薄板烘丝机入口水分影响因素的相关性分析

陈娇娇 李自娟 刘 博

（张家口卷烟厂有限责任公司，河北 张家口 075000）

烟丝生产过程是将复烤烟叶加工成符合工艺要求的成品烟丝，整个制丝过程涉及的工艺流程和工艺参数很多，其中烘丝工序是制丝过程中的一道关键工序，烘丝工序是将回潮后的叶丝通过高温环境蒸发水分，松散和卷曲叶丝，增加叶丝的填充值，去除叶丝中的杂气，改善和提高烟丝的感官质量，以满足后续加工工艺的要求。烘丝出口含水率的稳定性直接影响成品烟丝的加工质量和卷烟的内在品质[1]，为保证卷烟产品内在品质的一致性，烟草工作者进行了大量的研究。多集中在制丝生产过程，关键工序的工艺参数对卷烟感官品质的影响，刘炳军等人[2]在对制丝烘丝工序关键工艺参数批间稳定性控制参数进行分析的研究中发现，烘丝入口水分与烟片处理段实际加水比例具有较强的正相关性，王旭锋等人[3]在研究制丝关键工序对卷烟质量和卷制质量的影响的过程中发现，烘丝机物料流量、叶丝回潮出口含水率、松散回潮热风温度对卷烟感官品质有显著影响，李山等人[4]针对制丝在线加工25 个关键工序的工艺参数进行主成分分析（也称主分量分析）和聚类分析，确定了制丝在线加工工艺稳定性的有效综合评价办法。

近年来，随着“全稳态”质量过程控制理念在全行业的推广及应用，对烘丝等关键工序的输入与输出，以及过程工艺指标中的“人”“机”“物”“料”“法”“环”“测”等方面均有较高的要求。当薄板烘丝机来料水分波动较大时，烘后叶丝含水率的稳定性也容易产生波动。在关于薄板烘丝机的相关研究中，入口水分控制的研究相对较少，有研究发现，烘丝出口水分与入口水分呈极显著的线性相关（相关系数为0.956）[5]。该文通过分类筛选影响烘丝机入口水分的因素，并进行Pearson 相关系数分析，确定薄板烘丝机入口水分的主要影响因素，为保证薄板烘丝机入口水分的稳定性提供理论支撑，进而提升烟丝品质。

1 材料与方法

提取2015 年3 月—2016 年2 月制丝生产过程制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）中一期自有牌号的原始数据，共计196 批，为避免数据单位不统一，对数据进行无量纲化处理。

1.1 参数筛选

对松散回潮工序的12 个参数（滚筒转速、循环风机频率、加温湿蒸汽压力、水雾化蒸汽压力、循环风温、排潮风门开度、新风风门开度、入口水分、出口水分、加水总量、补偿蒸汽开度、真空至松散输送时长），加料回潮工序的9 个参数（热风温度、滚筒电机频率、料液喷嘴压力、排潮开度、暂存柜存储时长、入口水分、出口水分、补偿蒸汽开度、排潮风门开度），热风润叶工序的4 个参数（地下柜存储时长、入口水分、出口水分、补偿蒸汽开度）进行分类，其中工艺要求，即工艺标准要求的规范技术为可控参数。可调参数，即在生产过程中，需要根据实际生产需求由岗位司机或中控司机进行调节的参数。最终筛选出14 个可调参数为薄板烘丝机入口水分的影响因素：松散回潮入口水分、松散回潮出口水分、松散回潮打水总量、松散回潮补偿蒸汽开度、真空至松散输送时长、暂存柜储存时长、加料回潮入口水分、加料回潮出口水分、加料回潮补偿蒸汽开度、加料回潮排潮风门开度、地下柜存储时长、热风润叶入口水分、热风润叶出口水分、热风润叶补偿蒸汽开度。

1.2 数据预处理

1.2.1 数据筛选

从MES 系统中提取的196 批自有牌号数据中，包括松散回潮入口水分、松散回潮出口水分、松散回潮打水总量、松散回潮补偿蒸汽开度、真空至松散输送时长、暂存柜储存时长、加料回潮入口水分、加料回潮出口水分、加料回潮补偿蒸汽开度、加料回潮排潮风门开度、地下柜存储时长、热风润叶入口水分、热风润叶出口水分以及热风润叶补偿蒸汽开度14 个点位数据，对提取的原始数据进行有效的数据筛选，剔除温度异常、含水率异常、时间异常的数据。

1.2.2 无量纲化处理

为保证不同因素与薄板烘丝机入口水分之间相关性检验的准确性，该文选择无量纲化处理中的标准化方法，如公式（1）所示，对筛选后的数据进行预处理，消除量纲和数量级的影响。

式中：xij（i=1，2，3...m，j=1，2，3...m），i 表示第i 行，j 项指标表示第j 项指标的实际观测数值，、Sj（j=1，2，3...m）分别表示第j 项指标观测值的平均值和标准差，xij*称为标准观测值[6]。该实验中i=1，2，3...14; j=1，2，3...14。

1.2.3 数据分析

为确定薄板烘丝机入口水分的关键影响因素，采用SPSS19.0 软件对预处理后的数据进行Pearson 相关系数检验。数据提取和处理的过程为：从MES 系统中提取数据→筛选变量→剔除温度异常数据→剔除水分异常数据→剔除时间异常数据→数据预处理（无量纲化）→Pearson 相关系数检验→结果分析。

分别对松散回潮入口水分（X1）、松散回潮出口水分（X2）、松散回潮打水总量（X3）、松散回潮补偿蒸汽开度（X4）、真空至松散输送时长（X5）、暂存柜储存时长（X6）、加料回潮入口水分（X7）、加料回潮出口水分（X8）、加料回潮补偿蒸汽开度（X9）、加料回潮排潮风门开度（X10）、地下柜存储时长（X11）、热风润叶入口水分（X12）、热风润叶出口水分（X13）、热风润叶补偿蒸汽开度（X14）与薄板烘丝机入口水分（Y）进行Pearson 相关性验证，P＜0.05 表示差异显著或P＜0.01 表示差异极显著，R 表示相关系数。

2 结果分析

Pearson相关系数检验结果，见表1。薄板烘丝机入口水分不受暂存柜储存时长和加料回潮排潮开度的影响（P＞0.05），与松散回潮入口水分的相关性（RX1=0.190，P＜0.05）是显著的，而薄板烘丝入口水分与松散回潮出口水分（RX2=0.528，P＜0.01）、松散回潮打水总量（RX3=0.541，P＜0.01）、松散回潮补偿蒸汽开度（RX4=-0.350，P＜0.01）、真空至松散输送时长（RX5=0.613，P＜0.01）、加料回潮入口水分（RX7=0.408，P＜0.01）、加料回潮出口水分（RX8=0.511，P＜0.01）、加料回潮补偿蒸汽开度（（RX9=-0.406，P＜0.01）、地下柜存储时长（（RX11=0.618，P＜0.01）、热风润叶入口水分（RX12=0.998，P＜0.01）、热风润叶出口水分（RX13=1.000，P＜0.01）、热风润叶补偿蒸汽开度（RX14=0.709，P＜0.01）的相关性是极显著的，其中松散回潮入口水分、松散回潮出口水分、松散回潮打水总量、真空至松散输送时长、加料回潮入口水分、加料回潮出口水分、地下柜存储时长、热风润叶入口水分、热风润叶出口水分、热风润叶补偿蒸汽开度与薄板烘丝机入口水分呈正相关，松散回潮补偿蒸汽开度、加料回潮补偿蒸汽开度与薄板烘丝机入口水分呈负相关。

表1 各影响因素相关性检验结果

3 结论

通过对松散回潮入口水分、出口水分等14 个参数进行Pearson 相关系数分析，筛选出影响薄板烘丝机入口水分的主要因素，即松散回潮总打水量、地下柜存储时长和热风润叶入口水分、出口水分、补偿蒸汽开度，薄板烘丝机入口水分不受暂存柜储存时长和加料回潮排潮开度的影响。制丝生产的工艺质量涉及面广泛，烘丝前各工序的工艺指标等的稳定性均会对烘丝工序的输入的稳定性产生至关重要的影响，松散回潮总打水量、地下柜存储时长和热风润叶入口水分、出口水分、补偿蒸汽开度等可调节参数受不同批次之间，不同来料之间和不同操作工个人经验的影响，应根据各牌号生产的实际情况，固定并统一操作工的操作方法，这样有助于提高薄板烘丝机入口水分的稳定性，进而为提高批次间的稳定性和过程“全稳态”提供数据支撑。