基于加权TOPSIS的制丝综合质量评价方法

刘穗君，刘颖，刘磊，李超，王海宇

制造技术

基于加权TOPSIS的制丝综合质量评价方法

刘穗君1，刘颖1，刘磊1，李超2，王海宇3*

1河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂，河南省南阳市新华东路4号 473007；2河南中心线电子科技有限公司，河南省郑州市东里路41号 450004；3郑州大学商学院，河南省郑州市科学大道100号 450001

针对当前制丝质量评价方法存在的重结果轻过程、结论不直观、缺乏可比性等不足，提出了基于加权TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）的卷烟制丝过程质量评价方法。按照工段、工序、工艺参数的层次结构建立制丝过程质量评价指标体系，并采用层次分析法进行权重分配，基于加权TOPSIS法形成对工序、工段及整体制丝过程的批次质量评价方法。以D牌号一个月的制丝生产过程为例，验证该方法综合评价能力，结果表明：该方法适用于制丝过程质量与历史水平的纵向比对，能够快速发现批次弱项指标，有利于促进制丝质量持续改进。

制丝；加权TOPSIS；质量评价；层次分析法

制丝是卷烟生产的主要环节，存在加工工序多、工艺流程长、影响因素繁杂等特点，对卷烟综合质量以及降本增效、均质化加工等工作存在重要影响。提高制丝过程的工艺质量水平是行业内长期关注的焦点，因此制丝过程质量的评价方法也成为当前的一个研究热点[1]。合适的质量评价方法对于制丝生产过程控制具有实践意义，有助于提高制丝工艺稳定性[2]。传统的制丝质量评价方法包括合格评定法、统计学评定法、西格玛水平法等。如祁林等[3]以烟草样本中糖碱比与钾含量的乘积作为特性值，基于特性值的正态分布检验和烟草混合均匀度计算，探究制丝各工序烟草质量稳定性及其变化规律。范胜兴等[4]运用统计技术将各项质量指标细分为多个档次，确定各档次的界限和分值，根据过程得分情况进行质量排序；《卷烟制造过程能力测评导则》[5]中将每个关键质量特性的质量水平换算成百万机会缺陷数（DPMO, Defects per million opportunities），用几何平均的方法计算过程总体的西格玛水平。在这些方法的基础上，张新锋[6]采用网络分析法确定制丝关键工序对制丝质量的影响权重，进而通过加权超矩阵的计算排序结果进行质量评价；罗志雪等[7]运用QI指数来构建制丝全加工过程的批次质量评价模型；陈得丽等[8]基于模糊算法建立质量指数表征函数，通过加权的方法计算批次综合得分进行质量评价。这些方法分别从不同的侧重点提出了制丝质量评价的算法模型，但对卷烟厂的日常工艺质量管控和决策而言，仍然存在制丝全流程评价指标不全面或不合理、评价结果不足以支持实时调控、生产过程的批间可比性相对较弱等不足。为此，本文将加权TOPSIS方法与层次分析法（AHP, Analytic Hierarchy Process）相结合，提出一种制丝过程综合质量评价方法，以期全面分析制丝加工过程的控制水平，为批间质量稳定性的提高提供科学决策依据。

1 基于加权TOPSIS的制丝质量评价模型

TOPSIS法是一种根据评价对象与理想化目标的接近程度来对多个评价对象进行优劣排序的多目标决策方法[9]，本文应用TOPSIS法，先通过选取适宜的评价统计量衡量每个制丝关键质量特性，再根据各工序包含的关键质量特性的评价结果来评价各工序，进而综合评价整体批次质量的步骤建立质量综合评价模型。

1.1 过程稳态和非稳态的区分

首先，计算自协方差函数：

其次，计算自相关函数：

而自相关过程的方差就可以表示为[11]：

稳态的范围就可通过三倍标准差的方法得到：

由此，通过区分各工序的稳态和非稳态数据，并通过比例系数计算工序内每个质量特性的整体质量评价值，就可以将非稳态和稳态数据共同纳入质量评价体系。在得到工序内各个质量特性的整体评价值后，再按照下节的方法对工序质量进行评价。

1.2 正负理想解的计算

表1 TOPSIS数据形式

Tab.1 TOPSIS data form

1.3 质量得分的加权计算

分别计算每个批次分别与正负理想解的距离，

由此能够对批次质量进行更好的动态纵向比较（同一过程不同时期的数据对比），若得分偏低，应分析可能存在的问题，必要时实施相应的质量改进活动。

2 制丝过程质量综合评价模型的应用

以D牌号卷烟为试验对象，分析其制丝过程的质量评价指标体系的建立和加权TOPSIS评价模型的具体应用。

2.1 评价指标体系的构建

根据D牌号生产企业实际工艺流程，将制丝质量分为烟片处理、烟梗预处理、制贮梗丝以及制、掺、贮丝4个工段，每个工段又分别包含2～8个数量不等的工序，见图1。

图1 制丝质量评价体系

而进料量主要是用来衡量物料在生产过程中出现的损耗的多少，因此可以采用损耗率(SR, Scrap rate)作为评价统计量

表2 制、掺、贮丝工段评价统计量表

Tab.2 Evaluation statistic table of silk making, blending and storage section

2.2 权重的计算

下面以叶丝超级回潮（RCC）工序为例说明运用AHP计算权重的方法。在表2中，该工序中有5个质量特性指标，首先通过专家打分的方式按照1～9的标度给出各质量特性指标的两两比较的重要度判断矩阵[12]，如表3所示。

表3 叶丝超级回潮（RCC）工序质量特性指标比较判断矩阵

Tab.3 Matrix for comparison of quality characteristic indexes of silk heating and humidifying process

表4 权重向量及最大特征根

Tab.4 Weight vector and maximum characteristic root

同样，运用类似的方法，可以分别计算得到各工段、工序的权重，于是就可由待评价批次在各个工序质量得分进行加权，计算得到批次质量综合得分。

2.3 质量评价分析

表5 叶丝超级回潮（RCC）工序质量评价数据

Tab.5 Quality evaluation data of silk heating and humidifying process

按照类似方法，同样以这96个历史批次数据作为评价参照，以2021年11月生产的D牌号10个批次数据（以No.1-10表示）作为评价对象，通过上节权重分析方法以及加权TOPSIS质量综合评价模型进行计算，得到10个批次的质量综合得分，见表6。

表6 各批次工序质量得分及批次质量综合得分

Tab.6 Process quality score of each batch and overall batch quality score

续表6

在表6中可以发现，共有2个批次的质量综合得分在80分以下，其中No.2批次得分较低的原因主要是个别重点工序质量控制不佳，尤其是权重最高的叶丝气流干燥工序仅有73.5分，通过排查发现主要是由于冷凝水疏水阀故障引发并导致出口含水率波动，维修工已排除故障；而No.6批次得分较低的原因是整体工序质量控制水平不高，多个工序的质量得分都低于80，排查发现主要是由于换牌前松散回潮操作工未及时调整控制策略，造成生产初段含水率波动，继而引发后工序难以稳定控制，需要优化控制模型并加强管理。由此可见，采用加权TOPSIS质量综合评价模型可以对制丝过程的批次综合质量和各工序质量进行评价，评价结果与实际相符，模型有效。当批次综合质量得分偏低时，可结合各工序质量得分快速发现质量问题，并及时加以改善和消除，不失为一种有效的制丝生产过程质量管理方法。

3 结论

本文首先研究了对制丝过程稳态和非稳态数据进行有效区分并都纳入质量评价体系的方法，然后采用TOPSIS方法构建了制丝批次质量评价方法，通过AHP方法确定各工序、工段的质量权重，最终形成了基于TOPSIS和AHP方法的制丝过程批次质量系统性综合评价模型。通过实际应用表明，该模型能够较为直观地反映当前批次质量与以往加工质量之间的变化状况，发现存在质量问题或质量波动的工序或质量特性，及时反馈薄弱环节，为操作人员和管理者提供实时评价参考和改进建议。

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Comprehensive quality assessment of tobacco silk making process based on weighted TOPSIS

LIU Suijun1, LIU Ying1, LIU Lei1, LI Chao2, WANG Haiyu3*

1 Nanyang Cigarette factory, China Tobacco Henan Industrial Co. Ltd., Nanyang 473007, China;2 Henan Center Line Electronic Science and Technology Co. Ltd., Zhengzhou 450004, China;3 Business School, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China

Aiming at the shortcomings of current quality assessment methods of silk making process, such as non intuitive evaluation results and lack of comparability, a quality assessment method of cigarette silk making process based on weighted TOPSIS is proposed. According to the hierarchical structure of section, process and process parameters, the quality evaluation index system of silk making process is established, and the weight is distributed by analytic hierarchy process. Based on the weighted TOPSIS method, the systematic batch quality assessment method of overall silk making process is formed. Taking one month silk production processes of D brand as an example, the comprehensive assessment ability of this method was verified. The results show that the assessment method is suitable for longitudinal comparison and evaluation of the silk making process and its own historical quality level, and it can quickly find the weak indicators of the batch, which is conducive to promoting the improvement of the batch quality and improving the comprehensive quality level of the silk making process.

silk making process; weighted TOPSIS; quality assessment; analytic hierarchy process

Corresponding author. Email：45211474@qq.com

国家自然科学基金项目“基于PLD的过程质量控制经济统计优化设计研究”（71672209）；河南中烟工业有限责任公司科技项目“卷烟生产过程全要素产品质量管控及跟踪技术”（A202052）

刘穗君（1976—），本科，高级工程师，主要从事卷烟工艺技术研究，Tel：0377-63038957，Email：nyliusj@qq.com

王海宇（1979—），Tel：13523076302，Email：45211474@qq.com

2022-03-02；

2023-03-24

刘穗君，刘颖，刘磊，等. 基于加权TOPSIS的制丝综合质量评价方法[J]. 中国烟草学报，2023, 29（5）. LIU Suijun, LIU Ying, LIU Lei, et al. Comprehensive quality assessment of tobacco silk making process based on weighted TOPSIS[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2023, 29(5). doi:10.16472/j.chinatobacco.2022.T0044