光電技術在煙機檢測上的應用

周學武

（深圳市永旭光電技術有限公司，廣東深圳 518000）

1 光電技術簡介

光電技術是典型的高科技新材料技術，其通過光能量與電能量，或者光信號與電信號之間的轉換完成能源的收集利用及信息的傳遞，在時下十分熱門。但這并不代表光電技術本身出現的時間晚。早在20世紀，基礎物理學家便通過觀察，發現了相關現象的存在。當光照射在部分物體表面時，引起了表面電荷的集聚；部分物體通電后，會直接發光而不是通過發熱產生光；一些導體在不同的光照條件下，其電阻也會產生較大的變化。科學家利用這些特性進行實驗，最終發現了許多新材料，也根據其生產了許多新型的儀器設備。雖然基礎理論已經基本完備，但新材料的開發、新設備的利用是不斷向前發展的，今天的光電技術依然是理工類學科中最為熱門的學科，在利用方面涵蓋范圍廣、專業性強、兼容性好，專業特色十分明顯。

2 光電技術引入煙機檢測的意義

2.1 提高準確度

將光電技術引入煙機檢測的過程中，本質上就是對煙機檢測裝備的重新設計，對煙機設備的改革。光電技術本身的精度要遠高于傳統的檢測手段，在進行設計的過程中，已經不僅是作為一種對傳統量具的替換，而是整個系統的完整變革。通過檢測產品本身調節設備，雖然中間多了一個環節，但在進行改進時可直接對設備本身進行控制檢測，其設備的準確度直接得到了提升。

2.2 提升產品質量

通過光電技術對煙機設備本身進行監測控制后，機器的一切情況都能夠被隨時隨地了解，再加上其他輔助技術，機器設備生產過程的動態調節將成為可能，最直觀的反映就是機器生產出的產品與其設計模型之間的誤差更少，良品率更高。煙機是用來生產香煙的設備，光電技術的引進將進一步規避人的失誤對機器的干擾，能將香煙按照既定的標準進行生產，完成生產目標，保證香煙品質趨同。

2.3 節約成本

香煙的生產主要有3個方面的成本：①煙草原料成本；②香煙生產機器的成本；③人力成本。在進行生產時，這三者缺一不可，煙草原料是典型的低值易耗品，煙機是固定資產，工人利用煙機對煙草原料進行深度的加工生產，使之最終以香煙的方式呈現出來。在煙機檢測過程中引進光電技術，可以有效減少原料的浪費，減少調節過程對煙機造成的損耗和人的使用，在3個方面都能大幅節約生產成本。

2.4 完善產業結構

煙草業是一個成熟的行業，其原材料（煙葉）種植、粗加工、精細加工、香煙生產、香煙銷售已經形成了較為穩定的運行鏈條，但隨著其他相關技術及政策的變革，其產業結構需要做出進一步調整。將光電技術引進煙草業，本身便是兩個行業的碰撞，對于光電技術領域來講，其應用領域得到了進一步開拓，對于煙草業來講，新技術的引入也使得產業的技術更先進，結構更完善。

2.5 實現可持續發展

可持續發展是我們當前國家的重要理念之一。在可持續發展的范疇內，將產業實現循環，或者進一步節約資源，延長產業的生命。煙草業在可持續發展的考慮下需要協調資源與產業未來，努力在煙草本身的需求縮減的情況下保證其利潤，維護國家稅收總體收入水平。將光電技術應用于煙機檢測技術時，本身就能節約大量的原材料與能源，同時也能拓寬設備技術的使用范圍，從而實現可持續發展。

2.6 推動技術革新

光電技術在應用于煙機檢測后，借助煙草業的巨大規模，本身將得到進一步的驗證與拓展。改革是一個永久的話題，煙機檢測的改革也不是一勞永逸的。每當技術有所突破，在應用時就可以引進最新的技術，從而使效率更高。同時在生產過程中，必然會對技術提出更高的要求，這就要求在技術方面尋求更大的突破。在產業本身資金充足的情況下，能給研發注入更多的動力，推動技術的革新。

2.7 增進人文關懷

煙草的生產過程有大量的產業工人，因設備本身的自動化程度越低，所以需要人去做的事情就越多。這項工作雖然難度低，但是涉及的方面多、范圍廣，工人的工作時間長，長此以往，工作會變得將越來越枯燥乏味，從而影響工作效率。在加工的不同階段中，與原材料接觸越緊密，生產模式也就越低級。煙機檢測中引進光電技術，能夠減少工人與煙草的近距離接觸時間，減少煙草對其的健康危害。同時節約的時間可以用于工人的休息，便于其恢復狀態。

3 煙機及其檢測行業現狀

3.1 設備老化

煙草業作為一個歷史感比較強的行業，其在設備的更新換代方面一直不夠積極。如今的煙廠內，服役十年甚至二十年以上的設備比比皆是。一方面，企業出于對更換設備成本的考量，使用老設備可以節約這筆支出，且老設備本身也可以正常進行生產，企業已經習慣了這種生產模式。另一方面，在多年的培養積淀下，煙廠員工可以熟練使用老設備進行操作，假如對設備進行更新換代，就意味著員工需要重新學習，甚至部分員工可能面臨事業，這段過程中企業容易減少產值，且需處理部分復雜的員工問題。所以當前煙廠的設備整體比較老化，其煙機檢測方法較為原始，如圖1所示。

圖1 傳統的煙機及其檢測裝置

3.2 設備結構簡單

煙廠之所以設備普遍較老但還能進行正常生產，得益于其采用的設備結構比較簡單。在簡單的機械結構下，許多操作都是通過人來完成的，機器的損耗便比較少。其主要構件為鋼結構，結構強度大，適合長時間生產，但也會面臨無法進行大部分操作的局限性。簡單結構下，設備多年來生產的水準變化不大，煙廠管理者也習慣于使用這樣設備進行生產安排。

3.3 浪費資源

煙廠在進行香煙制作時，目標是將其生產成為一致的標準，這便不可避免的會有一個校準的步驟。煙機的校準有兩個部分：①設備本身的校準，保證其最大程度的保持額定設計參數。②對香煙的校準，在生產香煙時，煙卷紙一般要比最終的成品更長，在進行煙絲的填充時，多余部分也需要正常填充，最終經過煙機檢測后截取需要的部分。被剪掉部分的煙絲有的煙廠會剪去紙屑后進行低檔煙生產，大部分煙廠在這個環節都有嚴重的浪費，在煙機檢測裝置不精準的情況下，對煙絲、煙卷紙、電力等都是巨大的浪費。

3.4 依賴人力

在傳統的香煙廠中，雖然有設備參與生產，但其中人參與勞動的比例居高不下。由于設備結構方面的原因，卷煙生產對于人的需求量極大，煙草廠也成為國有企業中常年進行人員招聘的企業之一。大量的員工對于企業既是勞動力，也是巨大的負擔。尤其是對可以用簡便的設備來取代的人力崗位，設備可以全天候運行，不會出現情緒問題，壞了可以直接更換，主要依賴人力的煙草廠通過這樣的方式能節省大量的人工費用。

3.5 誤差率高

誤差率指的是在生產過程中，產生誤差的狀態與其總體生產過程之間的比值。即，誤差率越高，產品的良品率就越低，在去除不良品進行整體的出售時，單間產品的折合成本就會越高。傳統的煙機檢測技術中檢測設備本身的誤差率就比較高，使用其來進行產品鑒定，誤差率相對來講是較高的。

3.6 管理結構死板

在同樣的設備條件下，科學的利用方式能夠取得更高的工效，這就是管理的巨大作用。我國的煙廠全部為國營企業或公有企業，在運行上講究穩定，不止是人員的穩定，人員分工結構、設備配合流程等一旦形成一定的標準，便在長時間內輕易不會發生變化。這樣的制度保證了企業的平穩生存，但也限制了企業的跨越式發展。管理結構死板是我國現有卷煙廠的共同特征，在進行改革過程中，既要保證改革成效，還不能破壞其本身的穩定性。

3.7 綜合成本高

當企業的管理結構被固化，企業的運行基本上就會按照統一的流程進行。其所出現的問題也成了常規問題。老化的設備，穩定的人員結構，簡單的設備結構，最終呈現出來的就是成本的居高不下。在當前香煙銷量下跌的情況下，進行改革勢在必行。

4 光電技術在煙機檢測中的應用策略

4.1 全方位傳感

在本方案中，煙機檢測設備的改進等同于對煙機進行整體的系統改進。設備改造的整體思路是，在任何涉及精度要求的結構部位設置光電傳感器，隨時偵測其精確程度。在保證了設備本身精度的前提下，產品本身出現精度問題的可能性將大大減少。而香煙本身也可以利用CCD 技術探測其長度、切口平整度、煙絲填充密度等信息，其工作原理如圖2所示。

圖2 CCD工作原理示意圖

4.2 RFID監測

利用RFID 技術，可以對香煙本身進行追溯。只需在后臺建立一個數據庫，利用激光在香煙的煙身繪制識別碼，即可在后期的任何一個步驟對香煙進行溯源，只需利用光電掃描儀獲取香煙信息，則其生產中的機器、生產人員都可以馬上定位，在香煙品質出現問題時能在最短時間內找到問題所在進行維護。

4.3 被動響應

利用光電技術中的紅外線技術，能夠對設備或產品的問題進行被動的響應。其平時不需要一直滿功率開啟檢測設備，主要的紅外線可以來自被檢測方，能減少大量的電力消耗。

4.4 機器學習

在光電傳感器整體安裝完成后，常規性的問題可以不再依賴于維護人員的熟練經驗。通過后臺設備的數據分析，可以將設備出現的問題與解決方案進行一一對應，而數據量越大，這樣的機器學習結果就越精準有效。

4.5 管理架構革新

設備得到更新后，香煙廠的實際的運行方式與之前已經大相徑庭，傳統的管理模式已經不再能夠滿足現下的生產需要。在結合工人的建議與專家對當前設備生產模式的分析上，應當對管理架構進行革新，從而實現煙廠的整體跨越發展。

5 結束語

在進行香煙的生產時，如今已極少有企業采取純人工的生產方式，無論是哪種規模的企業，一般情況下都使用煙機輔助香煙生產，煙機設備已經成為煙草業本身必備的固定資產。煙機檢測傳統上是在煙草生產過程中通過一定的方式對產品本身進行檢測，從而保證其產品質量的一種手段。但現下萬物互聯的條件下，將煙機檢測裝置與煙機割裂是不可行的。與煙機相關的一切檢測過程無論采用何種方式、何種設備、何種對象都可以納入煙機檢測的范疇中，通過光電技術的引進，煙機檢測的整體系統革故鼎新，在應對愈加嚴峻的行業挑戰中能夠站的更穩，完成其歷史任務。