基于多元統計分析的中支卷煙機工藝參數優化

王坤 葉鴻宇 單書江

摘 ?要：為提高中支卷煙綜合質量穩定性，采用正交試驗設計與多元統計分析方法，研究了卷煙機回絲量、大風機負壓、小風機正壓在不同水平下對卷煙綜合質量的影響，確定了適宜于中支卷煙加工的工藝參數。結果表明：回絲量、大風機負壓、小風機正壓對中支卷煙綜合質量的穩定性有不同程度的影響，尤以回絲量的影響最大，但3個參數對卷煙綜合質量穩定性的影響均未達到顯著性水平。在試驗范圍，3個參數的最佳組合為48%、-10kPa、1.1kPa。

關鍵詞：中支卷煙機;工藝參數;多元統計分析

中圖分類號：TS43 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）20-0103-03

Abstract： In order to improve the comprehensive quality stability of middle-diameter cigarettes， the effects of the changes of technological parameters such as pipe tobacco quantity rolling back， negative pressure of large fan and positive pressure of small fan on the comprehensive quality stability of cigarette were studied， by using the orthogonal experimental design and the method of multivariate statistical analysis. And the suitable process parameters of middle-diameter cigarette sweredetermined. The results indicated that the quantity of tobacco waste， the negative pressure of large fans and the positive pressure of small fans had different effects on the comprehensive quality stability of middle-diameter cigarettes， among which specially the quantity of tobacco waste exhibited the most effect， but the effects of these 3 parameters on the the comprehensive quality stability of cigarettes were insignificant. Within the scope of the test， the optimum parameters of these 3 factors were 48%，-10kPa， and 1.1 kPa.

Keywords： middle-diameter cigarette making machine; technological parameter; multivariate statistical analysis

中支卷煙作為圓周介于常規卷煙與細支卷煙之間的一種規格，迎合了消費者對于吸食滿足感與關注健康的雙重需求，近幾年成為卷煙銷售市場的熱點。與常規卷煙相比，中支卷煙不僅僅是圓周的減小，重量、吸阻、硬度等物理指標也發生相應改變。雖然中支卷煙機是在常規卷煙機基礎上改造而來，但卷制過程中參數設定不能完全照搬常規煙支，需要根據產品特點，探索適宜于中支卷煙的參數控制技術。目前，煙草行業內對卷煙機參數的研究主要針對常規煙支的單一物理指標的影響[1-2]，而對于中支煙卷制質量的影響鮮有報道?；诖?，本文通過開展三因素三水平正交試驗，結合多元統計分析方法，研究了中支卷煙機回絲量、大風機負壓、小風機正壓對中支卷煙綜合質量的影響，旨在提高中支卷煙卷制過程的穩定性。

1 材料與方法

1.1 測試儀器及材料

我廠一類煙A牌號成品煙絲，相同批次的卷煙紙、濾棒、接裝紙，ZJ17D型卷接機組（常德煙草機械有限責任公司）;OM-Ⅰ卷煙綜合測試臺（北京歐美利華科技有限公司）。

1.2 試驗方法

采用正交試驗方法[3]，考察卷煙機回絲量、大風機負壓、小風機正壓等參數對卷煙重量、圓周、長度、吸阻、硬度5個指標綜合質量的影響程度，確定卷煙機VE系統的最佳參數組合。

試驗過程固定同一臺卷煙機，使用同一批煙絲、卷煙紙、濾棒、接裝紙，由同一擋車工操作，控制煙支重量指標保持不變，每次參數調整后待卷煙機穩定，每隔5分鐘取煙支樣品，共取5次，每次取樣100支，從中隨機取30支檢測物理指標。

1.3 多元統計分析方法

卷煙作為典型的多質量特性產品，在卷制過程中受控的物理指標有多個，且指標間存在不同程度的相關性[4]。目前應用較多的一元統計分析忽略了多個指標間的相互影響，使質量控制存在“過控”或“欠控”的風險[5]。因此，為提高卷煙綜合質量的穩定性，需采用多元統計分析方法。協方差矩陣是一元統計中的方差向多元統計的推廣，由各個分量的方差和協方差組成。在多元統計控制中，協方差矩陣起著非常重要的作用，能夠反映質量特性值的離散程度及相關程度。但由于它是一個矩陣表達式，不便直接進行數量的比較，這時我們需要用到協方差矩陣的行列式，即廣義方差。該統計量作為標量，不僅可以表征多元分布的離散情況，而且能夠進行數量比較[6]。

為了分析不同參數組合下煙支卷制質量穩定性的差異，利用廣義方差（組內協方差矩陣的行列式）反映單支卷煙各項物理指標的離散程度。協方差矩陣的無偏估計量為：

2 結果與討論

2.1 正交試驗分析

通過對卷煙物理指標檢測值的統計分析，得到各參數組合下的廣義方差值如表2所示。廣義方差值越小各項卷煙物理指標的離散程度越小，綜合質量穩定性越高。廣義方差的直觀分析結果表明，隨著大風機負壓的增大、回絲量的減小，各項卷煙物理指標的總體離散程度呈減小趨勢，綜合質量穩定性提高?；剡@可能是由于試驗設定的3個回絲量水平均較大，在此范圍內回絲量越大，平整器修整煙絲量越多，卷制過程中過長的煙絲更易造成煙支內密度分布的不均勻，從而影響重量、吸阻、硬度等指標的穩定性。3個工藝參數的均值極差相比，回絲量均值極差>大風機負壓均值極差>小風機負壓均值極差，可以得出，在卷煙機正常運行的情況下，以上3個工藝參數對卷煙綜合質量穩定性的影響程度由大到小依次為回絲量、大風機負壓、小風機正壓。方差分析結果表明，3個工藝參數的F值均小于F0.05的值，對卷煙綜合質量穩定性均未達到顯著性水平。在試驗范圍內，3個工藝參數的最佳水平分別為：

2.2 卷煙機參數優化效果驗證

將卷煙機回絲量、大風機負壓、小風機正壓由優化前的52%、-9kPa、0.9kPa調整為48%、-10kPa、1.1kPa。每個班次隨機取1組（30支/組）樣品，優化前后各取20組，用同一綜合測試臺檢測物理指標。對檢測結果用minitab軟件繪制T2、廣義方差控制圖，如圖1、圖2。

由圖1、圖2可知，卷煙機參數優化前T2控制圖中有4個點超出了控制限，優化后有3個點超出控制限，表明優化后卷制過程中各物理指標均值的偏移程度小于優化前。對比廣義方差控制圖可知，由于優化后的控制限明顯低于優化前，優化后控制圖中點的波動幅度小于優化前，表明優化后卷煙各物理指標的離散程度小于優化前。綜合兩種控制圖的分析結果可知，在卷煙機回絲量、大風機負壓、小風機正壓參數優化后，卷煙綜合質量穩定性得到了有效的提高。但通過T2控制圖可以看到，優化后仍有超出控制限的點，表明卷制過程中各物理指標的均值的偏移程度仍有待進一步縮小。

3 結束語

在卷煙機正常運行的情況下，回絲量、大風機負壓、小風機正壓對中支卷煙綜合質量的穩定性有不同程度的影響，尤以回絲量的影響最大，但3個參數對卷煙綜合質量穩定性的影響均未達到顯著性水平。在試驗范圍，3個參數的最佳組合為48%、-10kPa、1.1kPa。通過卷煙機參數的優化，中支卷煙綜合質量的穩定性得到改善。若想進一步提升，則需要從來料煙絲結構分布的合理性及均勻性改進方面開展試驗研究。

參考文獻：

[1]魏瑞廣，張小杭，廖艷培.ZJ17卷煙機設備工藝參數對煙支空頭的影響[J].裝備制造技術，2013（5）：112-113.

[2]菅威，楊時政，宋金華，等.PROTOS70卷煙機工藝參數與煙支重量控制穩定性的關系研究[J].安徽農學通報，2013（20）：95-96.

[3]劉文卿.試驗設計[M].北京：清華大學出版社，2011.

[4]于建軍，李曉，趙銘欽，等.卷煙工藝學[M].北京：中國農業出版社，2009.

[5]程治華.機械制造中的多元質量控制[J].武漢工學院學報，

1992，14（3）：57-62.

[6]錢鐘候，王成斌，孟玉珂.多元質量控制[M].北京：中國鐵道出版社，1995.