紡織企業(yè)質(zhì)量控制數(shù)學(xué)模型的研究與應(yīng)用

鄭 鴻

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350108）

改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國內(nèi)需也在不斷擴(kuò)大，而廣大消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量則表現(xiàn)出越來越高的挑剔性[1]。從紡織行業(yè)的發(fā)展情況來看，很多紡織企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、過程控制、最終產(chǎn)品質(zhì)量等方面都存在明顯的不足，事后檢查的質(zhì)量控制手段難以有效預(yù)防設(shè)計(jì)與生產(chǎn)階段出現(xiàn)的質(zhì)量問題，導(dǎo)致成品中存在很多劣質(zhì)品[2]。當(dāng)前，很多企業(yè)設(shè)置的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)只能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量作出簡單判斷，即合格或不合格，難以作用于質(zhì)量控制與提升。因此對(duì)于企業(yè)而言，如何實(shí)現(xiàn)高效的紡織生產(chǎn)質(zhì)量過程管控是必須盡快解決的問題，引入數(shù)學(xué)模型是一種嘗試[3]。

1 紡織企業(yè)質(zhì)量控制概述

1.1 紡織企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量管控的意義

結(jié)合現(xiàn)階段我國紡織企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營情況來看，雖然產(chǎn)品質(zhì)量管控方面存在明顯差異，但也存在一些共同點(diǎn)，即產(chǎn)品質(zhì)量管理多采用一體化的管理模式，特點(diǎn)是極大地簡化了產(chǎn)品質(zhì)量管理的工作內(nèi)容，操作難度更低，但實(shí)際效果并不理想。因此，很多紡織企業(yè)都存在優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量控制的需求，一方面是為了提高自身的競爭力，以過硬的產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)對(duì)越來越激烈的市場(chǎng)競爭；另一方面則是為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的新要求[4]。隨著對(duì)外開放程度的不斷提高，我國越來越多的企業(yè)開始接觸國際市場(chǎng)，想要在其中占據(jù)一席之地，必須要主動(dòng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的大趨勢(shì)。

1.2 紡織企業(yè)質(zhì)量控制存在的問題

我國很多紡織企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的過程中都存在過度追求產(chǎn)量而忽視產(chǎn)品質(zhì)量的情況[5]，后果就是許多存在質(zhì)量問題的產(chǎn)品需要重新返工，導(dǎo)致時(shí)間成本和物料成本的不合理增加。存在質(zhì)量問題的產(chǎn)品必然會(huì)引起客戶的不滿，產(chǎn)品不良率的頻繁波動(dòng)使得產(chǎn)品返檢率居高不下，進(jìn)而陷入無法交付訂單的尷尬境地，不僅會(huì)使紡織企業(yè)承擔(dān)一定的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)造成企業(yè)市場(chǎng)信譽(yù)的降低。產(chǎn)品質(zhì)量的低下致使企業(yè)無法在高檔次市場(chǎng)與先進(jìn)紡織企業(yè)展開競爭，隨著行業(yè)的發(fā)展逐漸淪為末流，最后被淘汰[6]。

上述情況出現(xiàn)的原因可以歸結(jié)為4點(diǎn)：（1）技術(shù)設(shè)備落后。對(duì)于紡織企業(yè)等生產(chǎn)制造企業(yè)而言，技術(shù)和設(shè)備是生產(chǎn)經(jīng)營不可缺少的重要硬件與核心。在缺少核心技術(shù)的情況下，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營將會(huì)對(duì)其他企業(yè)產(chǎn)生嚴(yán)重的依賴性，意味著自身的存亡將受制于人，一旦合作企業(yè)撤離技術(shù)，將直接陷入癱瘓。先進(jìn)的設(shè)備是生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的必要條件，而目前我國大部分紡織企業(yè)都面臨著技術(shù)和設(shè)備落后的問題。（2）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系不完善。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的準(zhǔn)繩，標(biāo)準(zhǔn)的高低以及是否能夠嚴(yán)格遵行直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量水平。若標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置得過低，會(huì)給企業(yè)留下空子，無法保障紡織產(chǎn)品質(zhì)量。若標(biāo)準(zhǔn)過高，則會(huì)造成生產(chǎn)成本的提高，打擊企業(yè)經(jīng)營者的積極性，或者標(biāo)準(zhǔn)高到紡織企業(yè)在客觀上無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，這兩者都會(huì)對(duì)我國紡織行業(yè)的發(fā)展造成阻礙。（3）質(zhì)量管理制度不完善。完善的質(zhì)量管理制度是紡織企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量控制的重要依據(jù)和保障。企業(yè)的生產(chǎn)過程涉及多個(gè)部門的協(xié)調(diào)運(yùn)作，而不同部門是由大量員工構(gòu)成的，加之生產(chǎn)環(huán)節(jié)的復(fù)雜化，使得產(chǎn)品質(zhì)量受到許多不穩(wěn)定因素的影響，如物料質(zhì)量、人員素質(zhì)等。在這樣的情況下，就需要通過管理制度的約束來最大限度地消除不利因素的影響，確保所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能夠順利有序地落實(shí)。目前我國很多企業(yè)都不具備完善的管理制度，很多都是從其他企業(yè)照搬過來，與自身實(shí)際情況存在嚴(yán)重偏差，完全不能為生產(chǎn)質(zhì)量控制提供有效支撐。（4）企業(yè)人員素質(zhì)水平低。紡織企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量相關(guān)的人員因素主要有兩點(diǎn)：一是人員專業(yè)技能素質(zhì)，二是人員道德素質(zhì)。一方面，紡織企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)具有一定的技術(shù)性，專業(yè)技能素質(zhì)缺陷必然會(huì)導(dǎo)致人員在操作過程中出現(xiàn)失誤，引發(fā)質(zhì)量問題，原因可能出在人員招聘或是培訓(xùn)等方面。另一方面，道德素質(zhì)的不足可能會(huì)導(dǎo)致員工在生產(chǎn)過程中因?yàn)樽陨砝娑龀鰮p害企業(yè)利益的行為，以至于產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量隱患。

2 基于數(shù)學(xué)模型的紡織企業(yè)質(zhì)量控制研究

2.1 數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型是指基于數(shù)理邏輯方法和數(shù)學(xué)語言建構(gòu)的科學(xué)或工程模型。數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)是基于某種事物系統(tǒng)的特征或是數(shù)量的依存關(guān)系，采用數(shù)學(xué)語言，概括或近似地表述一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。廣義上講，現(xiàn)今人類數(shù)學(xué)學(xué)科中涉及的一切概念都屬于數(shù)學(xué)模型的范疇，包括各類理論以及公式。狹義上講，數(shù)學(xué)模型僅指反映特定問題或特定事物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)關(guān)系結(jié)構(gòu)。

數(shù)學(xué)建模主要分為六大步驟：（1）準(zhǔn)備環(huán)節(jié)工作內(nèi)容包括基于實(shí)際問題背景明確建模目的，同時(shí)搜集各類信息，弄清楚對(duì)象特征。（2）模型假設(shè)，即綜合對(duì)象特征與建模目的，對(duì)問題進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕幚?，以精確的語言作出假設(shè)。（3）模型構(gòu)成，基于假設(shè)分析對(duì)象的因果關(guān)系，利用對(duì)象的內(nèi)在規(guī)律以及適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，構(gòu)建各個(gè)量間的等式關(guān)系或其他數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。（4）模型求解，利用各類數(shù)學(xué)方法對(duì)模型系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，通常需要使用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)。（5）模型分析，即對(duì)模型解答進(jìn)行數(shù)學(xué)上的分析。（6）模型檢驗(yàn)，即對(duì)數(shù)學(xué)分析的結(jié)果進(jìn)行翻譯，與現(xiàn)實(shí)問題相對(duì)照，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮侠硇砸约斑m用性。

數(shù)學(xué)模型已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，為人們的日常生活、科學(xué)技術(shù)發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。如在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域用于企業(yè)成本預(yù)測(cè)和控制、在軍事領(lǐng)域用于作戰(zhàn)方案的制定、在司法領(lǐng)域用于刑事偵查中死亡時(shí)間的鑒定、在電力工程領(lǐng)域用于電路最大輸出功率的計(jì)算等，因此將數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于紡織企業(yè)質(zhì)量控制是一次可行的嘗試。

2.2 紡織企業(yè)質(zhì)量控制數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

基于前文所述數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)步驟，在建模之前，需要明確建模的目的并搜集所需的信息資料。建模的目的是產(chǎn)品質(zhì)量控制，所需資料的搜集可通過產(chǎn)品物料清單來實(shí)現(xiàn)，是用于描述產(chǎn)品組成數(shù)量、層次關(guān)系的重要部件，在企業(yè)信息系統(tǒng)建構(gòu)過程中占據(jù)重要地位，企業(yè)原材料和半成品都將通過它建立邏輯上的相關(guān)關(guān)系。在紡織企業(yè)生產(chǎn)的過程中，產(chǎn)品物料清單還具有維系各業(yè)務(wù)部門聯(lián)系溝通的功能，覆蓋了企業(yè)計(jì)劃、設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、供應(yīng)、物料、成本、銷售等諸多部門。

在紡織企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)中，前后工序存在緊密的關(guān)系，前道工序在很大程度上影響后續(xù)工序的實(shí)施效果，因此一旦某一工序出現(xiàn)質(zhì)量問題，其后續(xù)所有工序質(zhì)量都將會(huì)受到影響，且基本上不可能對(duì)前道工序中出現(xiàn)的問題進(jìn)行修復(fù)。因此，想要實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制，必須要通過智能制造系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合質(zhì)量情況量化，即按照紡織產(chǎn)品的品種、過程，獲得該產(chǎn)品在質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)所紡紗線的總長度，依據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保能夠始終有效掌握產(chǎn)品的質(zhì)量情況，并提前發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患，鎖定質(zhì)量不合格的產(chǎn)品。換言之，技術(shù)人員在產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題前就能夠依據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)、判定和處理，并根據(jù)問題產(chǎn)生的原因?qū)ιa(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

上述這種依據(jù)智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織企業(yè)生產(chǎn)全過程控制的智能制造系統(tǒng)才是我國紡織行業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量控制的發(fā)展重點(diǎn)，而該系統(tǒng)的生產(chǎn)質(zhì)量控制功能則是通過數(shù)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)的。具體內(nèi)容：若假設(shè)ta和tb為紡織產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)間段的上限和下限，m和n分別是紡織產(chǎn)品的品種名稱和過程名稱，則紡織產(chǎn)品m在第n天的時(shí)間段（ta—tb）內(nèi)所紡紗布的總長度可用式（1）表示。

式中，L（m，n，ta，tb）為紡紗總長度。

紡織產(chǎn)品m在第n天中的時(shí)間段（ta—tb）內(nèi)第p過程中紗布每單位長度的綜合質(zhì)量情況量化值則可以式（2）表示。

式中，Q（m，n，p，ta，tb）為紡織品綜合質(zhì)量情況量化值，q（m，n，p，x，t）則是指紡織產(chǎn)品m在第n天中第p過程t時(shí)刻影響質(zhì)量因素x的測(cè)試值。

紡織產(chǎn)品m在第n天中的時(shí)間段（ta—tb）內(nèi)第p過程中所處檔位的函數(shù)關(guān)系如式（3）所示。

式中，S（m，n，p，i，a）為紡織產(chǎn)品m在第n天中時(shí)間段（ta—tb）內(nèi)第p過程中的檔位i所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)上限值，S（m，n，p，i，b）則是指紡織產(chǎn)品m在第n天中時(shí)間段（ta—tb）內(nèi)第p過程中的檔位i所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)下限值。

若g（m，n，p，i，ta，tb）＞0，則紡織產(chǎn)品m在第n天中時(shí)間段（ta—tb）內(nèi)第p過程的檔位為i。因此，產(chǎn)品所處檔位的目標(biāo)函數(shù)如式（4）所示。

若尚存在過程沒有進(jìn)行，則其檔位值默認(rèn)為零，因此可通過該函數(shù)對(duì)紡織產(chǎn)品的實(shí)時(shí)質(zhì)量檔位情況進(jìn)行表示，為紡織產(chǎn)品質(zhì)量狀況的查詢、管理提供支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量的有效控制。在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，紡織企業(yè)車間管理人員可以通過智能制造系統(tǒng)對(duì)所有產(chǎn)品的質(zhì)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比、分析和處理，明確質(zhì)量控制的重點(diǎn)，并獲得質(zhì)量反饋信息。一旦其中某項(xiàng)指標(biāo)超出相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告，并鎖定質(zhì)量缺陷產(chǎn)品及其所對(duì)應(yīng)的工序，避免物料的浪費(fèi)。

3 結(jié)語

以數(shù)學(xué)模型為核心，利用智能制造系統(tǒng)對(duì)紡織企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行控制在現(xiàn)實(shí)中是可以實(shí)現(xiàn)的。相較于傳統(tǒng)的事后控制，這種模式能夠在事前發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患，提前采取預(yù)防措施，避免質(zhì)量缺陷的出現(xiàn)以及材料的浪費(fèi)，提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量。