煙絲含水率測量系統的分析

范勝興

湖南中煙工業有限責任公司郴州卷煙廠，湖南省郴州市五里堆路16號，423000

煙絲含水率測量系統的分析

范勝興

湖南中煙工業有限責任公司郴州卷煙廠，湖南省郴州市五里堆路16號，423000

為準確了解煙絲含水率測量系統現狀，采用假設檢驗法、均值—極差法對兩種常用的含水率測量系統進行了準確度和精度分析。結果表明：①以烘箱法為參考，紅外含水率測量系統整體偏倚值=-0.0093，對應p值=0.448＞0.05，整體偏倚不明顯。②烘箱、紅外含水率測量系統的研究公差比（%P/T）、研究變異比（%R&R）均在10%-30%范圍，測量系統能力滿足對煙絲含水率質量判定和生產過程改進分析的要求。

含水率；測量系統分析（MSA）；偏倚；研究公差比（%P/T）；研究變異比（%R&R）

測量系統分析（MSA，Measurement System Analysis）是指用統計學方法了解測量系統中的各種波動源及其對測量結果的影響，判斷測量系統是否符合使用要求的過程[1]。只有合格的測量系統，才能夠滿足產品質量判定和指導過程生產的需要，而判斷一個測量系統是否足夠好，它的關鍵指標有準確度（偏倚）和精度兩個方面[2]。煙絲含水率是卷煙加工過程中的一項重要工藝參數，也是成品卷煙的一項重要物理指標。目前，煙絲含水率的測量方法有烘箱法、紅外法、微波法[3]、核磁共振法[4]等。邵俊等[5]、趙靜芬等[6]運用嵌套方差分析法，朱令宇[7]運用極差法對紅外水分儀測量系統進行了分析。本研究以烘箱、紅外兩種常用的含水率測量系統為例，采用假設檢驗法、均值—極差法分別從偏倚和精度兩個維度對測量系統進行分析，旨在為卷煙含水率測量系統能力評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

電熱鼓風干燥箱FED240（德國賓得公司）；Infralab710紅外水分儀(英國NDC公司)；電子天平（感量0.0001g，梅特勒-托利多公司）；某牌號配方煙絲。

1.2 實驗方法

取加香后某牌號煙絲10份作為試驗樣品（取樣間隔約5分鐘，每份約重250g，收口密封袋包裝、編號），在恒溫恒濕環境下平衡水分48小時[5]（水分平衡是為了減小從同一樣品中取得的不同試料間的差異，并將從同一樣品中取得的不同試料視為同一試料來用，從而實現對破壞性測量系統的重復性和再現性研究）。隨機選取2名檢驗員（編號分別為A、B）分別對每份樣品，用烘箱按文獻[8]規定方法重復測量含水率兩次，用紅外水分儀按操作規程重復測量含水率兩次，記錄每一次的測量結果，用于之后的統計分析。

1.3 分析方法

從準確度（偏倚）和精度兩個維度對測量系統進行分析。

1.3.1 偏倚分析

烘箱既是含水率測量的常用儀器，通常也是校準其它含水率測量儀器的基準儀器，故以烘箱法測得的各樣品平均值作為各樣品的參考值，按文獻[2]方法對紅外水分儀測量系統的偏倚值進行分析，根據假設檢驗結果對紅外測量系統是否存在偏倚做出判定。烘箱因其本身為參考儀器，故對該測量系統不做偏倚分析。

1.3.2 精度分析

采用均值—極差法對兩個測量系統進行精度分析，得到評價每個測量系統精度的兩項指標：研究公差比（%P/T）和研究變異比（%R&R），以兩項指標≤10%、10%＜兩項指標＜30%、任一項指標≥30%對測量系統相應做出“良好”、“可接受”、“須改進”的判定[1]。

首先，按公式（1）-（3）分別計算測量系統的重復性波動（EV）、再現性波動（AV）、樣品的波動（PV）。

式中：k—測量者數；—測量者i重復測量同一個部件的極差的平均值；—由測量輪數和測量者數量所決定的系數，可通過查“的數值表”[1]得到。

式中：n—試樣數；m—重復測量次數；—單個測量者nm個測量值的總平均，分別表示k個中最大和最小的一個。

然后，按公式（4）、（5）計算測量系統波動(R&R)、測量過程總波動（TV）。

最后，按公式（6）、（7）求取評價測量系統精度指標：研究公差比（%P/T）和研究變異比（%R&R）。

式中：T—被測對象質量特性的容差（公差），本例中含水率的公差為1.0%。

2 結果與討論

檢驗員采用烘箱、紅外水分儀測量煙絲含水率的結果見表1。

表1 煙絲含水率測量數據Tab.1 Measurement data of moisture content in cut tobacco %

2.1 偏倚分析結果

以表1中烘箱測得的各樣品含水率平均值作為各樣品的參考值，依據前述方法并借助統計軟件對紅外含水率測量系統進行偏倚分析，結果見圖1。從圖1可以看出，紅外含水率測量系統整體偏倚值=-0.0093，對應的p值=0.448＞0.05，依據假設檢驗原理，判定該測量系統整體偏倚不明顯。

圖1 紅外含水率測量系統偏倚分析Fig.1 Results of bias analysis of infrared moisture measurement system

2.2 精度分析結果

表1數據依據前述方法計算或借助統計軟件，可得到以下分析結果（表2、表3）。從中可以看出：

1）烘箱含水率測量系統的%P/T=23.39%＜30%、%R&R=25.08%＜30%，紅外含水率測量系統的%P/T=27.68%＜30%、%R&R=28.72%＜30%，兩含水率測量系統的精度均可接受，相對質量特性公差和生產過程變異均具有較好的分析性能。

2）兩測量系統的精度雖可接受，但尚未達到良好水平，需要對測量系統進行改善和定期監測維護，以保證其測量能力。兩測量系統的重復性波動相對較大，改善測量能力需主要從測量儀器的角度著手。兩測量系統的再現性波動相對較小，但也有改善的空間。

3）相對紅外含水率測量系統，烘箱含水率測量系統的測量精度較高，故通常將其作為試驗室儀器比對的基準。

表2 烘箱含水率測量系統R&R研究-XBar/R法分析結果Tab.2 Results of oven moisture measurement system analysis

表3 紅外含水率測量系統R&R研究-XBar/R法分析結果Tab.3 Results of infrared moisture measurement system analysis

3 結論

1）采用假設檢驗法、均值—極差法對兩種常用的含水率測量系統進行了偏倚和精度分析，該方法也適用于對其它含水率測量系統的狀態和能力水平進行評估。

2）本實例中紅外含水率測量系統的整體偏倚值=-0.0093，對應的p值＞0.05，不存在顯著偏倚，測量系統的準確度較高。

3）烘箱、紅外含水率測量系統的%P/T值、%R&R值均在10%～30%范圍，測量系統精度可接受，能滿足對煙絲含水率質量判定和生產過程改進分析的要求。但要保證具有更好的測量能力，需要對以上測量系統進行改善和定期監測維護。

[1]馬林,何楨.六西格瑪管理.第2版[M].北京:中國人民大學出版社,2007.MA Lin, HE Zhen.Six sigma management[M].Beijing: China Renmin University Press, 2007.

[2]馬逢時,周暐,劉傳冰.六西格瑪管理統計指南：MINITAB使用指導[M].北京:中國人民大學出版社,2007.MA Fengshi, ZHOU Wei, LIU Chuanbing.Six sigma management statistical guide: MINITAB useguidance[M].Beijing: China Renmin University Press, 2007.

[3]梁國海,劉百戰,朱仲良,等.應用低場核磁共振技術分析煙絲樣品含水率的方法[J].中國煙草學報，2014,20(5): 6-11.LIANG Guohai, LIU Baizhan, ZHU Zhongliang, et al.The application of low-field nuclear magnetic resonance (NMR) to moisture determination in cut-tobacco [J].ACTA TABACARIA SINICA, 2014,20(5): 6–11.

[4]邱曄,彭金輝,黃 銘,等.微波諧振腔微擾技術快速檢測煙絲含水率[J].煙草科技，2008(6): 38-40.QIU Ye, PENG Jinhui, Huang Ming, et al.Rapid Determination of Moisture Content in Cut Tobacco by Microwave Resonant Cavity Perturbation[J].Tobacco Science & Technology, 2008(6): 38–40.

[5]邵俊,閆洪喜.測量系統分析(MSA)在紅外水分儀測量能力分析中的應用[J].現代儀器,2012,18(5):21-24.SHAO Jun, YAN Hongxi.Measurement system analysis (MSA) in the infrared moisture measurement capability analysis[J].Modern Instruments, 2012, 18(5): 21–24.

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[8]GB-T22838.8-2009卷煙和濾棒物理性能的測定 第8部分：含水率[S].GB/T 22838.8—2009 Determination of physical characteristics for cigarettes and fi lter rods—Part 8: Moisture [S].

Performance analysis of infrared moisture meter in cut tobacco measurement

FAN Shengxing*
Chenzhou Cigarette Factory, China Tobacco Hunan Industrial Co., Ltd., Chenzhou 423000, China

In order to learn more about the status of two common infrared moisture measurement systems, their accuracy and precision were analyzed by hypothesis testing method as well as Xbar and R method.Results showed that: 1) taking oven method as reference, the overall bias value of infrared moisture measurement system was -0.0093（p＞ 0.05）, which was not obvious; 2) the %P/T and %R&R of both infrared and oven moisture measurement systems were between 10%—30%, which satis fi ed the requirements for the estimation of product quality and improvement analysis of production process.

moisture; measurement system analysis (MSA); bias; Precision to tolerance ratio (%P/T); Repeatability and reproducibility ratio(%R&R)

范勝興.煙絲含水率測量系統的分析[J].中國煙草學報，2017,23（4）

湖南中煙工業有限責任公司科技項目“卷煙測量系統診斷技術的研究與應用”（KY2014CG0024）

范勝興（1977—），學士，高級工程師，主要從事質量管理與卷煙工藝技術研究，Email：fan3390@163.com

2016-10-17；< class="emphasis_bold">網絡出版日期：

日期：2017-08-03

：FAN Shengxing.Performance analysis of infrared moisture meter in cut tobacco measurement[J].Acta Tabacaria Sinica,2017,23(4)

*Corresponding author.Email：fan3390@163.com