再生纺涤纶短纤维优化配料模型研究

第22卷第2期 2tX)7年6月 合成技术及应用 SYNTHETICTECHNOLOGYANDAPPUCAⅡON V01．22No．2 Jun．2007 再生纺涤纶短纤维优化配料模型研究 张国华 (中南林学科技大学，湖南株洲412006) 摘要：根据约束线性规划原理及涤纶短纤维生产过程中物理变化的内在联系，建立了中空涤纶短纤维配料的数学 模型，该模型充分考虑了再生涤纶短纤维生产的工艺要求，得到了适合生产需要的配料结果。通过实例模拟配辩计算，该 模型比常规配料计算更科学。 关键词：再生纺；优化配料；数学模型 中圈分类号：TQ342．2 文献标识码：A 文章编号：1006—334X(2007)02-0019-03 目前，再生涤纶短纤维生产过程中，配料往往凭 借配料人员的经验积累进行，即使采用手工计算也 非常繁琐，很难找出既符合工艺条件，又使产品的单 位原材料消耗及成本最低的配比。 笔者研究的目标是通过改革配料方式，实现资 源的合理利用，从而降低再生涤纶短纤维生产成本， 以最佳的配料比获得最大的经济效益。 1 问题的提出 利用回收的PET饮用瓶、废丝、块料等为原料， 通过分离、清洗、分拣等废料处理过程，再经过于燥、 熔化、过滤、牵引、卷曲等工艺过程，最后生产出高档 的差别化、多功能再生涤纶短纤维，其工艺流程如图 1所示。 I鲨婆笙H兰竺竺H兰竺三竺H竺兰竺兰l 图1 再生涤纶短纤维生产工艺流程 由于废塑料货源多而不稳定，其水分含量、杂质 (PVC、瓶盖、纸片)含量不同，造成颜色、粘度、熔点 等都参差不齐，且呈动态变化。生产工艺上，如果以 同一种瓶片为原料直接纺丝，因其粘度偏高，易造成 熔融过程中的阻力增加。同时，也由于瓶片的单位 体积下容量偏少会造成生产成本提高及纺丝压力不 足等情况，因此需要加入一定量的其它物料，而且加 入料的配比并无规律可循，具有相当大的不确定性。 配料是再生纺化纤行业最至关重要的一环。它 根据不同规格型号的涤纶短纤维工艺条件要求，合 理搭配各种原料，在满足操作工艺要求的前提下，尽 可能降低PET原料的成本。不合理的配料结果会 造成粘度增加、颜色失真．严重者可能造成大量的二 级丝、废丝。 在许多配料算法过程中，一般都是采用清晰性 线性规划方法，没有考虑在实际操作中，由于天气原 因、烧损原因等，往往希望配料结果中某些指标的含 量尽量偏离规格限额，而线性规划模型中严格约束 条件往往造成配料结果中废PET料的各成分含量 处在允许区间的端点上，这在生产工艺中是不希望 见到的。 在笔者文中提出的模糊成分约束线性规划模 型，为解决这个问题提供了一条思路，提高了配料模 型的灵活性和实用性，配料人员可以根据自己的主 观判断和客观情况，对约束条件满足水平作出不同 的估计，从而得到在相应情况下的满意解，使配料过 程更具柔性。 2问题的描述 再生涤纶短纤维配料模型的目标是以最低的原 料成本生产出成分合格的涤纶短纤维，按照涤纶短 纤维的技术指标和企业规定的要求进行配料。考虑 工艺限制的模糊配料问题可以描述成如下模型： 2．1决策变量 设有m种原料可供生产某种涤纶短纤维使用， 控制该涤纶短纤维的玮项物理指标。每种原料的 配人量分别为Xl。X2⋯⋯x。，是决策变量，很显然。 决策变量全部满足非负条件，即五≥0。f=1、2⋯ l'no 2．2 目标函数 收稿日期：2007—05—09 作奢简介：张国华(1970一)．勇．湖南株{}Il入。博士．研究方向为 物流与管理。 万方数据 20 合 成 技 术 及 应 用 第22卷 以配料成本最低为目标函数 三 rainZ=∑cm (1) i，l 其中：ci一第i种原料的价格，元／kg 2．3约束条件 2．3．1成分约束 原料的加入量会导致废PET料物理状态的变 化，因此笔者通过调节原料的加入量来调整PET料 的熔化状态，以达到涤纶短纤维的生产工艺条件。 根据物料平衡原理，得到： f∑(黾×口蓼m)≥妒。吣 ■ (．『=1’2．2“n)(2) 【∑(规×口{『×sf)<凹叫 iEl 其中：口‘，一第i种物料中第_『成分的含量(％)； Q一配料后物料的质量(kg)；si一第i种原料综合收 得到率；Eminj一第．『种成分的控制下限(％)；E叫一 第．『种成分的控制上限(％)。 2．3．2原料许用量约束 原料的用量受到库存量的限制，笔者用库存的 最大量作为每种原料的最大使用量。 毛≤Gf，i=1，2，⋯／'／7, (3) 其中：Gz一第；种原料的最大许用量(kg)。 2．3．3总量约束 配料按照涤纶短纤维的生产量进行原料的配 比，因此，需要按照配料后的物料质量进行总量约 束。 Q=∑∑(口萨忍) (4) 』=Ii=I 3模型求解 首先将(1)式和(2)式变形为Fuzzy约束下的线 性规划问题。对于普通的数学规划，我们知道，所有 的约束条件均可转化为只有“≤”的不等式约束条 件。对于“≥”的不等式约束条件，通过不等式两边 同乘一l的办法而简单地转化为带“≤”的不等式约 束条件。 maxZ：∑c声f (5) ●-I 2■ ∑(而×略)≤bl(i=1，2⋯2n(6) 将式(6)中的2m个通过“≤”表示的约束条件 改写成2m个Fuzzy集眈∈F(X)(i=I．2。2m)，且： r1， ∑(号x呜)‘缸 ． 1 ． 卜’ ． 鸭(∑(丐x专))={l一屯【∑(号×由一屯)】，屯‘∑(号x略)《缸+屯I“ 卜。 ．卜1 L0’ ∑(号x由)≥缸+丸 其中Ai(i=l，2，⋯m)是已经给定的非负数并 称为伸缩指标。为了求解还需将目标值Fuzzy化。 假设Zo≤Z≤+Ao，其中Ao>O，令 f0， ∑(铂)<磊 』。I P一(z)={亡0【j杰．I(锄一zo)】盔《砉(铂)‘go+,ll I 。 【1， 磊+^o(∑铂 其中zo及．：【o值是根据实际问题来决定的。现 将式(1)和(2)转换成如下模型： max／．t肼(x)A／址D(茗) 根据模糊数学中相关定理又可将上式转换成如 下的线性规划问题： maxg2∞ -一击(言口痨．6f)≥州“2，⋯，m 熹0(j妻=l铂一z0)≥∞ 叫≤1 叫≥0，髫l，石2，⋯，石n≥0 把上式整理后可得 叫≤1 cu≥0，工l，互2，⋯，并4≥0 4配料实例 以某化纤厂为例，库存原料12种(已通过原料 初级处理的净料)，见表l。其中价格为通过初级料 减除损耗折算过来的价格。配料目标为满足5种物 质的含量。见表2。采用模糊规划计算配料，结果如 表3所示。 对于一般线性规划．由于所有的约束都采用严 格约束．配料后各物质一般在指标的上限或下限。由 于自然或人为因素等原因会造成物料在储存和搬运 过程中最终的物料成分不能满足要求，因此利用模 糊规划进行配料，通过技术人员的经验来设置置信 m2=A+巩 珈 ≤ ≥ 甜 ∞ A A + 一 辨 南 啪 哳 1’’● 、、I●．∑Ⅲ。∑Ⅲ 万方数据 第2期 张国华．再生纺涤纶短纤维优化配料模型研究 2l 水平度参数，配料结果会更加靠近生产实际的需要。 表3配料结果(配制100t物料) 表1各种原料成分及价格 表2 7Dx51叫重硅A级品净料物理成分 5 结 论 笔者通过对模糊需求的描述，提出了模糊环境 下的再生PET料配料模型。从笔者在某化纤厂实 际应用的情况看，配料结果比单纯型线性规划配料 模型更接近生产实际，工作效果良好，在保证涤纶短 纤维品质的同时降低了生产成本。该模型具有较强 的实用性。 参考文献： 1李士琦．优化配科原理及在冶金生产中应用[c]．首届全国冶金 工艺理论学术会议集．156—160 2周传典．高炉炼铁生产技术[M]．北京：冶金工业出版社． 2002．S 3颜闽秀．基于模糊规划电弧炉优化配料模型的研究[M]．微计算 机信息，2006：22 4杨洪样．铁合金生产工艺，1980 Researchontheoptimumburdenmathematicalmodelfor regeneratedhollowpolyesterstaplefiber ZhangGuohua (CentralSouthUniversityofForestryandTechnology，ZhuzhouHunan412006，China) Abstract：Accordingtorestrainsthelinearprogrammingprincipleandinthepolyesterfibershortfiberproduction processthephysicalchangeinnerlink，hasestablishedcenterthespatialpolyesterfibershortfiberingredientmathemati— calmodel，thismodelhadfullyconsideredtheregenerationpolyesterfibershortfiberproductiontechnologicalrequire， obtainedhassuitedtheingredientresultwhichtheproductionneeded．Throughtheexamplesimulationburdencalculation comparestheconventionburdencalculationtobemorescientific． Keywords：regenerationtextile；optimumburden；mathematicalmodel 万方数据 再生纺涤纶短纤维优化配料模型研究 作者： 张国华， Zhang Guohua 作者单位： 中南林学科技大学,湖南,株洲,412006 刊名： 合成技术及应用 英文刊名： SYNTHETIC TECHNOLOGY AND APPLICATION 年，卷(期)： 2007,22(2) 参考文献(4条) 1.颜闽秀 基于模糊规划电弧炉优化配料模型的研究[期刊论文]-微计算机信息 2006(8) 2.周传典 高炉炼铁生产技术手册 2002 3.李士琦 优化配料原理及在冶金生产中应用 4.杨洪样 查看详情 1980 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hcjsjyy200702006.aspx