基于多元统计分析的中支卷烟机工艺参数优化

王坤 叶鸿宇 单书江

摘  要：为提高中支卷烟综合质量稳定性，采用正交试验设计与多元统计分析方法，研究了卷烟机回丝量、大风机负压、小风机正压在不同水平下对卷烟综合质量的影响，确定了适宜于中支卷烟加工的工艺参数。结果表明：回丝量、大风机负压、小风机正压对中支卷烟综合质量的稳定性有不同程度的影响，尤以回丝量的影响最大，但3个参数对卷烟综合质量稳定性的影响均未达到显著性水平。在试验范围，3个参数的最佳组合为48%、-10kPa、1.1kPa。

关键词：中支卷烟机;工艺参数;多元统计分析

中图分类号：TS43 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）20-0103-03

Abstract： In order to improve the comprehensive quality stability of middle-diameter cigarettes， the effects of the changes of technological parameters such as pipe tobacco quantity rolling back， negative pressure of large fan and positive pressure of small fan on the comprehensive quality stability of cigarette were studied， by using the orthogonal experimental design and the method of multivariate statistical analysis. And the suitable process parameters of middle-diameter cigarette sweredetermined. The results indicated that the quantity of tobacco waste， the negative pressure of large fans and the positive pressure of small fans had different effects on the comprehensive quality stability of middle-diameter cigarettes， among which specially the quantity of tobacco waste exhibited the most effect， but the effects of these 3 parameters on the the comprehensive quality stability of cigarettes were insignificant. Within the scope of the test， the optimum parameters of these 3 factors were 48%，-10kPa， and 1.1 kPa.

Keywords： middle-diameter cigarette making machine; technological parameter; multivariate statistical analysis

中支卷烟作为圆周介于常规卷烟与细支卷烟之间的一种规格，迎合了消费者对于吸食满足感与关注健康的双重需求，近几年成为卷烟銷售市场的热点。与常规卷烟相比，中支卷烟不仅仅是圆周的减小，重量、吸阻、硬度等物理指标也发生相应改变。虽然中支卷烟机是在常规卷烟机基础上改造而来，但卷制过程中参数设定不能完全照搬常规烟支，需要根据产品特点，探索适宜于中支卷烟的参数控制技术。目前，烟草行业内对卷烟机参数的研究主要针对常规烟支的单一物理指标的影响[1-2]，而对于中支烟卷制质量的影响鲜有报道。基于此，本文通过开展三因素三水平正交试验，结合多元统计分析方法，研究了中支卷烟机回丝量、大风机负压、小风机正压对中支卷烟综合质量的影响，旨在提高中支卷烟卷制过程的稳定性。

1 材料与方法

1.1 测试仪器及材料

我厂一类烟A牌号成品烟丝，相同批次的卷烟纸、滤棒、接装纸，ZJ17D型卷接机组（常德烟草机械有限责任公司）;OM-Ⅰ卷烟综合测试台（北京欧美利华科技有限公司）。

1.2 试验方法

采用正交试验方法[3]，考察卷烟机回丝量、大风机负压、小风机正压等参数对卷烟重量、圆周、长度、吸阻、硬度5个指标综合质量的影响程度，确定卷烟机VE系统的最佳参数组合。

试验过程固定同一台卷烟机，使用同一批烟丝、卷烟纸、滤棒、接装纸，由同一挡车工操作，控制烟支重量指标保持不变，每次参数调整后待卷烟机稳定，每隔5分钟取烟支样品，共取5次，每次取样100支，从中随机取30支检测物理指标。

1.3 多元统计分析方法

卷烟作为典型的多质量特性产品，在卷制过程中受控的物理指标有多个，且指标间存在不同程度的相关性[4]。目前应用较多的一元统计分析忽略了多个指标间的相互影响，使质量控制存在“过控”或“欠控”的风险[5]。因此，为提高卷烟综合质量的稳定性，需采用多元统计分析方法。协方差矩阵是一元统计中的方差向多元统计的推广，由各个分量的方差和协方差组成。在多元统计控制中，协方差矩阵起着非常重要的作用，能够反映质量特性值的离散程度及相关程度。但由于它是一个矩阵表达式，不便直接进行数量的比较，这时我们需要用到协方差矩阵的行列式，即广义方差。该统计量作为标量，不仅可以表征多元分布的离散情况，而且能够进行数量比较[6]。

为了分析不同参数组合下烟支卷制质量稳定性的差异，利用广义方差（组内协方差矩阵的行列式）反映单支卷烟各项物理指标的离散程度。协方差矩阵的无偏估计量为：

2 结果与讨论

2.1 正交试验分析

通过对卷烟物理指标检测值的统计分析，得到各参数组合下的广义方差值如表2所示。广义方差值越小各项卷烟物理指标的离散程度越小，综合质量稳定性越高。广义方差的直观分析结果表明，随着大风机负压的增大、回丝量的减小，各项卷烟物理指标的总体离散程度呈减小趋势，综合质量稳定性提高。回这可能是由于试验设定的3个回丝量水平均较大，在此范围内回丝量越大，平整器修整烟丝量越多，卷制过程中过长的烟丝更易造成烟支内密度分布的不均匀，从而影响重量、吸阻、硬度等指标的稳定性。3个工艺参数的均值极差相比，回丝量均值极差>大风机负压均值极差>小风机负压均值极差，可以得出，在卷烟机正常运行的情况下，以上3个工艺参数对卷烟综合质量稳定性的影响程度由大到小依次为回丝量、大风机负压、小风机正压。方差分析结果表明，3个工艺参数的F值均小于F0.05的值，对卷烟综合质量稳定性均未达到显著性水平。在试验范围内，3个工艺参数的最佳水平分别为：

2.2 卷烟机参数优化效果验证

将卷烟机回丝量、大风机负压、小风机正压由优化前的52%、-9kPa、0.9kPa调整为48%、-10kPa、1.1kPa。每个班次随机取1组（30支/组）样品，优化前后各取20组，用同一综合测试台检测物理指标。对检测结果用minitab软件绘制T2、广义方差控制图，如图1、图2。

由图1、图2可知，卷烟机参数优化前T2控制图中有4个点超出了控制限，优化后有3个点超出控制限，表明优化后卷制过程中各物理指标均值的偏移程度小于优化前。对比广义方差控制图可知，由于优化后的控制限明显低于优化前，优化后控制图中点的波动幅度小于优化前，表明优化后卷烟各物理指标的离散程度小于优化前。综合两种控制图的分析结果可知，在卷烟机回丝量、大风机负压、小风机正压参数优化后，卷烟综合质量稳定性得到了有效的提高。但通过T2控制图可以看到，优化后仍有超出控制限的点，表明卷制过程中各物理指标的均值的偏移程度仍有待进一步缩小。

3 结束语

在卷烟机正常运行的情况下，回丝量、大风机负压、小风机正压对中支卷烟综合质量的稳定性有不同程度的影响，尤以回丝量的影响最大，但3个参数对卷烟综合质量稳定性的影响均未达到显著性水平。在试验范围，3个参数的最佳组合为48%、-10kPa、1.1kPa。通过卷烟机参数的优化，中支卷烟综合质量的稳定性得到改善。若想进一步提升，则需要从来料烟丝结构分布的合理性及均匀性改进方面开展试验研究。

参考文献：

[1]魏瑞广，张小杭，廖艳培.ZJ17卷烟机设备工艺参数对烟支空头的影响[J].装备制造技术，2013（5）：112-113.

[2]菅威，杨时政，宋金华，等.PROTOS70卷烟机工艺参数与烟支重量控制稳定性的关系研究[J].安徽农学通报，2013（20）：95-96.

[3]刘文卿.试验设计[M].北京：清华大学出版社，2011.

[4]于建军，李晓，赵铭钦，等.卷烟工艺学[M].北京：中国农业出版社，2009.

[5]程治华.机械制造中的多元质量控制[J].武汉工学院学报，

1992，14（3）：57-62.

[6]錢钟候，王成斌，孟玉珂.多元质量控制[M].北京：中国铁道出版社，1995.