M. Wischnowski， D. Bücher， S. Gramsch，A. Schmeißer， L. Paul， R. Heidenreich

1. 亚琛工业大学 纺织技术研究所(ITA)(德国) 2. 弗劳恩霍夫技术与经济数学研究所(ITWM)(德国) 3. 促进应用计算机科学学会(GFal)(德国)

1 络筒工艺决定染色均匀性

德国的纺织和服装行业中，有近200家公司从事织物的后整理。这200家后整理公司中有近90家公司配备有染色工艺线。后整理公司的专业化程度总体较高，且以中、小型企业为主。2012年，德国纺织和家纺行业共消费了36.1万t纤维。这些纤维中约有30%是采用德国的筒子纱上染工艺染色的。这意味着德国的筒子纱染色总量达11万t/a。筒子纱染色工艺的关键是染色均匀性，以确保色纱的高品质。工业数据显示，在德国，重度染色筒管废品率达2%，因此，德国每年损失的纱线约为2 200 t。因投诉和退货而产生的经济损失约为4欧元/kg纱线，这意味着德国后整理公司每年因染色缺陷而导致的成本损失达880万欧元。据一家筒子染色纺纱厂的内部计算，其每年染色4 500 t纱线，因筒管缺陷导致的经济损失约为40万欧元/a。图1为两种具有染色缺陷的筒管照片。

图1 具有染色缺陷的筒管(来源：Thies公司)

2 将染色废筒率降低15%

在跨学科AiF项目的基于仿真模拟对纱线在交叉络筒中自动生成建议性参数设置(DensiSpul)系统[亚琛工业大学纺织技术研究所(ITA)]中，弗劳恩霍夫技术与经济数学研究所(ITWM)和促进应用计算机科学学会(GFal)为可用于标准型和未来络筒机的这套系统制定了目标——将筒子纱染色工艺中的染色废筒率降低15%，这将导致仅在德国每年就可减少约130万欧元的经济损失。此外，该系统还可自动生成新的设置建议，减少络筒机设置时间。

3 纺织技术、三维数据处理和仿真领域的跨学科协作

DensiSpul系统的解决方案基于不同的络筒机，自动生成设置参数的方法可使纱线在络筒时具有均匀的分布密度。纱线的均匀分布是高质量筒管染色的决定性因素。AiF项目中DensiSpul系统的跨学科方法流程图如图2所示。

图2 AiF项目中DensiSpul系统的跨学科方法

Densispul系统的参数设置建议基于对纱线络筒过程的模拟。该系统是对纤维交叉卷绕的单独分解和完整模拟，可以预见，其计算能力可超过商用个人计算机。因此，这个项目的建模任务还包括开发络筒机的纱线密度模型。纱线的密度可通过与络筒机相连的设备测量。利用微计算机层析成像(μCT)技术研究材料模型的构建，并对虚拟密度分布的验证进行研究。基于此，可在给定络筒机自动卷绕参数与相关纱线参数的情况下，模拟卷绕筒子的密度分布。以密度分布均匀性为研究目标的优化算法，可为络筒工艺提供较优的参数设置建议。纺织技术、三维数据处理和仿真领域的相互协作，可确保降低染色废筒率。