基于加權TOPSIS的制絲綜合質量評價方法

劉穗君，劉穎，劉磊，李超，王海宇

制造技術

基于加權TOPSIS的制絲綜合質量評價方法

劉穗君1，劉穎1，劉磊1，李超2，王海宇3*

1河南中煙工業有限責任公司南陽卷煙廠，河南省南陽市新華東路4號 473007；2河南中心線電子科技有限公司，河南省鄭州市東里路41號 450004；3鄭州大學商學院，河南省鄭州市科學大道100號 450001

針對當前制絲質量評價方法存在的重結果輕過程、結論不直觀、缺乏可比性等不足，提出了基于加權TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）的卷煙制絲過程質量評價方法。按照工段、工序、工藝參數的層次結構建立制絲過程質量評價指標體系，并采用層次分析法進行權重分配，基于加權TOPSIS法形成對工序、工段及整體制絲過程的批次質量評價方法。以D牌號一個月的制絲生產過程為例，驗證該方法綜合評價能力，結果表明：該方法適用于制絲過程質量與歷史水平的縱向比對，能夠快速發現批次弱項指標，有利于促進制絲質量持續改進。

制絲；加權TOPSIS；質量評價；層次分析法

制絲是卷煙生產的主要環節，存在加工工序多、工藝流程長、影響因素繁雜等特點，對卷煙綜合質量以及降本增效、均質化加工等工作存在重要影響。提高制絲過程的工藝質量水平是行業內長期關注的焦點，因此制絲過程質量的評價方法也成為當前的一個研究熱點[1]。合適的質量評價方法對于制絲生產過程控制具有實踐意義，有助于提高制絲工藝穩定性[2]。傳統的制絲質量評價方法包括合格評定法、統計學評定法、西格瑪水平法等。如祁林等[3]以煙草樣本中糖堿比與鉀含量的乘積作為特性值，基于特性值的正態分布檢驗和煙草混合均勻度計算，探究制絲各工序煙草質量穩定性及其變化規律。范勝興等[4]運用統計技術將各項質量指標細分為多個檔次，確定各檔次的界限和分值，根據過程得分情況進行質量排序；《卷煙制造過程能力測評導則》[5]中將每個關鍵質量特性的質量水平換算成百萬機會缺陷數（DPMO, Defects per million opportunities），用幾何平均的方法計算過程總體的西格瑪水平。在這些方法的基礎上，張新鋒[6]采用網絡分析法確定制絲關鍵工序對制絲質量的影響權重，進而通過加權超矩陣的計算排序結果進行質量評價；羅志雪等[7]運用QI指數來構建制絲全加工過程的批次質量評價模型；陳得麗等[8]基于模糊算法建立質量指數表征函數，通過加權的方法計算批次綜合得分進行質量評價。這些方法分別從不同的側重點提出了制絲質量評價的算法模型，但對卷煙廠的日常工藝質量管控和決策而言，仍然存在制絲全流程評價指標不全面或不合理、評價結果不足以支持實時調控、生產過程的批間可比性相對較弱等不足。為此，本文將加權TOPSIS方法與層次分析法（AHP, Analytic Hierarchy Process）相結合，提出一種制絲過程綜合質量評價方法，以期全面分析制絲加工過程的控制水平，為批間質量穩定性的提高提供科學決策依據。

1 基于加權TOPSIS的制絲質量評價模型

TOPSIS法是一種根據評價對象與理想化目標的接近程度來對多個評價對象進行優劣排序的多目標決策方法[9]，本文應用TOPSIS法，先通過選取適宜的評價統計量衡量每個制絲關鍵質量特性，再根據各工序包含的關鍵質量特性的評價結果來評價各工序，進而綜合評價整體批次質量的步驟建立質量綜合評價模型。

1.1 過程穩態和非穩態的區分

首先，計算自協方差函數：

其次，計算自相關函數：

而自相關過程的方差就可以表示為[11]：

穩態的范圍就可通過三倍標準差的方法得到：

由此，通過區分各工序的穩態和非穩態數據，并通過比例系數計算工序內每個質量特性的整體質量評價值，就可以將非穩態和穩態數據共同納入質量評價體系。在得到工序內各個質量特性的整體評價值后，再按照下節的方法對工序質量進行評價。

1.2 正負理想解的計算

表1 TOPSIS數據形式

Tab.1 TOPSIS data form

1.3 質量得分的加權計算

分別計算每個批次分別與正負理想解的距離，

由此能夠對批次質量進行更好的動態縱向比較（同一過程不同時期的數據對比），若得分偏低，應分析可能存在的問題，必要時實施相應的質量改進活動。

2 制絲過程質量綜合評價模型的應用

以D牌號卷煙為試驗對象，分析其制絲過程的質量評價指標體系的建立和加權TOPSIS評價模型的具體應用。

2.1 評價指標體系的構建

根據D牌號生產企業實際工藝流程，將制絲質量分為煙片處理、煙梗預處理、制貯梗絲以及制、摻、貯絲4個工段，每個工段又分別包含2～8個數量不等的工序，見圖1。

圖1 制絲質量評價體系

而進料量主要是用來衡量物料在生產過程中出現的損耗的多少，因此可以采用損耗率(SR, Scrap rate)作為評價統計量

表2 制、摻、貯絲工段評價統計量表

Tab.2 Evaluation statistic table of silk making, blending and storage section

2.2 權重的計算

下面以葉絲超級回潮（RCC）工序為例說明運用AHP計算權重的方法。在表2中，該工序中有5個質量特性指標，首先通過專家打分的方式按照1～9的標度給出各質量特性指標的兩兩比較的重要度判斷矩陣[12]，如表3所示。

表3 葉絲超級回潮（RCC）工序質量特性指標比較判斷矩陣

Tab.3 Matrix for comparison of quality characteristic indexes of silk heating and humidifying process

表4 權重向量及最大特征根

Tab.4 Weight vector and maximum characteristic root

同樣，運用類似的方法，可以分別計算得到各工段、工序的權重，于是就可由待評價批次在各個工序質量得分進行加權，計算得到批次質量綜合得分。

2.3 質量評價分析

表5 葉絲超級回潮（RCC）工序質量評價數據

Tab.5 Quality evaluation data of silk heating and humidifying process

按照類似方法，同樣以這96個歷史批次數據作為評價參照，以2021年11月生產的D牌號10個批次數據（以No.1-10表示）作為評價對象，通過上節權重分析方法以及加權TOPSIS質量綜合評價模型進行計算，得到10個批次的質量綜合得分，見表6。

表6 各批次工序質量得分及批次質量綜合得分

Tab.6 Process quality score of each batch and overall batch quality score

續表6

在表6中可以發現，共有2個批次的質量綜合得分在80分以下，其中No.2批次得分較低的原因主要是個別重點工序質量控制不佳，尤其是權重最高的葉絲氣流干燥工序僅有73.5分，通過排查發現主要是由于冷凝水疏水閥故障引發并導致出口含水率波動，維修工已排除故障；而No.6批次得分較低的原因是整體工序質量控制水平不高，多個工序的質量得分都低于80，排查發現主要是由于換牌前松散回潮操作工未及時調整控制策略，造成生產初段含水率波動，繼而引發后工序難以穩定控制，需要優化控制模型并加強管理。由此可見，采用加權TOPSIS質量綜合評價模型可以對制絲過程的批次綜合質量和各工序質量進行評價，評價結果與實際相符，模型有效。當批次綜合質量得分偏低時，可結合各工序質量得分快速發現質量問題，并及時加以改善和消除，不失為一種有效的制絲生產過程質量管理方法。

3 結論

本文首先研究了對制絲過程穩態和非穩態數據進行有效區分并都納入質量評價體系的方法，然后采用TOPSIS方法構建了制絲批次質量評價方法，通過AHP方法確定各工序、工段的質量權重，最終形成了基于TOPSIS和AHP方法的制絲過程批次質量系統性綜合評價模型。通過實際應用表明，該模型能夠較為直觀地反映當前批次質量與以往加工質量之間的變化狀況，發現存在質量問題或質量波動的工序或質量特性，及時反饋薄弱環節，為操作人員和管理者提供實時評價參考和改進建議。

[1] 趙靜芬. 卷煙制絲生產過程工藝質量評價方法研究進展[J]. 輕工科技，2020, 36(06):133-134.

ZHAO Jingfen. Research progress of quality evaluation methods of tobacco primary processing[J]. Light Industry Science & Technology, 2020, 36(06):133-134.

[2] 楊蕊艷，楊文超. 一種新的制絲同質化評價體系設計[C]//上海市煙草學會2019年度優秀論文集.上海:上海市煙草學會，2019.

YANG Ruiyan, YANG Wenchao.A new evaluation system for homogeneity of silk production[C] //Shanghai: Collected papers of Shanghai Tobacco Society, 2019.

[3] 祁林，喬俊峰，唐習書，等. 卷煙制絲過程物料質量穩定性評價[J]. 輕工學報, 2022, 37(5): 85-90, 97.

QI Lin, QIAO Junfeng, TANG Xishu, et al. Evaluation of material uniformity in cigarette spinning process[J]. Journal of Light Industry, 2022, 37(5):85-90, 97.

[4] 范勝興，范林暉，歐亞敏，等. 煙絲質量評價方法的改進[J]. 中國煙草學報，2011, 17(2):25-28.

FAN Shengxing, FAN Linhui, OU Yamin, et al. Improvement of method for cut tobacco quality evaluation[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2011, 17(2):25-28.

[5] 國家煙草專賣局. YC/T29卷煙制造過程能力測評導則[S]. 2009，北京：中國標準出版社.

State tobacco monopoly administration. YC/T 295 Measurement guideline for cigarette manufacturing process capability[S]. 2009, Beijing: Standards Press of China.

[6] 張新鋒. 基于ANP的卷煙制絲質量評價方法[J]. 鄭州輕工業學院學報：自然科學版，2015, 30(4):35-38.

ZHANG Xinfeng. The quality evaluation method of cigarette shreds based on ANP[J]. Journal of Zhengzhou University of Light Industry: Natural Science Edition, 2015, 30(4): 35-38.

[7] 羅志雪，王昭焜，于靜，等. 卷煙制絲過程參數穩定性評價指數的構建及應用[J]. 煙草科技，2018, 51 (5):76-80.

LUO Zhixue, WANG Zhaokun, YU Jing, et al. Development and application of assessment indexes for process parameter consistency during tobacco primary processing[J]. Tobacco Science & Technology, 2018, 51 (5):76-80.

[8] 陳得麗，高立秀，孫成順，等. AHP-模糊算法在卷煙制絲過程質量評價中的應用[J]. 包裝工程，2020, 41(23):195-203.

CHEN Deli, GAO Lixiu, SUN Chengshun, et al. Application of AHP-fuzzy algorithm in quality evaluation of tobacco primary processing[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(23): 195- 203.

[9] 李娟芳，何亞伯. 基于組合賦權的工程項目投標決策TOPSIS法研究[J]. 數學的實踐與認識，2021, 51(11):277-283.

LI Juanfang, HE Yabo. Research TOPSIS method on bidding decision of engineering project based on combination weights[J]. Mathematics in Practice and Theory, 2021, 51(11):277-283.

[10] 劉穗君，張新鋒，王玉建. SPC的3σ原理在葉絲干燥出口含水率監測中的應用[J]. 煙草科技，2010, 43(9):15-17.

LIU Suijun, ZHANG Xinfeng, WANG Yujian . Application of SPC 3σ Principle to Output Moisture Content Monitoring in Cut Tobacco Drying[J]. Tobacco Science & Technology, 2010, 43(9): 15-17.

[11] 張敏，何楨. 自相關過程的X質量控制圖[J]. 數理統計與管理，2007, 26(1):96-100.

ZHANG Min, HE Zhen. Quality Control Chart for Auto-correlated Processes of Manufacturing Industrials[J]. Application of Statistics and Management, 2007, 26(1):96-100.

[12] 熊立，梁樑，王國華. 層次分析法中數字標度的選擇與評價方法研究[J]. 系統工程理論與實踐，2005, 25(3):72-79.

XIONG Li, LIANG Liang, WANG Guohua. Method research on selection and valuation of numeric scale in analytic hierarchy process[J]. Systems Engeering-Theory & Practice, 2005, 25(3): 72-79.

[13] 鄧雪，李家銘，曾浩健，等. 層次分析法權重計算方法分析及其應用研究[J]. 數學的實踐與認識，2012, 24(7):93-100.

DENG Xue, LI Jiaming, ZENG Haojian, et al. Research on computation methods of AHP weight vector and its applications[J]. Mathematics in Practice and Theory, 2012, 24(7):93-100.

Comprehensive quality assessment of tobacco silk making process based on weighted TOPSIS

LIU Suijun1, LIU Ying1, LIU Lei1, LI Chao2, WANG Haiyu3*

1 Nanyang Cigarette factory, China Tobacco Henan Industrial Co. Ltd., Nanyang 473007, China;2 Henan Center Line Electronic Science and Technology Co. Ltd., Zhengzhou 450004, China;3 Business School, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China

Aiming at the shortcomings of current quality assessment methods of silk making process, such as non intuitive evaluation results and lack of comparability, a quality assessment method of cigarette silk making process based on weighted TOPSIS is proposed. According to the hierarchical structure of section, process and process parameters, the quality evaluation index system of silk making process is established, and the weight is distributed by analytic hierarchy process. Based on the weighted TOPSIS method, the systematic batch quality assessment method of overall silk making process is formed. Taking one month silk production processes of D brand as an example, the comprehensive assessment ability of this method was verified. The results show that the assessment method is suitable for longitudinal comparison and evaluation of the silk making process and its own historical quality level, and it can quickly find the weak indicators of the batch, which is conducive to promoting the improvement of the batch quality and improving the comprehensive quality level of the silk making process.

silk making process; weighted TOPSIS; quality assessment; analytic hierarchy process

Corresponding author. Email：45211474@qq.com

國家自然科學基金項目“基于PLD的過程質量控制經濟統計優化設計研究”（71672209）；河南中煙工業有限責任公司科技項目“卷煙生產過程全要素產品質量管控及跟蹤技術”（A202052）

劉穗君（1976—），本科，高級工程師，主要從事卷煙工藝技術研究，Tel：0377-63038957，Email：nyliusj@qq.com

王海宇（1979—），Tel：13523076302，Email：45211474@qq.com

2022-03-02；

2023-03-24

劉穗君，劉穎，劉磊，等. 基于加權TOPSIS的制絲綜合質量評價方法[J]. 中國煙草學報，2023, 29（5）. LIU Suijun, LIU Ying, LIU Lei, et al. Comprehensive quality assessment of tobacco silk making process based on weighted TOPSIS[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2023, 29(5). doi:10.16472/j.chinatobacco.2022.T0044