JP2013506059A - 繊維製造過程を最適化する方法 - Google Patents

Abstract

方法は、繊維最終製品を製造する繊維製造過程（１０１）を最適化するために用いられる。製造過程（１０１）が、要素として少なくとも１つのパラメータ（ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ）を持つパラメータ集合（｛ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ｝）を含む数学モデル（１０２）において製造過程（１０１）が表現される。パラメータ集合（｛ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ｝）のうち、少なくとも１つの変化パラメータ（ｘ_ｉ）が、モデル（１０２）においてそれぞれ１つの変化（Δｘ_ｉ）だけ変化される（１０６）。少なくとも１つの変化（Δｘ_ｉ）が最終製品の財政的価値（Ｐ）に及ぼす影響が評価される（１０８）。評価（１０８）の出力に関係して、少なくとも１つの変化（Δｘ_ｉ）が製造過程（１０１）へ受け継がれる（１０９）。

Description

本発明は、繊維製造特に紡糸の分野にある。本発明は、独立請求項に記載の繊維製造過程を最適化する方法、この方法を実施するための計算機プログラム製品、及び繊維設備に関する。

繊維設備では、繊維製造過程において、原材料又は中間製品が製造過程の最終製品となるように加工される。例えば紡績工場は、原綿を、複数の処理段階でスライバのような中間製品を経て、糸となるように加工する。その際原綿及び中間製品は、種々の作業場所でオープニング、クリーニング、カーディング、コーミング、ドラフティング、スラッビング、精紡及び最後に巻取りのような種々の加工段階を通る。

国際公開第２００５／０５４５５１号は、繊維製品の製造過程のジョブ制御方法及び装置を説明している。製造過程の基礎となっている製造ジョブを制御しかつ監視するために、製造ジョブにより規定される製造過程の目標値と実際状態との間の実際−目標評価が行われる。その際求められる目標設定からの偏差が表示される。それにより製造ジョブを実施するための計画が可能になる。国際公開第２００５／０５４５５１号の教示は、最終製品の製造時間及び製造量に関係しているが、財政的価値及び本質には関係していない。

欧州特許出願公開第４１５２９０号明細書は、リング精紡機の製造量が達成可能な経済的製造量の最大値の近くにあるように、その動作速度を制御することを課題としている。この課題を解決するため、実際に存在する糸破断除去能力が求められ、ボビンの回転数の目標設定が、求められる単位時間当たり糸切断の数及び実際に存在する糸破断除去能力に関係して求められる。回転数の基本値を管糸形成サイクルの関数として表す固定的に規定された回転数値パターンを修正値で修正することによって、回転数の目標設定が行われる。修正値は最適化法で自動的に求められる。その際ゲインは、種々の管糸形成範囲にある回転数の関数として最大にすることができる。この最適化法は、特定のリング精紡機又は特定のカテゴリのリング精紡機に対してのみ有効である。更に最適化法全体が自動的に行われ、操作者が自己の考えによりそれに影響を及ぼすことはできない。

本発明の課題は、複雑な繊維製造過程を最適化するのを可能にする方法を提示することである。結果が、できるだけ一般的な妥当性及びそのつど使用される機械形式とは無関係であるようにする。この方法は、種々のシナリオを十分吟味して互いに比較できるようにし、新しい設定を直ちに製造過程へ引受けなくてもよいようにする。

この課題及び別の課題は、独立請求項に規定されているような方法、計算機ブログラム製品及び繊維設備によって解決される。有利な実施形態は従属請求項に示されている。

本発明は、欧州特許出願公開第４１５２９０号明細書より高いレベルにある。最適化すべき繊維製造過程の数学モデルにおいて、原材料、中間製品、最終製品及び／又は製造過程に関係するけれども製造過程において使用される機械には関係しない少なくとも１つの変化パラメータが変化される。それにより本発明による方法は、どんな具体的な機械が関係する設備に使用されるかに関係なく、多数の異なる繊維製造設備において使用するのを可能にする普遍性を得る。更に本発明による方法では、変化が最終製品の財政的価値に及ぼす影響が評価される。最終製品の結果として生じる品質及び／又は製造期間のような別の局面に含まれる評価は、変化が製造過程へ受け継がれるか否かについての決定を可能にする。変化を規定しかつ／又は評価を行うため、操作者が介入できるのがよい。種々のシナリオの試験が、製造過程の深い理解を可能にし、その結果製造過程の深い理解を可能にし、その結果製造過程を最適化することができる。その代わりに、操作者の介入なしに方法を自動的に実施することができる。

従って少なくとも１種類の原材料から繊維最終製品を製造する繊維製造過程を最適化するための本発明による方法において、要素として少なくとも１つのパラメータを持つパラメータ集合を含む数学モデルにおいて製造過程が表現される。パラメータ集合のうち、少なくとも１種類の原材料、中間製品、最終製品及び／又は製造過程に関係するけれども製造過程において使用される機械には関係しない少なくとも１つの変化パラメータが、モデルにおいてそれぞれ１つの変化だけ変化される。この少なくとも１つの変化が最終製品の財政的価値に及ぼす影響が評価される。

計算のために必要とされる適当なモデル、アルゴリズム及び数式は、例えば次の刊行物から公知である。
Ｗ．Ｋｌｅｉｎ，“Ｔｈｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｓｈｏｒｔ−ｓｔａｐｌｅ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ”，Ｔｈｅ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，第２版 １９９８年
“Ｒｉｅｔｅｒ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ Ｄｏｃｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ”，Ｒｉｅｔｅｒ Ｍａｒｋｅｔｉｎｇ，１９９９年

年
従ってここではそれ以上説明する必要はない。

本発明による方法の好ましい実施形態では、評価の出力に関係して、少なくとも１つの変化が製造過程へ受け継がれる。繊維製造過程が例えば糸の紡糸又は巻取りであり、少なくとも１つの変化パラメータが、次の集合即ち糸の単位長さ当たり又は単位時間当たりの切断数、コーミングにおけるノイルの割合、リング精紡における最終破断の数、リング精紡におけるリングトラベラの交換時間、練条機の供給速度、原綿の品質、糸にある異常の割合から選ばれる。財政的価値のほかに、最終製品の品質及び／又は製造時間のような別の局面が評価に含まれる。その際最終製品の品質がほぼ不変であるか又は少なくとも実質的に減少されないように、変化パラメータの選択、パラメータ値の選択及び／又は変化の選択が行われるのがよい。

少なくとも１つの変化の選択が、入力装置へ操作者の入力によって行われるようにすることができる。その代わりに、少なくとも１つの変化パラメータの選択及び／又は少なくとも１つの変化の選択が、計算機により自動的に行われるようにすることができる。

少なくとも１つの変化後に、財政的価値への少なくとも１つの変化の影響が出力装置において出力され、評価が操作者によって行われるのがよい。この場合各入力後に、財政的価値への入力された少なくとも１つの変化の影響が計算されて、直ちに出力されると有利である。しかしその代わりに、評価が計算機により自動的に行われるようにすることもできる。

電子表示装置において、入力及び出力用領域を持つ利用者インタフェースが利用可能にされ、有利にただ１つの画面ページにおいて表示されるのがよい。

本発明による計算機プログラム製品は、プログラム製造が計算機で行われる時、本発明による方法を実施するため、機械読取り可能な記憶媒体に記憶されるプログラム符号を持っている。

本発明による繊維設備が繊維製造過程を実施するために設けられ、かつ計算機を含み、この計算機上で本発明による計算機プログラム製造が行われる

本発明及び有利な実施例が図面により詳細に説明される。

本発明による方法の流れ図を示す。 糸巻取り過程を最適化するための本発明による方法において利用可能にされるような利用者インタフェースの実施例を示す。

図１は本発明による方法の基本思想を流れ図で示す。出発点は、繊維製造過程１０１を実施する繊維設備である。これは、例えば梱に入れて供給される原材料としての原綿から最終製品として糸を製造する紡績工場である。種々の作業場所により実施されるこの製造過程１０１における中間過程は、例えばオープニング、クリーニング、ミキシング、カーディング、ダブリング、コーミング、ドラフト、紡糸及び／又は巻取りである。これらの中間過程の各々は、一次製品、中間製品、最終製品、作業場所及び／又は製造過程中の周囲条件に関する種々のパラメータによって特徴づけることができる。これらのパラメータ又はその部分集合は、結局全製造過程１０１を特徴づける。

製造過程１０１のパラメータを含む製造過程１０１の数学モデル１０２が作成される。モデル１０２は製造量
Ｍ＝Ｍ（ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ）
を供給し、ここで｛ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ｝は、モデル１０２へ入るパラメータの集合であり、ｎは考慮されるパラメータの数を示す自然数である。製造量Ｍはなるべく最終製品に関するものである。それは例えば単位時間又は特定量の最終製品に関係していてもよい。

変化されるべき少なくとも１つの変化パラメータｘ_ｉは、パラメータ集合｛ｘ_１，・・・，

品及び／又は製造過程１０１に関するが製造過程１０１において使用される機械には関しないようなパラメータである。変化パラメータｘ_ｉは、ある限界内で実際の製造過程１０１においても変化可能であるようにする。変化パラメータｘ_ｉの選択は、操作者により手動で又は計算機において自動的に行うことができる。

次の段階１０４でパラメータｘ_１，・・・，ｘ_ｎの値が規定される。それは、最適化すべき製造過程１０１において現在設定されている値であるのがよい。製造量Ｍが関係する最終製品の量当たりの価格ｐも入力される（１０５）。財政値Ｐ又は（単位時間当たり、一次製品の量当たり等）の製造量Ｍにより得られる全価格は、従って次の値になる。
Ｐ＝ｐ・Ｍ

選ばれる変化パラメータｘ_ｉが変化される（１０６）。この目的のため変化Δｘ_ｉ又は新しい変化パラメータ値
ｘ_１′＝ｘ_ｉ＋Δｘ_ｉ
が選ばれる。

モデル１０２及び上述した入力１０３〜１０６から、今や変化されるパラメータ集合｛ｘ_１，・・・，ｘ_ｉ＋Δｘ_１，・・・，ｘ_ｎ｝により得られる財政値Ｐ′と最初のパラメータ集合｛ｘ_１，・・・，ｘ_ｉ，・・・，ｘ_ｎ｝により得られる財政値Ｐとの値の差又は値変化ΔＰが次のように自動的に計算される（１０７）か、

又は微分表示法で

計算される。

値の差ΔＰは正、負又は零であってもよい。正の値の差（ΔＰ＞０）は、製造過程１０１への変化Δｘ_ｉの受け継ぎにより、最初の変化パラメータｘ_ｉで得られるより高い価格が得られることを意味する。

値の差ΔＰは変化Δｘ_ｉの評価１０８へ入る。この差は、評価１０８において考慮されるただ１つの量でなければならないが又はそうでなくてもよい。評価１０８へ入ることができる別の量は、例えば最終製品の品質又は製造時間又は変化されないモデルに対する変化されないモデルの適当な差である。品質は経験から評価するが、又は１つ又は複数の品質指標により数値的に見積もることができる。評価１０８は操作者によるが又は計算機により自動的に行うことができる。

評価１０８の出力が満足すべきものであると、新しい変化パラメータ
ｘ_ｉ′＝ｘ_ｉ＋Δｘ_ｉ
が実際の繊維設備において受け継がれる（１０９）。それにより製造過程１０１が最適化される。そうでない場合、１つ又は複数の上述した入力１０３〜１０６が変化され、例えば新しい変化パラメータｘ_ｉ及び／又は新しい変化Δｘ_ｉが選ばれ、それにより新たに値の差ΔＰが計算される（１０７）。受け継ぎ１０９は操作者により手動で又は自動的に行うことができる。後者の場合制御される繊維製造過程１０１に達することができ、この製造過程において変化パラメータｘ_ｉが制御量である。

図１による方法例における個々の段階の順序を交換することができる。例えば変化パラメータｘ_ｉの選択１０３を、集合当たりの価格ｐの入力の後に行うことができる。

繰返し上述したように、本発明による方法の特定の段階１０２〜１０９を、操作者によって行うか又は計算機により自動的に行うことができる。両方の変形例は使用することができる。しかし特に変化パラメータｘ_ｉの選択１０３及び／又は変化Δｘ_ｉの選択１０６を、計算機により自動的に行うと、特に有利である。即ち計算機は、これらの選択過程を特によく実施することができる。計算機は、所定の関数Ｍ（ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ）から数値的にすべてのｉ＝１，・・・ｎに対してその偏導関数

を計算することができる。偏導関数が大きい個所では、最大の効果が変化Δｘ_ｉで得られる。従ってこのような変化Δｘ_ｉは最も効果的な最適化を必然的に伴う。

パラメータ集合｛ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ｝から同時に複数の変化パラメータｘ_ｉ１，ｘ_ｉ２，・・・を選び（１０３）、変化する（１０６）ことができる。簡単にするため、上記の説明はただ１つの変化パラメータｘ_ｉに関するものであるが、このことは発明の普遍性を制限するものではない。

図２は、本発明による方法のために、電子表示装置例えば計算機画面上で利用可能な利用者インタフェース２の例を示す。この実施例は、糸の巻取りの際の切断数の影響に関する。利用者インタフェースには、入力及び出力用の領域、及び選択的に別の情報がある。入力は電子入力装置例えばコンピュータマウス又はキーボードを介して行うことができる。表示装置及び入力装置は、センサ画面（タッチスクリーン）においてまとめることができる。利用者インタフェース２をただ１つの画面ページに表示すると、特に見易く、簡単従って有利である。即ち入力及び出力のためのすべての領域を同時に表示装置で見ることができる。

図２の実施例では、５つのパラメータ値ｘ_１，・・・，ｘ_５の入力１０４（図１参照）用の入力領域２１１〜２１５が、利用者インタフェースの上方部分２１にある。入力１０４は、左上に設けられている摺動制御器又は入力欄への数値記入により行われる。５つのパラメータは次の通りである。

図２の上右には、２つの変化パラメータｘ_６，ｘ_７又はその変化の入力１０４．１０６用の別の入力領域２２１〜２２４がある。これらの入力は指針又は適当な入力欄への数値記入によって行うことができる。この例における２つの変化パラメータは次の通りである。

変化Δｘ_６，Δｘ_７の入力１０６のため、最初のパラメータ値ｘ_６，ｘ_７の入力領域２２１，２２２の下に、変化パラメータの新しいか又は望まれる値ｘ_６′，ｘ_７′の入力領域２２３，２２４が設けられる。新しい実例値は
ｘ６′＝２２切断／１００ｋｍ
ｘ７′＝３３切断／１００ｋｍ

新しい変化パラメータｘ_６′，ｘ_７′の入力領域の下に、２つの別のパラメータｘ_８′，ｘ_９′の入力１０４用の入力領域２３１，２３２がある。

これらの入力１０４は、増分押しボタン又は適当な入力欄への数値記入によって行うことができる。

２つの別のパラメータｘ_８，ｘ_９の入力領域２３１，２３２の下に、図２の実施例では２５＄／ｋｇの値をとる巻取り糸量当たりの価格ｐの入力用入力領域２４１がある。価格入力１０５は、２つの別のパラメータｘ_８，ｘ_９の入力１０４と同じように行うことができる。パラメータ値ｘ_１，・・・，ｘ_９の入力を、例として上述したやり方とは異なる公知のやり方で行うことができることは明らかである。パラメータｎの総数は、例示した値９と相違していてもよい。

最後に利用者インタフェース２の右下に、変化されるパラメータ集合｛ｘ_１′，・・・，ｘ_６′，ｘ_７，・・・，ｘ_９｝により得られる財政値Ｐと最初のパラメータ集合｛ｘ_１，・・・，ｘ_６，ｘ_７，・・・，ｘ_９｝により得られる財政値Ｐ′との自動的に計算される値差ΔＰの入力１０７用出力領域２５１がある。図２の実施例によれば、切断数の入力される減少により、１年当たり９１，７３６＄節約することができる。

利用者インタフェース２の左下の部分に、別の出力を補足して設けることができる。図２の実施例では、これは百分率で示される種々の効率損失の棒グラフ２６０である。第１の棒２６１は管糸交換による効率損失例えば１１％を示し、第２の棒２６２は最初の切断数による効率損失例えば１１％を示し、第３の棒２６３は新しい切断数による効率損失例えば９％を示す。計算される値差ΔＰは、第２の棒２６２と第３の棒２６３との比較からわかるように、効率上昇の結果生じる。

図２の実施例において生じるように、正の値差（ΔＰ＞０）は、変化されるパラメータ集合｛ｘ_１，・・・，ｘ_６′，ｘ_７′，・・・，ｘ_９｝の製造過程１０１への受け継ぎを必ずしも生じなくてもよい。このような受け継ぎの前に、なお別の計算及び／又は考察を行うべきかも知れない。これらの考察は、財政的価値Ｐのほかに次の局面を考慮することができる。
最終製品の品質。切断数の所望の減少により、製造される糸の品質も変化することがある。品質低下の結果、１ｋｇ糸当たり得られる価格の減少も生じる。これは、モデル１０２において利用者インタフェース２で１ｋｇ当たり新しい価格ｐ′の（図示しない）別の入力領域が利用可能にされることによって考慮可能である。その代わりに各品質（または設定される角切断数）に１ｋｇ当たり適当な価格ｐ′を対応させる表又は関数を計算機のメモリに記憶させることができる。しかし本発明の好ましい実施形態では、変化パラメータｘ_ｉの選択１０３、パラメータ値ｘ_１，・・・，ｘ_ｎの選択及び／又は変化Δｘ_ｉの選択は、最終製品の品質がほぼ不変であるか又は少なくともあまり減少されないように行われる。換言すれば、有利なように本発明による方法は、変化Δｘ_ｉが品質のただ小さい変化ΔＱ＝０を生じるけれども、財政値のできるだけ大きい変化ΔＰ＞＞０を生じる範囲において実施される。計算機は、このような範囲を特によ見出すことができる。この好ましい場合、変化Δｘ_ｉは量当たりの価格に影響を及ぼさない。
製造過程１０１のために必要な時間。図２の実施例では、時間はパラメータｘ_４及びｘ_５によって十分考慮されている。
このような別の局面への計算の結果は、利用者インタフェースでグラフ及び／又は数の形で表示することができる。

変化パラメータとして切断数ｘ_６，ｘ_７の選択１０３は、多くの可能性の１つにすぎない。紡績工場における別の変化パラメータｘ_ｉの例は次の通りである。
コーミングにおけるノイルの割合
リング精紡における最終破断の数
リング精紡におけるリングトラベラの交換時間
練条機の供給速度
原綿の品質
紡糸及び巻取りにおける糸の異常の割合

少なくとも１つの変化パラメータｘ_ｉの選択１０３に応じて、モデル１０２のために必要なパラメータ集合｛ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ｝は異なっていてもよい。少なくとも１つの変化パラメータｘ_ｉの選択１０３は、適当な利用者インタフェース２の選択によって行うことができる。その代わりに、ただ１つの利用者インタフェース２を使用して、このインタフェースで少なくとも１つの変化パラメータｘ_ｉを選択することができる。

もちろん本発明は上述した実施例に限定されない。本発明を知れば、当業者は、本発明に属する別の変形例を導き出すこともできる。

１０１ 製造過程
１０２ 製造過程のモデル
１０３ 変化パラメータの選択
１０４ パラメータ値の入力
１０５ 量当たり価格の入力
１０６ 変化の選択
１０７ 値差の計算
１０８ 評価
１０９ 製造過程への変化の受け継ぎ
２ 利用者インタフェース
２１１〜２１５ パラメータ値の入力領域
２２１，２２２ 変化パラメータの最初の値の入力領域
２２３，２２４ 変化パラメータの新しい値の入力領域
２３１，２３２ 別のパラメータ値の入力領域
２４１ 量当たりの価格の入力領域
２５１ 値差の出力領域
２６０ 棒グラフ
２６１〜２６３ 効果損失の棒

Claims (14)

1. 少なくとも１種類の原材料から繊維最終製品を製造する繊維製造過程（１０１）を最適化する方法であって、製造過程（１０１）が、要素として少なくとも１つのパラメータ（ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ）を持つパラメータ集合（｛ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ｝）を含む数学モデル（１０２）において製造過程（１０１）が表現されるものにおいて、
   パラメータ集合（｛ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ｝）のうち、少なくとも１種類の原材料、中間製品、最終製品及び／又は製造過程（１０１）に関係するけれども製造過程（１０１）において使用される機械には関係しない少なくとも１つの変化パラメータ（ｘ_ｉ）が、モデル（１０２）においてそれぞれ１つの変化（Δｘ_ｉ）だけ変化され（１０６）、
   この少なくとも１つの変化（Δｘ_ｉ）が最終製品の財政的価値（Ｐ）に及ぼす影響が評価される（１０８）
   ことを特徴とする方法。
2. 評価（１０８）の出力に関係して、少なくとも１つの変化（Δｘ_ｉ）が製造過程（１０１）へ受け継がれる（１０９）、請求項１に記載の方法。
3. 繊維製造過程（１０１）が糸の紡糸又は巻取りであり、少なくとも１つの変化パラメータ（Δｘ_ｉ）が、次の集合即ち糸の単位長さ当たり又は単位時間当たりの切断数、コーミングにおけるノイルの割合、リング精紡における最終破断の数、リング精紡におけるリングトラベラの交換時間、練条機の供給速度、原綿の品質、糸にある異常の割合から選ばれる、先行する請求項の１つに記載の方法。
4. 財政的価値（Ｐ）のほかに、最終製品の品質及び／又は製造時間のような別の局面が評価に含まれる、先行する請求項の１つに記載の方法。
5. 最終製品の品質がほぼ不変であるか又は少なくとも実質的に減少されないように、変化パラメータ（ｘ_ｉ）の選択（１０３）、パラメータ値（ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ）の選択及び／又は変化（Δｘ_ｉ）の選択（１０６）が行われる、請求項４に記載の方法。
6. 少なくとも１つの変化（Δｘ_ｉ）の選択（１０６）が、入力装置へ操作者の入力によって行われる、先行する請求項の１つに記載の方法。
7. 少なくとも１つの変化パラメータ（ｘ_ｉ）の選択（１０３）及び／又は少なくとも１つの変化（Δｘ_ｉ）の選択（１０６）が、計算機により自動的に行われる、請求項１〜５の１つに記載の方法。
8. 少なくとも１つの変化（１０６）後に、財政的価値（Ｐ）への少なくとも１つの変化（Δｘ_ｉ）の影響が出力装置において出力され、評価（１０８）が操作者によって行われる、先行する請求項の１つに記載の方法。
9. 各入力後に、財政的価値（Ｐ）への入力された少なくとも１つの変化（Δｘ_ｉ）の影響が計算されて、直ちに出力される、請求項６又は８に記載の方法。
10. 評価（１０８）が計算器により自動的に行われる、請求項１〜７の１つに記載の方法。
11. 電子表示装置において、入力及び出力用領域（２１１〜２１５，２２１〜２２４，２３１，２３２，２４１，２５１，２６０）を持つ利用者インタフェース（２）が利用可能にされる、先行する請求項の１つに記載の方法。
12. 利用者インタフェース（２）がただ１つの画面ページにおいて表示される、請求項１１に記載の方法。
13. プログラム製造が計算機で行われる時、請求項１〜１２の１つに記載の方法を実施するため、機械読取り可能な記憶媒体に記憶されるプログラム符号を持つ計算機プログラム。
14. 繊維設備が繊維製造過程（１０１）を実施するために設けられ、かつ計算機を含み、この計算機上で請求１３に記載の計算機プログラム製造が行われる、繊維設備。

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