曹 毅 金紹平 王 斌 蔣潤(rùn)華 帥英俊

（上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海 200082）

濾棒生產(chǎn)由絲束經(jīng)過(guò)KDF4 成型機(jī)開(kāi)松、增塑、成型、切割等工序完成，經(jīng)固化達(dá)到一定的硬度后，輸送至卷接機(jī)完成卷煙生產(chǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中，濾棒吸阻可能受到絲束來(lái)料、過(guò)程參數(shù)調(diào)整、固化時(shí)間等因素影響。張濤、楊利平等人[1]針對(duì)不同廠家絲束的特性與及供應(yīng)處協(xié)商決定，減少質(zhì)量不穩(wěn)定的絲束供應(yīng)商，針對(duì)不同絲束廠家，摸索使用特性，最終形成一系列的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，在不同廠家提供的絲束情況下，設(shè)置不同的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)提高檢測(cè)儀器的準(zhǔn)確性和一致性，減少了卷煙濾棒吸阻的波動(dòng)；吳樹(shù)清等人[2]為解決絲束帶從絲束包拉出過(guò)程中內(nèi)部張力變化導(dǎo)致的濾棒吸阻、圓周等指標(biāo)波動(dòng)問(wèn)題，采用閉環(huán)伺服控制原理，設(shè)計(jì)了絲束恒張力控制系統(tǒng)。張力檢測(cè)裝置檢測(cè)運(yùn)行中絲束帶張力變化情況，與來(lái)自成型機(jī)的速度同步信號(hào)進(jìn)行比較，控制絲束控制裝置轉(zhuǎn)速，使絲束帶內(nèi)張力保持恒定。

綜上所述，目前行業(yè)內(nèi)對(duì)濾棒吸阻的影響因素有一定的研究，但對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中如何控制濾棒吸阻的相關(guān)報(bào)道較少。該文主要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，基于濾棒吸阻影響因素及變化規(guī)律研究結(jié)果，建立濾棒吸阻的控制方法。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與儀器

1.1.1 KDF4成型機(jī)

KDF4 成型機(jī)由德國(guó)HAUNI 公司設(shè)計(jì)，將煙用絲束卷制成濾棒，設(shè)計(jì)生產(chǎn)速度最高可達(dá)600 m/min，由開(kāi)松、增塑、成型、切割、裝盤組成[4]，在生產(chǎn)過(guò)程中，濾棒的物理指標(biāo)（如吸阻、質(zhì)量、圓周等），與開(kāi)松、增塑、成型工序密切相關(guān)[8]。

1.1.2 QTM（cerulean）綜合測(cè)試臺(tái)

QTM 綜合測(cè)試臺(tái)由英國(guó)斯茹林公司為煙草行業(yè)設(shè)計(jì)[7]，用于卷煙及濾棒的物理指標(biāo)的檢測(cè)，可測(cè)量濾棒的質(zhì)量、圓周、吸阻、硬度等，與企業(yè)SPCD 及MES 等系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)控。

1.2 方法

1.2.1 單個(gè)絲束包生產(chǎn)過(guò)程中濾棒吸阻變化規(guī)律研究

選用南通絲束供應(yīng)商在同一生產(chǎn)線生產(chǎn)的絲束包，在同一機(jī)臺(tái)生產(chǎn)，對(duì)機(jī)臺(tái)（KDF4 成型機(jī)）進(jìn)行一次維保，確保設(shè)備處于正常的狀態(tài)，在設(shè)備參數(shù)不做改變的情況下，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，根據(jù)綜合測(cè)試臺(tái)的在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Minitab軟件分析單個(gè)絲束包生產(chǎn)過(guò)程中濾棒吸阻的變化規(guī)律。

1.2.2 固化時(shí)間對(duì)濾棒吸阻的影響

1.2.2.1 取樣方法

在同一參數(shù)設(shè)定值下，選取3 個(gè)機(jī)臺(tái)，每個(gè)機(jī)臺(tái)取樣3組，每組30 支，每組間隔5 min，其中一臺(tái)機(jī)（為方便描述，下文代號(hào)為1 號(hào)機(jī)），對(duì)每支濾棒進(jìn)行編號(hào)（1-90），另外2臺(tái)機(jī)僅取樣不作編號(hào)。

1.2.2.2 檢測(cè)方法

使用同一檢測(cè)儀器（綜合測(cè)試臺(tái)），第一步進(jìn)行即刻檢測(cè)，第二步分別放置在同一環(huán)境（恒溫恒濕）中，分別間隔4 h、8 h、12 h 后做固化后檢測(cè)（包含質(zhì)量、吸阻、硬度、圓周），記錄即刻檢測(cè)及固化后的檢測(cè)時(shí)間及檢測(cè)值（其中即刻檢測(cè)不檢測(cè)硬度，固化后檢測(cè)硬度）。運(yùn)用Minitab 軟件分析固化前后濾棒吸阻的變化規(guī)律。

1.2.3 KDF4成型機(jī)過(guò)程參數(shù)與對(duì)濾棒吸阻的影響

通過(guò)濾棒實(shí)際生產(chǎn)可知，濾棒吸阻均值主要受到KDF4成型機(jī)參數(shù)V1/VKDF 影響[5]，該參數(shù)表示絲束的供給系數(shù)，但在生產(chǎn)中，操作人員通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，出現(xiàn)調(diào)整不到位及過(guò)度調(diào)整的情況，本次研究設(shè)計(jì)單因子試驗(yàn)，量化該參數(shù)與濾棒吸阻的關(guān)系，V1/VKDF 設(shè)定7 個(gè)水平，如表1，在同一班次、同一機(jī)臺(tái)，同一車速及其他參數(shù)不變的情況下，參數(shù)設(shè)定后運(yùn)行穩(wěn)定（2 min），再運(yùn)行10 min（以在線取樣產(chǎn)生30 個(gè)樣本為準(zhǔn)，檢測(cè)物理指標(biāo)（質(zhì)量、吸阻、圓周）。

表1 單因子試驗(yàn)因子水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 單個(gè)絲束包對(duì)濾棒吸阻影響的分析結(jié)果

將單個(gè)絲束包整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程平均分成5 段，通過(guò)Minitab單值控制圖分析，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 單個(gè)絲束包生產(chǎn)過(guò)程中濾棒吸阻變化趨勢(shì)圖

結(jié)果表明：吸阻均值（X）在生產(chǎn)過(guò)程中，整體有逐步下降趨勢(shì)，料頭與料尾之間的差異約為70Pa；這是整包絲束包隨著濾棒成型時(shí)間的遞增，絲束包高度逐漸下降，提取距離逐漸增加，懸掛段的絲束帶自重增加，濾棒質(zhì)量逐漸減輕，導(dǎo)致濾棒吸阻逐漸下降。

在生產(chǎn)過(guò)程中，濾棒吸阻除受到絲束包高度影響外，其物理指標(biāo)指標(biāo)之間存在相關(guān)性，根據(jù)相關(guān)性分析原理，使用Minitab 軟件，分析吸阻均值、質(zhì)量均值、圓周均值的相關(guān)性，結(jié)果如下。相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 濾棒物理指標(biāo)相關(guān)性分析表

結(jié)果表明：濾棒吸阻均值與濾棒質(zhì)量均值、濾棒圓周均值的相關(guān)性分析P值均小于0.05，說(shuō)明物理指標(biāo)之間具有相關(guān)性[6]；其中濾棒吸阻均值與濾棒質(zhì)量均值的相關(guān)系數(shù)為0.378（相關(guān)系數(shù)＜0.3，為弱相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.3～0.7，為中等相關(guān)，相關(guān)系數(shù)＞0.7，為強(qiáng)相關(guān)），表明成正相關(guān)（中等相關(guān)），濾棒吸阻均值與圓周均值的相關(guān)系數(shù)為-0.647，表明成負(fù)相關(guān)（中等相關(guān)）。

2.2 固化時(shí)間對(duì)濾棒吸阻的影響分析結(jié)果

2.2.1 濾棒配對(duì)檢測(cè)分析

1 號(hào)機(jī)固化前后濾棒對(duì)比分析采用同一濾棒重復(fù)檢測(cè)進(jìn)行配對(duì)分析，使用Minitab 配對(duì)等價(jià)檢驗(yàn)，分析固化12h 后濾棒吸阻均值、吸阻標(biāo)偏的變化，分析結(jié)果分別如下。

2.2.1.1 固化12 h 后濾棒吸阻均值的變化

采用具有配對(duì)數(shù)據(jù)的等價(jià)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)均值： K5-成型-吸阻的均值，參考均值 = K5-轉(zhuǎn)序12-吸阻的均值，描述性統(tǒng)計(jì)量：樣本量為60，K5-成型-吸阻的均值為4383.7，K5-轉(zhuǎn)序12-吸阻的均值為4394.2，均值（K5-成型-吸阻） - 均值（K5-轉(zhuǎn)序12-吸阻）的差值為-10.5，95%的置信區(qū)間為（-8.8419，0），上限小于 0?？梢哉J(rèn)為均值（K5-成型-吸阻） ＜ 均值（K5-轉(zhuǎn)序12-吸阻），在α 水平為0.5條件下，P值為0.000，P值 ≤ 0.05?？梢哉J(rèn)為均值（K5-成型-吸阻） ＜ 均值（K5-轉(zhuǎn)序12-吸阻）。

2.2.1.2 固化12h 后濾棒標(biāo)偏的變化

采用具有配對(duì)數(shù)據(jù)的等價(jià)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)均值：成型吸阻標(biāo)偏的均值，參考均值：轉(zhuǎn)序12h 吸阻標(biāo)偏的均值的均值，描述性統(tǒng)計(jì)量：樣本量為8，成型吸阻標(biāo)偏的均值為75.77，轉(zhuǎn)序12 小時(shí)吸阻標(biāo)偏的均值為76.26，均值（成型吸阻標(biāo)偏） - 均值（轉(zhuǎn)序12h 吸阻標(biāo)偏）的差值為0.51，95%的置信區(qū)間為（-0.696321， 1.71651），當(dāng)?shù)葍r(jià)區(qū)間設(shè)定為（-2，2）時(shí)，置信區(qū)間在等價(jià)區(qū)間內(nèi)?？梢哉J(rèn)為是等價(jià)。在α水平為0.5條件下，差值 ≤ -2 的P值為0.003，差值 ≥ 2 的P值為0.025，兩個(gè)P值中更大的值為 0.026?？梢哉J(rèn)為是等價(jià)。

結(jié)果表明：1）吸阻均值。采用配對(duì)等價(jià)檢驗(yàn)，過(guò)程吸阻-轉(zhuǎn)序12 小時(shí)吸阻，p＜0.05， 可以認(rèn)為均值（K5-成型-吸阻）＜均值（K5-轉(zhuǎn)序12-吸阻）。且差值的95%的置信區(qū)間為（-12.48，-8.51），說(shuō)明在固化12h 后，濾棒吸阻增加8Pa～12Pa。2）吸阻標(biāo)偏。采用配對(duì)等價(jià)檢驗(yàn)，p＜0.05，如果（過(guò)程吸阻標(biāo)偏-轉(zhuǎn)序12h 吸阻標(biāo)偏）的等價(jià)區(qū)間設(shè)為（-2，2），可以認(rèn)為成形吸阻和轉(zhuǎn)序吸阻在統(tǒng)計(jì)意義上是等價(jià)的，且差值的95%的置信區(qū)間為（-0.69，1.71）。

2.2.2 濾棒吸阻伴隨固化時(shí)間分析

將3 個(gè)機(jī)臺(tái)濾棒吸阻均值及吸阻標(biāo)偏作匯總分析，如表3 所示，使用Minitab 軟件區(qū)間圖工具，分析結(jié)果如圖2 所示。

圖2 固化時(shí)間對(duì)濾棒吸阻的影響圖

表3 濾棒吸阻伴隨固化時(shí)間的變化表

結(jié)果表明，隨著固化時(shí)間的增加：a）濾棒吸阻均值逐漸上升，在固化12 h 后，吸阻均值增加12Pa 左右。b）濾棒吸阻標(biāo)偏變化無(wú)明顯規(guī)律，且吸阻標(biāo)偏差異較小，在1Pa以內(nèi)。

2.3 KDF4成型機(jī)過(guò)程參數(shù)與對(duì)濾棒吸阻的影響

V1/VKDF 單因子試驗(yàn)結(jié)果如表4，運(yùn)用Minitab 軟件，對(duì)V1/VKDF 與濾棒吸阻進(jìn)行回歸分析建立模型，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 V1/VKDF 與吸阻均值的回歸分析擬合線圖

表4 V1/VKDF 單因子試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

建立模型如下：

回歸方程為

均值=- 4495+7745 V1VKDF

模型匯總表見(jiàn)表5。

表5 模型匯總表

S：回歸模型誤差的標(biāo)準(zhǔn)方差，R-sq是由模型解釋的響應(yīng)中的變異百分比，R-sq（調(diào)整）：R-sq的調(diào)整值，比較具有不同數(shù)量的預(yù)測(cè)變量的情況下，使用調(diào)整的R-sq。

方差分析表見(jiàn)表6。

表6 方差分析表

結(jié)果表明：濾棒吸阻與V1/VKDF 有正向相關(guān)性，回歸方程：吸阻均值=-4495+7745V1/VKDF，且擬合度達(dá)到94.7%。其含義：當(dāng)V1/VKDF 每變化0.001，吸阻均值伴隨變化7.7Pa。

3 建立KDF4成型機(jī)濾棒吸阻控制方法

基于上述研究，濾棒在生產(chǎn)過(guò)程中，吸阻均值受到絲束包高度及圓周、固化時(shí)間、過(guò)程參數(shù)（V1/VKDF）的影響[9]，在實(shí)際生產(chǎn)中，每臺(tái)KDF4 成型機(jī)配備在線綜合測(cè)試臺(tái)，每1.5min 測(cè)量5 支濾棒，計(jì)算吸阻均值并形成控制圖，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，根據(jù)SPC 控制圖原理，制定濾棒吸阻的控制方法如下。1）根據(jù)固化時(shí)間對(duì)濾棒吸阻的影響（固化12 小時(shí)后，濾棒吸阻均值上升12 Pa），生產(chǎn)時(shí)濾棒吸阻均值：濾棒設(shè)計(jì)中心值-12 Pa。2）濾棒吸阻均值與圓周均值成負(fù)相關(guān)，當(dāng)操作人員在控制圖中觀察到吸阻上升或者下降時(shí)，首先觀察圓周是否有明顯反向偏離，如果有偏離，優(yōu)先查看圓周（圓周呈現(xiàn)趨勢(shì)性變化，一般由于布帶磨損、紙粉、冷卻條積膠），須人工干預(yù)，采取更換布帶、清潔等措施。3）當(dāng)圓周未出現(xiàn)與吸阻反向偏離時(shí)，觀察在線綜合測(cè)試臺(tái)對(duì)應(yīng)的SPC 系統(tǒng)5 支一組數(shù)據(jù)控制圖，結(jié)合SPC 的2 項(xiàng)判異準(zhǔn)則（一個(gè)子點(diǎn)落在3σ 之外、連續(xù)9 點(diǎn)落在中心線同一側(cè)），通過(guò)調(diào)整V1/VKDF（調(diào)整規(guī)則見(jiàn)V1/VKDF 與吸阻均值的回歸模型）精確控制吸阻均值。

4 結(jié)論

通過(guò)設(shè)計(jì)試驗(yàn)及制定數(shù)據(jù)收集計(jì)劃，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，從絲束來(lái)料、濾棒固化時(shí)間、KDF4 濾棒成型機(jī)過(guò)程參數(shù)等方面，系統(tǒng)研究了濾棒吸阻的影響因素，量化濾棒吸阻的變化規(guī)律，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)及人員操作，建立了濾棒吸阻的控制方法并運(yùn)用到生產(chǎn)，提升了濾棒吸阻的質(zhì)量水平，從源頭上提升了卷煙吸阻的穩(wěn)定性。