基于正交試驗的煙支質量控制系統設備改造與優化

劉青宜，楊沛東

(許昌職業技術學院 河南 許昌 461000)

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基于正交試驗的煙支質量控制系統設備改造與優化

劉青宜，楊沛東

(許昌職業技術學院 河南 許昌 461000)

摘要：卷煙生產過程中具煙支的質量是關鍵因素之一，為提高產品質量的一致性卷煙，對卷煙流程進行分析，找出影響煙支質量的關鍵因素，通過正交試驗法對關鍵影響因素進行排序，確定最優影響因素參數組合。

關鍵詞：正交試驗；煙支質量；設備改造；參數排序；優化

近年來，隨著煙草行業重組及品牌整合的發展，煙草行業許多品牌都存在同牌號多點加工的情況，保障同一品牌卷煙在多點生產條件下產品質量的均質化，對維護卷煙品牌形象和消費市場穩定具有重要作用。在質量控制方面，煙支質量的均質保障是其中一個重要內容，因此如何提高煙支質量的控制精度也是卷煙行業不斷研究的課題[1]。

煙支質量控制是受生產諸多環節多因素多水平影響的問題。正交設計法是研究多因素多水平的一種試驗安排方法。它是根據正交性，從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散，齊整可比”的特點，是一種高效率、快速、經濟的試驗方法。正交試驗中，把要考察的結果稱為指標，把對試驗指標可能產生影響的因素簡稱為因素，把每個因素在試驗中要比較的具體條件稱為水平。通過正交實驗表進行安排試驗，既均勻地分布了試驗點，又能減少試驗次數，是一種經濟高效的試驗安排方法[2]，在各行各業有著廣泛的應用[3-4]。針對影響煙支質量的關鍵因素，對卷煙流程進行分析通過正交試驗法對關鍵影響因素排序，確定最優影響因素參數組合。

1煙支質量控制影響關鍵因素確定

首先對卷煙生產企業的卷煙和接裝流程進行梳理，明確流程中所有步驟，以及各個步驟的輸入和輸出,區分可控及非可控因素。見圖1。

圖1　卷煙和接裝流程圖

其次通過CE矩陣，確認輸入輸出之間的相關程度，以及各輸出的重要程度，建立關系矩陣，確定關鍵影響因素。如表1。

表1　煙支質量關鍵影響因素列表

2影響煙支質量控制關鍵因素分析研究

通過采用分析方法，對已評估出來的導致問題產生的原因進行進一步分析，確認它們之間是否存在因果關系。在進行質量的相關因素分析前，首先要對各類影響因素進行量化，如為了量化彈絲轆轉速、回絲量、風機壓力等參數，車間項目組進行討論后，加裝了轉速表、刻度、壓力表等輔助裝置。

收集機臺顯示質量偏重偏輕剔除結果作比較分析，見圖3，發現偏重剔除明顯多于偏輕剔除，表明質量標偏較顯著，并且質量數據也不是圍繞在目標值附近波動的，其真實分布存在偏大的現象。

圖3　偏重偏輕剔除比較分析圖

3煙支質量控制設備改造

通過討論并多方面征求意見，擬定最理想的改進方案付諸實施。首先，在與車間維保人員進行深入討論分析的基礎上，對彈絲轆、導軌、劈刀保險裝置、緊頭自動跟蹤系統等質量相關設備進行了改造。

a) 彈絲轆

針對不同結構的煙絲，彈絲轆轉速實現適應性改變，對提高卷煙質量穩定性非常必要。原理是將后身快速部分由定速驅動改進為伺服電機獨立驅動，同時改變彈絲轆、風扇輥間的轉速比，增加對煙絲的作用速度。在設計時伺服系統轉速與主機可實現同步不同品牌的煙絲則可通過操作屏預設最佳轉速，根據不同品牌的煙絲結構設定不同的彈絲轆轉速，以使煙絲在松散、整絲、含梗、含末方面綜合最優。

b) 導軌

導軌的結構形式、通道尺寸、摩擦系數等是影響質量的關鍵因素。新設計的陶瓷導軌在上述方面均做了優化改進。

1) 基體材料采用穩定性好的不銹鋼，工作面噴涂0.35mm陶瓷材料，二者線膨脹系數接近，粘接成型，形變小。陶瓷具有自潤滑作用，煙絲運動阻力小，緊頭滑移小。

2) 導軌的截面形狀由原來的圓弧改為斜面，并同時噴涂了陶瓷，減少吸絲渦流，有利于煙絲的順向排布。

3) 將前、后列導軌改進為對稱的階梯形。減少通道變形對煙絲產生的阻力。

4) 通道尺寸總體擴展，采用加寬導軌增加煙絲吸附力；同時各過渡結合處、劈刀結合處、鏟絲刀工作面輪廓尺寸得到優化有利于煙絲順暢通過。吸絲帶支架也采用陶瓷噴涂表面，減少了吸絲帶磨損。

5) 安裝方式有了優化，每個導軌的工作面從前到后均存在一個0.05mm的自帶斜度，這樣導軌通道的前后寬度差就不是通過增減調整墊片實現的，避免了導軌在此調整過程中產生的變形并引起通道寬度有不均勻的現象。

c) 劈刀保險裝置

改進后的劈刀保險裝置采用進口的高精度扭矩限制器，取代原保險銷結構，正常工作出動無間隙，很好的解決了原裝置困擾劈刀發揮最佳作用的矛盾。采用新結構以后，顯著改善劈刀傳動的穩定性，大幅減少了因保險銷間隙造成的煙支空頭、質量標準偏差、內外排質量分布差異等問題，指標方面有明顯的改善效果。

d) 緊頭自動跟蹤系統

原緊頭自動跟蹤系統設計結構存在著如下的問題：1) 絲杠長度決定相位調節范圍，因打滑的單向性，易引起結構卡死，是跟蹤失效；2) 彈簧力和同步皮帶張力的不匹配、不穩定性容易引起“跳牙”現象，產生緊頭異常偏移故障。嚴重的影響了緊頭控制的效果。改進后的緊頭跟蹤機構是應用行星差動機構來做為傳動補償機構的，從原理上講，行星差動機構是采用速度補償的原理實現同步的，因此，完全克服了上述不足。使用發現：該機構很好的解決了緊頭跟蹤問題，對煙支的空頭、標偏、內外排質量偏差有很好的作用。

4基于正交試驗煙支質量影響關鍵因素排序與參數優化

選用正交實驗的方法尋找優化質量標偏的影響參數的方案如下：

試驗目的：研究質量標偏的影響因素，尋求最佳的參數組合。

研究對象：煙支質量標偏

變量因子：控制器(劈刀)控制滯后、質量控制比例系數、廢品質量高限、廢品質量低限、緊頭自動調整比例、緊頭滯后、彈絲轆轉速、回絲量(轉速) 、小風機(氣壓Pa)

其他影響因子：吸絲帶磨損狀況、來料煙絲質量和水分、劈刀磨損等。

試驗步驟：根據正交表試驗方案(表2)，需要做27次試驗，每次試驗60min。每次試驗需按照正交表調整各參數水平，參數設定后15min按以下要求取樣和測量。1) 每20min取樣里排、外排各20支，分別在機臺天平稱重并做記錄(該記錄作為監控數據)，每小時取樣3次。再從里、外排20支煙中各取10支共20支煙測20支質量。2) 每10min取樣里排、外排各30支以上，共6次，同時記錄此時車速和風室負壓(該記錄作為試驗數據)；里外排煙支樣品分別用自封袋密封；采用卷包車間二樓質檢室綜合測試臺測量煙支質量、圓周、吸阻及長度(里外排各15支)。(前夜班做物測)每20min在儲絲柜取樣3次并用自封袋密封，分別測量樣品煙絲各項物理指標(水分、填充值、煙絲結構)并做出記錄，該記錄作為試驗數據；如煙絲樣品當天無法測量應存放在儲絲房。

表2　正交實驗表

續表1

試驗要求：1) 試驗前需更換布帶吸絲帶；2) 試驗前需修理工檢查車況及電工點檢設備參數設置情況，以里外排20支煙支質量無明顯偏差(試驗前及過程中里外排差異維持在0.2之內)為檢查標準；同時確保20煙支質量平均值在標準中值附近(含內外煙20支質量18.0±0.3g)，只要不超標不需要調整，超標再調整。3) 試驗期間早晨8點煙絲換柜，確保白班使用同一柜煙絲。

將該試驗收集來的數據進行正交試驗分析，9個變量因子對質量標偏的影響見圖4。

圖4　煙支質量影響因素的主效應圖

從該主效應圖上，可以看到各因素對質量標偏的影響，并找到對應的最佳參數取值。另外，還需要分析各要素之間是否存在交互作用，見圖5。

圖5　煙支質量影響因素交互作用圖

分析各因素之間的交互性，發現小風機(氣壓)與緊頭自動調整比例兩參數之間存在一定交互作用：右上角的圖說明當緊頭自動調整比例取5和10時，小風機氣壓為1550Pa可使質量標偏最小；當緊頭自動調整比例取15h，小風機氣壓為1200Pa可使質量標偏最小。圖5左下角的圖說明當小風機氣壓取1550Pa和1900Pa時，緊頭自動調整比例為10可使質量標偏最小；當小風機氣壓取1200Pa時，緊頭自動調整比例為15可使質量標偏最小。總的來說，緊頭自動調整比例為10，小風機氣壓為1550Pa時質量標偏最小。

由此，質量標偏優化試驗可得出最優的影響因素參數組合如表3所示。

表3質量標偏的最優參數組合

5結語

對卷煙生產過程中的嚴控“質量”的問題，從工藝、設備方面進行分析，查找出影響煙支質量控制的主要因素。利用正交試驗分析了煙支質量影響因素的排序和最優參數組合。依據研究結果對煙支質量控制系統進行優化改造，在不改變工藝加工能力的情況下，提高了煙支質量控制穩定性。

參考文獻:

[1] 陳通,張永開,張燕冰. 煙草行業品牌結構優化途徑選擇及政策研究[J]. 經濟問題探究，2009，(12):159-163.

[2] 朱維偉，黃新. 公路邊坡穩定性影響因素的敏感性分析[J]. 甘肅科學學報,2012,24(3):40-44.

[3] 郭亞娟. 基于正交試驗設計的群樁承臺參數分析[J]. 鐵道學報,2012,34(12):110-114.

Modification and Optimization of Cigarette Weight Control System

Equipment Based on Orthogonal Test

LIU Qing-yi,YANG Pei-dong

(Xuchang Vocational Technical College，Xuchang 461000，China)

Abstract:This paper takes a wrapping workshop in a cigarette factory as an example, analyzes cigarette making processes to determine the key factors impacted on cigarette weight and orders the key factors by orthogonal test, to determine the optimal parameter combinations of the influencing factors.

Keywords:cigarette orthogonal test； cigarette weight； equipment transformation； row rank of parameters； optimization

收稿日期：2014-12-03

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)03-0204-04

作者簡介：劉青宜(1976-)，男，河南信陽人，講師，工程師，碩士，主要從事產品質量控制。