基于六西格瑪方法的復烤煙片大中片率提升研究

尹利忠 楊 洋 楊學良 張 清 任淑本 楊艷陽 李夢月

（紅塔煙草（集團）有限責任公司大理卷煙廠，云南大理 671000）

對煙葉進行打葉復烤加工的主要目的是為卷煙制絲和卷制提供高品質的片煙產品。經打葉復烤的片煙片形結構對卷煙廠制絲和卷制有較大影響，主要體現在大中片率、葉含梗率等方面，直接影響煙絲的純凈度和卷制質量，進而影響卷煙產品的外觀質量和感官品質，同時煙片結構也會影響打葉復烤過程中的煙葉損耗和卷煙過程的原料損耗[1]。卷煙工藝規范中規定大中片率≥80%、葉中含梗率≤1.5%[2]。為進一步提升復烤大中片率，提高復烤均質化加工水平[3-4]。本文利用六西格瑪DMIAC流程分析法，對影響葉片大中片率的相關因子進行分析，探討提高復烤葉片大中片率的方法，為生產中煙葉復烤提供參考。

1 試驗方法

本研究利用六西格瑪管理模式中的DMIAC 改進流程，運用Minitab 工具軟件，以大理卷煙廠生產的紅大VCO3S 為研究對象，通過“定義D”“測量M”“分析A”“改進I”和“控制C”5 個階段的工作，收集過程數據進行分析，對各生產流程影響葉片大中片率的因素進行梳理，確定關鍵質量特性CTQ[5]，運用過程失效模式和影響分析（FMEA）工具，找出關鍵因子，并對其進行生產過程控制和改進，以提高復烤葉片大中片率。

1.1 定義階段

煙片是指煙葉打葉復烤后的煙片結構，主要包括大片（＞25.4 mm）、中片（12.7～25.4 mm）、小片（6.35～12.7 mm）、碎片（2.36～6.35 mm）等。其中大中片率是指≥12.7 mm 的煙片占各層篩網所收集片煙質量總和的比率[6]。

式中：Y為大中片率；m1為25.4 mm 篩網上的葉片質量+12.7 mm 篩網上的葉片質量的總和（g）；Σmi為各層篩網所收集的片煙質量的總和（g）。

1.2 測量階段

使用微觀流程圖分析方法，確定影響葉片大中片率的關鍵流程及影響因子，并采用C＆E 矩陣和FMEA 確定關鍵影響因子。對原因明確、措施簡單的影響條件，運用質量管理和管控手段對其進行快贏改善，其余關鍵因子在分析階段進行進一步分析。

1.3 分析階段

針對某一關鍵影響因子，在固定其他影響條件的情況下，改變該因子的值或狀態，收集試驗數據，采用雙樣本t檢驗和單因素方差分析進行關鍵因子分析，確定關鍵因子是否為顯著影響因子。

1.4 改進階段

根據分析階段的結果，對關鍵影響因子進行深入分析，并采取相應改進措施，驗證措施的有效性，以提高葉片大中片率。

1.5 控制階段

在控制階段，通過SPC 監控、文件標準化、加強操作管理等手段進行控制改善，保證項目改進效果持續穩定。

2 結果與分析

2.1 微觀流程圖、C＆E矩陣與FMEA分析

從煙葉備料至打葉風分的復烤生產工藝流程進行分析，其中打葉風分工序分為四級打葉風分，第一級打葉風分出片率為65.0%～66.5%，大中片率較高，碎片率最低，對整個打葉設備加工質量影響最大。因此，微觀流程圖分析時，打葉風分工序以第一級打葉風分為主進行分析。通過微觀流程圖的分析，共識別了34個影響因子。通過分析影響大中片率的主要因素，發現造碎、黏附和泄漏是主要影響因素，并確定各因素權重（造碎權重9、黏附權重5、泄漏權重3），并以此進行C＆E矩陣分析，篩選出得分值大于89的32個影響因子進行FMEA分析，共篩選出13 個得分大于112 的因子。其中分級大片摻配、外加碎片摻配、鋪葉線小貯柜貯葉比例、一潤喂料機喂料倉貯葉比例、預配貯葉時間、二潤喂料機喂料倉貯葉比例等因子通過快贏改善措施進行改善，改善后大中片率提高至76.54%。

2.2 關鍵因子分析

針對測量階段其余的班組影響、二潤出口水分、二潤出口溫度、打輥電機轉速、一風風機頻率、二風風機頻率、三風風機頻率、四風風機頻率8 個因子，按表1數據收集計劃開展相關試驗。

表1 關鍵影響因子數據收集計劃

通過開展相關試驗，收集試驗數據，運用Minitab 工具進行分析，除班組影響因子對大中片率無顯著影響外，其余因子均對大中片率具有顯著影響，需進一步分析。

2.3 關鍵因子改進

2.3.1 二潤出口水分和二潤出口溫度因子針對二潤出口水分和二潤出口溫度因子，采用DOE 試驗尋找二潤出口水分與二潤出口溫度的最佳配合，使葉片大中片率最大。由于二潤出口水分和二潤出口溫度的變化會引起烤片機入口的水分變化，為保證烤片機出口水分，需對烤片機干燥五區溫度進行調整。因此增加烤片機干燥五區的溫度監控，尋找最佳烤片機溫度的二潤出口水分和二潤出口溫度。

通過DOE 分析和相應曲面設計，開展相關試驗，等值線圖與曲面圖結果如圖1～2所示。

圖1 基于葉片大中片率的等值線圖與曲面圖

圖2 基于烤片機干燥五區總溫度的等值線圖與曲面圖

利用Minitab相應優化器，當二潤出口水分設定為17.5%，二潤出口溫度設定為46.5 ℃時，葉片大中片率可達到最大值76.81%。二潤生產過程中入/出口直噴蒸汽噴射開度為50%/50%時，溫度滿足要求。為驗證試驗結果，同時驗證在該設置下的葉含梗率是否符合標準，進行了5 批次的驗證，大中片率為76.85%，葉中含梗率均低于工藝標準要求（≤1.7%）。

2.3.2 打輥電機轉速因子針對打輥電機轉速因子，采用回歸分析，按390、420、450、480、510 和540 rmp 的打輥電機轉速設置試驗。經二次回歸分析及利用響應優化器后發現：當打輥電機轉速為450～480 rmp 時，葉片大中片率均與預測最佳值接近（圖3）。為滿足不同特性煙葉加工，打葉機打輥轉速可根據來料情況在450～480 rmp進行調整。

圖3 打輥電機轉速因子擬合曲線和響應優化

為驗證試驗結果，同時驗證在該設置下的葉含梗率是否符合標準，進行了5批次的驗證，一打打輥電機轉速設置為450～480 rmp 時，葉片大中片率較為接近且為最大。結合生產實際和操作經驗等，針對特定的煙葉，打葉機打輥電機轉速設置有所不同，但調整范圍在450～480 rmp；在此打輥電機轉速下，葉含梗率均低于工藝標準要求值（≤1.7%），符合要求。

2.3.3 一風至四風風機頻率因子針對一風至四風風機頻率因子開展田口試驗分析，確定田口試驗因子水平。結合大中片率和葉含梗率要求，利用均值響應表和均值主效應圖，結合葉片大中片率與葉含梗率的田口試驗分析，確定各個因子的參數設置：一風風機頻率設置為41 Hz、二風機頻率50 Hz、三風風機頻率37 Hz、四風風機頻率38 Hz。在該參數下利用Minitab進行預測，葉片大中片率為77.8%，葉含梗率為1.1%。

以此結果為依據，增加5 個批次試驗進行進一步驗證，當采用以上風分頻率時，葉片大中片率較為接近且最大，均值為78.55%。在此參數下，葉含梗率均低于工藝標準要求值（≤1.7%），符合要求。

2.4 固化成果控制

通過DMAI 階段的改進后，測試了20 批次大理紅大VCO3S 的大中片率，大中片率由改進前的76.23%提升到77.87%。在控制階段，通過文件標準化、SPC 監控、加強操作管理等手段進行控制改善，保證大中片率改進效果持續穩定。

3 結論

基于六西格瑪的DMAIC 質量改進模型，運用C＆E矩陣、過程失效模式及影響分析（FMEA）工具，分析出影響復烤葉片大中片率的關鍵因子，并采取相應措施進行改進。采用DOE試驗設計，將二潤出口水分設定值設置為（17.5±1.0）%，二潤入口/出口直噴蒸汽噴射開度設置為50%/50%；一級打葉打輥電機轉速設置為450～480 rmp；一級打葉一風風機頻率設置為41 Hz，二風風機頻率設置為50 Hz、三風風機頻率設置為37 Hz、四風風機頻率設置為38 Hz 時，大理紅大VCO3S 葉片的大中片率由改進前的76.23%提升為77.87%，極大提高了葉片的大中片率和出片率。