藝的改進、質控的加強和產品內在質量穩定性的提高提供了參考。

2.2 偏差分析

測試結果顯示，香線的斷裂強力、捻度、含水率和線密度等指標呈正態分布。根據正態分布中關于穩定性的判斷方法，本文基于平均值相對于中心值的偏離程度判斷各項指標的穩定性[10]。具體為，將平均值與企業生產中規定的產品指標的中心值進行關聯，建立一個偏差量指標K：

(1)

式中：Kj——j指標的偏差量；

nj——企業生產中規定的產品j指標的中心值。

計算得到3種香線產品的性能指標的K值歸納于表6。

表6 3種香線產品的性能指標的K值

K值的大小可以直接反映該指標平均值與規定中心值的偏離程度[11]。當K值為0.000 0時，表明該指標實測值的平均值與中心值無差別，即該指標的穩定性最佳。K值越大，表明該指標實測值的平均值越偏離規定的中心值。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，斷裂強力和捻度的K值居中。這主要與測試條件和環境等因素有關。含水率易受環境因素影響，特別是在運輸和儲存過程中，空氣濕度、溫度等均會導致實測值偏離中心值。(2)線密度為單位長度紗線的質量，其與香線本身的材質關聯較大[12]。

方差分析和偏差分析的結果可用于判斷香線產品的質量穩定性，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力方面，香線C存在顯著性差異；偏差分析顯示斷裂強力K值中香線C的最大。偏差分析的結果進一步證實了方差分析的結果。

2.3 統計過程控制(SPC)

統計過程控制(SPC)是應用統計學對過程中的各個階段進行評估和監控，建立并保持過程處于可接受的且穩定的水平，從而保證產品符合規定要求的一種技術[13]。它是過程控制的一部分，其通過控制圖分析過程的穩定性，對過程中存在的異常因素進行預警，以及對過程質量進行評價[14]。

由圖1可知，香線A中有個別捻度值超出上控制限或低于下控制限，出現了較大的波動，說明其捻度質量穩定性較差，這與方差分析的結果一致。可見，應用SPC可以較為清楚地判斷出香線產品某一性能指標是否處于穩定狀態，其能從一定程度上反映香線產品生產過程是否存在異常因素，是否需及時對生產過程做出精確反饋。

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角度的表征和評價，客觀、全面地反應香線產品不同批次間的差異程度。其通過在一定數量的樣本基礎上，選擇合適的計算方法，計算出不同批次產品之間的相似度，最后通過相似度評價香線產品的質量穩定性即優劣[15]。本文采用夾角余弦法計算相似度[16]。

2.4.1 可接受相似度的計算

采用相似度作為香線質量穩定性的一個評價參數。首先，選定一個可以評價不同批次樣品相似程度的“參考值”[17]。本文將16個批次樣品的關鍵參數的中位值作為參考值，則產生了香線A、香線B和香線C的參考樣品，分別記為a、b、c。規定參考樣品的性能指標值為該香線產品的質量參考值。計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的相似度分析結果

為驗證基于關鍵參數建立的相似度方法對評價香線質量穩定性的有效性，特對各批次香線A進行繞線試驗，再采用 Grubbs 檢驗法對16個批次的香線A的斷線次數進行異常值檢驗，結果未發現離群值，表明各批次香線A產品保持了較好的質量穩定性，這與基于關鍵參數建立的相似度方法得到的結果是一致的。

2.4.3 香線B的相似度分析

圖3 香線B與參考樣品b的相似度分析結果

采用Grubbs 檢驗法對16個批次的香線B的斷線次數進行異常值檢驗，結果發現在α=0.05的檢驗水平下，B6批次的斷線次數大于Grubbs表中規定的臨界值，被判定為離群值。在剔除離群值之后對其余數據繼續檢驗，未發現離群值。

香線B6關鍵參數相對于香線B其他批次產品存在明顯差異，這一結果與基于關鍵參數建立的相似度方法得到的結果一致。

2.4.4 香線C的相似度分析

圖4 香線C與參考樣品c的相似度分析結果

采用Grubbs 檢驗法對16個批次的香線C的斷線次數進行異常值檢驗，結果發現C15和C16批次的關鍵參數相對于香線C其他批次樣品存在明顯差異，該結果也與基于關鍵參數建立的相似度方法得到的結果一致。

2.4.5 不同規格香線間的相似度

為比較同種產品不同規格間的差異性和相似度，對香線A、香線B、香線C的參考樣品a、b、c相互之間的相似度進行計算，結果如表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的材質均為聚酯纖維，香線B的材質為純棉纖維有關。該結果表明，相似度分析雖無法區分不同規格的香線產品，但對于區分和判斷不同材質產品的質量穩定性仍具有一定的指導作用。

表7 香線A、香線B和香線C的參考樣品之間的相似度

3 結論

本文基于香線的4項關鍵性能指標——斷裂強力、捻度、含水率和線密度，運用方差分析、偏差分析、SPC和相似度分析等方法，對同一規格不同批次香線產品和不同規格香線產品之間的質量穩定性進行了比較。方差分析和偏差分析可用于判斷不同批次香線產品的質量穩定性，兩者結果可以在一定程度上進行相互印證。SPC可以較為清楚地判斷香線某一指標是否處于穩定狀態，查找異常因素，從而對生產過程做出精確預警。同一規格香線間的相似度分析表明，相同材質的香線產品之間相似性較高，不同材質的香線產品之間相似性差異較大。4種分析方法均為不同規格香線產品質量穩定性提供了有效的評價方法，達到了判定香線產品質量穩定性的目的。