基于层次分析法的打叶复烤生产过程质量评估

郭霄汉，唐朝华，陈壮宇，谢博文，刘国盛

（湖南烟叶复烤有限公司郴州复烤厂，湖南 郴州 423000）

1 前言

随着卷烟工业对于烟叶均质化加工能力要求的不断提高和市场竞争的激烈，提升均质化加工过程的稳定性和烟叶的均质性，是卷烟行业的工艺技术和产品质量的发展方向。2016年国家烟草局颁布的《卷烟工艺规范》将打叶复烤纳入了烤烟工艺规范标准文件中。因此，复烤企业作为卷烟生产的“第一车间”，为适应烟草工艺规范要求，需综合考虑加工过程和烟叶品质对打叶复烤生产工艺质量进行评估。

打叶复烤包括从原烟投入开始直至加工后成品入库。我国复烤企业和高校已对生产流程中影响烟叶化学成分、叶片结构等烟叶均质化指标展开了各类研究与分析。文献[4]中从入库原烟检测、模块配方打叶等工艺流程，实现了对烟叶化学成分的多级检验与调控；基于烟草工业“控制大片率、提高中片率、降低碎片率”的打叶理念，各研究单位分别从框栏形状与尺寸、打叶机打辊转速与风分机频率等设备参数的合理匹配取得了良好的打叶质量；进入复烤机后，降低复烤温度、控制冷房水分等举措有利于加工后烟叶的香气保持与含水量稳定。目前，复烤行业的研究集中于从打叶复烤的各段设备工艺参数优化提高烤后成品烟叶的均质化水平，而对于贯穿打叶复烤的中间参数，缺乏完整的评价标准。导致企业追求成品烟叶的均质化水平，忽视了对中间过程质量的把控。黄秋婷等人基于专家调查法，提出了一种综合考虑烟叶预处理、叶梗分离和复烤与包装三阶段多工序的打叶复烤生产过程能力评测方法。但在构建评估模型时引入了部分冗余指标，易导致专家在评分时决策失误，顾此失彼，降低了评估结果的真实性与实际生产中的适用性。

本文结合烟草工艺规范，选择生产过程含水率和温度稳定性、打后叶片质量和均质化水平三大类，共14小类评价指标，利用层次分析法构建打叶复烤生产过程质量评估模型，对生产过程进行全面评估，可用以查找过程质量的薄弱环节，有针对性的调节对应环节的参数，提高生产的工艺质量。

2 打叶复烤过程质量评估指标

打叶复烤从原烟投入直至成品出库经历的加工流程如图1所示。包括原料准备、真空回潮、铺叶解把、润叶、打叶风分、复烤和包装工序过程。其中，真空回潮可根据来料烟叶品质选择性进行。本文综合考虑生产中设备的运行稳定性和烟叶加工质量选取过程质量评估指标。

图1 打叶复烤工艺流程

2.1 含水量与温度稳定性

在打叶复烤中，烟叶的水分和温度是影响烟叶品质的关键因素。其中，润叶和复烤两个加工流程主要影响烟叶的水分与温度水平。润叶是对烟叶再一次增温增湿使其水分与温度达到打叶风分所需标准的过程，润叶后的水分和温度将直接影响打叶风分后的烟叶结构质量；复烤的主要目的在于调整烟叶水分，杀虫灭菌等，将影响成品片烟致香成分的保留和包装入库时烟叶结构和水分稳定性。因此，本文分别选择生产过程中二润出口和复烤机出口的温度和含水率的单边过程能力指数CPK来反映基于客户需求的润叶和复烤水分和温度的稳定性，过程能力指数CPK为

表1 含水量与温度稳定性指标及评分准则

2.2 打后叶片结构质量

叶片结构质量是指烟叶经过打叶复烤后的片型结构，包括大片、中片、小片、碎片率等。烟叶的结构质量是稳定烟丝制品的基础，将直接决定切后烟丝的成丝长度。本文依据烟叶打叶复烤工艺标准(YC/T 146-2017)中叶片结构工艺要求，选择了大中片率（＞12.7mm×12.7mm）、中片率（6.35～12.7mm）、碎末率（＜2.36mm×2.36mm)以及叶中含梗率作为主要评价指标。考虑到当前在打叶复烤生产过程中，控制大片率、提高中片率、减小碎片率的打叶理念越来越成为复烤企业的共识，采用中片率/大中片率来反映中片率的比例。打后叶片质量指标及评分准则如表2所示。

表2 打后叶片结构质量指标及评分准则

2.3 均质化水平

烟叶均质化包括含水率、化学成分以及烤后包装指标，将直接影响后续制丝卷烟的品质。选择了打叶复烤工艺规范中要求的均质化水平指标，设定指标和评分准则如表3所示。

表3 均质化水平指标及评分准则

3 层次分析法及生产过程质量评估模型

3.1 层次分析法简介

层 次 分 析 法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。在20世纪70年代中期由美国运筹学家T.L. Saaty正式提出。该方法根据问题的特点和目的，从一个决策问题出发提取出不同的影响指标，并根据指标之间的关系（关联或从属），将各指标分为不同的层次（目标层、准则层、方案层）。通过构造判断矩阵，由下至上求出每一层指标相对于上一层对应指标的单层排序，然后运算得出每层指标的层次总排序。这种分析方法的优点是使得复杂问题变得具有条理，更容易进行分析，适用于解决多指标的决策问题。

3.2 评估建模及判断矩阵一致性检验

（1）将影响打叶复烤生产过程质量的各指标根据层次分析法划分为目标层A、准则层B和方案层C。其中，目标层与准则层、准则层与方案层中的指标均为从属关系。根据14项指标构建的打叶复烤生产过程质量评估的层次结构如图2所示。

图2 过程质量评估层次结构图

（2）根据层次结构中的从属关系，邀请专家对同一层次的指标两两进行重要性的比较，即采用1～9标度法对各层指标的重要性程度进行赋值，构建判断矩阵。判断矩阵标度所代表含义如表4所示。

表4 判断矩阵标度

（3）通过判断矩阵计算出指标的权重向量与最大特征根后，由于判断矩阵的评分是根据专家的主观经验求得，不可避免的会出现决策失误或结果片面。因此需要对判断矩阵进行一致性检验，证明评估结果的正确。具体检验验证方法如下式：

3.3 打叶复烤生产过程质量评估

本文收集了来自郴州复烤厂从事打叶复烤工作的8名专家对各指标进行评分，根据评分结果，对指标两两比较得到各层次判断矩阵及一致性检验结果如表5～8。

表5 准则层判断矩阵

表6 方案层判断矩阵1

表7 方案层判断矩阵2

表8 方案层判断矩阵3

由表9可知，通过层次分析法建模的所有判断矩阵CR值小于0.1，具有合理的一致性，良好的反映了专家的评分信息。通过求解判断矩阵最大特征值对应的特征向量，经过归一化后求得的指标权重如表10所示。

表9 一致性检验

表10 打叶复烤生产过程质量权重分布

4 结语

本文优选了打叶复烤生产过程中影响设备运行稳定与烟叶质量的14个指标，然后采用层次分析法确定了各个指标的权重。由权重分析可知，面对打叶复烤工艺规范中提出的“三化一保”（模块化、均质化、纯净化与保香），均质化加工水平仍是复烤行业加工的重点。而在引入温度与水分稳定性和打后叶片结构质量后，可为复烤企业评估生产过程质量，分析烟叶加工过程中的短板，及时调整生产过程中的薄弱部分。