Luận Án Tiến Sĩ Về Mô Hình Hóa Quá Trình Quấn Ống và Dự Báo Chất Lượng Sản Phẩm Sợi

Luận án tiến sĩ phân tích ứng dụng mô hình hóa nghiên cứu quá trình quấn ống và mạng ann dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng

• Tác giả: Trần Đức Trung
• Người hướng dẫn: PGS. Chu Diệu Hương
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Dệt, May
• Đề tài: Mô Hình Hóa Nghiên Cứu Quá Trình Quấn Ống và Dự Báo Chất Lượng Sợi Quấn Ống
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống
• 1.2. Khái quát về các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống
• 1.3. Các đặc trưng chất lượng sợi và ý nghĩa
• 1.3.1. Độ nhỏ và độ không đều
• 1.3.2. Độ bền kéo, độ giãn và các đặc trưng xoắn
• 1.3.3. Độ xù lông, khuyết tật và xơ ngoại lai
• 1.4. Phương pháp đánh giá chất lượng sợi
• 1.4.1. Các đặc trưng chất lượng quấn búp sợi và ý nghĩa
• 1.4.2. Khối lượng, đường kính quấn và chiều dài sợi trên búp sợi
• 1.4.3. Xếp trùng và các tật lỗi ngoại quan khác
• 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sợi quấn ống
• 1.5.1. Ảnh hưởng của quá trình quấn ống
• 1.5.2. Ảnh hưởng của thông số công nghệ quấn ống
• 1.6. Các đặc yếu tố ảnh hưởng đến mật độ quấn búp sợi
• 1.6.1. Góc chéo các vòng sợi và đường kính búp sợi
• 1.6.2. Sắc căng, độ nhỏ của sợi, lực ép của búp lên ống khía
• 1.6.3. Ảnh hưởng đồng thời của một số yếu tố
• 1.7. Ứng dụng mô hình hóa và mô phỏng để nghiên cứu quấn ống
• 1.7.1. Khái niệm về mô hình hóa và mô phỏng
• 1.7.2. Ứng dụng mô hình hóa
• 1.7.3. Ứng dụng mô phỏng
• 1.8. Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo (ANN) dự báo chất lượng sản phẩm sợi, dệt
• 1.8.1. Khái niệm về trí tuệ nhân tạo, học máy
• 1.8.2. Nơ ron sinh học và mạng nơ ron nhân tạo
• 1.8.2.1. Nơ ron sinh học
• 1.8.2.2. Mạng nơ ron nhân tạo
• 1.8.3. Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Nghiên cứu tài liệu và khảo sát thực tế
• 2.3.2. Xây dựng mô hình quấn ống
• 2.3.3. Phương pháp thực nghiệm kiểm tra lực ép của búp sợi lên ống khía
• 2.3.4. Phương pháp thử nghiệm xác định một số đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống
• 2.3.5. Thiết kế sơ đồ thử nghiệm xác định chất lượng sợi trước/sau quấn ống
• 2.3.6. Phương pháp xác định độ không đều, khuyết tật và độ xù lông của sợi trước/sau quấn ống
• 2.3.7. Phương pháp xác định độ bền, độ giãn, độ xoắn, độ nhỏ và trạng thái bề mặt sợi trước/sau quấn ống
• 2.3.8. Phương pháp xác định độ căng và mật độ quấn búp sợi
• 2.3.9. Áp dụng qui hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2
• 2.3.9.1. Các bước thực hiện
• 2.3.10. Phương pháp xác định các thông số công nghệ tối ưu
• 2.3.11. Áp dụng mạng ANN để dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống
• 2.3.11.1. Lựa chọn cấu trúc mạng ANN
• 2.3.11.2. Huấn luyện mạng ANN
• 2.3.11.3. Tính sai số truyền ngược, cập nhật trọng số
• 2.3.11.4. Mẫu học và mẫu kiểm tra
• 2.3.11.5. Đánh giá kết quả dự báo
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình quấn ống, xác định và kiểm tra thông số của mô hình
• 3.1.1. Nghiên cứu xây dựng mô hình quấn ống
• 3.1.2. Xác định và điều chỉnh vận tốc quấn ống
• 3.1.3. Xác định và điều chỉnh lực ép của búp sợi lên ống khía
• 3.1.4. Thiết lập phương trình tính lực ép
• 3.1.5. Xác định lực ép khi mô men cân bằng lực ép Mv = 0
• 3.1.6. Xác định lực ép khi mô men cân bằng lực ép Mv ≠ 0
• 3.1.7. Kiểm tra thông số của mô hình
• 3.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm sợi quấn ống
• 3.2.1. Xác định ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến chất lượng sợi
• 3.2.2. Xác định và phân tích hình ảnh bề mặt sợi
• 3.2.3. Xác định sự thay đổi chất lượng sợi sau so với trước quấn ống
• 3.2.4. Xác định ảnh hưởng đồng thời của một số thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm sợi
• 3.2.5. Ma trận thí nghiệm
• 3.2.6. Thiết lập các phương trình hồi qui
• 3.2.7. Kiểm tra sự phù hợp của phương trình hồi quy với thực nghiệm
• 3.2.8. Phân tích ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm sợi
• 3.2.9. Xác định một số thông số công nghệ tối ưu
• 3.2.10. Xác định mối liên quan giữa mật độ quấn và độ căng búp sợi
• 3.3. Kết quả nghiên cứu ứng dụng mạng ANN để dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống
• 3.3.1. Thiết kế cấu trúc mạng ANN
• 3.3.2. Mẫu học, tham số và phần mềm dự báo chất lượng sản phẩm sợi
• 3.3.3. Kết quả dự báo chất lượng sản phẩm sợi
• 3.3.4. Đánh giá kết quả dự báo chất lượng sản phẩm sợi của mạng ANN
• 3.3.5. Kiểm tra khả năng dự báo chất lượng sản phẩm sợi của mạng ANN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về mô hình hóa nghiên cứu quá trình quấn ống

Mô hình hóa nghiên cứu quá trình quấn ống là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghệ dệt may. Quá trình này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sợi mà còn quyết định hiệu suất sản xuất. Việc áp dụng các phương pháp mô hình hóa giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó nâng cao chất lượng sợi quấn ống. Theo nghiên cứu, các yếu tố như tốc độ quấn, lực ép và góc quấn có tác động lớn đến chất lượng sợi. Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp các nhà sản xuất điều chỉnh quy trình để đạt được sản phẩm tốt nhất.

1.1. Tầm quan trọng của chất lượng sợi

Chất lượng sợi là yếu tố quyết định trong ngành dệt may. Sợi có chất lượng tốt sẽ tạo ra sản phẩm cuối cùng có độ bền cao, độ đồng đều và tính thẩm mỹ tốt. Các đặc trưng như độ nhỏ, độ không đều và độ bền kéo là những chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng sợi. Việc nghiên cứu và cải thiện chất lượng sợi không chỉ giúp tăng cường khả năng cạnh tranh mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sợi

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sợi trong quá trình quấn ống. Các yếu tố này bao gồm nguyên liệu sợi, thông số công nghệ quấn ống, và điều kiện môi trường. Đặc biệt, việc kiểm soát lực ép và tốc độ quấn là rất quan trọng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số này có thể cải thiện đáng kể chất lượng sợi, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất.

II. Mô hình hóa và dự báo chất lượng sợi quấn ống

Mô hình hóa và dự báo chất lượng sợi quấn ống là một ứng dụng quan trọng của trí tuệ nhân tạo trong ngành dệt may. Việc sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) để dự báo chất lượng sợi giúp các nhà sản xuất có thể đưa ra quyết định chính xác hơn trong quá trình sản xuất. Mô hình này không chỉ giúp dự đoán chất lượng sợi mà còn tối ưu hóa các thông số công nghệ, từ đó giảm thiểu chi phí sản xuất.

2.1. Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo

Mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) đã được chứng minh là công cụ hiệu quả trong việc dự báo chất lượng sản phẩm sợi. Bằng cách sử dụng dữ liệu từ quá trình sản xuất, ANN có thể học và nhận diện các mẫu, từ đó đưa ra dự đoán chính xác về chất lượng sợi. Việc áp dụng ANN không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong dự báo chất lượng sản phẩm.

2.2. Phân tích dữ liệu và tối ưu hóa quy trình

Phân tích dữ liệu là bước quan trọng trong mô hình hóa quá trình quấn ống. Các dữ liệu thu thập từ quá trình sản xuất sẽ được phân tích để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sợi. Từ đó, các nhà sản xuất có thể điều chỉnh quy trình để tối ưu hóa chất lượng sản phẩm. Việc này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sợi mà còn giảm thiểu lãng phí trong sản xuất.

III. Kết luận và triển vọng nghiên cứu

Nghiên cứu về mô hình hóa quá trình quấn ống và dự báo chất lượng sợi quấn ống đã chỉ ra rằng việc áp dụng công nghệ hiện đại có thể cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm. Các phương pháp mô hình hóa và dự báo không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Triển vọng nghiên cứu trong lĩnh vực này là rất lớn, với khả năng ứng dụng công nghệ mới để nâng cao hiệu quả sản xuất.

3.1. Tương lai của công nghệ trong ngành dệt may

Công nghệ trong ngành dệt may đang phát triển nhanh chóng. Việc áp dụng các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy sẽ mở ra nhiều cơ hội cho các nhà sản xuất. Tương lai của ngành dệt may sẽ phụ thuộc vào khả năng áp dụng công nghệ để nâng cao chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3.2. Khuyến nghị cho các nhà sản xuất

Các nhà sản xuất nên chú trọng đến việc áp dụng công nghệ mới trong quy trình sản xuất. Việc đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí. Đồng thời, việc đào tạo nhân lực về công nghệ mới cũng là yếu tố quan trọng để đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành dệt may.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Ngành dệt may giữ vai trò thiết yếu trong nền kinh tế Việt Nam với khoảng 3 triệu lao động (chiếm 22,7% lao động công nghiệp cả nước) và kim ngạch xuất khẩu đạt 39 tỷ USD (năm 2021), 44,0 tỷ USD (năm 2022) và 40,3 tỷ USD (năm 2023). Mặc dù năng lực sản xuất sợi tăng trưởng mạnh về khối lượng (thị trường Trung Quốc chiếm 55 ÷ 70%), áp lực cạnh tranh quốc tế đòi hỏi các nhà máy phải chuyển dịch từ tăng trưởng số lượng sang nâng cao chất lượng sản phẩm và giá trị gia tăng. Hiện nay, công nghệ kéo sợi nồi cọc truyền thống vẫn chiếm ưu thế do khả năng thích ứng nguyên liệu đa dạng và dải chi số rộng (Nm 16 ÷ Nm 200). Tuy nhiên, nhược điểm cốt lõi của công nghệ này là tạo ra các ống sợi con khối lượng nhỏ (khoảng 100 g, dài 2000 ÷ 2500 m), bắt buộc phải qua công đoạn quấn ống để hình thành búp sợi quấn chéo khối lượng lớn (1,5 ÷ 3 kg) phục vụ dệt thoi, dệt kim hoặc nhuộm búp sợi.

Quá trình quấn ống vừa loại trừ các khuyết tật kéo sợi (điểm dày, điểm mảnh, kết tạp), vừa chịu tác động cơ học phức tạp (kéo căng, ma sát, đổi hướng, tiếp xúc ống khía) làm biến đổi chất lượng sợi (độ đều, độ xù lông) và chất lượng búp sợi (mật độ quấn, độ cứng, hiện tượng xếp trùng). Các thế hệ máy ống tự động cao tốc (1500 ÷ 2200 m/phút) nhập khẩu vào Việt Nam chưa phát huy tối đa hiệu quả do nhà chế tạo hạn chế chuyển giao bí quyết công nghệ. Khoảng trống nghiên cứu được tác giả chỉ ra là: các công trình trước đây chủ yếu khảo sát riêng lẻ từng yếu tố cơ học hoặc công nghệ; thiếu các nghiên cứu toàn diện đánh giá ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số công nghệ cốt lõi đến cả chất lượng sợi lẫn búp sợi; đồng thời chưa có ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) trong việc dự báo chất lượng sợi quấn ống tại Việt Nam.

Luận án xác định 3 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Xây dựng mô hình quấn ống để nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm sợi quấn ống.
2. Xác định ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm sợi quấn ống.
3. Ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống trên cơ sở một số thông số công nghệ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu được xác định rõ ràng:

• Đối tượng nghiên cứu: Quá trình quấn ống và sản phẩm sợi quấn ống thuộc 3 chủng loại sợi thông dụng: sợi chải thô pha 60% bông / 40% polyester (Ne 31/1 CVCD), sợi chải kỹ pha 60% bông / 40% polyester (Ne 30/1 CVCM) và sợi chải kỹ 100% bông (Ne 30/1 COCM); búp sợi quấn chéo.
• Phạm vi nghiên cứu: 4 thông số công nghệ quấn ống gồm vận tốc quấn ống ($V_q$ hay $Z_1$), tải trọng đĩa ma sát bộ điều tiết sức căng ($N$ hay $Z_2$), khoảng cách giữa ống sợi con và khuyết dẫn sợi ($Z_3$), lực ép của búp sợi lên ống khía ($F$ hay $Z_4$); 3 chỉ tiêu chất lượng sản phẩm gồm mức tăng độ không đều khối lượng ($\Delta U%$), mức tăng độ xù lông ($\Delta H%$) và mật độ quấn búp sợi ($Y$); nghiên cứu được tiến hành trên mô hình vật lý tương tự đơn vị quấn ống kết hợp công cụ toán học và trí tuệ nhân tạo (mạng ANN).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án hệ thống hóa các hướng nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến cơ học quấn ống, biến đổi tính chất cơ lý sợi, mật độ búp sợi và công cụ mô hình hóa:

• Nghiên cứu biến đổi chất lượng sợi sau quấn ống: Tác giả Trần Nhật Chương khảo sát sợi 100% bông các chi số Nm 24, Nm 40, Nm 54, Nm 93, Nm 134 ở vận tốc 1000 m/phút, ghi nhận mức thay đổi độ bền, độ giãn và độ không đều nhưng chưa xét các thông số công nghệ quấn. Zhigang Xia và cộng sự đo sợi 100% bông chải thô (24,6 tex) ở vận tốc 840 m/phút, tải trọng 45 cN, kết luận độ xù lông tăng mạnh, độ nhỏ tex giảm (chi số Nm tăng) do mất mát xơ, nhưng chưa phân tích tương tác đa yếu tố. Senthil Kumar đưa ra ngưỡng biến đổi chấp nhận được của sợi sau quấn ống (độ không đều tăng 3 ÷ 5%, điểm mỏng tăng 0 ÷ 0,5%, điểm dày tăng 15 ÷ 20%, kết tạp tăng 5 ÷ 10%, xù lông tăng 25 ÷ 30%) song chưa chỉ rõ bộ thông số tối ưu. MD Zahidul Islam (2019) nghiên cứu sợi Ne 22 dệt kim chải kỹ và chải thô ở 1400, 1500, 1600 m/phút trên máy Autoconer, chỉ ra ở 1600 m/phút sợi chải kỹ tăng $U%$ 17%, IPI tăng 43,03%, $H$ tăng 40%; sợi chải thô tăng $U%$ 21,7%, IPI tăng 47,6%, $H$ tăng 48,5%. Tài liệu thống kê Uster Statistics (2018, 2023) xác nhận vận tốc quấn càng cao thì độ xù lông $H$ và hệ số biến sai xù lông $SH$ càng tăng.
• Nghiên cứu về sức căng, đứt sợi và vận tốc quấn: Talavaséc chỉ ra khi vận tốc vượt quá 1000 m/phút, sức căng sợi tăng vọt làm đứt sợi tăng nhanh, giảm năng suất. V. Prasil phân loại đứt sợi thành đứt cần thiết (do dao cắt lọc loại bỏ khuyết tật) và đứt không cần thiết (do cài đặt thông số công nghệ bất hợp lý hoặc tuột lớp sợi từ ống con). Giần Thị Thu Hương thiết lập phương trình hồi quy sức căng trung bình theo vận tốc, tải trọng và khoảng cách balon: $T = -48,679 + 0,038V + 0,391N + 4,784H - 0,009N \cdot H - 0,157H^2$.
• Nghiên cứu mật độ quấn búp sợi ($Y$ hay $\rho$): Bachir Chemani và Rachid Halfaoui xác lập phương trình giải tích cho búp quấn chéo: $\rho_1 \cdot d_1 \cdot \sin \beta_1 = \rho_2 \cdot d_2 \cdot \sin \beta_2$. Talavaséc cùng cộng sự chứng minh góc chéo $2\beta = 0^\circ$ cho mật độ lớn nhất, $2\beta = 90^\circ$ cho mật độ nhỏ nhất; trong công nghiệp dệt thường chọn $2\beta = 22^\circ \div 30^\circ$, công đoạn nhuộm chọn $2\beta = 36^\circ \div 40^\circ$; đồng thời xác định khi lực ép búp sợi lên ống khía tăng 1 N thì mật độ tăng 0,004 $g/cm^3$. R. Zeller đề xuất góc chéo $25^\circ \div 40^\circ$ để đạt $\rho = 0,4$ $g/cm^3$. Giần Thị Thu Hương thiết lập quan hệ tuyến tính $\rho = 0,0023T + 0,3922$ ($R^2 = 0,963$) với sợi Ne 34/1. Phạm Đức Dương và Nguyễn Văn Chất (2018) khảo sát sợi 100% PES trên máy SSM, xác nhận khi sức căng tăng từ 3 cN lên 9 cN, mật độ tăng từ 0,36 lên 0,42 $g/cm^3$, độ cứng tăng từ 15,7 lên 28,3 Shore. R. Fettahov khẳng định chi số Ne càng cao thì mật độ và độ cứng càng tăng. Güngör Durur nghiên cứu tác động đồng thời của sức căng và lực ép trên sợi len chải kỹ $42 \times 2$ tex ở 540 m/phút. M. Neves khảo sát đa yếu tố cho sợi bông, PES và PES/CO nhưng chưa tính đến lực ép búp sợi.
• Nghiên cứu mô hình hóa và ứng dụng mạng ANN: V. Prasil chế tạo mô hình quấn ống không dừng (Non-stop) có buồng dự trữ sợi tự do nhằm triệt tiêu dao động sức căng và hiện tượng bậc thang, nhưng kết cấu quá phức tạp. P. Durur và Rafael Beltran xây dựng các mô hình phanh đĩa ma sát có và không có tín hiệu phản hồi để nghiên cứu dao động sức căng. Trong lĩnh vực dự báo dệt may, mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) bắt đầu được ứng dụng để dự báo độ bền, độ không đều sợi pha PES/Co, PES/Visco.

Vị trí của luận án: Luận án giải quyết khoảng trống học thuật bằng cách thiết kế mô hình vật lý tương tự tích hợp cơ cấu cân bằng lực ép búp sợi lên ống khía, tiến hành quy hoạch thực nghiệm đồng thời 4 thông số công nghệ điển hình ($V_q, N, Z_3, F$) tác động đến 3 chỉ tiêu cốt lõi ($\Delta U%, \Delta H%, Y$) trên 3 loại sợi kéo nồi cọc, đồng thời tiên phong tại Việt Nam ứng dụng mô hình mạng nơ-ron nhân tạo MLP để so sánh hiệu quả dự báo với hàm hồi quy thực nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết cơ học dệt, quy hoạch thực nghiệm toán học và kỹ thuật học máy:

Khung lý thuyết và các khái niệm sử dụng

• Lý thuyết chất lượng sợi: Độ nhỏ được xác định qua chi số mét $Nm = L/G$ (m/g), chi số Anh $Ne = 0,590 \cdot Nm$, độ mảnh $Tt = 1000/Nm$ (tex), độ dày $D = 9 \cdot Tt$ (denier). Độ không đều khối lượng đoạn ngắn $U%$ biểu diễn qua tích phân sai lệch khối lượng: $$U = \frac{100}{\bar{m} \cdot L} \int_{0}^{L} |m(l) - \bar{m}| dl$$ Hệ số biến sai $CV% \approx 1,25 \cdot U%$ đối với sợi bông. Chỉ số không đều $I = CV_{tt} / CV_{lt}$ (với $CV_{lt} = 100/\sqrt{n}$, $n$ là số xơ trung bình trong tiết diện ngang sợi). Độ xù lông $H$ đo theo chuẩn Uster cho mẫu 1000 m: $H = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n} H_i$ (tổng chiều dài xơ nhô ra trên mỗi centimet thân sợi). Khuyết tật sợi IPI (Thin -50%, Thick +50%, Neps +200%) xác định theo tiêu chuẩn ASTM D4849-21.
• Cơ học quấn búp sợi quấn chéo: Phân tích chuyển động tiếp xúc ma sát giữa ống khía và búp sợi. Phương trình hiện tượng xếp trùng bậc $X$: chu vi búp $O_C = 2 \cdot Z \cdot D_R / X$ hoặc đường kính búp $D_C = (P_2 / P_1) \cdot Z \cdot D_R$ (trong đó $D_R$ là đường kính ống khía, $Z$ là số vòng quay ống khía, $P_1, P_2$ là số quả trám).
• Lý thuyết mô hình hóa: Sử dụng mô hình vật lý tương tự (analog physical model) để tái hiện quy trình cơ học của một cọc quấn ống công nghiệp nhưng có khả năng kiểm soát độc lập từng thông số.
• Mạng nơ-ron nhân tạo (ANN): Sử dụng cấu trúc mạng nơ-ron truyền thẳng đa lớp (Multilayer Perceptron - MLP) gồm 1 lớp vào (4 nơ-ron), các lớp ẩn và lớp ra. Thuật toán học lan truyền ngược sai số (Backpropagation) cập nhật trọng số liên kết dựa trên đạo hàm riêng của hàm mất mát. Hiệu năng mô hình được đánh giá qua sai số trung bình tuyệt đối (MAE), sai số toàn phương trung bình (MSE) và hệ số xác định ($R^2$).

Phương pháp nghiên cứu và hệ thống thiết bị thực nghiệm

Thiết bị / Công cụ	Hãng sản xuất / Tiêu chuẩn	Mục đích sử dụng trong luận án
Mô hình một đơn vị quấn ống	Chế tạo thực nghiệm	Nghiên cứu quá trình quấn ống, kiểm soát 4 thông số ($V_q, N, Z_3, F$), tích hợp cơ cấu cân bằng mô-men $M_v$
Phim đo áp lực FUJIFILM (4LW, 5LW)	FUJIFILM (Nhật Bản)	Đo áp lực phân bố và xác định lực ép thực tế $F$ giữa búp sợi và ống khía
Máy Uster Tester 5	Zellweger Uster (Thụy Sĩ)	Đo độ không đều $U%$, $CV%$, chỉ số khuyết tật IPI và độ xù lông $H, SH$
Thiết bị đo độ xoắn SDL	Shirley (Anh)	Xác định độ xoắn $K$ (xoắn/m) của sợi trước và sau quấn ống
Kính hiển vi quang học Leica	Leica (Đức)	Chụp ảnh, phân tích trạng thái bề mặt xơ và biến dạng cấu trúc sợi
Thiết bị đo độ cứng HP-5	Hans Schmidt & Co GmbH (Đức)	Đo độ cứng búp sợi (đơn vị Shore C)
Cân điện tử Mettler AE 240 & Guồng Salo	Mettler Toledo / Salo	Xác định chi số sợi, khối lượng mẫu và mật độ quấn búp sợi $Y$
Phần mềm tính toán và ANN	Môi trường máy tính số	Xử lý ma trận thực nghiệm trực giao, thiết lập hàm hồi quy và huấn luyện mạng ANN

Quy hoạch thực nghiệm được tiến hành theo phương pháp trực giao cấp 2 ($k = 4$ yếu tố, số thí nghiệm tại tâm $n_0 = 1$), tổng cộng 25 phương án thí nghiệm. Bốn biến số công nghệ gồm: vận tốc quấn ống $Z_1$ ($X_1$), tải trọng đĩa ma sát $Z_2$ ($X_2$), khoảng cách khuyết dẫn sợi $Z_3$ ($X_3$) và lực ép búp sợi lên ống khía $Z_4$ ($X_4$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

Chương 1 tập trung phân tích lý luận về các đặc trưng chất lượng sợi và búp sợi. Tác giả làm rõ ý nghĩa của độ nhỏ, độ không đều khối lượng ($U%, CV%$), độ bền kéo đứt ($P_đ, P_{tđ}$), độ giãn đứt, độ xoắn ($K$, góc xoắn $\beta$, hệ số xoắn $\alpha_N$, mô-men xoắn $M_x$), độ xù lông ($H$), khuyết tật sợi (Thin, Thick, Neps) và xơ ngoại lai. Đối với búp sợi, chương này phân tích các yêu cầu về hình học, hiện tượng xếp trùng tạo quả trám, sự phân bố mật độ quấn ($Y$) và độ cứng Shore ($C$). Mật độ quấn yêu cầu cho dệt thoi/mắc sợi là $0,4 \div 0,6$ $g/cm^3$, trong khi cho nhuộm búp sợi là $0,28 \div 0,33$ $g/cm^3$ (hoặc tối đa $0,49$ $g/cm^3$ khi dùng công nghệ nén ép). Phân tích tổng quan khẳng định vận tốc quấn ống và sức căng sợi làm gia tăng độ xù lông trên 30% và làm biến đổi các khuyết tật sợi. Chương 1 kết luận bằng việc xác định tính cấp thiết của việc áp dụng mô hình hóa vật lý kết hợp thuật toán ANN.

Chương 2: Nội dung, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương 2 mô tả chi tiết quy trình thiết kế và chế tạo mô hình vật lý tương tự của một đơn vị quấn ống. Điểm nhấn cơ học là cụm giá đỡ búp sợi tích hợp cơ cấu cân bằng lực ép cho phép điều chỉnh mô-men cân bằng $M_v = 0$ và $M_v \neq 0$, khắc phục sự gia tăng tải trọng tự nhiên khi đường kính búp sợi tăng dần. Tác giả xây dựng phương trình lý thuyết tính lực ép búp sợi lên ống khía và kiểm chứng bằng phim đo áp lực FUJIFILM (loại 4LW và 5LW). Chương này cũng thiết lập toàn bộ quy trình đo đạc thực nghiệm mẫu sợi trước và sau quấn ống theo các tiêu chuẩn TCVN và ASTM trên hệ thống máy Uster Tester 5, Shirley SDL, Leica, Mettler AE 240 và HP-5. Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 với 25 phương án được lập bảng chi tiết. Đồng thời, cấu trúc mạng ANN kiểu MLP với thuật toán lan truyền ngược sai số, các bước chuẩn hóa dữ liệu đầu vào ($Z_1 \div Z_4$), phân chia tập mẫu học/kiểm tra và các tiêu chí đánh giá sai số (MSE, MAE, $R^2$) được xác lập đầy đủ.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận

Chương 3 trình bày các phát hiện thực nghiệm và phân tích dữ liệu chuyên sâu:

• Kiểm tra thông số mô hình quấn ống: So sánh vận tốc quấn thực nghiệm $Z_{1t}$ và vận tốc tính toán $Z_1$ cho thấy độ chênh lệch $\Delta Z$ rất nhỏ, khẳng định mô hình hoạt động ổn định. Phim FUJIFILM xác nhận lực ép thực tế phân bố phù hợp với phương trình cân bằng mô-men đã thiết lập.
• Biến đổi chất lượng sợi sau quấn ống: Ảnh chụp kính hiển vi quang học Leica và biểu đồ Uster chỉ ra sự xơ hóa bề mặt sợi, các đầu xơ tự do nhô ra nhiều hơn khiến độ xù lông $H$ tăng rõ rệt nhất trong các chỉ tiêu cơ lý. Khuyết tật tạp chất được làm sạch nhưng khuyết tật do xù lông gia tăng tỷ lệ thuận với vận tốc quấn $V_q$.
• Mô hình toán hồi quy (HHQ): Từ 25 phương án thí nghiệm, tác giả thiết lập các phương trình hồi quy bậc hai mô tả mức tăng độ không đều $\Delta U%$, mức tăng độ xù lông $\Delta H%$ và mật độ quấn $Y$ cho cả 3 loại sợi (Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1 COCM). Kiểm định Fisher cho thấy các phương trình hồi quy đều tương thích với thực nghiệm. Phân tích phương trình cho thấy vận tốc quấn ống $Z_1$ ($X_1$) và tải trọng đĩa phanh $Z_2$ ($X_2$) là hai yếu tố chi phối mạnh nhất đến mức tăng xù lông và mật độ quấn búp sợi.
• Tối ưu hóa thông số công nghệ: Luận án giải bài toán tối ưu đa mục tiêu, tìm ra các bộ thông số công nghệ tối ưu riêng biệt cho từng loại sợi nhằm đạt mức tăng độ xù lông nhỏ nhất, mức tăng độ không đều nhỏ nhất và kiểm soát mật độ quấn búp sợi ở mức $Y < 0,6$ $g/cm^3$. Thiết lập mối liên hệ tuyến tính tỷ lệ thuận giữa mật độ quấn $Y$ ($g/cm^3$) và độ cứng búp sợi $C$ (Shore).
• Kết quả dự báo bằng mạng ANN: Cấu trúc mạng ANN được huấn luyện hoàn chỉnh. Tác giả tiến hành so sánh kết quả dự báo của ANN, mô hình hàm hồi quy (HHQ) với số liệu đo thực nghiệm (TN) trên cả tập học và các phương án kiểm tra độc lập. Kết quả đánh giá hiệu suất khẳng định mạng ANN có độ lệch MAE, MSE nhỏ hơn đáng kể và hệ số tương quan $R^2$ tiệm cận 1, vượt trội hơn so với phương pháp hàm hồi quy truyền thống trên cả 3 loại sợi.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

1. Luận án đã phát triển thành công mô hình quấn ống thuộc loại mô hình vật lý tương tự, trong đó sáng chế và tích hợp cơ cấu cân bằng lực ép của búp sợi lên ống khía. Đây là điểm mới so với các mô hình quấn ống của các tác giả trước đó, tạo tiền đề khoa học để nghiên cứu đồng thời 4 thông số công nghệ ($V_q, N, Z_3, F$) tác động đến chất lượng sản phẩm sợi quấn ống.
2. Đã xác lập hệ thống các mô hình toán học (phương trình hồi quy) định lượng mối liên hệ tương hỗ giữa 4 thông số công nghệ điển hình với 3 chỉ tiêu chất lượng sản phẩm ($\Delta U%, \Delta H%, Y$), đồng thời chứng minh bằng thực nghiệm rằng vận tốc quấn ống $Z_1$ là thông số có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng sợi quấn ống đối với cả 3 loại sợi Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM và Ne 30/1 COCM.
3. Lần đầu tiên tại Việt Nam, mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) được nghiên cứu ứng dụng thành công để dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống dựa trên các thông số công nghệ đầu vào. Kết quả so sánh chứng minh mô hình ANN đạt độ chính xác, độ tin cậy và hệ số xác định ($R^2$) cao hơn hẳn phương pháp dự báo bằng hàm hồi quy truyền thống.

Đóng góp về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất

• Việc nghiên cứu trên mô hình vật lý tương tự giúp tiết kiệm đáng kể chi phí nguyên liệu và thời gian thí nghiệm, không làm gián đoạn dây chuyền sản xuất công nghiệp và đảm bảo an toàn thiết bị, phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất kỹ thuật tại Việt Nam.
• Cung cấp bảng thông số công nghệ tối ưu hóa ($V_q, N, Z_3, F$) cụ thể cho các doanh nghiệp dệt sợi khi gia công 3 chủng loại sợi thông dụng, giúp định hướng chuẩn xác chế độ quấn ống: giảm thiểu độ xù lông cho sợi dệt thoi/dệt kim, hoặc điều chỉnh mật độ búp sợi xốp phục vụ công đoạn nhuộm màu đồng đều.
• Mô hình mạng ANN được kiểm chứng mở ra giải pháp công nghệ số cho phép các kỹ sư nhà máy dự báo trước chất lượng sợi và búp sợi trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt, giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm và tối ưu hóa chi phí vận hành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

• Luận án mới chỉ khảo sát trên 3 mặt hàng sợi cụ thể sản xuất từ công nghệ kéo sợi nồi cọc truyền thống (Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1 COCM), chưa mở rộng khảo sát các loại sợi kéo từ công nghệ mới (OE Roto, OE ma sát, kéo sợi dòng khí) hoặc các loại sợi xơ pha đặc thù khác.
• Thí nghiệm được thực hiện trên mô hình một đơn vị quấn ống trong điều kiện môi trường phòng thí nghiệm ổn định, chưa đánh giá hết sự biến động ngẫu nhiên của nhiệt độ, độ ẩm và rung động cơ học trên các dàn máy quấn ống công nghiệp nhiều cọc hoạt động liên tục.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Tạo cơ sở khoa học để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về tính toán, thiết kế và chế tạo một thiết bị tự động điều khiển tích hợp đồng thời cả 4 thông số công nghệ ($V_q, N, Z_3, F$) nhằm tự động duy trì chất lượng sản phẩm sợi quấn ống theo yêu cầu cài đặt.
• Mở rộng tập dữ liệu huấn luyện của mạng ANN cho nhiều dải chi số sợi khác nhau và thử nghiệm các thuật toán học máy tiên tiến trong việc tối ưu hóa thời gian thực quá trình quấn ống.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị ứng dụng và tham khảo học thuật cao:

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Công nghệ Dệt, May: Cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp luận mô hình hóa cơ học dệt, quy trình ứng dụng quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, kỹ thuật phân tích chất lượng sợi theo chuẩn Uster và thuật toán xây dựng mô hình mạng nơ-ron nhân tạo MLP. Chương 2 và Chương 3 là nguồn tham khảo trực tiếp cho các đề tài nghiên cứu về tối ưu hóa công nghệ kéo sợi và dệt.
• Đối với kỹ sư công nghệ và cán bộ quản lý kỹ thuật tại các nhà máy dệt - sợi: Cung cấp căn cứ khoa học và bảng thông số cài đặt thực tế về vận tốc quấn, tải trọng đĩa phanh và lực ép búp sợi trên máy ống tự động (như Autoconer). Giúp doanh nghiệp làm chủ công nghệ thiết bị nhập khẩu, kiểm soát độ xù lông sợi và điều chỉnh mật độ búp sợi đáp ứng khắt khe yêu cầu của công đoạn dệt vải hoặc nhuộm hoàn tất.
• Đối với các viện nghiên cứu và kỹ sư chế tạo máy cơ khí dệt: Cung cấp nguyên lý cơ học và phương trình cân bằng mô-men lực ép $M_v$, phục vụ việc thiết kế, cải tiến cơ cấu giá đỡ búp sợi và hệ thống điều khiển sức căng tự động trên máy quấn ống thế hệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Bốn thông số công nghệ đầu vào và ba chỉ tiêu chất lượng đầu ra được luận án khảo sát là gì?

Bốn thông số công nghệ đầu vào gồm: vận tốc quấn ống $V_q$ ($Z_1$, m/phút), tải trọng đặt vào đĩa ma sát của bộ điều tiết sức căng sợi $N$ ($Z_2$, cN), khoảng cách từ ống sợi con đến khuyết dẫn sợi giảm balon $Z_3$ (cm) và lực ép của búp sợi lên ống khía $F$ ($Z_4$, N). Ba chỉ tiêu chất lượng sản phẩm sợi quấn ống được đo lường đầu ra gồm: mức tăng độ không đều khối lượng $\Delta U%$, mức tăng độ xù lông $\Delta H%$ và mật độ quấn búp sợi $Y$ ($g/cm^3$).

2. Ý nghĩa kỹ thuật của cơ cấu cân bằng lực ép búp sợi lên ống khía trên mô hình nghiên cứu là gì?

Trong quá trình quấn ống thông thường, khi sợi tích lũy dần lên búp, khối lượng búp sợi tăng lên làm lực ép tự nhiên giữa búp sợi và ống khía tăng theo, dẫn đến mật độ quấn búp sợi không đồng đều từ lõi ra vỏ và làm tăng sức căng sợi cục bộ. Cơ cấu cân bằng lực ép với mô-men $M_v$ được tác giả thiết kế nhằm chủ động kiểm soát, bù trừ hoặc điều chỉnh chính xác lực ép $F$ theo giá trị công nghệ mong muốn trong suốt quá trình quấn.

3. Tác giả sử dụng phương pháp nào để đo và kiểm tra lực ép thực tế giữa búp sợi và ống khía?

Tác giả sử dụng phim cảm ứng áp lực FUJIFILM chuyên dụng (loại phim 4LW đo áp lực thấp và 5LW đo áp lực cực thấp). Phim gồm hai tấm A và C đặt tiếp xúc tại vùng giao thoa giữa búp sợi và ống khía. Dưới tác dụng của lực ép, các hạt vi nang vỡ ra tạo mật độ màu đỏ; thông qua đối chiếu mật độ màu với các biểu đồ chuẩn tham chiếu của hãng sản xuất, tác giả xác định được phân bố áp lực tiếp xúc và tính toán chính xác giá trị lực ép thực nghiệm $F$ (N).

4. Kết quả so sánh giữa mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) và hàm hồi quy (HHQ) chứng minh điều gì?

Trên cả 3 loại sợi thử nghiệm (Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1 COCM), mô hình mạng ANN đều cho kết quả dự báo tiệm cận với số liệu đo thực nghiệm hơn hẳn mô hình hàm hồi quy truyền thống. Cụ thể, sai số trung bình tuyệt đối (MAE) và sai số bình phương trung bình (MSE) của mạng ANN thấp hơn, trong khi hệ số xác định $R^2$ cao hơn, chứng minh ANN có khả năng học và mô tả các mối quan hệ phi tuyến tính phức tạp trong quá trình quấn ống vượt trội hơn các hàm đa thức bậc hai.

5. Yêu cầu về mật độ quấn búp sợi ($Y$) khác nhau như thế nào giữa công đoạn dệt và công đoạn nhuộm?

Theo luận án, nếu công đoạn sau quấn ống là mắc sợi hoặc cung cấp búp sợi ngang cho dệt không thoi, búp sợi đòi hỏi mật độ quấn cao ($0,4 \div 0,6$ $g/cm^3$) để tạo cấu trúc búp chặt chẽ, không bị biến dạng khi vận chuyển và giúp sợi tháo ra ổn định ở tốc độ cao mà không bị rối. Ngược lại, nếu công đoạn sau là nhuộm búp sợi, mật độ quấn bắt buộc phải xốp và thấp hơn nhiều ($0,28 \div 0,33$ $g/cm^3$) để dung dịch thuốc nhuộm có thể thẩm thấu đồng đều qua mọi lớp sợi, tránh hiện tượng chênh lệch màu giữa lớp trong và lớp ngoài búp sợi.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Đức Trung đã giải quyết trọn vẹn bài toán khoa học và công nghệ về tối ưu hóa quá trình quấn ống sợi nồi cọc thông qua phương pháp mô hình hóa vật lý tương tự kết hợp quy hoạch thực nghiệm và học máy. Việc chế tạo cơ cấu cân bằng lực ép búp sợi đã tạo điều kiện làm sáng tỏ tác động đồng thời của 4 thông số công nghệ cốt lõi ($V_q, N, Z_3, F$) đến mức tăng độ không đều, mức tăng độ xù lông và mật độ quấn của 3 chủng loại sợi thông dụng tại Việt Nam. Công trình ghi nhận dấu mốc tiên phong trong việc ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) dự báo chất lượng sợi quấn ống với độ tin cậy vượt trội so với các hàm hồi quy truyền thống. Kết quả nghiên cứu không chỉ bổ sung cơ sở lý thuyết sâu sắc cho ngành công nghệ dệt may mà còn cung cấp bộ thông số công nghệ tối ưu mang tính thực tiễn cao, hỗ trợ trực tiếp các nhà máy nâng cao chất lượng sợi, giảm chi phí sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÞI TRẦN ĐỨC TRUNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUẤN ÞNG VÀ MẠNG ANN DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SỢI QUẤN ÞNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHÞ DÞT, MAY Hà Nßi - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÞI TRẦN ĐỨC TRUNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUẤN ÞNG VÀ MẠNG ANN DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SỢI QUẤN ÞNG Ngành: Công nghß Dßt, May Mã sß: 9540204 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHÞ DÞT, MAY NGƯỜI HƯàNG DẪN KHOA HỌC: 1. CHU DIÞU HƯƠNG 2. ĐÀO ANH TUẤN Hà Nßi - 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận án: "þng dụng mô hình hóa nghiên cÿu quá trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống" là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thí nghiệm được tiến hành một cách nghiêm túc và khoa học trong quá trình nghiên cứu.

Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu của tác giả khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Người hướng dẫn khoa học Tác giả PGS. Chu Diệu Hương Trần Đÿc Trung TS. Đào Anh Tuấn i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.

Chu Diệu Hương và Tiến sĩ Đào Anh Tuấn, những người thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian, tâm sức trao đổi góp ý cùng tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong Ban đào tạo, Khoa Công nghệ Dệt may - Da giầy và Thời trang Trường Vật Liệu - Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận án. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần - Viện Nghiên cứu Dệt May cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện, động viên để tôi được tham gia học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án Lời cảm ơn chân thành và sâu sắc xin được gửi đến Khoa Cơ khí Chế tạo máy Trường Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội, Nhà máy sợi Vinatex Nam Định, Công ty TNHH Công nghệ cao Skymap đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án. Cuối cùng, nhưng rất quan trọng là lòng biết ơn xin được gửi tới Gia đình tôi, những người thân yêu nhất đã cùng chia sẻ, gánh vác công vệc để tôi yêu tâm hoàn thành luận án.

Trong quá trình thực hiện luận án, không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được góp ý của các thầy cô, đồng nghiệp và các nhà khoa học để luận án được hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Tác giả luận án Trần Đÿc Trung ii MỤC LỤC Lßi cam đoan. iii DANH MĀC CÁC KÝ HIÞU VÀ CHỮ VI¾T TÀT. vii DANH MĀC CÁC BÀNG BIÂU.

ix DANH MĀC CÁC HÌNH VẼ, Đâ THÞ. TÍNH CÂPTHI¾T CĂA ĐÀ TÀI. Ý NGHĨA KHOA HàC CĂA ĐÀ TÀI LU¾N ÁN. Ý NGHĨA THþC TIÄN CĂA ĐÀ TÀI LU¾N ÁN.

NHỮNG ĐIÂM MàI CĂA LU¾N ÁN. TỔNG QUAN NGHIÊN CĄU. Các đặc tr°ng chÃt l°ÿng sÁn phẩm sÿi quÃn áng. Khái quát về các đặc trưng chất lượng s¿n phẩm sợi quấn ống.

Các đặc trưng chất lượng sợi và ý nghĩa. Độ nhỏ và độ không đều. Độ bền k攃Āo, độ gi愃̀n và các đặc trưng xoắn. Độ x甃 lông, khuyĀt t⌀t và xơ ngoci lai.

Phương pháp đánh giá chất lượng sợi. Các đặc trưng chất lượng quấn búp sợi và ý nghĩa. Khối lượng, đường kính quấn và chiều dài sợi trên búp sợi. XĀp trùng và các t⌀t lỗi ngoci quan khác.

Các y¿u tá Ánh h°áng đ¿n chÃt l°ÿng sÁn phẩm sÿi quÃn áng. Các yĀu tố ¿nh hưởng đĀn chất lượng sợi. ¾nh hưởng cÿa quá trình quấn ống. ¾nh hưởng cÿa thông số công nghệ quấn ống.

Các đặc yĀu tố ¿nh hưởng đĀn m⌀t độ quấn búp sợi. Góc chéo các vòng sợi và đường kính búp sợi. Sāc căng, độ nhỏ cÿa sợi, lực ép cÿa búp lên ống khía. ¾nh hưởng đồng thời cÿa một số yĀu tố.

Ąng dāng mô hình hóa và mô phßng đà nghiên cąu quÃn áng. Khái niệm về mô hình hóa và mô phỏng. Āng dụng mô hình hóa. Āng dụng mô phỏng.

Ąng dāng m¿ng n¢ ron nhân t¿o (ANN) dÿ báo chÃt l°ÿng sÁn phẩm sÿi, dßt. Khái niệm về trí tuệ nhân tco, học máy. Nơ ron sinh học và mcng nơ ron nhân tco. Nơ ron sinh học.

Mcng nơ ron nhân tco. Āng dụng mcng nơ ron nhân tco. 42 K¿t lu¿n ch°¢ng 1 và phát biÃu vÃn đÁ nghiên cąu. NÞI DUNG, ĐàI T¯þNG, PH¾M VI VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĄU.

Đái t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu. Đối tượng nghiên cāu. Phcm vi nghiên cāu. Ph°¢ng pháp nghiên cąu.

Nghiên cāu tài liệu và kh¿o sát thực tĀ. Xây dựng mô hình quấn ống. Phương pháp thực nghiệm kiểm tra lực ép cÿa búp sợi lên ống khía. Phương pháp thử nghiệm xác định một số đặc trưng CLSP sợi quấn ống.

ThiĀt kĀ sơ đồ thử nghiệm xác định chất lượng sợi trước/sau quấn ống. Phương pháp xác định độ không đều, khuyĀt t⌀t và độ xù lông cÿa sợi trước/sau quấn ống. Phương pháp xác định độ bền, độ gi愃̀n, độ xoắn, độ nhỏ và trcng thái bề mặt sợi trước/sau quấn ống. Phương pháp xác định độ cāng và m⌀t độ quấn búp sợi.

Áp dụng qui hocch thực nghiệm trực giao cấp 2. Các bước thực hiện. Phương pháp xác định các thông số công nghệ tối ưu. Áp dụng mcng ANN để dự báo CLSP sợi quấn ống.

Lựa chọn cấu trúc mcng ANN. Huấn luyện mcng ANN. Tính sai số truyền ngược. C⌀p nh⌀t trọng số.

Mẫu học và mẫu kiểm tra. Đánh giá kĀt qu¿ dự báo. 76 K¿t lu¿n ch°¢ng 2. K¾T QUÀ NGHIÊN CĄU VÀ BÀN LU¾N.

K¿t quÁ nghiên cąu xây dÿng mô hình quÃn áng, xác đßnh và kiÃm tra thông sá căa mô hình. Nghiên cāu xây dựng mô hình quấn ống. Xác định và điều chỉnh v⌀n tốc quấn ống. Xác định và điều chỉnh lực ép cÿa búp sợi lên ống khía.

ThiĀt l⌀p phương trình tính lực ép. Xác định lực ép khi mô men cân bằng lực ép Mv = 0. Xác định lực ép khi mô men cân bằng lực ép Mv ≠ 0. Kiểm tra thông số cÿa mô hình.

K¿t quÁ xác đßnh Ánh h°áng căa thông sá công nghß đ¿n CLSP sÿi quÃn áng. Xác định ¿nh hưởng cÿa v⌀n tốc quấn ống đĀn chất lượng sợi. Xác định và phân tích hình ¿nh bề mặt sợi. Xác định sự thay đổi chất lượng sợi sau so với trước quấn ống.

Xác định ¿nh hưởng đồng thời cÿa một số thông số công nghệ đĀn CLSP sợi. Ma tr⌀n thí nghiệm. ThiĀt l⌀p các phương trình hồi qui. Kiểm tra sự phù hợp cÿa phương trình hồi quy với thực nghiệm.

Phân tích ¿nh hưởng cÿa thông số công nghệ đĀn CLSP sợi. Xác định một số thông số công nghệ tối ưu. Xác định mối liên quan giữa m⌀t độ quấn và độ cāng búp sợi. K¿t quÁ nghiên cąu ąng dāng m¿ng ANN đà dÿ báo CLSP sÿi quÃn áng.

ThiĀt kĀ cấu trúc mcng ANN. Mẫu học, tham số và phần mềm dự báo CLSP sợi. KĀt qu¿ dự báo CLSP sợi. Đánh giá kĀt qu¿ dự báo CLSP sợi cÿa mcng ANN.

Kiểm tra kh¿ năng dự báo CLSP sợi cÿa mcng ANN. 130 K¿t lu¿n ch°¢ng 3. 135 H¯àNG NGHIÊN CĄU TI¾P THEO. 138 DANH MĀC CÁC CÔNG TRÌNH Đà CÔNG Bà CĂA LU¾N ÁN.

139 TÀI LIÞU THAM KHÀO. 140 PHĀ LĀC vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu CV: Hệ sá biến sai độ không đều khái lượng (%) Nm: Chi sá sợi (m/g) Ne: Chi sá Anh của sợi (Ne = 0,590.Nm) H: Độ xù lông của sợi Pđ: Độ bền đứt của sợi khi bị kéo (cN) Ptđ: Độ bền kéo tương đái (cN/tex) T: Sức căng sợi (cN) Tt: Độ nhß của sợi (tex) U: Độ không đều khái lượng của sợi (%) V, Vq/Z1: Tác độ quấn áng (m/phút) N/Z2 TÁi trọng đặt vào đĩa ma sát của bộ sức căng (cN) Z3: KhoÁng cách gữa áng sợi con và khuyết dẫn sợi (cm) F/Z4 : Lực ép của búp sợi lên áng khía (N) U: Mức tăng độ không đều (%) H: Mức tăng độ xù lông (%) Y: Mật độ quấn búp sợi (g/cm3) R2: Hệ sá xác định mái liên quan giữa kết quÁ dự báo và thực nghiệm (Coefficient of Determination) K: Độ xoắn của sợi (xoắn/m) Các chữ viết tắt ANN: M¿ng nơ ron nhân t¿o (Artificial Neural Networks ) AI: Trí tuệ nhân t¿o (Artificial Intelligence) ASTM: Hiệp hội thí nghiệm và vật liệu hoa kỳ (American Society for testing and Materials) C: Độ cứng búp sợi (Shore) CLSP: Chất lượng sÁn phẩm vii CLS: Chất lượng sợi CVCD: Sợi chÁi thô (60% bông, 40% polyester) CVCM: Sợi chÁi kỹ (60% bông, 40% polyester) COCM: Sợi chÁi kỹ 100% bông HHQ: Hàm hồi quy IPI: Chỉ sá khuyết tật (Imperfection Index) ISO: Tổ chức tiêu chuẩn hóa quác tế (International Organization for Standardization) MLP: M¿ng MLP (Multilayer Perceptron) MAE: Sai sá trung bình tuyệt đái (Mean Square Error) MSE: Sai sá trung bình bình phương (Mean Absolute Error) QHTN: Qui ho¿ch thực nghiệm viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang BÁng 1. Nghiên cứu dự báo CLSP sợi, dệt bằng ANN gần đây. Giá trị trung tâm và khoÁng biến đổi của các thông sá công nghệ.

Ma trận thí nghiệm (k = 4; n0 =1). Kết quÁ tính toán Z1, n0, nM, fM. Các thông sá của cơ cấu cân bằng lực ép cần cho 25 phương án thí nghiệm. Kết quÁ xác định áp lực và lực ép bằng thực nghiệm.

Vận tác quấn áng xác định bằng thực nghiệm Z1t, tính toán Z1 và sự chênh lệch ΔZ của các giá trị vận tác. Kết quÁ xác định mức thay đổi độ xù lông của sợi Ne 31/1 CVCD. Kết quÁ xác định mức thay đổi độ xù lông của sợi Ne 30/1 CVCM. Chất lượng sợi sau quấn áng thay đổi theo vận tác quấn áng Vq.

Mức thay đổi các thông sá chất lượng sợi sau quấn áng so với trước quấn áng. Kết quÁ xác định mức thay đổi độ không đều ∆ui(%) của ba lo¿i sợi (Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1 COCM) sau quấn áng so với trước quấn áng .