稳健参数设计在松散回潮工序中的应用

【摘 要】 为提高卷烟制造过程中松散回潮工序出口烟叶水分的稳定性，分析松散回潮工序各因子及水平对其出口烟叶水分控制的影响，识别出那些因子是位置因子，那些因子是散度因子，那些因子是调节因子，通过稳健参数设计，找出各因子及最佳的水平组合。结果表明，稳健参数设计通过把响应变量的变差作为研究对象，用改变可控因子的水平组合的办法来减小响应变量的变差，使得松散回潮工序出口烟叶的水分控制操作变得更加方便、快捷、简单，提高了生产过程的稳健性，烟叶水分的稳定性得到进一步提升。

【关键词】 稳健参数设计 松散回潮工序 烟叶水分 因子 水平组合

松散回潮工序是卷烟生产过程中的第一道工序，也是烟片处理过程中的一道重要工序，其主要工艺任务使切后烟片块松散，增加烟片的水分和温度，其加工质量的好坏对提高烟片的耐加工性，改善烟片的感官质量有着重要影响[1]。目前松散回潮机在回潮烟片的水分控制上一般采用前馈+反馈的控制模式，生产初期根据回潮机入口端的水分检测仪器检测出来料烟片水分，比对出口端烟片水分要求，由控制系统计算出预加的加水量和蒸汽量，待回潮机出口端有已经松散的烟片排出时，由回潮机出口端的在线水分检测仪检测出烟片实际水分，并反馈控制系统，由控制系统对加水量和蒸汽量进行适时调整[2-4]，以确保回潮机出口的烟片水分满足工艺要求，因此此种水分控制模式存在一定的滞后性，加上不同等级的烟片存在不同程度的色差，而目前使用的在线水分检测仪器大多为红外水分检测仪，其测量准确性受烟片色差的影响较大，在线水分检测仪的校准又很难做到兼顾所有等级的烟片，在以上因素的综合作用下，生产过程中回潮机出口烟片的水分必然会出现较大幅度的波动.为此，以柳州卷烟厂WQ3系列滚筒式烟片回潮机为例，通过稳健参数设计[5-6]，为提高松散回潮工序水分控制稳定性，提高过程加工质量提供新的视角和方法。

1 响因子选择及水平确定

松散回潮机主要由前室、后室、机架、滚筒、主传动、供水管道系统、蒸汽管道系统、压缩空气系统、热风及排风系统、电控系统等主要部件组成.其工作原理（图1）：

烟块进入滚筒后在滚筒内的导片和扒钉作用下翻滚向前运动，这一过程使烟快得到一定的机械松散。同时，烟块与滚筒里的蒸汽充分接触后，使蒸汽的温度下降，蒸汽释放出的热量和水分均渗入到烟块中，烟块因受热吸水舒展而松散成烟片。蒸汽中释放出的水分若满足不了工艺要求时，可由来自汽——水混合喷头的喷雾水补充。因此影响工艺要求的回潮机主要参数分别是滚筒转速、烟片回潮过程中所需的蒸汽和供水用量。因该回潮机的蒸汽使用过程缺少监测设备，对施加的蒸汽量难以度量，故选其响应指标——循环热风温度作为蒸汽使用的间接度量指标，并结合生产实际，选用合作生产牌号双喜（软）进行稳健参数设计，影响因子及水平见表1。

2 试验方案设计

双喜（软）在松散回潮工序出口的水分要求为18.5±1.5%，根据确认的影响因子及水平数，不考虑影响因子间的交互作用，通过minitab软件形成内表（见表2）。

对于误差因子，选定循环热风温度（±5%）、加水量（±5%）、滚筒转速（±1%），制定的噪声表（见表3）。

3 试验数据与分析

按照乘积表，要实现对内表的每一个试验都按排一个全面的噪声表，试验次数将为36次，试验次数较大，考虑到生产实际情况，为减少试验次数，选用最不利综合误差法，在噪声表中选择对内表的每行选取最不利情况安排2次试验，并用minitab软件对数据进行分析，信噪比公式采用望目（10*Log10（Ybar**2/s**2）），试验结果见表4。

从表5信噪比响应表中可看到循环热风温度、加水量、滚筒转速因子各水平的信噪比均值和极差，从极差的大小排列顺序看，加水量因子对信噪比的影响最大，滚筒转速因子次之，循环热风温度因子对信噪比的影响最小。

从表6均值响应表中可看到各因子的各水平水分均值和水分均值的极差。从极差的大小排列顺序中可知，加水量因子对水分均值的影响最大，循环热风温度因子次之，滚筒转速因子对水分均值的影响最小。

因此，通过对信噪比响应和水分均值响应进行综合分析，加水量因子对松散回潮出口的烟片水分（望目质量特性值）信噪比和均值影响最大，可初步判断加水量既是散度因子又是位置因子。循环热风温度对水分均值的影响较小，但对水分信噪比有一定的影响，可认定为散度因子。滚筒转速对水分均值的影响极小，而对水分信噪比有一定影响，可认定为调节因子。从图2信噪比主效应图和图3均值主效应图的分析中也得出相同结论。根据稳健参数设计对于望目型问题的解决步骤程序，首先选择散度因子的水平使散度最小化，因此信噪比最佳的水平组合应为：加水量取水平一（B2），循环热风温度取水平二（A2），对应的试验条件为5号，滚筒转速取水平三（C3），实际结果为：信噪比34.16044，水分均值18.05%。

4 均值最佳水平与预测

通过minitab软件使用主效应迭加方法计算出各种因素水平组合的预测值（见表4），发现最佳组合（A2B2C3）的2次实际试验结果的平均值为18.05%，与通过主效应迭加方法算出的预测平均值18.06%相差不大，组合（A2B2C1）的预测值为18.02%，组合（A2B2C2）的预测值为18.11%，说明调节因子滚筒转速的微小差异对松散出口水分控制的影响不大，并考虑确保烟片松散效果，在实际生产过程中可将滚筒转速因子定为水平二（12转/min）。

5 结语

在实际试验过程中，组合（A2B3C1）的实际结果均值18.55%与预测结果均值18.61%同样相差不大，且与标准要求18.5±1.5%的中心值较为接近，如上所述，加水量因子既是散度因子，又是位置因子，因此在实际生产中，可将生产条件选定为A2B3C3，即循环热风温度60℃，加水量设定为650kg/h，滚筒转速设为12转/min。

参考文献：

[1]卷烟工艺规范.第三篇烟片处理[S].国家烟草专卖局，2003.

[2]王雷.松散回潮出口水分稳定性的改进[J].科技致富向导，2011（05）：116-116.

[3]俞仁皓，宋家海，王建.松散回潮工序回风温度PID控制参数的优化[J].烟草科技，2010（07）：8-10.

[4]赵国庆，米强，钟青，孟庆华.于宏晓.因素筛选试验在松散回潮和筛分加料工序质量评价中的应用[J].烟草科技，2007（11）：24-27.

[5]马林，何桢.六西格玛管理[M].北京：中国人民出版社，2007.375-390.

[6]周暐.别具特色的稳健参数设计[EB/OL]，，2007-10-19.