2017年江苏省自然科学基金面上项目公示清单

基于BERT的短文本相似度判别模型方子卿，陈一飞*（南京审计大学信息工程学院，江苏南京211815）摘要：短文本的表示方法和特征提取方法是自然语言处理基础研究的一个重要方向，具有广泛的应用价值。

本文提出了BERT_BLSTM_TCNN模型，该神经网络模型利用BERT的迁移学习，并在词向量编码阶段引入对抗训练方法，训练出包括句的语义和结构特征的且泛化性能更优的句特征，并将这些特征输入BLSTM_TCNN层中进行特征抽取以完成对短文本的语义层面上的相似判定。

在相关数据集上的实验结果表明：与最先进的预训练模型相比，该模型在有着不错的判定准确率的同时还有参数量小易于训练的优点。

关键词：词向量模型；自然语言处理；短文本相似度；卷积神经网络；循环神经网络中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2021)05-0014-05开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Short Text Similarity Discrimination Model based on BERTFANG Zi-qing,CHEN Yi-fei*(Nanjing Audit University,Nanjing211815,China)Abstract:Short text representation methods and feature extraction methods are an important direction of basic research in natural language processing,and have a wide range of applications.This paper proposes the BERT_BLSTM_TCNN model.The neural net⁃work model uses BERT's transfer learning and introduces an adversarial training method in the word vector encoding stage to train sentence features that include the semantic and structural features of the sentence and have better generalization performance,and combine these The feature is input into the BLSTM_TCNN layer for feature extraction to complete the similarity determination on the semantic level of the short text.The experimental results on the relevant data set show that:compared with the most advanced pre-training model,this model has a good judgment accuracy rate and also has the advantages of small parameters and easy train⁃ing.Key words:word embedding model;natural language processing;short text similarity;convolutional neural networks;recurrent neu⁃ral networks近些年来随着个人计算机的普及和各种网络信息技术的快速进步，数字化的文本数量也随之呈现爆炸式的增长。

（2017版）面上项目是国家自然科学基金研究项目系列中的主要部分，支持从事基础研究的科学技术人员在国家自然科学基金资助范围内自主选题，开展创新性的科学研究，促进各学科均衡、协调和可持续发展。

面上项目申请人应当具备以下条件：1．具有承担基础研究课题或者其他从事基础研究的经历；2．具有高级专业技术职务（职称）或者具有博士学位，或者有2名与其研究领域相同、具有高级专业技术职务（职称）的科学技术人员推荐。

正在攻读研究生学位的人员不得申请面上项目，但在职人员经过导师同意可以通过其受聘单位申请。

面上项目申请人应当充分了解国内外相关研究领域发展现状与动态，能领导一个研究组开展创新研究工作；依托单位应当具备必要的实验研究条件；申请人应当按照面上项目申请书撰写提纲撰写申请书，申请的项目有重要的科学意义和研究价值，理论依据充分，学术思想新颖，研究目标明确，研究内容具体，研究方案可行。

面上项目合作研究单位不得超过2个，资助期限为4年（仅在站博士后研究人员作为申请人申请的项目可按照依托单位的书面承诺填写相应的资助期限)。

特别提醒申请人注意：1. 申请人撰写申请书，应注意符合本年度《国家自然科学基金项目指南》-“申请须知”-“关于申请书撰写要求”及正文面上项目相应部分的要求，请认真阅读。

2. 申请书中不得出现任何违反法律及有关保密规定的内容，依托单位须认真审核。

由于违反相关规定而导致的一切后果由申请人和依托单位负责。

（2017版）面上项目申请书由信息表格、正文、个人简历和附件构成。

一、信息表格：包括项目基本信息、项目主要参与者和项目资金预算表，填写时应按操作提示在指定的位置选择或按要求输入正确信息；项目资金预算表应按照《国家自然科学基金资助项目资金管理办法》、《国家自然科学基金项目资金预算表编制说明》认真填写，应保证信息真实、准确。

二、正文：参照以下提纲撰写，要求内容翔实、清晰，层次分明，标题突出。

请勿删除或改动下述提纲标题及括号中的文字。

2017年度国家自然科学基金项目指南一、简介2017年度国家自然科学基金项目指南标志着我国科学基金制度的进一步完善和科学研究的深入发展。

自然科学基金是国家为了促进基础研究和培养学术科研人员而设立的专项基金，每年资助的项目数量众多。

对于大部分科研工作者来说，能够获得自然科学基金的资助，是一种荣誉，也是一种责任。

对于该项目指南的深入了解和细致把握是非常必要的。

二、项目指南内容分析1. 项目类别2017年度国家自然科学基金项目指南中，根据科研方向的不同，划分为一般项目、青年项目、优青项目、面上项目、重大研究计划项目等多个类别，这为不同阶段和不同水平的科研人员提供了更多的选择。

2. 申请条件不同类别的项目有着不同的申请条件，包括学位等级、芳龄、科研成果等方面的要求。

在选择申请项目时，科研人员需根据自身的实际情况进行合理选择，并明确适合自己的申请类别。

3. 申请流程项目指南中详细介绍了申请流程、材料准备和评审方式等一系列的操作性内容，这些对于首次申请自然科学基金的科研人员尤为重要。

4. 申请指南对于每一个类别的项目都有着详细的申请指南，包括项目要求、申请材料、评审要点等内容。

在申请时，科研人员需要根据指南要求仔细准备材料，并注意遵循指南规定。

三、我的个人观点和理解从今年的项目指南中可以看出，国家自然科学基金对于科研人员的支持和鼓励是非常大的。

通过精心准备申请材料，有机会获得这些项目的资助，无疑将会对科研人员的研究和发展起到积极的作用。

国家自然科学基金项目的资助更需要科研人员在学术研究上有着扎实的基础和独到的见解，这也能够促进科研人员在学术研究上的不断创新与突破。

国家自然科学基金项目指南的出台为广大科研人员提供了更多的发展机会，也为科研人员的学术研究提供了更多的资金和资源支持。

希望广大科研人员可以抓住这一机会，努力做好申请准备，争取能够获得更多的资助和支持，为科研事业的发展贡献自己的力量。

四、总结通过对2017年度国家自然科学基金项目指南的深入了解和分析，我们不仅可以清晰地了解各类项目的申请条件和申请流程，还可以更好地把握项目申请的重点和难点。

2017年国家自然科学基金青年科学基金项目“ 青年科学基金项目支持青年科学技术人员在科学基金资助范围内自主选题，开展基础研究工作，培养青年科学技术人员独立主持科研项目、进行创新研究的能力，激励青年科学技术人员的创新思维，培育基础研究后继人才。

”青年科学基金项目申请人应当具备以下条件：（1）具有从事基础研究的经历；（2）具有高级专业技术职务（职称）或者具有博士学位，或者有2名与其研究领域相同、具有高级专业技术职务（职称）的科学技术人员推荐；（３）申请当年1月1日男性未满35周岁（1982年1月1日（含）以后出生），女性未满40周岁（1977年1月1日（含）以后出生）。

符合上述条件的在职攻读博士研究生学位的人员，经过导师同意可以通过其受聘单位申请，但在职攻读硕士研究生学位的人员不得申请。

作为负责人正在承担或者承担过青年科学基金项目的（包括资助期限１年的小额探索项目以及被终止或撤销的项目），不得作为申请人再次申请。

青年科学基金项目重点评价申请人本人的创新潜力。

申请人应当按照青年科学基金项目申请书撰写提纲撰写申请书。

青年科学基金项目的合作研究单位不得超过２个，资助期限为３年（仅在站博士后研究人员作为申请人申请的项目可按照依托单位的书面承诺填写相应的资助期限）。

2016年度青年科学基金项目共资助16112项，资助直接费用311670万元，平均资助强度为19.34万元／项，资助率为22.89％，比2015年度降低了1.69个百分点。

2017年，青年科学基金项目的资助强度将比2016年有所增加，直接费用平均资助强度预计达到25万元／项（管理科学部20万元／项）。

请按照研究工作需要，实事求是地提出申请。

数理科学部青年科学研究人才的成长，对数理科学的发展尤显重要。

数理科学部一贯重视对青年科学研究人员的培养和支持，青年科学基金项目资助率始终高于面上项目资助率。

2017年度将持续保持青年科学基金项目的较高资助率，使更多的青年人能获得独立开展科学研究的机会，以培养从事基础科学研究的优秀人才。

备战2017！国自然基金标书撰写全攻略！指导思想篇1、 追求卓越，在知识上要绝对专业，坚决反对侥幸心理。

2、 相信NSFC 申请是公平的，大家靠实力竞争，必须花大力气写标书；如果你认为NSFC 只有关系，你就不用继续往下看了。

3、 NSFC 是一个系统工程，需要花很多时间和精力，而不仅仅是几页标书，是智慧沉淀的结晶。

4、 不要把NSFC 看的高不可及，你要相信自己的创意，哪怕你只是一名一年级硕士。

5、 机会主义是有的，但我们没有什么其它的资本，只能消灭标书里一切可能的失败因素，加上完美的选题和课题设计，彻底征服评委，不给评委任何黑掉你的机会。

6、 基金申请不同于实际研究课题设计，必须把个人兴趣与NSFC 兴趣结合一致，投其所好。

选题立项篇1、 基金成败关键还是选题要好，提前半年，刚入行的提前一年进行课题搜索。

h tt p ://w ww .c a360.ne t/2、 老板指定的题未必是好题，最好自己选题，如何立项应该是研究生学习最重要的一课，毕业后你会发现，没有人会指点你什麽课题有价值了，在中国学术的沙漠里，只剩下你自己了。

3、 好课题是对学科深刻理解的条件下产生的，大量翻阅文献吧，汲取知识的同时千万别忘了思考，你发现别人存在漏洞的时候，好课题就离你不远了。

4、 选题最好以问题为导向，不要以技术为导向，找到问题了，课题就找到了。

而拿着新技术去找能解决的问题，效果多数不好，但还是大有人在，比如RNAi 。

5、 解放思想，发散思维，多方法多学科交叉，一般都会比较受人青睐，容易申请到基金，但不能为了交叉而强行交叉。

6、 创新性新技术、新理论的课题要有一定的理论与技术基础，最好有工作基础，没有你也要东拼西凑，这是在中国，NSFC 似乎讨厌空中楼阁。

7、 临床课题研究最好别选临床应用方向，而选应用基础研究。

8、 选择自己熟悉，有工作基础的领域，别跨越太远。

你是在谝钱，记住了，你不装的象个行家，NSFC 是不会给钱的。

林业工程学报，２０２３，８（６）：１７６－１８５ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２３０６０２１收稿日期：２０２３－０６－２０㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２３－０７－２０基金项目：江苏高校 青蓝工程 ；国家重点研发计划（２０１７ＹＦＤ０６０１１０４）；教育部产学合作协同育人项目（２０２１０１１４８００４）㊂作者简介：薛继肖，男，研究方向为家具设计与工程㊂通信作者：徐伟，男，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｕｗｅｉ＠ｎｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ基于价值流图的板式定制家具小板件生产线负荷平衡薛继肖１，徐伟１，２∗，王军祥３（１．南京林业大学家居与工业设计学院，南京２１００３７；２．南京林业大学智库林业产业发展中心，南京２１００３７；３．索菲亚家居湖北有限公司，黄冈４３８０００）摘㊀要：大规模定制和多样化需求的制造模式使板式定制家具企业面临严峻的挑战，为了提升板式定制家具企业生产线效率，缩短生产交付周期，以板式定制家具企业某车间生产线为研究对象，通过价值流图研究生产线情况，识别出生产线负荷平衡率低㊁生产布局不合理及在制品库积压等问题，利用因果分析法分析问题成因㊂运用流程程序分析法㊁５Ｗ１Ｈ提问法和ＥＣＲＳ原则㊁双手动作分析等工业工程法对瓶颈工序进行改善；对不合理生产布局进行调整，结合改善效果，绘制了未来价值流图；针对生产线负荷不平衡的问题，建立０⁃１整数规划数学模型，并运用ＬＩＮＧＯ求解最小生产节拍等㊂结果表明，优化效果明显，瓶颈工序作业时间减少，生产线负荷平衡率由５２．５８％提升至８６．７４％，平滑性指数由１０．４５降至５．９９，板件搬运效率提升，在制品库存得到显著改善㊂本研究旨在优化板式定制家具企业生产线，提升生产线负荷平衡，实现精益化生产，以期为板式定制家具企业生产线平衡优化提供新思路㊂关键词：板式定制家具；价值流图；生产线；负荷平衡；０⁃１整数规划模型中图分类号：ＴＳ６６４．０㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２３）０６－０１７６－１０ＬｏａｄｂａｌａｎｃｉｎｇｏｆｓｍａｌｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｆｏｒｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄｐａｎｅｌｆｕｒｎｉｔｕｒｅｂａｓｅｄｏｎｖａｌｕｅｓｔｒｅａｍｍａｐＸＵＥＪｉｘｉａｏ１，ＸＵＷｅｉ１，２∗，ＷＡＮＧＪｕｎｘｉａｎｇ３（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＦｕｒｎｉｓｈｉｎｇｓａｎｄＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＤｅｓｉｇｎ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｈｉｎｋＴａｎｋＦｏｒｅｓｔｒｙＩｎｄｕｓｔｒｙＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｏｐｈｉａＨｏｍｅＦｕｒｎｉｓｈｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｈｕａｎｇｇａｎｇ４３８０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｍｏｄｅｏｆｍａｓｓｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｆｉｅｄｄｅｍａｎｄｐｏｓｅｓｓｅｖｅｒｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｔｏｐａｎｅｌｃｕｓ⁃ｔｏｍｉｚｅｄｆｕｒｎｉｔｕｒｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．Ｉｎｔｈｅｆｉｅｒｃｅｍａｒｋｅｔｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｓｕｓｔａｉｎｅｄｇｒｏｗｔｈ，ｐａｎｅｌｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄｆｕｒｎｉｔｕｒｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓｍｕｓｔｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｈａｒｄｗａｒｅ．Ｈｏｗｔｏｒｅｄｕｃｅｃｏｓｔｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｈａｓｂｅｃｏｍｅａｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｍａｎａｇｅｒｓｍｕｓｔｐａｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏ．Ａｓｍｏｏｔｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｒｅｄｕｃｅｏｎ⁃ｓｉｔｅｗａｓｔｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｐｒｏｄｕｃｔｑｕａｌｉｔｙ，ｂｕｔａｌｓｏｒｅｄｕｃｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｆｕｌｌｙｕｔｉｌｉ⁃ｚｉｎｇｌｅａｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｖａｒｉｏｕｓｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｓａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｏｒｅｆｌｅｘｉｂｌｅｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｃｏｍｅａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｐａｎｅｌｆｕｒｎｉｔｕｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｎｔｅｒｐｒｉ⁃ｓｅｓ．Ｖａｌｕｅｓｔｒｅａｍｍａｐｐｉｎｇ（ＶＳＭ）ｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｌｅａｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｖｅｒｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｉｎｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗａｓｔｅｉｓｓｕｅｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔｉｓｒａｒｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｐａｎｅｌｃｕｓ⁃ｔｏｍｉｚｅｄｆｕｒｎｉｔｕｒｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅＶＳＭｍｅｔｈｏｄｔｏｔｈｅｐａｎｅｌｆｕｒｎｉｔｕｒｅｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉ⁃ｃａｎｃｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｏｆｐａｎｅｌｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓａｎｄｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｐｒｏ⁃ｄｕｃｔｉｏｎｄｅｌｉｖｅｒｙｃｙｃｌｅ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｔａｋｅｓａｗｏｒｋｓｈｏｐｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｏｆａｐａｎｅｌｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄｆｕｒｎｉｔｕｒｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅａｓｔｈｅｒｅ⁃ｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｖａｌｕｅｆｌｏｗｄｉａｇｒａｍｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｎ⁃ｓｉｔｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ，ｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍａｉｎｐｒｏｂ⁃ｌｅｍｓａｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｃａｕｓｅａｎｄｅｆｆｅｃｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｔｈｅｉｍｂａｌａｎｃｅｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃ⁃ｔｉｏｎｌｉｎｅ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｐｌａｎｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｐｒｏｃｅｓｓｐｒｏｇｒａｍａｎａｌｙｓｉｓ，５Ｗ１Ｈｑｕｅｓｔｉｏｎｉｎｇ，ａｎｄＥＣＲＳｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｒｅｕｓｅｄ．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｓｕｃｈａｓｈａｎｄｓ⁃ｏｎｍｏｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ａｄ⁃ｊｕｓｔｍｅｎｔｓｗｅｒｅｍａｄｅｔｏｔｈｅｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌａｙｏｕｔ，ａｎｄａｆｕｔｕｒｅｖａｌｕｅｓｔｒｅａｍｍａｐｗａｓｄｒａｗｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｍ⁃ｐｒｏｖｅｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ．Ａ０⁃１ｉｎｔｅｇｅｒｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｂａｌａｎｃｅａｎｄＬＩＮＧＯｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｉｔ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｓｏｂｖｉｏｕｓ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｂａｌａｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅａｆｔｅｒｔｗｏｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｂａｌａｎｃｅｒａｔｅｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ５２．５８％ｔｏ８６．７４％，ａｎｄｔｈｅｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓｉｎ⁃㊀第６期薛继肖，等：基于价值流图的板式定制家具小板件生产线负荷平衡ｄｅｘｄｅｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ１０．４５ｔｏ５．９９．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙａｉｍｅｄａｔｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｏｆｐａｎｅｌｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄｆｕｒｎｉｔｕｒｅｅｎｔｅｒ⁃ｐｒｉｓｅｓ，ｅｎｈａｎｃｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｂａｌａｎｃｅ，ａｎｄａｃｈｉｅｖｉｎｇｌｅａｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｎｅｗｉｄｅａｓｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉ⁃ｚａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｂａｌａｎｃｅｉｎｐａｎｅｌｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄｆｕｒｎｉｔｕｒｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｎｅｌｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄｆｕｒｎｉｔｕｒｅ；ｖａｌｕｅｓｔｒｅａｍｍａｐｐｉｎｇ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅ；ｌｏａｄｂａｌａｎｃｉｎｇ；０⁃１ｉｎｔｅｇｅｒｍｏｄｅｌ㊀㊀在 工业４．０ 和 中国制造２０２５ 等先进制造战略与模式下［１］，我国正从制造业大国向制造强国转变，这也对制造业提出了更高的要求㊂作为家具行业的新势力，板式定制家具的制造水平处于行业领先，正朝着工业４．０不断探索中；但是由于生产环境和制造模式的转变，多元化的用户需求及激烈的市场环境使得企业的生产与管理面临严峻的挑战㊂因此，提升生产效率，改善产品质量，降低成本成为家具企业提升市场竞争力的重要途径㊂生产线优化一般分为发现问题和分析优化两个部分㊂在发现问题阶段，价值流程图（ｖａｌｕｅｓｔｒｅａｍｍａｐｐｉｎｇ，ＶＳＭ）是比较常用的方法之一，是在丰田生产方式下通过精益制造生产的系统框架运用一系列特殊流程图工具来描述物料流和信息流的形象化工具［２］㊂作为精益生产的重要改善工具，价值流图的应用范围十分广泛，既可以用于企业生产现场改善，又可以用于整体业务流程的改善，便于工程师㊁管理人员及客户清晰地了解企业现状㊂价值流图可以从价值的角度观察从生产到交付的各个流程，识别生产中的增值和非增值部分，挖掘生产线现存问题，从而得到具体的改善机会㊂另外，它能够系统性发现改进空间并全面改善价值流㊂目前价值流图法主要应用在流程式生产线上，并且取得了理想效果，但是在板式定制家具企业这种离散型制造企业应用很少，因此，将ＶＳＭ法应用到板式家具行业具有重要意义㊂生产线分析优化主要包括工业工程方法㊁数学模型法㊁仿真模拟法等方法㊂目前研究成果如下：１）单一方法优化生产线㊂主要分为单独采用工业工程方法㊁数学模型法㊁仿真模拟法去优化的３种方法㊂如单独使用工业工程方法优化，马清如［３］结合平衡设计模型以及ＥＣＲＳ原则对实木家具生产线工艺流程和布局进行优化；单独使用数学模型法优化，赵晏林等［４］构建了生产线负荷平衡优化模型；采用遗传算法和ＭＡＴＬＡＢ求解，邢彩虹［５］用ＳＬＰ法和遗传算法进行车间布局优化，达成了最小物流成本的目标；单独使用仿真模拟法优化，秦晓宇等［６］使用ｅＭ⁃ｐｌａｎｔ软件对衣柜生产线进行仿真优化，提出了最优生产批量㊂２）不同方法组合优化生产线㊂研究表明，采用多种方法优化生产线取得的效果更加显著㊂相比单独采用工业工程方法，工业工程方法与仿真模拟组合优化能够更直观地量化优化效果，验证优化的有效性㊂如赵晓露等［７］运用工业工程法优化了皮夹生产线，并利用Ｆｌｅｘｓｉｍ对改善效果仿真分析与评价；王辉等［８］利用Ｆｌｅｘｓｉｍ和流程程序分析等方法对木门生产线进行了优化；高泽［９］采用精益思想优化生产布局与瓶颈工序，最后用ｅＭ⁃ｐｌａｎｔ验证了改善有效性；以上３种方法组合使用效果最为理想，能够从定性管理和定量技术角度协同优化生产线，如田世海等［１０］㊁张文宇［１１］和刘菲等［１２］均综合采用工业工程㊁数学模型法㊁仿真模拟法等方法来优化生产线㊂基于此，本研究从生产线改善的角度出发，以某板式定制家具生产线为研究对象，通过价值流图法㊁工业工程方法和０⁃１整数规划数学模型方法等优化生产线，提升生产线负荷平衡率和生产效率，从而达到降本增效的目的㊂１㊀生产线现状及问题分析１．１㊀生产线概述Ｓ企业是板式定制家具制造企业，生产橱柜㊁衣柜㊁木门等多种板式定制家具㊂选取配套车间小板件生产线进行调研，小板件指的是长或宽尺寸小于２００ｍｍ的板件，常见于衣柜踢脚线㊁抽屉旁板等㊂受到多元化的市场和客户需求影响，产品类型多样，更新周期快，生产过程复杂，给生产和管理带来诸多困难㊂据了解，该车间生产自动化不足，部分工序很大程度依赖人工操作，生产效率低下且生产周期长，因此对生产线进行优化，设置更加灵活的生产方式是必要的㊂１．２㊀生产信息收集绘制价值流图第一步需要收集生产数据，通过观察现场，调研车间工作管理人员及结合生产信息，获取以下信息作为绘制现状价值流图的依据㊂１）产品族选取㊂划分产品族往往以产量和产品的相似度为依据［１３］㊂根据生产线订单数据，现采用ＰＱ（ｐｒｏｄｕｃｔｓｑｕａｎｔｉｔｙ）／ＰＲ（ｐｒｏｄｕｃｔｓｒｏｕｔｉｎｇ）分析方法，按照小板件生产线的产品数量以及工艺路线进行分析，如表１所示㊂小板件线主要生产窄板㊁非标板和收口板等３种产品，窄板产品订单占比最大，选取其为主要研究对象㊂７７１林业工程学报第８卷表１㊀产品ＰＱ／ＰＲ分析Ｔａｂｌｅ１㊀ＰｒｏｄｕｃｔＰＱ／ＰＲａｎａｌｙｓｉｓ产品类型开料封边排钻电子锯推台锯自动切割机封边机六面钻三排钻板件数／件板件占比／％窄板㊀１９３０５６０．０７非标板８７７５２７．３０收口板４０６０１２．６３㊀㊀２）客户需求与节拍㊂小板件生产线产能目标图１㊀现状价值流图Ｆｉｇ．１㊀Ｃｕｒｒｅｎｔｖａｌｕｅｓｔｒｅａｍｍａｐ平均每天约９００单，每单约９．８５件板，工人作业为两班制（即为两个班次），每天实际有效作业时间共２０ｈ㊂根据公式（１）可以计算出需求节拍（ｔａｋｅｔｉｍｅ）为８．１２ｓ／件，即理论上每隔８．１２ｓ就应该生产１件合格板材㊂ＴＴ＝Ｔ／Ｎ（１）式中：ＴＴ为客户需求时间，也称生产节拍，ｓ／件；Ｔ为每天可用工作时间，ｓ；Ｎ为每天需要加工的板件数量，件㊂３）生产信息传递㊂该公司每月接受１次客户需求预测订单和实际需求订单，计划部门每天进行排产，将订单信息传递给采购部门和生产车间，采购部门每周１ ２次将订货信息给供应商，供应商每天送货１ ２次㊂４）工序信息㊂小板件加工工艺流程主要由开料㊁封边㊁排钻㊁分板㊁检验㊁包装等６个工序组成㊂通过秒表测时法测定获得各工序的标准作业时间，结合设备和作业人数㊁在制品库存等制成了工序流程统计表，如表２所示㊂ＣＴ（ｃｙｃｌｅｔｉｍｅ，ＴＣ）周期时间指某个动作发生的两次时间间隔，家具生产中指某个工序加工相邻板件的时间差；ＰＴ（ｐｒｏｃｅｓｓｔｉｍｅ，ＴＰ）流程时间是指所有设备同时运行时的加工能力，通常ＴＣ＝ＴＰ／设备数或ＴＣ＝ＴＰ／人数［１４］㊂由表２可知，开料工序ＴＰ＝４２．８４ｓ，封边工序ＴＰ＝４１．８３ｓ，排钻工序ＴＰ＝７８．６９ｓ，分板工序ＴＰ＝２１．９５ｓ，检验工序ＴＰ＝３０．７５ｓ，包装工序ＴＰ＝２３４．５０ｓ，各工序的ＴＣ由以上公式计算，包装工序作业人数５个，平均每包板件约为４块，因此，包装工序的ＴＣ＝ＴＰ／人数／板件数量㊂表２㊀工序流程统计Ｔａｂｌｅ２㊀Ｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ工序人或加工设备数量ＴＰ／ｓＴＣ／ｓ在制品库存量／件开料电子锯５４２．８４８．５７１２７６封边直线封边机４４１．８３１０．４６１７００排钻六面４７８．６９１９．６７６６８分板人工４２１．９５５．４９２２５检验人工５３０．７５６．１５７８５包装人工５２３４．５０１１．７３１．３㊀生产线现状价值流图根据以上信息，绘制了小板件生产线的现状价值流图，如图１所示㊂价值流分析可以帮助识别生产中的增值活动（ＶＡ）和非增值活动（ＮＶＡ），增值活动主要是产品的加工过程，非增值活动指生产中的辅助工序，非增值活动即为浪费㊂分析现状价值流图，时间轴显示着产品生产８７１㊀第６期薛继肖，等：基于价值流图的板式定制家具小板件生产线负荷平衡的增值时间和非增值时间，根据公式（２） （４）计算，生产过程中增值时间（ＴＡ）为６２．０７ｓ，非增值时间（ＴＵ）为１．７３ｄ，增值比（Ｉ）为０．０４１５％，增值比较低，说明生产过程存在很多非增值活动，需要挖掘浪费点进行优化㊂ＴＡ＝ðｎｉ＝１Ｔｉ（２）ＴＵ＝ðｎｉ＝１ｔｉ（３）Ｉ＝ＴＡ／（ＴＡ＋ＴＵ）（４）式中：Ｔｉ为各工序加工时间；ｔｉ为工序加工之外时间㊂１．４㊀生产线现存的主要问题及原因分析结合价值流分析和现场及工作管理人员的调研，主要存在如下问题：１）生产线负荷不平衡，瓶颈工序影响严重㊂由表２可知，各工序的加工时间不均衡，排钻和包装等工序相较于其他工序，标准作业时间过长，是生产线的瓶颈工序，导致整体加工时间过长，拖延交货周期㊂生产线负荷平衡是分析生产线各个工序负荷能力，合理调整负荷分配，平衡工序负荷，使得各工序作业时间尽可能接近的技术与方法［１５］㊂衡量生产线的效率，往往采用生产线负荷平衡率（Ｐ）㊁平衡损失率（ｄ）和平滑性指数（ＩＳ）等指标［１６］㊂一般生产线负荷平衡评估指标看ｄ的取值范围，ｄ＜１０％为优，１０％ɤｄɤ２０％为良，ｄ＞２０％为差㊂根据公式（５） （７）和表２计算得到该生产线负荷平衡率为５２．５８％，平衡损失率为４７．４２％，平滑性指数为１０．４５㊂生产线负荷平衡率很低，浪费现象严重，存在较大的改善空间㊂Ｐ＝ðｎｊ＝１Ｔｊ／（ＴｍａｘˑＮ）（５）ｄ＝１－Ｐ（６）ＩＳ＝ðｎｊ＝１（Ｔｍａｘ－Ｔｊ）２／Ｎ（７）式中：Ｔｍａｘ为工序最大作业时间；Ｎ为工序数量；Ｔｊ为第ｊ个工位的作业时间；ｎ为工序总数㊂２）车间布局不合理，物流搬运效率低下㊂从图２可以看出，其主要采用岛台式布局［１７］，加工设备布局比较混乱，３种板件的加工工艺路径和物流路线存在交叉混流情况，缺乏生产专线概念，容易造成物料的延误配送和搬运阻塞现场现象，导致作业等待，增加了非增值活动㊂由表３可知，生产布局不合理造成各工序之间搬运距离较远，且板件主要由人工搬运，搬运效率低下㊂另外，未设置专门的暂存区和不良品的待放区，半成品随意堆放影响物流的畅通，不合格品容易与合格品混在一起，流入下一个生产工序㊂图２㊀改善前车间布局及物流图Ｆｉｇ．２㊀Ｉｍｐｒｏｖｅｄｌａｙｏｕｔａｎｄｌｏｇｉｓｔｉｃｓｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｗｏｒｋｓｈｏｐｂｅｆｏｒｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ表３㊀产品物流分析Ｔａｂｌｅ３㊀Ｐｒｏｄｕｃｔｌｏｇｉｓｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ产品名称物流流转路径搬运距离／ｍ窄板㊀电子锯 直线封边机 六面钻６７．５５非标板推台锯 切割机 直线封边机 三排钻８２．６６收口板推台锯 直线封边机８２．９４㊀㊀３）在制品库存量大，在制品储存时间长㊂由图１现状价值流图可知，开料和封边间在制品库存量为１２７６件，消耗该部分库存时间为０．１４ｄ；封边和排钻工序间的在制品库存量高达１７００件，消耗该部分库存时间长０．１９ｄ㊂开料至封边和封边至９７１林业工程学报第８卷排钻工序间在制品库存量大，库存流转慢，造成了过多的库存浪费，延长了产品交付周期㊂工序间过多的在制品库存造成了现场拥堵，影响生产效率，也会让管理人员不能及时发现生产中的问题，库存和管理成本增加㊂图３㊀排钻工序流程程序分析图Ｆｉｇ．３㊀Ｐｒｏｇｒａｍａｎａｌｙｓｉｓｄｉａｇｒａｍｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ梳理现存生产线负荷平衡等问题，使用因果分析法，从人㊁机㊁料㊁法㊁环等５个方面进行分析，归纳出深层次原因，从而能够针对性地解决问题㊂人员方面主要是缺乏对员工的培训，一些员工缺乏专业知识导致操作方法不当，主动学习工作的积极性不高；机器方面主要是设备老化和设备保养不到位，设备故障和停机比较多，导致加工板件的精度不高；物料方面主要因为原材料质量不稳定，上下工序之间的配送物料不及时，导致被迫停机，会出现等待现象，也会造成在制品库存堆积现象；方法方面，员工作业方法不标准，增加了不必要作业操作，延长了生产时间，违背动作经济原则，且瓶颈工序也会延长生产周期；环境方面，车间布局不合理导致搬运路线过长，增加了搬运时间，区域划分不合理，暂存区的容量太小，车间噪声过大，会影响员工的作业等㊂２㊀生产线负荷平衡优化２．１㊀生产线负荷平衡优化思路针对小板件生产线问题，提出生产线负荷平衡改善过程思路㊂首先绘制现状价值流图，识别生产线现存问题；其次分析问题成因，制定并实施改善措施，绘制未来价值流图，持续改善以达到优化生产线的目的㊂结合小板件生产线现状价值流图识别的现存问题及问题成因，最终提出平衡优化的方案，主要包括瓶颈工序优化㊁车间布局调整和针对生产线负荷平衡问题建立数学模型求最优解等，以提升生产线负荷平衡率㊂２．２㊀生产线瓶颈工序优化排钻工序是瓶颈工序，是制约生产线负荷平衡提高的重要原因，对该工序进行流程程序分析，如图３所示㊂优化前排钻工序的作业时间共为７７ｓ，其中加工共６次㊁搬运２次㊁检查３次㊁储存１次，移动距离为４．５ｍ㊂通过分析发现，加工之前员工需要进行分板㊁上料㊁检验等工作，会造成大量的机器等待时间㊂为了提出合理的优化方案，采用５Ｗ１Ｈ分析法对排钻工序提问，如表４所示㊂发现０８１㊀第６期薛继肖，等：基于价值流图的板式定制家具小板件生产线负荷平衡作业之前的板件分类和初步外观检验等工作可以由分板员协助完成，另外员工在操作和检验过程中也存在改善空间㊂运用ＥＣＲＳ原则改进作业流程，取消步骤１ ３，由分板员协助排钻工序员工进行板件分类和外观质量检验作业，然后将分好类的板件搬运到六面钻工作台完成上料工作；合并步骤６和７，工人脚踩下脚踏开关的同时可以按下设备的启动按钮；合并步骤９和１０，翻板进行打孔质量检验的同时可以用气枪进行清理板件操作㊂优化后排钻工序平均加工一块板的作业时间减少了１３．８ｓ，节省了加工３次㊁搬运１次㊁检查１次，移动距离减少了２ｍ㊂另外，板件待放在地面的滚筒上，员工每次取板和放板时都需要弯腰，且板件重量大，长期作业会增大劳动强度，将滚筒提升至距地７００ｍｍ，符合站姿肘高，并将转运推车优化成可以调节高度的，保证板件正常转运的同时，可以降低工作强度和提高工作效率㊂包装工序作业时间也远超过了其他工序，需要进一步改善，员工主要采用双手作业的形式，因此采用双手作业分析法对员工操作方式以及动作数目进行分析，绘制了改善前双手动作分析图，如图４所示㊂该工序存在如下问题：员工的左右手作业不平衡，不符合双手作业原则，过多使用右手作业，而左手存在较多的等待，容易造成动作浪费；工作台的工具㊁所需要的物料及废料箱的布局不合理，员工每次拿取护角需要弯腰，且拿取纸皮和丢弃废料需要转身操作，违背了动作经济原则，容易产生动作浪费㊂对其布局进行重新规划，将纸皮和护角等物料放置在工作台前端，方便员工拿取，将废料箱放在工作台右边，减少了弯腰和转身等无效动作㊂工作区域的调整，使得员工能够有效利用双手进行取放工具和物料，消除了左手过多的等待浪费；对于简单操作，不需要双手同时作业，可以单手作业，同时另一只手可以完成其他作业，能够有效缩短包装的作业时间，提升工作效率㊂改善后如图４所示，优化后员工的左右手动作数量接近，左手等待明显减少，将部分右手动作调整至左手㊂通过对部分作业表４㊀排钻工序５Ｗ１Ｈ提问分析表Ｔａｂｌｅ４㊀Ａｎａｌｙｓｉｓｔａｂｌｅｆｏｒ５Ｗ１Ｈｑｕｅｓｔｉｏｎｓｉｎｄｒｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ序号提问回答１为什么排钻工序的时间比较长？因为工人的操作比较多，首先要对待加工的板件分类，搬至工作台，检验完成后才可以加工２可以取消分板和初步检验作业？不可以３为什么不可以取消这一操作？因为板件打孔信息不一致，预先分类可以减少调机时间，提升打孔效率４有没有更适合做分板和初步检验的人？有，分板员可以替代排钻工位员工５加工后板件首检和翻板检查可以合并？可以６还存在什么操作可以改进？工人每次从待放区拿取和放置板件都需要弯腰，增加了工作强度Ｆｉｇ．４㊀Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｗｏｈａｎｄｍｏｖｅｍｅｎｔｉｎｐａｃｋａｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ１８１林业工程学报第８卷进行重排和简化，作业流程更加合理，对该工序重新进行作业测定，改善后作业时间由２３４．５ｓ减少到２０２．０ｓ㊂通过对排钻和包装等瓶颈工序进行优化，其作业时间均降低，重新计算生产线负荷平衡率为６１．２９％，平衡损失率为３８．７１％，平滑指数为６．９，但是优化后生产线负荷平衡率并没有达到理想状态，还存在待改善空间㊂２．３㊀生产线布局优化针对小板件车间布局问题，按照作业关系的密切程度，重新规划各产品加工设备的位置，将生产线梳理清晰，规范了产品的流向，优化后的布局及物流如图５所示㊂搬迁两台电子锯和原有的封边机㊁六面钻搭建窄板生产线；搬迁两台推台锯㊁两台切割机与原有的封边机和三排钻搭建非标板生产线；搬迁了两台推台锯㊁两台切割机与原有的封边机搭建收口板生产线㊂优化后窄板的搬运距离由６７．５５ｍ减少至３５．６ｍ，减少了３１．９５ｍ；优化后非标板的搬运距离由８２．６６ｍ减少至４８．４２ｍ，减少了３４．２４ｍ；优化后收口板的搬运距离由８２．９７ｍ减少至４７．０５ｍ，减少了３５．９２ｍ㊂优化后小板件生产线混乱冗杂的现象得到明显改善，各加工环节之间转运更加流畅，有效减少了工人的搬运距离和重复搬运次数，减轻了搬运工作的负担㊂图５㊀改善后车间布局及物流图Ｆｉｇ．５㊀Ｉｍｐｒｏｖｅｄｗｏｒｋｓｈｏｐｌａｙｏｕｔａｎｄｌｏｇｉｓｔｉｃｓｄｉａｇｒａｍ图６㊀未来价值流图Ｆｉｇ．６㊀Ｆｕｔｕｒｅｖａｌｕｅｓｔｒｅａｍｍａｐ２．４㊀生产线未来价值流图未来价值流图是改善效果的体现，能够继续识别工序改善机会点，制定更加详细的改善计划，消除浪费，让价值流动起来㊂从工艺流程㊁现场布局和物流路线等方面提出优化措施，对优化后的生产数据重新统计，绘制了未来价值流图，如图６所示㊂对比分析现状与未来价值流图可知，通过流程程序分析和双手动作分析方法优化瓶颈工序后，排钻工２８１㊀第６期薛继肖，等：基于价值流图的板式定制家具小板件生产线负荷平衡序的作业周期时间由１９．６７ｓ减少至１５．８０ｓ，包装工序由１１．７３ｓ减少至１０．１０ｓ，生产流程更加合理，动作浪费明显减少；通过布局调整，建立不同板件生产线，物流距离明显缩短，减少了搬运和等待浪费，且生产畅流让各工序间在制品库存大大减少，在制品库存积压的时间也由１．７３ｄ缩短到１．３４ｄ，非增值时间减少，库存浪费降低；总体增值比由原来的０．０４１５％增至０．０４８８％，提高了１７．５９％㊂优化后生产线平衡率也提升至６１．２９％，但是还未达到理想状态，因此需要数学模型方法对其进一步优化，提升小板件生产线负荷平衡率，使其达到较高标准㊂图７㊀小板件生产线作业优先关系图Ｆｉｇ．７㊀Ｐｒｉｏｒｉｔｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｄｉａｇｒａｍｆｏｒｓｍａｌｌｐａｎｅｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ３㊀基于０⁃１整数规划模型的生产线负荷平衡优化３．１㊀０⁃１整数规划模型建立０⁃１整数规划理论在生产线负荷平衡优化方面具有重要作用，主要应用于生产线工序的作业单元的优化方面［１８］，通常是利用整数规划理论建立以工作站数最小为目标的生产线负荷平衡第Ⅰ类模型和以生产节拍最小为目标的第Ⅱ类模型进行优化㊂因此，对于小板件生产线，在工序数量和其他情况不变的前提下，以生产节拍最小化为优化目标，建立０⁃１整数规划模型，定量分析改善，提升生产线负荷平衡率，使得生产线运行更加流畅㊂在此数学模型当中，选取生产线各工序的作业单元为对象，需要划分各工序的作业单元及作业顺序，各作业单元标准作业时间如表５所示㊂作业单元的优先关系如图７所示，每个圆圈代表一个作业单元，圈外数字代表标准作业时间，箭头代表各个作业单元的前后顺序㊂构建生产线负荷平衡的数学模型，需要结合实际作业情况来确定模型的约束条件，具体如下：１）小板件生产线的各作业单元需要被分配到对应工位上，且只能被分配到一个工位上㊂２）当作业元素间存在优先关系时，若作业单元ｉ为ｊ前面的作业，ｊ被分配到工序Ｋ上，则ｉ只能被分配到１ Ｋ工序（工作站）上作业，否则不符合㊂表５㊀小板件生产线作业单元划分Ｔａｂｌｅ５㊀Ｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｗｏｒｋｕｎｉｔｓｆｏｒｓｍａｌｌｐａｎｅｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅ工序序号工序作业单元序号作业单元作业单元作业时间／ｓ工序作业时间／ｓ１开料１开料４２．８４４２．８４２封边２封短边１９．０８４１．８３３封长边２２．７５３排钻４排钻７８．６９７８．６９４分板５配套点数９．４５２１．９５６放板１２．５０５检验７取单４．８９３０．７５８扫码３．３５９检验质量１０．８２１０核对点数３．１７１１拼板测量５．１２１２放置板件３．４０１３搬运１２．１４１４摆板５１．９７１５切割纸皮４．６３６包装１６填充泡沫５７．２８２３４．５７１７封箱７６．９５１８贴标签２．２９１９搬运２９．３１㊀㊀３）小板件生产线各工序的标准作业时间的总和须小于或等于生产节拍ＴＣ㊂根据以上的约束条件，结合０⁃１整数规划理论，建立了如下数学模型Ｌ：Ｌ＝ｍｉｎＴＣ（８）ðＫｋ＝１Ｘｉｋ＝１（ｉ＝１，２，３， ，ｍ）ðＫｋ＝１（Ｘｊｋ－Ｘｉｋ）ȡ０；［（Ｉ，ｊ） Ｐｒｅｄ］ðｍｉ＝１ＸｉｋｔｉɤＴＣ（ｋ＝１，２，３， ，Ｋ）ìîíïïïïïï（９）模型中所用到符号与决策变量如下：３８１林业工程学报第８卷１）符号：ＴＣ为生产线生产节拍；Ｋ为工序数；ｋ为工序序号；ｍ为作业单元的数量；ｉ，ｊ为作业元素的序号；ｔｉ为第ｉ个作业元素所需的时间；Ｐｒｅｄ为作业单元优先关系的集合，Ｐｒｅｄ＝｛（ｉ，ｊ）｝代表作业单元ｉ为ｊ的上一个作业㊂２）决策变量：Ｘｉｋ为０⁃１变量㊂Ｘｉｋ＝１，表示工序Ｋ有作业单元被分配０，表示工序Ｋ没有作业单元被分配{３．２㊀基于ＬＩＮＧＯ的数学模型求解ＬＩＮＧＯ软件主要是一款用来求解最优化问题的软件，能够快速求解大规模问题，因此被广泛应用到求解线性规划㊁非线性规划以及整数规划等问题㊂结合该生产线的标准作业时间及各工序作业单元的优先关系等，基于上述建立的基于第Ⅱ类生产线负荷平衡问题的０⁃１整数规划数学模型，将其转化为目标函数，运用ＬＩＮＧＯ对其求解，求解结果为当工序数量为６，最小生产节拍为８６．５９ｓ时，生产线第Ⅱ类模型优化后，各工序作业单元安排如表６所示㊂优化后生产线负荷平衡率提升至８６．７４％，平滑性指数降为５．９９㊂表６㊀０⁃１整数模型优化后工序作业单元划分Ｔａｂｌｅ６㊀Ｄｉｖｉｓｉｏｎｔａｂｌｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｕｎｉｔｓａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆ０⁃１ｉｎｔｅｇｅｒｍｏｄｅｌ工序作业单元序号作业时间／ｓ１１，２，３８４．６７２４，５７８．６９３６，７，８，９４１．０３４１０，１１，１２，１３，１４，１５８０．４３５１６，１９８６．５９６１７，１８７９．２４３．３㊀生产线负荷平衡优化效果与评价结合生产线现存问题，运用工业工程㊁布局优化等方法对瓶颈工序等进行了第１次优化，运用０⁃１整数规划模型对生产线进行第２次优化，对二次优化前后的生产线负荷平衡指标进行了比较，结果见图８㊂第１次对生产线的局部优化，优化后排钻和包装等瓶颈工序时间降低，生产布局更加合理，板件搬运时间缩短且搬运次数减少，在制品库存明显减少，生产线负荷平衡率提升至６１．２９％，生产线平滑性指数下降到６．９０，但生产线距离良好水平还有一定差距；第２次在局部优化的基础上，从整体上优化生产线，优化后各工序作业时间更趋向一致，生产线平衡率提升至８６．７４％，平滑性指数降至５．９９，由此可以看出，优化后生产线处于良好的平衡水平㊂经过两次平衡优化，小板件生产线的各项指标得到了较大提升，也进一步验证了本研究提出的生产线负荷平衡优化方案的有效性及可行性，可以帮助板式定制家具企业解决实际的生产问题㊂图８㊀生产线负荷平衡指标优化前后对比Ｆｉｇ．８㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｂａｌａｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ４㊀结㊀论本试验对板式定制家具小板件生产线进行研究，探讨生产线负荷平衡优化与提升的方法㊂运用价值流图法识别生产线现存问题，采用工业工程方法优化了瓶颈工序，降低了作业时间，提升了生产效率；通过生产布局调整减少了物流距离和搬运次数，降低了在制品库存，缩短了在制品积压周期；在此基础上，以最小生产节拍为目标，结合０⁃１整数规划理论，建立了生产线负荷平衡第Ⅱ类模型，运用ＬＩＮＧＯ求最优解，进一步将生产线负荷平衡率提升至良好水平㊂研究结果表明，基于价值流图㊁工业工程方法和０⁃１整数规划数学模型等方法，能够很好地解决板式定制家具生产线问题㊂研究思路可为板式定制家具生产线优化与生产线负荷平衡率提升提供参考和新思路㊂另外，为了达到更好的生产线负荷平衡优化效果，未来的研究可更深入分析企业实际情况，建立更加科学高效的数学模型去优化生产线，也可引入仿真软件和各种信息化软件进行生产线负荷平衡的研究㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］吴智慧．工业４．０时代中国家居产业的新思维与新模式［Ｊ］．木材工业，２０１７，３１（２）：５－９．ＤＯＩ：１０．１９４５５／ｊ．ｍｃｇｙ．２０１７０２０１．ＷＵＺＨ．ＮｅｗｔｈｉｎｋｉｎｇａｎｄｎｅｗｍｏｄｅｌｓｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅｈｏｍｅｆｕｒ⁃ｎｉｓｈｉｎｇｓｉｎｄｕｓｔｒｙｉｎｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙ４．０ｅｒａ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＷｏｏｄＩｎｄｕｓ⁃ｔｒｙ，２０１７，３１（２）：５－９．［２］王玺，梅清晨，贾禄冰．价值流分析在连接器装配中的精益改善应用［Ｊ］．制造技术与机床，２０２２（４）：１５４－１５８．ＤＯＩ：１０．１９２８７／ｊ．ｍｔｍｔ．１００５－２４０２．２０２２．０４．０２５．ＷＡＮＧＸ，ＭＥＩＱＣ，ＪＩＡＬＢ．Ｌｅａｎｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｖａｌｕｅｓｔｒｅａｍａｎａｌｙｓｉｓｉｎｃｏｎｎｅｃｔｏｒａｓｓｅｍｂｌｙ［Ｊ］．Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ４８１。

研究与技术丝绸ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＩＬＫ汉麻纤维特点及其脱胶进展Ｈｅｍｐｆｉｂｅｒｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｄｅｇｕｍｍｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓ马菁霞ꎬ孟超然ꎬ傅佳佳ꎬ沈㊀根(江南大学纺织科学与工程学院ꎬ江苏无锡２１４１２２)摘要:汉麻纤维是天然纤维的一种ꎬ其织物具有清凉透气㊁抗紫外线㊁消除静电㊁天然抑菌及吸音消波等优良性能ꎬ被广泛用于医疗㊁军事及民用纺织领域ꎮ文章分析了汉麻纤维的形态结构和化学成分ꎬ总结了化学脱胶㊁生物脱胶㊁物理脱胶及联合脱胶方法制备汉麻纤维的优缺点ꎬ并提出采用新型氧化脱胶㊁有机溶剂脱胶与联合脱胶法可以在保证纤维质量的同时减轻环境污染ꎮ研究认为ꎬ汉麻脱胶技术应当在低能耗㊁高效率及绿色环保的方向上开展深入研究ꎻ以物理脱胶为辅ꎬ结合生物酶处理ꎬ并减少化学试剂的用量ꎮ关键词:汉麻ꎻ纤维ꎻ脱胶方法ꎻ联合脱胶ꎻ绿色脱胶中图分类号:ＴＳ１２３ꎻＴＳ１２４.２㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００１７００３(２０２３)０８００７３０９引用页码:０８１１０９ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣７００３.２０２３.０８.００９收稿日期:２０２２１００４ꎻ修回日期:２０２３０６２０基金项目:国家自然科学基金面上项目(３１４７０５０９)ꎻ江苏省青年科学基金项目(ＢＫ２０１９０６０９)ꎻ中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(ＪＵＳＲＰ１２２００６)ꎻ江南大学大学生创新训练计划项目(２０２２０４９Ｚ)ꎻ纺织行业天然染料重点实验室开放基金资助项目(ＳＤＨＹ２１２２)作者简介:马菁霞(１９９９)ꎬ女ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为麻纤维的化学脱胶ꎮ通信作者:傅佳佳ꎬ教授ꎬｋａｔｈｙｆｊｊ＠１２６.ｃｏｍꎮ㊀㊀大麻是大麻科大麻属一年生双子叶草本植物ꎬ通常被区分为 毒品大麻 和 工业大麻 ꎮ工业大麻的四氢大麻酚(ＴＨＣ)含量低于０.３％ꎬ主要用于纺织领域[１]ꎮ大麻纤维最早在中亚种植ꎬ是人类最早应用在纺织领域的天然纤维之一ꎬ如今可产于世界各地ꎬ主要集中在中国㊁法国㊁俄罗斯㊁美国和加拿大等国家ꎮ中国种植麻的历史悠久ꎬ同时产量位居世界前列[２]ꎮ由于大麻纤维中含有四氢大麻酚(ＴＨＣ)ꎬ这种成分会麻痹神经ꎬ使人产生幻觉ꎬ因此大麻最早是一种医用麻醉剂ꎮ２０世纪初ꎬ由于大麻纤维较硬挺㊁抗皱性差且难以纺纱ꎬ同时被大量加工为毒品和兴奋剂ꎬ许多西方国家明令禁止种植大麻ꎬ对大麻的研究应用也随之停止ꎮ直到２０世纪末ꎬ英国培育出了ＴＨＣ含量低于０.３％的大麻品种ꎬ即工业大麻ꎬ也被称为汉麻㊁线麻㊁寒麻㊁火麻等ꎬ各个国家才逐步放开对工业大麻种植的管制[３]ꎬ人们又开始重新挖掘汉麻纤维作为一种生态纺织原料所具有的优异性能ꎮ汉麻织物具有一般麻类织物的通性ꎬ如挺括滑爽㊁吸湿放湿性好㊁防霉抗菌㊁透气性好[４]ꎻ同时汉麻纤维还具有显著的独特性能ꎬ比如其良好的抗菌性可以用作医用纺织品ꎬ独特的消音吸波㊁耐高温及高效阻隔紫外线的特点使其广泛作为军事用品的原料[５]ꎮ然而ꎬ由于存在半纤维素㊁木质素㊁果胶和水溶物等胶杂质ꎬ汉麻纤维彼此之间具有很强的黏合性[６]ꎮ因此在纺纱之前ꎬ需要对汉麻进行充分脱胶以去除黏性成分ꎬ从而获得可分离的单纤维[７]ꎮ本文主要就汉麻不同脱胶方法的原理㊁优缺点及技术的发展进行总结ꎬ提出汉麻脱胶今后的发展方向应当是多种方法联合使用ꎬ减少化学试剂的用量ꎬ充分发挥物理方法的辅助作用ꎬ结合生物酶法进行处理ꎮ１㊀汉麻纤维的特点１.１㊀汉麻纤维形态结构汉麻秆茎部的横截面如图１所示[８]ꎮ图２为汉麻纤维韧皮的微观结构ꎬ主要包括细胞空腔和细胞壁ꎬ细胞壁由细胞图１㊀汉麻秆茎部的横截面Ｆｉｇ.１㊀Ａｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｅｍｏｆａｈｅｍｐｓｔａｌｋ３７Ｖｏｌ.６０㊀Ｎｏ.８Ｈｅｍｐｆｉｂｅｒｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｄｅｇｕｍｍｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓ膜㊁初生胞壁和次生胞壁组成ꎬ而次生胞壁又可以划分为三层ꎬ依次为Ｓ１㊁Ｓ２㊁Ｓ３ꎮ另从图３可以看出ꎬ汉麻单纤维呈管状ꎬ纵向平直ꎬ表面粗糙有节ꎬ沿纤维方向有不同程度的裂痕ꎻ纤维横截面大多呈不规则的椭圆形或多边形ꎬ内有狭长的中腔结构ꎬ这些中腔与纵向分布在纤维上的裂痕相连[９]ꎮ图２㊀汉麻纤维韧皮微观结构示意Ｆｉｇ.２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｈｌｏｅｍｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｈｅｍｐｆｉｂｅｒｓ图３㊀汉麻纤维纵向及横向扫描电镜图Ｆｉｇ.３㊀Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌａｎｄｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｏｆｈｅｍｐｆｉｂｅｒｓ１.２㊀汉麻纤维化学组成汉麻纤维属于天然韧皮纤维ꎬ其化学组成较为复杂ꎬ但主要由纤维素构成ꎮ还包括一些半纤维素㊁木质素㊁果胶㊁蜡质等非纤维素成分ꎬ这些非纤维素成分会影响汉麻纤维的可纺性ꎬ需要通过脱胶来去除[１０]ꎮ国家质量技术监督局发布的现行标准ＧＢ/Ｔ１８１４６.１ ２０００«大麻纤维第１部分:大麻精麻»中规定:用于纺织的汉麻精麻残胶率至少要达到１２％ꎬ断裂强度大于４ｃＮ/ｄｔｅｘꎮ纤维素是构成汉麻纤维细胞壁的主体ꎬ大量半纤维素包裹在纤维素周围ꎬ两者共同构成植物细胞壁的骨架ꎮ在汉麻的生长过程中ꎬ纤维素的表面会逐渐被部分果胶和木质素所覆盖ꎬ从而将单纤维黏结在一起ꎬ形成具有一定可纺性的束纤维ꎮ纤维素的含量直接决定纤维质量的好坏:含量多纤维细软ꎬ含量少纤维粗硬[１１]ꎮ如表１所示ꎬ将黑河㊁六安及东营的汉麻纤维化学成分进行对比ꎬ发现不同产地的汉麻化学成分含量差异较大[１２]ꎮ此外ꎬ由汉麻纤维与其他麻类纤维的化学成分比较可以得出ꎬ汉麻纤维的纤维素含量较低ꎬ且木质素含量高ꎬ木质素极大地影响着汉麻纺织品的手感和白度ꎮ若脱胶后麻纤维的木质素含量过高ꎬ则纤维刚硬ꎬ影响后道的纺纱㊁染色工序[１３]ꎮ表１㊀不同产地汉麻与常见麻类的化学成分比较Ｔａｂ.１㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｂｅｔｗｅｅｎｈｅｍｐｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｇｉｏｎｓａｎｄｃｏｍｍｏｎｈｅｍｐ％六安汉麻２０.０８１６.３４２.５７８.８８７.２９４４.８５亚麻１５.７０㊀２.９７１.８５５.７２４.６４６８.８５红麻１９.８２１５.８０１.５１１０.８１㊀７.５３５３.６０１.３㊀汉麻纤维功能特性从表２可以看出ꎬ汉麻纤维线密度和棉纤维相当ꎬ是常见纤维中较细的一类ꎬ且端部呈钝角形ꎬ因而汉麻纤维经棉型化处理后面料手感极为柔软ꎬ无须特殊处理就可避免其他麻类产品刺痒感和粗糙感[１４]ꎮ且汉麻纤维属于纤维素纤维ꎬ含有大量的亲水基团ꎬ加上本身存在的细长中腔ꎬ纵向分布着许多孔洞和缝隙ꎬ使得汉麻织物有良好的吸湿排汗性能[１５]ꎮ表２㊀几种天然纤维的线密度比较苎麻２２~３１２６㊀㊀汉麻纤维具有天然的抑菌抗菌功效ꎮ一方面ꎬ汉麻纤维结构中空ꎬ可以吸附较多氧气ꎬ破坏了厌氧菌的生存环境ꎮ另一方面ꎬ汉麻中含有各类活性酚成分㊁无机盐和有机酸ꎬ这些成分对毛藓菌㊁青霉㊁曲霉等细菌有显著的灭杀作用ꎬ如图４所示[１６]ꎮ图４㊀汉麻织物与棉织物抑菌性对比Ｆｉｇ.４㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｈｅｍｐｆａｂｒｉｃａｎｄｔｈｅｃｏｔｔｏｎｆａｂｒｉｃ４７第６０卷㊀第８期汉麻纤维特点及其脱胶进展如表３所示ꎬ汉麻纤维具有卓越的防紫外线性能ꎮ汉麻的木质素含量较高ꎬ而木质素对紫外线的吸收能力极强ꎮ此外ꎬ汉麻纤维的截面复杂ꎬ呈不规则的多边形㊁椭圆形ꎬ空腔形状和外截面不一致ꎬ可以较好地消散光波[１７]ꎮ表３㊀几种麻纤维的抗紫外线性能Ｔａｂ.３㊀Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｓｅｖｅｒａｌｈｅｍｐｆｉｂｅｒｓ苎麻>５％>３０％亚麻<５％<３０％㊀㊀汉麻纤维的抗静电性能优异ꎮ干燥的汉麻是电的不良导体ꎬ抗电击穿能力比棉纤维高１/３左右[１８]ꎮ且汉麻纤维的吸湿性极好ꎬ含水量高ꎬ能有效避免静电聚集ꎬ不会因机械加工或衣着摆动摩擦引起尘埃吸附㊁起毛起球或者放电ꎮ在同样的测试条件下ꎬ纯汉麻织物的静电压高出麻棉混合布约两倍ꎬ并高于涤麻混纺布[１９]ꎮ汉麻纤维具有优异的化学吸附性能ꎮ这与其单纤维结构形态有关ꎬ汉麻纤维的多孔结构使其比表面积增大ꎬ吸附性能大幅提高ꎮ通过与棉纤维对甲醛㊁苯和总挥发性有机化合物(ＴＶＯＣ)吸附性实验对比ꎬ如图５所示[２０]ꎮ结果表明ꎬ在相同条件下汉麻纤维的吸附能力远比棉纤维强ꎮ图５㊀汉麻与棉对甲醛㊁苯和ＴＶＯＣ的吸附性比较Ｆｉｇ.５㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅꎬｂｅｎｚｅｎｅａｎｄＴＶＯＣｂｅｔｗｅｅｎｈｅｍｐａｎｄｃｏｔｔｏｎ２㊀汉麻纤维脱胶方法２.１㊀化学法脱胶汉麻的化学脱胶是在苎麻化学脱胶方法的基础上发展来的ꎬ也是常见脱胶方法中效果比较好的ꎬ因此被广泛应用在汉麻脱胶的工业生产中ꎮ传统的碱脱胶是利用汉麻原麻中的纤维素和胶质(果胶㊁脂蜡质㊁水溶物等)对碱的稳定性不同ꎬ在高温高压下除去原麻中的胶质部分ꎬ保留纤维素ꎬ以获得较高质量的汉麻纤维[２１]ꎮ氧化脱胶法是利用氧化剂将汉麻纤维中的非纤维素部分氧化分解为小分子物质ꎬ溶解在脱胶液中ꎬ从而提高汉麻的纤维素含量[２２]ꎮ常用的工艺方法有:一煮法㊁二煮法㊁二煮一炼法㊁二煮一漂法㊁二煮一漂一炼法[２３]ꎮ但是这些传统的化学脱胶工艺耗水量大㊁流程繁琐且对环境的污染较大ꎬ同时汉麻纤维中的木质素含量较高ꎬ难以去除ꎮ因此ꎬ近年来研究者们对脱胶方法不断改进ꎬ提出了一些新型的化学脱胶工艺ꎮ针对化学脱胶废水中有害成分难以回收处理的问题ꎬ喻叶[２４]用电化学法制备一种具有持久化学活性的电解水溶液ꎬ将汉麻纤维在室温下浸泡３０ｍｉｎꎬ浴比５０︰１ꎮ脱胶后汉麻纤维残胶率为１２％ꎬ木质素含量仅为０.６５％ꎬ白度可达５４.５５ꎬ显著提高了汉麻纤维的可纺性ꎮ脱胶后的废水进行电解再生处理后可继续用于汉麻纤维的脱胶ꎮＳｕｎ等[２５]采用电解与芬顿体系相结合的电芬顿(ＥＦ)系统对汉麻纤维进行脱胶ꎮ结果表明ꎬ相比碱氧脱胶法ꎬＥＦ脱胶汉麻的纤维素含量由７５.５％增至８４.５７％ꎬ断裂强力和伸长率分别提高了２２.８１ｃＮ和１.２４％ꎮＥＦ为高效㊁环保地提取优质汉麻纤维提供了一种新思路ꎮ改善汉麻脱胶效果ꎬ加快脱胶速度同样也是研究者改进的方向ꎮ杨红穗等[２６]研究了预氧㊁预尿氧处理及预尿氧处理分别与一煮法和二煮法结合的汉麻脱胶工艺ꎬ发现预尿氧处理与一煮法结合的脱胶方法高效快捷ꎬ去除胶质和木质素的效果显著ꎮ管云玲[２７]采用碱氧一浴法对汉麻纤维进行脱胶处理ꎬ即将常规的碱煮和漂白工序合并为一步ꎬ不但缩短了脱胶时间和工艺流程ꎬ而且脱胶效果明显ꎮＷａｎｇ等[２１]在微波加热的条件下使用氧化石墨烯(ＧＯ)作为加热汉麻纤维的介质ꎬ采用碱氧一浴法对其进行脱胶ꎬ脱胶效果相比水作为介质更加明显ꎬ残胶率从７.４３％降至７.１６％ꎬ断裂强度提升了１ ３６ｃＮ/ｄｔｅｘꎮ李端鑫等[２８]在碱氧一浴脱胶的基础上加入了一道工序ꎬ即向Ｈ２Ｏ２中加入四乙酰乙二胺(ＴＡＥＤ)ꎬ汉麻纤维的残胶率降至８.８１％ꎬ断裂强力为８.９８ｃＮꎬ且脱胶过程高效快捷ꎮ但这种方法浴比过高ꎬ耗水量大ꎬ产物难以控制ꎬ有一定的危险性ꎮ此外ꎬ一些高效㊁环保的有机溶剂也在汉麻脱胶领域有巨大的潜力ꎮ如低共熔溶剂(ＤＥＳ)ꎬ即一种新型的可回收与生物降解的绿色试剂ꎬ具有与离子液体相似的理化性质ꎬ但其制备相较于离子液体更加简单㊁快速㊁成本低廉ꎬ且毒性更低[２９]ꎮＡｈｍｅｄ等[３０]利用微波能(ＭＷＥ)和ＤＥＳ对汉麻纤维进行脱胶ꎬ脱胶后纤维素含量增加到９８.６３％ꎬ与碱处理的汉麻纤维(９８.８７％)相当ꎻ紫外线防护系数可达１１８.１１ꎬ满足耐紫外线纺织纤维的要求ꎮＱｉｎ等[３１]用乙二醇在１８０ħ下对汉麻脱胶９０ｍｉｎꎬ纤维素含量可达９０.２３％ꎬ断裂强度为６.２５ｃＮ/ｄｔｅｘꎬ符合国家标准和进一步纺纱工艺的要求ꎻ此外ꎬ对脱胶废液连续三次真空蒸馏的平均溶剂回收率和再利用率分别为９３ ８４％和８１.９１％ꎬ减少了资源浪费ꎮ近年来ꎬ汉麻纤维的化学脱胶方法取得了突破性的进展ꎬ主要包括新型氧化脱胶㊁有机溶剂脱胶及利用物理方法增强５７Ｖｏｌ.６０㊀Ｎｏ.８Ｈｅｍｐｆｉｂｅｒｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｄｅｇｕｍｍｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓ化学脱胶效果ꎮ研究者们简化了汉麻纤维的脱胶工艺流程ꎬ一定程度上改善了汉麻的化学脱胶效果ꎬ减轻了脱胶废水对环境的污染ꎮ但这些新型化学脱胶方法还不够完善ꎬ存在着成本高㊁能耗大㊁脱胶工艺参数难以控制ꎬ以及产品质量不稳定等问题ꎬ距离大规模投入生产还有很长的路要走ꎮ２.２㊀生物法脱胶生物法脱胶是利用生物酶或细菌特定地去除纤维中的某种物质ꎬ保留纤维素等有效物质来进行脱胶[３２]ꎮ传统的生物脱胶分为水浸和雨露脱胶法[３３]ꎬ主要是在纤维上培养特定的细菌ꎬ这些细菌利用纤维上的胶质繁殖ꎬ之后产生大量的酶又可以作用于纤维内部ꎬ实现脱胶的目的ꎮ相比于水浸法ꎬ雨露脱胶对环境的污染小ꎬ操作简单ꎬ汉麻的出麻率较高ꎻ但纤维质量差ꎬ受环境影响大[３４]ꎮ针对这种情况ꎬ杨庆丽等[３５]分离出了一株可以用于汉麻雨露脱胶的真菌ꎬ将脱胶时间缩短了大约２３％ꎬ并将出麻率及汉麻纤维强度分别提高了１.７３％和１７.０１％ꎮ现代生物脱胶技术主要是利用微生物产生的酶对麻纤维进行脱胶ꎬ需要在培养基中将脱胶细菌培养到衰老后期ꎬ得到粗酶液[３６]ꎮ酶法麻脱胶是利用酶制剂(果胶酶㊁木聚糖酶㊁甘露聚糖酶等)作用于麻茎韧皮中纤维外包裹的果胶㊁半纤维素㊁木质素等组成的胶质复合体ꎬ通过酶解作用将高分子胶质分解成低相对分子质量组分ꎬ将麻纤维(束)提取[３７]ꎮＬｉｕ等[３８]首次将ＴＥＭＰＯ氧化与漆酶相结合用于汉麻纤维的脱胶ꎬ纤维素含量达到８９.６９％ꎬ脱胶效果明显ꎻ汉麻纤维的线密度可达６.６４ｄｔｅｘꎬ断裂强度３.４１ｃＮ/ｄｔｅｘꎬ达到了纺织标准ꎮ王齐玮等[３９]从 云麻１号 汉麻籽中筛选出了７株芽孢杆菌ꎬ发现在酸性条件下ＨＳ０３２菌株的果胶酶活性达到了２１.７８Ｕ/ｍＬꎬ脱胶效果最好ꎮ徐鹏等[４０]从沤麻液中分离出一株可以生产大量碱性果胶酶的Ｘ￣６细菌ꎬ产出的果胶酶活力达到５８６Ｕ/ｍＬꎬ残胶率降低了２１.７％ꎬ脱胶效果良好ꎮ单一的酶制剂只能作用于特定的物质ꎬ脱胶效果差ꎬ脱胶时间长ꎬ且难以应对复杂的生产环境[４１]ꎮ因此ꎬ研究者们开始尝试对酶进行复配ꎬ形成酶的复合脱胶体系以增强脱胶效果㊁适应生产环境ꎮＸｉａｎｇ等[４２]在ｐＨ值为５㊁温度为５０ħ的环境下ꎬ利用漆酶ＴＥＭＰＯ和半纤维素酶对不同批次的汉麻进行脱胶处理ꎬ脱胶后纤维残胶率为１５％~２７％ꎬ同时提高了麻纤维的吸湿性和保水性ꎮ焦伟航等[４３]首先用低浓度的碱预处理ꎬ之后将果胶酶㊁木聚糖酶和漆酶复配后用于汉麻纤维的脱胶ꎮ脱胶后汉麻纤维的失重率和残胶率分别为１０.９８％和４.８２％ꎬ对脱胶效果影响最大的是木聚糖酶ꎮ李端鑫等[４４]使用漆酶㊁木聚糖酶㊁半纤维素酶处理汉麻ꎬ在５０ħ处理５０ｍｉｎ后获得分离情况较好的汉麻纤维ꎬ且抗菌性有所提高ꎮ生物酶法脱胶工艺简单易操作㊁能耗低㊁绿色环保ꎬ对纤维的作用温和ꎬ不会造成过度损伤ꎮ但在实际生产中ꎬ能产特定酶的菌株种类较少㊁酶活力和酶产量较低ꎬ生产成本高昂ꎻ脱胶过程难以控制ꎬ脱胶效果不理想ꎬ产品质量不稳定ꎬ在工业生产中需要与其他脱胶方法相结合才能达到质量要求ꎮ２.３㊀物理法脱胶物理脱胶是利用机械力将纤维上的部分胶质分离去除ꎬ主要包括机械法㊁超声波法㊁蒸汽爆破法和低温等离子体法等[４５]ꎮ这类方法操作简单㊁不污染环境ꎬ但脱胶效果较差ꎬ因此在实际生产中仅作为一种辅助脱胶手段ꎮ高强度的超声波在一定温度的水中传播时会产生能量的激发和突变ꎬ即 空化效应 ꎬ浸在温水中的汉麻受到巨大的冲击和破坏ꎬ从而去除了附着在纤维表面的各类胶杂质[４６]ꎮ蒋国华[４７]将超声波应用在汉麻纤维的预处理中ꎬ发现使用不同的频率处理汉麻ꎬ产生的脱胶效果不同ꎬ功率为２００Ｗ时ꎬ使用２８ｋＨｚ的频率为佳ꎮ蒸汽爆破法是在高温高压状态下ꎬ瞬间释放液态水和气态水的压力ꎬ作用于纤维表面ꎬ从而实现纤维成分的分离和结构变化[４８]ꎮ殷祥刚等[４９]发现用水适当浸泡后的汉麻再进行 闪爆 处理ꎬ残胶率仅为６.６２％ꎬ染色性能也得到显著改善ꎮ张华等[５０]用闪爆法处理汉麻纤维后发现ꎬ相比于其他胶杂质ꎬ果胶的含量明显下降ꎻ虽然汉麻纤维的可纺性有所提高ꎬ但纤维受到损伤ꎮ机械脱胶法是利用汉麻特殊的复合材料结构ꎬ在纵㊁横向拉伸和反复碾压的作用下去除胶质ꎮ这种方法绿色环保㊁无废气废水㊁操作简单㊁成本低[５１]ꎮ朱士凤[５２]㊁郭肖青[５３]分析了汉麻原麻受到碾压时胶质的破碎机理ꎬ建立了纵向拉伸作用下的力学模型ꎬ得出旋辊方式的脱胶效果最好ꎬ可去除３０％的胶质ꎮＬｉｕ等[５４]首先将汉麻纤维束在低温处理后变得松散ꎬ形成一些微孔或裂化ꎻ之后再用机械处理将纤维束分离ꎮ结果表明ꎬ纤维素的含量从６６.２５％提高到７８.９３％ꎬ但汉麻纤维的力学性能受到损伤ꎮ此外ꎬ近年来有研究者将等离子体氧化和超临界ＣＯ２法应用于汉麻纤维的脱胶ꎮ王迎等[５５]利用等离子体处理汉麻纤维ꎬ处理后汉麻纤维素含量提升为７３.０８％ꎮ张娟[５６]用超临界ＣＯ２替代水溶液对汉麻进行脱胶处理ꎬ纤维的可纺性有所提升ꎮ２.４㊀联合脱胶法前文所述的三种脱胶手段都有其优点ꎬ但也存在着各自的问题:广泛采用的化学脱胶法会造成严重的环境污染ꎻ生物脱胶法反应过程难以控制ꎬ产品品质差异大ꎬ脱胶不彻底ꎻ物理脱胶法只能去除少部分胶杂质ꎮ因此ꎬ依据每种脱胶方法的特点ꎬ将不同的脱胶工艺相互结合ꎬ往往可以获得更好的脱胶效果ꎮＺｈｅｎｇ等[５７]首先将汉麻纤维进行超声波预处理ꎬ之后研究了草酸铵酶联合处理的脱胶技术:草酸铵浸泡后ꎬ汉麻纤６７第６０卷㊀第８期汉麻纤维特点及其脱胶进展维使用三种不同的酶继续处理ꎻ并从脱胶液中提取果胶ꎮ结果表明ꎬ汉麻纤维中的木质素和果胶被有效去除ꎬ抑菌效果理想ꎬ果胶提取率可达１０.４６％ꎮＬｉｕ等[５８]研究了在ＴＥＭＰＯ￣漆酶脱胶体系中使用不同质量分数的ＮａＣｌＯ去除汉麻纤维中的非纤维素物质ꎬ并分析了其对汉麻纤维结构的影响ꎬ发现当ＮａＣｌＯ的质量分数为１６％时纤维素含量增加到８９.５％ꎬ脱胶效果最好ꎬ且不损伤纤维本身ꎮ李成红[５９]研究了一种微生物化学联合脱胶工艺:芽孢杆菌处理汉麻后ꎬ再用碱氧一浴法脱胶ꎬ发现经过此工艺处理的汉麻纤维失重率可达２４.５６％ꎬ木质素含量仅为２.８４％ꎬ可纺性好ꎮ蔡侠等[６０]分析了微生物处理联合蒸汽爆破法脱胶技术ꎬ研究表明当蒸汽爆破的压力为２.５ＭＰａ㊁保压时间１２０ｓ时纤维素含量为７７.０１％ꎬ去除胶质效果较好ꎻ纤维分裂度和强力分别为６８９ｍ/ｇ和８０Ｎꎬ纤维质量高ꎮＴｉａｎ等[６１]将微波辅助加热脱胶成功地应用于汉麻纤维的提取ꎮ结果表明ꎬ与传统的水浴加热法相比ꎬ微波辐射的非热效应可以加快汉麻纤维的脱胶过程ꎬ提高脱胶效率ꎬ改善汉麻纤维的表面组成和结构ꎮ张城云等[６２]利用ＵＶ冷冻骤热脱胶工艺对汉麻纤维进行预处理ꎬ使得后续碱煮一次就可以达到脱胶的要求:纤维残胶率仅为２.９５％ꎬ木质素含量降低到０.７５％ꎮ可见ꎬ汉麻纤维的质量不仅取决于原麻的品质ꎬ还与其采用的脱胶工艺密不可分ꎮ将汉麻纤维分别采用化学㊁生物㊁生物化学法脱胶ꎬ反应温度分别为１３０㊁３０㊁６０ħꎬ三种方法的浴比均为１０︰１ꎬ时间均为１ｈꎬ结果如图６所示[６３]ꎮ由图６可知ꎬ生化方法可以替代化学方法ꎬ产生相似的脱胶效果ꎬ两者都优于生物方法ꎮ生化法处理的纤维线密度为４.６６ｄｔｅｘꎬ长度为３５.６ｍｍꎬ断裂强度为６４.５ｃＮ/ｄｔｅｘꎬ均优于化学法ꎮ生物法处理的纤维长度最长ꎬ为４０.７ｍｍꎬ但断裂强度最差ꎬ仅为４６.２ｃＮ/ｄｔｅｘꎮ综上ꎬ生物脱胶法是一种效率更高㊁消耗和污染更低㊁应用范围更广的绿色脱胶方法ꎮ但生化法的脱胶效果更好ꎬ纤维的可纺性高ꎮ图６㊀不同方法脱胶后汉麻纤维的化学组分及含量Ｆｉｇ.６㊀Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｈｅｍｐｆｉｂｅｒａｆｔｅｒｄｅｇｕｍｍｉｎｇｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ３㊀结㊀论纺织用的汉麻纤维主要来自于汉麻的韧皮部ꎬ其化学组成主要包括纤维素㊁木质素㊁果胶和半纤维素等ꎮ生产中需要通过脱胶工序去除汉麻中的非纤维素成分ꎬ使汉麻纤维具有良好的可纺性能ꎮ１)中国目前的汉麻纺织行业仍以传统的化学脱胶为主ꎬ这种方法虽然简单易行ꎬ但仍以使用酸㊁碱为主ꎬ能耗高㊁耗水量大㊁污染严重ꎮ研究者利用新型化学脱胶技术针对以上问题作出了改进ꎬ包括使用新型氧化剂㊁可回收的有机溶剂及物理方法辅助化学脱胶等ꎬ但仍存在工艺参数难以控制㊁成本高等问题ꎬ脱胶技术有待进一步完善ꎮ２)环境更友好的微生物与酶法脱胶将是今后研究的重点ꎬ但由于酶作用的单一性及胶质成分的复杂性ꎬ脱胶后的汉麻纤维仍含有较多杂质ꎬ因此利用多种酶形成酶的复配体系是目前的主要研究方向ꎮ生物脱胶的主要问题是产品质量难以控制ꎬ且培养酶的成本较高ꎬ难以直接应用于实际的工业生产中ꎮ３)物理法的脱胶效果有限ꎬ且容易使纤维受到损伤ꎬ必须结合其他脱胶方法才能使汉麻纤维达到可纺标准ꎮ结合近年来的研究成果ꎬ之后的生产中将会联合多种脱胶手段ꎬ将物理脱胶法用作前期的预处理ꎬ辅以酶或微生物进一步脱胶ꎬ减少环境污染ꎻ在前两者的基础上ꎬ再适当使用化学法彻底去除胶质ꎬ从而提高产品质量ꎮ«丝绸»官网下载㊀中国知网下载参考文献:[１]ＲＡＮＡＬＬＩＰ.ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＨｅｍｐＲｅｓｅａｒｃｈ[Ｍ].Ｂｉｎｇｈａｍｔｏｎ:ＦｏｏｄＰｒｏｄｕｃｔＰｒｅｓｓꎬ１９９９.[２]ＳＡＷＬＥＲＪꎬＳＴＯＵＴＪＭꎬＧＡＲＤＮＥＲＫＭꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｒｉｊｕａｎａａｎｄｈｅｍｐ[Ｊ].ＰＬｏＳＯｎｅꎬ２０１５ꎬ１０(８):ｅ０１３３２９２.[３]李蓉ꎬ刘洋ꎬ刘颖ꎬ等.汉麻纤维的阳离子改性及其染色性能和抗菌性能研究[Ｊ].化工新型材料ꎬ２０１７ꎬ４５(４):２４２￣２４４.ＬＩＲｏｎｇꎬＬＩＵＹａｎｇꎬＬＩＵＹｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｄｙｅｉｎｇａｎｄａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｃａｔｉｏｎｉｃｍｏｄｉｆｉｅｄｈｅｍｐｆｉｂｅｒ[Ｊ].ＮｅｗＣｈｅｍｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１７ꎬ４５(４):２４２￣２４４.[４]张毅ꎬ金关秀ꎬ郁崇文.蒲公英提取液处理纯汉麻织物的抗紫外线性能[Ｊ].上海纺织科技ꎬ２０２０ꎬ４８(３):１２￣１５.ＺＨＡＮＧＹｉꎬＪＩＮＧｕａｎｘｉｕꎬＹＵＣｈｏｎｇｗｅｎ.Ａｎｔｉ￣ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｕｒｅｈｅｍｐｆａｂｒｉｃｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈｄａｎｄｅｌｉｏｎｅｘｔｒａｃｔ[Ｊ].７７Ｖｏｌ.６０㊀Ｎｏ.８ＨｅｍｐｆｉｂｅｒｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｄｅｇｕｍｍｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓＳｈａｎｇｈａｉＴｅｘｔｉｌｅＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０ꎬ４８(３):１２￣１５. 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