掛面生產工序能力分析

劉 銳 魏益民 張 波

掛面生產工序能力分析

劉 銳 魏益民 張 波

(中國農業科學院農產品加工研究所農業部農產品加工綜合性重點實驗室，北京 100193)

為確定掛面生產線存在的質量波動和分析工序能力，測定生產過程中面團、面帶、濕切面、干面條、成品掛面的質量性狀。通過控制圖分析其質量波動，計算受控工序的過程能力指數，確定質量波動點和過程能力不足的工序段。結果顯示，監測18天內，面團水分含量和水分均勻度、面帶③(壓延結束后的面帶)色澤a*值均勻度、成品掛面水分含量均有2次超出了控制圖的控制限，面帶③色澤a*值有3次，面條②(烘房二區運行后的面條)的水分含量有4次，干面條抗彎強度有6次超出了控制限;這7個指標存在異常質量波動。面帶①(面團熟化復合形成的面帶)的水分均勻度、面帶②(二次熟化后的面帶)的水分均勻度、面帶③色澤L*值及其均勻度、面帶③色澤b*值及其均勻度、掛面烹調時間及烹調損失均處于受控狀態;面帶①水分均勻度、面帶③色澤b*值均勻度及掛面烹調損失過程能力指數分別為0．93、0．4和0．99，均小于1，工序能力不足。結果認為，掛面生產過程中，面團水分含量及其均勻度、面帶③色澤a*值及其均勻度、干面條抗彎強度及成品掛面水分存在異常波動;面帶①水分均勻度、面帶③色澤b*值均勻度工序能力不足。

掛面 質量波動 工序能力 質量控制 控制圖

掛面是中國的傳統食品，也是消費比較普遍、歷史悠久的面制品。2010年行業統計的25家大型企業總產量達到178．33萬噸，估計全行業總產量在600萬噸，約消費750萬噸小麥，占全國小麥總產量的7%～8%。近年來，掛面這一傳統行業得到了長足發展，掛面生產工藝和生產設備水平大幅提高，產品質量得到改善［1－6］。然而，國內掛面的生產、研發技術水平普遍不高，主要體現在不注重產品內在品質，缺乏定量化的工藝參數、控制技術與產品質量監測技術。開展企業掛面生產工序能力調查，通過控制圖法分析掛面生產過程中的質量波動，計算受控工序的過程能力指數，進而分析影響質量波動和工序過程能力的因素，確定質量關鍵控制點及相應的控制方法和控制參數，可以幫助掛面生產企業改進生產工藝、降低消耗、保證產品質量的穩定性和合格率，為制面行業根據產品要求制定工藝及質量控制提供理論指導。

控制圖是一種將顯著性統計原理應用于控制生產過程的圖形方法，由休哈特(Walter A．Shewhart)博士于1924年首先提出。利用從可重復過程所得到的數據，控制圖有助于檢測出變差的異常模式，并提供統計失控的檢驗準則。當過程變異僅由偶然原因造成時，過程處于統計控制狀態。否則，變異可能主要來自于系統變異，處于失控狀態，需對可能的原因加以識別、消除或減輕［7－9］。控制圖在國內主要用于機械制造的質量控制，也逐漸應用于食品生產。劉峰［9］將控制圖應用于卷煙卷制工序過程控制，卷煙加工質量顯著提高。張悅等［10］在保健茶輻照消毒劑量的研究中，建立控制圖監視各生產批次初始污染變化，從而判斷其輻照消毒劑量是否有效。

試驗以某掛面生產企業一條3 mm寬精粉掛面生產線為例，通過對掛面生產過程的實地調研，對不同階段的產品質量抽樣分析檢測，分析其質量波動和工序過程能力，確定存在異常質量波動的工序、異常波動點和過程能力不足的工序，為分析影響質量波動的因素，提出控制方法，保證產品質量提供參考。

1 材料與方法

1．1 調查采樣方法

在企業掛面生產現場調查，繪制掛面生產工藝流程圖，確定監測點。

2011年2月27日 ～3月16日，確定一條3 mm寬的精粉掛面生產線，每天跟蹤一鍋小麥粉的整個生產過程，于各監測點取樣，記錄車間溫度、濕度，和面時的小麥粉用量、干面頭和濕面頭添加量、加水量、加鹽量、和面速度、和面時間，面團熟化時間，面帶熟化時間，烘房各個區溫度、濕度及運行時間。

1．2 樣品監測性狀分析方法

1．2．1 面團質量性狀測定

水分含量測定，參照GB/T 5009．3—2010，重復5次。

水分均勻度的測定:在打面鍋內的5個不同部位取面團，測定其水分含量，以5份面團水分含量的變異系數CV表示其水分均勻度，CV值越大，均勻度越差。

1．2．2 面帶質量性狀測定

水分含量測定參照GB/T 5009．3—2010，重復5次;水分均勻度的測定:在面帶的5個不同部位取樣，測定其水分含量，以5份面片水分含量的變異系數CV表示其水分均勻度。

色澤采用Minolta CR—400型色彩色差計測定，重復5次;色澤均勻度的測定:在面帶的5個不同部位測定色澤，以5次測定值的變異系數CV表示其色澤均勻度。

1．2．3 濕切面質量性狀測定

厚度采用數顯游標卡尺測定，重復5次;水分含量測定參照GB/T 5009．3—2010，重復3次。

1．2．4 烘房各階段面條質量性狀測定

水分含量測定參照GB/T 5009．3—2010，重復3次。

1．2．5 干面條質量性狀測定

水分含量測定參照GB/T 5009．3—2010，重復3次。

抗彎強度測定:取干面條l根，長度1 m，將干面條兩端交叉形成圓圈，并以恒定速度縮小圈的直徑，記錄面條斷裂時圈的直徑。直徑約小，抗彎強度越高。重復10次。

1．2．6 成品掛面質量性狀測定

水分含量測定參照GB/T 5009．3—2010，重復2次;烹調時間測定參照SB/T 10068—1992;烹調損失測定參照SB/T 10068—1992。

1．3 質量波動分析原理與方法

控制圖就是對生產過程的關鍵質量特性值進行測定、記錄、評估并監測過程是否處于受控狀態的一種圖形方法。控制圖能及時反映和區分產品質量正常波動與異常波動，控制圖上的控制限是區分正常波動和異常波動的科學界限，通過在控制圖中對按時間順序抽取的樣本統計量數值進行描點，并觀察這些描點是否落在上、下控制限之間，以及在上、下控制限間的排列是否隨機，判斷過程是否正常。控制界限一般根據“3σ(3倍標準差)”原理來確定，即上界(UCL)位于中心線(CL)上邊3倍標準差處，下界(LCL)位于中心線(CL)下邊的3倍標準差處。3σ控制限表明，若過程處于統計控制狀態，則大約有99．7%的觀測值將落在控制界限之內。

控制圖判斷異常的原則:資料點超出控制界限;非隨機性異常判斷原則，如連續9個點在中心線同一側或連續6個點，全部遞增或遞減。

對于因各種原因每次只能得到一個數據的監測指標采用單值－移動極差(I－MR)控制圖;對于監測數據子組容量＜10的，采用最常用的平均值－極差(Xbar－R)控制圖;對于監測數據子組容量≥10的，采用平均值－標準差(Xbar－S)控制圖。

1．4 工序過程能力指數計算

過程能力是指工序處于穩定狀態下的實際加工能力;它是衡量工序質量的一種標志。工序過程能力指數是衡量工序能力對產品規格要求滿足程度的數量值;它用工序質量要求的范圍(公差)和工序能力的比值表示，即Cp=T∕6σ，T為工序公差，σ為總體標準差或樣本標準差［11－12］。當分布中心與公差中心重合時，工序能力指數記為Cp;當分布中心與公差中心有偏離時，工序能力指數記為Cpk。

一般認為，工序過程能力指數Cp(Cpk)＞1時，認為工序過程能力充足;Cp(Cpk)＜1時，表示過程不滿足規范要求，工序過程能力不足［13］。

1．5 統計分析

采用統計軟件Excel 2003、SPSS16．0和Minitab15進行數據處理和統計分析。

2 結果分析

2．1 掛面生產工藝監測點

圖1為掛面生產工藝流程圖，主要工藝包括和面、面團熟化、復合、面帶熟化、壓延、烘干。11個監測點及對應樣品分別為小麥粉和面形成的面團，熟化復合后的面帶①，二次熟化后的面帶②，9道壓延后的面帶③，切條上架后的濕切面，運行通過烘房5個區的面條①～④和干面條，切斷計量包裝后的成品掛面。

圖1 掛面生產工藝流程圖

2．2 掛面生產過程質量波動分析

掛面生產過程中，水分變化如圖2所示，小麥粉和面后形成面團，水分含量迅速上升;之后水分含量逐漸下降，最終達到掛面的目標水分含量;其中，在烘房的前3個區，水分含量下降非常迅速，是掛面烘干的主要階段。根據標準差，可以看出面條②水分含量的變化較大，需對其波動進行分析。

圖2 掛面生產過程中的水分變化

3 mm寬精粉掛面生產過程中，各監測點上產品的指標如表1所示。表1中面團水分均勻度、面帶①水分均勻度、面帶②水分均勻度、面帶③色澤a*值、面帶③色澤L*值均勻度、面帶③色澤a*值均勻度、面帶③色澤b*值均勻度、面條②水分含量、干面條抗彎強度、成品掛面烹調時間的變異系數均超過了10．00%，變異較大。

作16個質量指標的控制圖，鑒于篇幅有限，僅展示前7個指標的控制圖(圖3～圖9)。18次監測中，第1、8次的面團水分含量超出了控制圖的控制限，為異常波動點，占2/18;第1、2次的面團水分均勻度超出了控制圖的控制上限，為異常波動點，占2/18;第1、4、17次面帶③的色澤a*值為異常波動點，占3/18;第17、18次的面帶③色澤a*值均勻度為異常波動點，占2/18;第4、6、10、17次的面條②水分含量為異常波動點，占4/18;第2、8、10、15、16、17次的干面條抗彎強度為異常波動點，占6/18;第10、16次的成品掛面水分含量為異常波動點，占2/18。這7個指標在監測的18次中均有超出控制限的異常波動點，存在異常質量波動，需對其波動原因進行分析。其中，面團水分含量及其水分均勻度、面帶③色澤a*值均勻度、成品掛面水分含量這四個指標僅有2次超出控制限，質量波動相對較小，而干面條抗彎強度有6次超出控制線，波動相對較大。

圖3 面團水分的Xbar－R控制圖

表1 掛面生產線監測點產品性狀變異

圖9 面帶③色澤b*值的I－MR控制圖

2．3 掛面生產工序過程能力分析

面帶①水分均勻度、面帶②水分均勻度、面帶③色澤L*值、面帶③色澤b*值、面帶③色澤L*值均勻度、面帶③色澤b*值均勻度、掛面烹調時間及烹調損失均處于受控狀態，計算其工序過程能力指數，如表2所示。面帶①水分均勻度、面帶③色澤b*值均勻度、掛面烹調損失工序能力指數分別為0．93、0．4和0．99，均小于1，工序過程能力不足，不合格品率較高，需要改進。

表2 工序過程能力分析

3 討論

本研究在確定監測點時，選擇面團水分含量及水分均勻度作為和面工序的質量控制指標，面帶①水分均勻度作為面團熟化工序的質量控制指標，面帶②水分均勻度作為面帶熟化工序的質量指標，面帶③色澤及其均勻度作為壓延工序的質量指標，濕切面厚度作為切條上架工序的質量指標，干面條的抗彎強度、成品掛面水分含量作為烘干工序的質量指標，成品掛面烹調時間及烹調損失作為掛面烹調特性的綜合指標。這些質量控制指標是根據各工序的目的、各工序產品的重要質量性狀以及取樣的方便性和可行性綜合確定的，還可以進一步調整和完善。

影響質量波動的因素包括原料、設備、工藝、環境、人員操作及檢測手段［14］。制面過程中的質量波動主要來源于原料小麥粉和生產工藝的波動，以及不規范的人為操作;小麥粉的蛋白質含量和質量，和面的方式和時間，烘房各區的溫、濕度和運行時間及停機操作是可能的影響因素。控制質量波動，一方面要確保小麥粉品質穩定且適合面條加工，主要是保證一定的濕面筋含量和穩定時間;另一方面要選擇合適的工藝，主要是和面和烘干兩個工序的設備和參數;同時，要加強人員培訓與管理，規范操作，減少人為失誤。

4 結論

4．1 在掛面的生產過程中，面團水分含量及其均勻度、壓延結束后面帶的色澤a*值及其均勻度、干面條抗彎強度及成品掛面水分均存在超出控制限的異常波動點。

4．2 熟化復合后面帶的水分均勻度、壓延結束后面帶的色澤b*值均勻度工序能力不足。

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［14］林榮瑞．品質管理［M］．廈門:廈門大學出版社，1999:20．

Analysis on Process Capacity of Dried Noodles'Production

Liu Rui Wei Yimin Zhang Bo
(Institute of Agrotechny，Chinese Academy of Agriculture Sciences/Comprehensive Key Laboratory of Agrotechny，Ministry of Agriculture，Beijing 100193)

In order to confirm the quality fluctuation and analysis of process capacity of dried noodles'production line，this article determines the qualitative characters of dough，sheets，fresh noodles and dried noodles．Analyze quality fluctuation by control chart，and calculate the process capability index in productive process．And then confirms the quality fluctuation point and the process section which is short for capability．The results shows that after 18 days'monitoring，the moisture of dough，the uniformity of moisture，the uniformity of sheet③'(the dough sheets that are after calendaring)color a* values and dried noodles moisture are beyond the control of the quality chart twice．And dough sheet③'color a*values are 3 times;noodles②(the noodles that are dried in Area Two)are 4 times;and dried noodles'bending strength that are out of control are 6 times．It is indicated that these seven indicators have abnormal quality fluctuations．Dough sheet①'(the newly compressed dough sheets after ripening)moisture uniformity，dough sheet②'(the noodles after ripening twice)moisture uniformity，sheet③'color b* values and the index of the loss of dried noodles after cooking are 0．93，0．4 and 0．99．They are all less than 1 which indicates a lack of process capability．It is concluded that dough moisture＆moisture uniformity，sheet③color a* values＆its uniformity，dried noodles'blending strength and dried noodles moisture are out of control;the process capability of dough sheet①'moisture uniformity and uniformity of sheet③color b* values is not enough．

dried noodles，quality fluctuation，process capability，quality control，control chart

TS213．2

A

1003－0174(2012)08－0104－06

公益性行業(農業)科研專項(200903043－01－01)，現代農業產業技術體系建設專項(CARS－03)

2011－10－18

劉銳，男，1989年出生，碩士，食品加工與質量控制

魏益民，男，1957年出生，博士，教授，食品科學與工程