基于多元線性回歸的烘絲出口水分影響因素的研究

梅 芳，王世旭， 曹林海，陳卓驥，朱科偵，王 巍

（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北武漢 430000）

烘絲工序是制絲線上的關(guān)鍵工序，有研究表明，可以通過不斷優(yōu)化烘絲工序關(guān)鍵工藝參數(shù)的方式和調(diào)控模式，平衡濕熱處理強度，進而達到穩(wěn)定烘絲出口水分，并兼顧葉絲的內(nèi)在卷煙品質(zhì)和物理感官品質(zhì)，是現(xiàn)階段烘絲工序工藝研究的重要方向[1]。

1 工作原理

滾筒式烘絲機工作原理：煙絲經(jīng)過加溫加濕后由振動輸送機送入烘絲筒內(nèi)，熱風(fēng)系統(tǒng)按一定比例設(shè)置分為兩路流向，一路熱風(fēng)從進料端頂部輸送到筒內(nèi)，與煙絲形成順向流動并與煙絲充分接觸，實現(xiàn)熱氣流的排潮干燥，后續(xù)流至出料端頂部的排潮口排出；另一路熱風(fēng)由進料端送入筒內(nèi)，對煙絲直接進行預(yù)熱處理[4]。煙絲在圓形空間內(nèi)通過炒料板的作用不斷翻滾下落，同時與筒體加熱管板及熱風(fēng)充分接觸，達到干燥水分的目的，并從出料端排出。

烘絲機工作原理圖見圖1，烘絲機運行工藝參數(shù)見表1。

表1 烘絲機運行工藝參數(shù)

圖1 烘絲機工作原理圖

在武漢卷煙廠KA2 類卷煙工藝運行參數(shù)下，穩(wěn)定筒壁溫度的同時，如何合適地調(diào)整熱風(fēng)風(fēng)速，以達到穩(wěn)定烘絲出口水分的目的，對卷煙產(chǎn)品質(zhì)量均質(zhì)化有著至關(guān)重要的作用。

2 多元線性回歸分析

2.1 初步構(gòu)建回歸方程

依托MES[5]系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)），選取某牌號30 個批次的烘絲工序生產(chǎn)過程工藝運行參數(shù)：HT 入口煙絲含水率、出口葉絲含水率、HT 蒸汽壓力、筒壁溫度、熱風(fēng)風(fēng)速、排潮負(fù)壓（見表2），進行多元線性回歸分析，利用Minitab 軟件通過數(shù)據(jù)分析初步構(gòu)建回歸方程：出口葉絲水分=13.6+0.476HT 入口含水率- 2.67 熱風(fēng)風(fēng)速- 0.074 4 筒壁溫度+ 7.21HT 蒸汽壓力- 0.004 79 排潮負(fù)壓。

表2 30 批次烘絲機運行參數(shù)數(shù)據(jù)

驗證出口葉絲含水率與HT 入口煙絲含水率、熱風(fēng)風(fēng)速、HT 蒸汽壓力、筒壁溫度、排潮負(fù)壓之間是否有相關(guān)性。

30 批次烘絲機運行參數(shù)數(shù)據(jù)見表2，Minitab 軟件運行得出的回歸方程及殘差圖見圖2。

圖2 Minitab 軟件運行得出的回歸方程及殘差圖

從圖2 中可得出以下結(jié)論：

（1） 結(jié)合ANOVA 表分析回歸方程總的顯著性檢驗結(jié)果，由于p 值=0.002 ＜α =0.05，表明在顯著顯著性水分α=0.05 下，線性回歸方程總效果是顯著的。

（2） 回歸模型顯著性的度量指標(biāo)：從R-Sq=77.1%，R-Sq（調(diào)整）=72.3%來看，二者很接近，S=0.056 076 1。

（3） 各個參數(shù)回歸系數(shù)的顯著性檢驗，從回歸系數(shù)檢驗來看，自變量HT 入口煙絲含水率、出口葉絲含水率、HT 蒸汽壓力、薄板溫度、熱風(fēng)風(fēng)速p 值均小于α=0.05，故這4 個因子均為顯著因子；自變量排潮負(fù)壓的p 值= 0.184 ＞α= 0.05，效應(yīng)不顯著，說明該因子不顯著。

（4） 進行殘差分析。通過圖2 的四合一殘差圖，均顯示正常。

經(jīng)過以上分析，設(shè)定的線性回歸模型是可以接受的，只是從方程中刪除不顯著變量“排潮負(fù)壓”。

2.2 修正回歸方程模型

Minitab 軟件運行得出的回歸方程及殘差圖見圖3。

圖3 Minitab 軟件運行得出的回歸方程及殘差圖

刪除自變量排潮負(fù)壓，修正模型（見圖3），可以得出HT 入口煙絲含水率、出口葉絲含水率、HT蒸汽壓力、筒壁溫度、熱風(fēng)風(fēng)速的回歸方程為：出口葉絲水= 12.4 + 0.501HT 入口含水率- 2.97 熱風(fēng)風(fēng)速- 0.063 筒壁溫度+ 6.14HT 蒸汽壓力。

從圖3 中可得出以下結(jié)論：

（1） 結(jié)合ANOVA 表分析回歸方程總的顯著性檢驗結(jié)果，由于p 值= 0 ＜α = 0.05，表明在顯著性水分α=0.05 下，線性回歸方程總效果是顯著的。

（2） 回歸模型顯著性的度量指標(biāo)：從R-Sq=71.8%，R-Sq（調(diào)整） = 67.3%，模型可以，從S=0.060 9 比較小，可以容忍。

（3） 各個參數(shù)回歸系數(shù)的顯著性檢驗，從回歸系數(shù)檢驗來看，p 值均小于α=0.05，效應(yīng)顯著，說明因子均顯著。

（4） 進行殘差分析。通過圖3 的四合一殘差圖，均顯示正常，

經(jīng)過以上分析，認(rèn)定的線性回歸模型是可以接受的，認(rèn)定修正后的模型為：出口葉絲水= 12.4 +0.501HT 入口含水率- 2.97 熱風(fēng)風(fēng)速- 0.063 筒壁溫度+ 6.14HT 蒸汽壓力。

3 應(yīng)用效果

在實際生產(chǎn)過程中，HT 蒸汽壓力保持0.15 MPa和筒壁溫度維持135 ℃不變時，當(dāng)HT 入口煙絲含水率在18.4%～19.0%波動時，對照熱風(fēng)風(fēng)速穩(wěn)定實際值和預(yù)測熱風(fēng)風(fēng)速值可看出，預(yù)測熱風(fēng)風(fēng)速平均差值為0.006。

烘絲機熱風(fēng)風(fēng)速對比見表3。

表3 烘絲機熱風(fēng)風(fēng)速對比

由表3 可知，此回歸方程模型可以有效指導(dǎo)烘絲工序?qū)嶋H生產(chǎn)過程中及批次間，HT 入口水分變化時對應(yīng)熱風(fēng)風(fēng)速的調(diào)整。