基于细支卷烟物理指标的烟丝尺寸分析

朱波 关欣 张东 李高坡

摘 要：通过神经网络多层感知与逐步回归分析，研究细支卷烟烟丝尺寸分布与物理指标的相关性，确定影响细支卷烟物理指标及其稳定性的烟丝尺寸分布。结果表明：（1）对细支烟物理指标影响较大的烟丝尺寸主要分布在8～3.35mm和1～2.5mm;（2）≥3.35mm尺寸烟丝对吸阻产生极显著正相关影响（P<0.01），对总通风和总通风标偏产生显著负相关影响（P<0.05），2.5～1mm尺寸烟丝对硬度产生极显著负相关影响（P<0.01）。（3）细支烟在实际生产过程中，降低超长丝（>8mm）比例，增加8～3.35mm烟丝尺寸比例，可以很好地平衡各项物理指标，提高物理质量的稳定性。

关键词：神经网络多层感知分析;相关分析;逐步回归分析;烟丝尺寸;物理指标

中图分类号 TS452  文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）18-0114-03

Analysis of Cut Tobacco Size Based on Physical Indexes of Fine Cigarettes

ZHU Bo et al.

（Qingdao Cigarette Factory， Shandong Tobacco Industry Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China）

Abstract： The correlation between cut tobacco size distribution and physical indexes was studied by neural network multi-layer perceptual analysis and stepwise regression analysis， and the cut tobacco size distribution influencing the physical indexes and stability of the fine cigarette was determined. The results show that： （1）the cut tobacco size which has great influence on the physical indexes of fine cigarettes mainly distributes in the range of 8mm-3.35mm and 1mm-2.5mm; （2）The results showed that the size of cut tobacco≥3.35mm had a significant positive correlation effect on the suction resistance （P<0.01）， a significant negative correlation effect on the total ventilation and the total ventilation deviation （P<0.05）， and a significant negative correlation effect on the hardness of 2.5mm-1 mm cut tobacco （P<0.01）. （3）It is concluded that in the actual production process of fine cigarette， reducing the proportion of filament （>8mm） and increasing the size proportion of 8-3.35mm cut tobacco can well balance various physical indicators and improve the stability of physical quality.

Key words： Through network multi-layer perception analysis; Correlation analysis; Stepwise regression analysis; Cut tobacco size; Physical indicators

細支烟作为中式卷烟新品类，在国内获得了较快的发展，与常规卷烟相比，细支烟烟支细长、横截面小，卷烟单支重量减小，烟支吸阻变大，抽吸气流速度变大，导致细支烟的各项质量指标均发生了变化[1-3]。针对随之出现的烟支重量波动及吸阻稳定性差等情况，对细支烟烟丝的均匀性和卷烟质量的稳定性提出了更高的要求。目前，有关细支卷烟烟丝结构对物理指标影响的研究仍较少，通过参考常规卷烟及短支烟相关研究对细支卷烟物理质量及其稳定的提升具有参考价值。李善莲等[4]通过分析烟丝结构与卷烟端部落丝量的相关关系，在试验范围内得出影响卷烟端部落丝量相关性的烟丝结构分布。邵宁等[5]研究了不同档次卷烟烟丝结构分布对物理质量的影响，针对不同档次卷烟提出了烟丝结构优化措施。楚晗等[6]研究了基于短支卷烟物理质量稳定的烟丝尺寸优化，得出了对短支烟物理质量及其稳定性产生主要影响的烟丝尺寸分布及其相关性。本试验通过对细支烟烟丝尺寸与物理指标的相关性研究，探究烟丝结构对细支烟物理指标的影响，为细支烟物理质量的提升提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器 细支卷烟（二类卷烟）配方烟丝及成品烟支：山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂;ZD–T25筛分仪（德国Haver & Boecker公司），筛网按照孔径8.0mm、5.6mm、3.35mm、2.5mm、1mm。烟支综合测试台;PL203型电子天平（梅特勒～托利多仪器（上海）有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 烟丝及成品卷烟的取样 （1）烟丝取样：在指定机台，待卷烟机生产运行稳定后，在烟枪处随机取样4kg，四分法至1kg，连续取样10次，时间间隔30min。将样品放置在温度（22±2）℃，湿度（60±5）%平衡24h，密封粘贴标签备用。（2）烟支取样：在烟丝取样对应机台，在卷烟机出口进行取样，每次20支，连续取样10次，时间间隔30min。将样品放置在温度（22±2）℃，湿度（60±5）%平衡24h，密封粘贴标签备用。

1.2.2 烟丝结构及成品卷烟物理质量的检测 （1）烟丝结构检测：筛分仪对样品进行5层筛分[7]，筛分后的卷烟烟丝尺寸分别用X1～X6来表示，其中：X1>8mm、8mm>X2≥5.6mm、5.6mm>X3≥3.35mm、3.35mm>X4≥2.5mm、2.5mm>X5≥1mm、X6<1mm。（2）成品卷烟的检测：根据国标[8-10]，利用综合测试台对成品烟支的单支重量、硬度及吸阻进行检测，记录平均值。

2 结果与分析

2.1 细支烟内烟丝结构 从表1可以看出，细支烟烟支内烟丝尺寸在2.5～3.35mm占比最高，<1mm烟丝占比最低;长丝（≥3.35mm）烟丝在3.35～5.6mm占比最高，8～5.6mm占比最低。从图1可以看出，细支烟烟支内长丝率占比最高，中丝率次之，总占比达到75%左右;标准偏差大小依次为长丝率、短丝率、中丝率和碎丝率。

2.2 细支烟烟丝尺寸与物理指标 运用神经网络多层感知分析，以各物理指标为因变量，各烟丝尺寸为协变量，培训与检测比例为7∶3，分析各烟丝尺寸对各物理指标的重要程度[11]。由表2可知，质量指标而言，各尺寸重要性依次为X2、X3、X6、X5、X1、X4，在5.6～8mm的烟丝尺寸对质量模型输出值的影响最大;质量标偏而言，各尺寸重要性依次为X3、X5、X6、X4、X1、X2，在3.35～5.6mm的烟丝尺寸对质量标偏模型输出值的影响最大;吸阻而言，各尺寸重要性依次为X5、X1、X3、X6、X3、X2，在1～2.5mm的烟丝尺寸对吸阻模型输出值的影响最大;吸阻标偏而言，各尺寸重要性依次为X5、X4、X1、X6、X2、X3，在1～2.5mm的烟丝尺寸对吸阻标偏模型输出值的影响最大;硬度而言，各尺寸重要性依次为X5、X1、X4、X2、X3、X6，在1～2.5mm的煙丝尺寸对硬度模型输出值的影响最大;硬度标偏而言，各尺寸重要性依次为X1、X5、X3、X2、X4、X6，在>8mm的烟丝尺寸对硬度标偏模型输出值的影响最大;总通风而言，各尺寸重要性依次为X3、X1、X4、X2、X5、X6，在3.35～5.6mm的烟丝尺寸对总通风模型输出值的影响最大;总通风标偏而言，各尺寸重要性依次为X2、X5、X1、X4、X6、X3，在5.6～8mm的烟丝尺寸对总通风标偏模型输出值的影响最大。整体来看，烟丝尺寸过长（>5.6mm）或过短（<1mm）对细支烟烟支质量稳定性影响较大;在3.35mm-8mm范围内烟丝尺寸对吸阻的影响较小，烟丝尺寸过大或过小均影响烟支吸阻;在3.35～5.6mm范围内烟丝尺寸对烟支硬度影响较小，在2.5～3.35mm范围内烟丝尺寸对硬度标偏影响较小;影响烟支总通风烟支烟丝分布主要在<2.5mm范围，而对细支烟总通风标偏影响最小的烟丝尺寸分布在3.35～5.6mm。

2.3 细支烟烟丝尺寸与物理指标的相关分析 通过对细支烟烟丝尺寸分布与物理指标的相关性分析，得到相关关系矩阵，详见表3。由表3可知，细支烟烟支质量、质量标偏及硬度标偏与烟丝尺寸无显著相关性。X1、X2及X3对吸阻呈极显著正相关（P<0.01），X5对吸阻呈显著负相关（P<0.05），说明烟丝尺寸过长会增加烟支吸阻，烟丝尺寸<3.35mm能够减少烟支吸阻，可以看出烟丝尺寸X3和X4对吸阻有相反的影响，由于细支烟圆周较小，长度较长，适宜的烟丝尺寸能够改善烟支吸阻;X4对吸阻标偏呈显著正相关（P<0.05），说明在2.5～3.35mm烟丝尺寸占比越多吸阻标偏越大，吸阻越不稳定，吸阻稳定性与烟丝在烟支内部的分布一致性有关，然而不同样品烟支内部烟丝均匀性各不相同，从而影响样品间吸阻的稳定性;X1对硬度呈显著正相关（P<0.05），X5对硬度呈极显著负相关（P<0.01），说明>8mm尺寸烟丝占比越多，烟支硬度越大，1～2.5mm范围烟丝占比越多，烟支硬度越小;X1、X2及X3对总通风呈显著负相关（P<0.05），说明长丝率越高（≥3.35mm）烟支总通风越小;X1对总通风标偏呈显著负相关（P<0.05），说明>8mm范围烟丝占比越多，总通风标偏越小。整体来看，>8mm尺寸烟丝占比越多，细支烟吸阻越大，烟支硬度越大，总通风越小，对于细支卷烟，由于烟支长度较长，烟支圆周较常规卷烟要小，过大的吸阻会直接影响消费者抽吸体验，适宜的烟丝尺寸可以改善吸阻，可以看出烟丝尺寸在8～3.35mm，可以很好的平衡吸阻、硬度及总通风。

2.4 细支烟烟丝尺寸与物理指标逐步回归分析 针对细支烟烟丝尺寸与物理指标的相关分析，选取显著影响的物理指标进一步进行逐步回归分析，其中各尺寸分布（X1、X2、X3、X4、X5）为自变量，吸阻（Y1）、吸阻标偏（Y2）、硬度（Y3）、总通风（Y4）、总通风标偏（Y5）为因变量，运用SPSS进行逐步回归分析，见表4。由表4可知，X1和X3尺寸烟丝与吸阻呈显著正相关（P=0.014<0.05、P=0.036<0.05），说明增加X1和X3尺寸烟丝能够增大细支烟吸阻;X4与吸阻标偏呈显著正相关（P=0.015<0.05），说明增加X4尺寸烟丝不利于烟支吸阻的稳定;X5与硬度呈极显著负相关（P=0.001<0.01），说明X5尺寸烟丝含量越多，烟支硬度越小;X1与总通风呈显著负相关（P=0.01<0.05），说明X1尺寸烟丝含量越多，总通风越小;X1与总通风标偏呈显著负相关（P=0.027<0.05），说明X1尺寸烟丝含量越多，总通风标偏越大。通过逐步回归分析发现影响烟支物理指标的烟丝尺寸为X1、X3、X4和X5，其中X1尺寸烟丝对吸阻产生正相关影响，对总通风和总通风标偏产生负相关影响，X5尺寸烟丝对硬度产生负相关影响。与神经网络各烟丝尺寸重要性及相关分析结果基本相同。

3 结论与讨论

本研究表明，对细支烟物理指标影响较大的烟丝尺寸主要分布在在8～3.35mm和1～2.5mm。尺寸过长烟丝占比越多，细支烟吸阻增大，烟支硬度增加，总通风降低，吸阻、总通风稳定性降低;尺寸过短烟丝占比越多，硬度越小。与常规卷烟相比，细支烟烟支圆周较小，烟支长度较长，烟支吸阻直接影响消费者燃吸体验，烟支吸阻对产品质量的影响较大。本研究以细支烟吸阻为第一考虑因素，结合其余物理指标进行平衡，得出降低>8mm尺寸烟丝比例，增加8～3.35mm烟丝尺寸比例可以很好地平衡细支烟各项物理指标，提高物理质量的稳定性。本试验只分析了不同烟丝尺寸对细支烟质量、吸阻、硬度、总通风及其各指标标偏的影响，仍有其余指标为未进行分析，需要进一步研究。本研究为改善细支烟物理质量提供了思路和方法，在实际生产过程中，针对不同档次细支卷烟，应根据实际要求仍需进一步研究，找到最适宜的烟丝尺寸范围，以达到提升细支卷烟物理质量的目的。

参考文献

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[11]焦李成，杨淑媛，刘芳等.神经网络七十年：回顾与展望[J].计算机学报，2016，39（8）：1697-1716. （责编：张宏民）