提高薄板干燥機(jī)筒壁溫度穩(wěn)定性研究

摘 要：通過對卷煙制絲工序薄板干燥機(jī)筒壁溫度穩(wěn)定性影響因素分析，找到了關(guān)鍵因素：入口水分實際值、秤流量、熱風(fēng)溫度、增溫增濕機(jī)工作蒸汽壓力等，并通過相應(yīng)工藝參數(shù)調(diào)整，使薄板干燥機(jī)筒壁溫度穩(wěn)定性得到提高，核心指標(biāo)優(yōu)質(zhì)率考核標(biāo)準(zhǔn)從88%提升到92%以上。

關(guān)鍵詞：薄板干燥 ；筒壁溫度；穩(wěn)定性；優(yōu)質(zhì)率

中圖分類號 S2190329 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）03-136-03

1 現(xiàn)狀寫實

卷煙精細(xì)化生產(chǎn)是目前煙草行業(yè)研究的重點，“三烤三潤三凈”工藝技術(shù)體系使河南中煙卷煙逐步形成了“醇香、溫潤”的品類特色。創(chuàng)新制絲承擔(dān)著煙支主要成分煙絲的加工任務(wù)，其加工過程核心指標(biāo)優(yōu)質(zhì)率是穩(wěn)定品類特色的基礎(chǔ)。特別是薄板干燥機(jī)筒壁溫度指標(biāo)是“三烤”中的重要一項。我們通過提高薄板干燥機(jī)筒壁溫度的穩(wěn)定性，顯著提升了制絲過程核心指標(biāo)的優(yōu)質(zhì)率，穩(wěn)定卷煙品類特色和吸食口味，滿足黃金葉品牌發(fā)展和消費者的需求。

制絲過程核心指標(biāo)優(yōu)質(zhì)率是支撐黃金葉品牌發(fā)展的一項重要運行指標(biāo)，通過不斷提高制絲過程核心指標(biāo)優(yōu)質(zhì)率，促進(jìn)卷煙整體質(zhì)量的提升。2012年制絲過程核心指標(biāo)優(yōu)質(zhì)率考核標(biāo)準(zhǔn)從2011年的88%提升到95%以上。隨著顧客需求和考核標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，當(dāng)前優(yōu)質(zhì)率水平已無法滿足實際要求。

為查找影響制絲過程核心指標(biāo)優(yōu)質(zhì)率低的原因，采集2011年4月10個核心指標(biāo)優(yōu)質(zhì)率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)薄板干燥筒壁溫度指標(biāo)共計有191次未達(dá)到優(yōu)質(zhì)，占整體未達(dá)到優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)數(shù)量的76.40%，如圖1所示。

圖1 2011年4月制絲過程核心指標(biāo)不合格檢驗信息

我們選取占產(chǎn)量比重最大的黃金葉（T）品牌進(jìn)行實驗。質(zhì)量考核的模式是每批次生產(chǎn)結(jié)束后計算核心指標(biāo)的Cpk，當(dāng)Cpk<1為不合格，當(dāng)1≤Cpk<133為合格，當(dāng)Cpk≥133為優(yōu)質(zhì)，并計算合格率、優(yōu)質(zhì)率。本實驗采集了黃金葉（T）2～4月的筒壁溫度Cpk數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析（表1）?？梢园l(fā)現(xiàn)筒壁溫度Cpk差異較大，從表1中發(fā)現(xiàn)3個月筒壁溫度Cpk均值僅為106，其中過程控制較好的批次Cpk能夠達(dá)到265，控制不好的批次Cpk僅僅只有015，筒壁溫度過程控制不穩(wěn)定。

我們收集了筒壁溫度Cpk為265和015的典型批次的過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行了過程能力分析，見圖2和圖3。

圖2 黃金葉（T）Cpk為265批次筒壁溫度過程能力分析

通過2個批次過程能力分析可以看出，筒壁溫度標(biāo)準(zhǔn)差分別為0428和0469，差別不大，2個批次筒壁溫度Cpk差異大主要是中心值偏移差別大造成的。

通過以上的簡要分析可以得出結(jié)論：造成薄板干燥筒壁溫度穩(wěn)定性差的主要原因是控制過程中準(zhǔn)確度不能滿足要求，中心值偏離目標(biāo)較大，有較大的改進(jìn)空間。因此提高筒壁溫度穩(wěn)定性對于提高制絲過程優(yōu)質(zhì)率有較大的作用。

圖3 黃金葉（T）Cpk為015批次筒壁溫度過程能力分析

薄板干燥工序主要包括恒流量喂料、流量控制、增溫增濕和薄板干燥4個過程，主要的工藝任務(wù)是將切絲工序提供的葉絲寬度指標(biāo)合格的煙絲加工成含水率指標(biāo)和加工過程筒壁溫度指標(biāo)合格的煙絲，進(jìn)行SIPOC分析，即供方S—輸入I—過程P—輸出O—顧客C。由此可以看到，筒壁溫度作為薄板干燥工序的一個核心的過程控制指標(biāo)，其穩(wěn)定性是影響成品煙支感官感覺的重要指標(biāo)之一。

2 原因查找

薄板干燥機(jī)筒壁溫度是檢測進(jìn)入滾筒的飽和蒸汽壓力經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到的，筒壁溫度的檢測裝置為SP51壓力傳感器。在生產(chǎn)黃金葉（T）煙絲時，薄板干燥出口煙葉累計量達(dá)到500kg后，項目組成員每隔10s進(jìn)行壓力傳感器顯示值和FLUKE725檢測值的數(shù)據(jù)記錄，共取得40個樣品，進(jìn)行T檢驗，得到P=0452> 005，表明顯示值與手持式?jīng)]有顯著差異。

經(jīng)過分析2011年2～4月黃金葉（T）筒壁溫度控制，P=0311>005，表明2011年2～4過程沒有明顯變異，過程是處于同一個水平。

接下來我們收集了2011年4月黃金葉（T）所有19個批次的過程數(shù)據(jù)，并使用Minitab軟件計算長期過程能力和西格瑪水平，如圖4和5所示。

圖4 2011年4月黃金葉（T）的過程能力分析

圖5 2011年4月黃金葉（T）的西格瑪水平分析

經(jīng)過分析，黃金葉（T）的長期過程能力Ppk僅為052，西格瑪水平僅為155，說明目前筒壁溫度穩(wěn)定性較差。

3 數(shù)據(jù)分析

針對現(xiàn)狀寫實階段中的相關(guān)因素，通過因果矩陣（表2）初步確定關(guān)鍵因素X。

根據(jù)因果矩陣分析結(jié)果，初步分析出以下影響筒壁溫度的潛在因素作為測量分析：入口水分實際值、增溫增濕機(jī)工作壓力、秤流量、熱風(fēng)溫度。為驗證因果矩陣的分析結(jié)果，項目組借助全因子實驗工具進(jìn)行了4因素2水平的實驗。

從方差分析結(jié)果可以看出，主效應(yīng)P值為0000，證明回歸總效果是顯著的；失擬項P值為0068，證明回歸并無失擬現(xiàn)象；彎曲項P值為0217，證明數(shù)據(jù)并沒有彎曲現(xiàn)象。

從擬合分析來看，R-Sq = 9734%，R-Sq（調(diào)整）= 9402%，兩者差距不大，但是R-Sq與R-Sq（預(yù)測）= 7888%差距較大，說明有較多的點與模型差距較大，還有待進(jìn)一步完善。4個主效應(yīng)均是顯著的，6個2因子交互效應(yīng)均不顯著。從標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)正態(tài)圖上可以看出，其中入口水分、秤流量、增溫增濕機(jī)工作蒸汽壓力是正效應(yīng)，熱風(fēng)溫度是負(fù)效應(yīng)。

通過以上的實驗和分析找到了關(guān)鍵因素（X）：X1：入口水分實際值；X2：秤流量；X3：熱風(fēng)溫度；X4：增溫增濕機(jī)工作蒸汽壓力。

由全因子實驗結(jié)果可知，入口水分實際值（X1）、秤流量（X2）、熱風(fēng)溫度（X3）、增溫增濕機(jī)工作蒸汽壓力（X4）對筒壁溫度穩(wěn)定性的影響都是顯著的，接下來收集了相關(guān)數(shù)據(jù)對每一個影響因素均進(jìn)行相關(guān)分析和穩(wěn)定性分析，以確定各個X對筒壁溫度的影響程度及各個因素的穩(wěn)定性。從分析結(jié)果中可知： F統(tǒng)計量2 46169的P值是0000<005，所以從整體上判定回歸方程是顯著有效的；R-Sq 與R-Sq（調(diào)整）很接近，且 R-Sq（調(diào)整）= 967%，說明回歸效果總體不錯；入口水分的P值=0<005，說明入口水分是顯著因子。

對2011年4月薄板干燥機(jī)入口水分批次均值數(shù)據(jù)進(jìn)行了描述性統(tǒng)計分析，標(biāo)準(zhǔn)差為0429，較大。同時最大值為2055，最小值為1827，批次間差異大。通過入口水分穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn)：入口水分均值批次差異較大，但是批次內(nèi)入口水分穩(wěn)定。

為了驗證筒壁溫度與增溫增濕機(jī)工作壓力之間的關(guān)系，針對黃金葉（金滿堂）牌號，項目組將隧道式增溫增濕機(jī)工作壓力以05Mpa為1個級數(shù)共計進(jìn)行了10組共計30小樣批次（每批次1 000kg）的實驗，實驗中為了保證實驗效果，盡量保證入口水分的穩(wěn)定性。從分析結(jié)果中可知： F統(tǒng)計量63088的P值是0000<005，所以從整體上判定回歸方程是顯著有效的；R-Sq 與R-Sq（調(diào)整）很接近，且 R-Sq（調(diào)整）= 956%，說明回歸效果總體不錯；增溫增濕機(jī)工作壓力的P值=0<005，說明增溫增濕機(jī)工作壓力是顯著因子；從殘差診斷分析可以看出數(shù)據(jù)符合項目組對于回歸的基本假定，整個線性回歸方程與數(shù)據(jù)擬合是較好的。

由于隧道式增溫增濕機(jī)工作壓力為P51壓力傳感器檢測，精度等級05%。項目組將精度等級要求轉(zhuǎn)換為常用工作蒸汽壓力對應(yīng)的上下限，接下來項目組分別將常用工作蒸汽壓力作為設(shè)定值并收集過程控制數(shù)據(jù)，進(jìn)行了增溫增濕工作壓力的過程能力分析，通過分析得出：各個設(shè)定值過程能力符合精度要求。

為了驗證筒壁溫度與入口秤流量之間的關(guān)系，針對黃金葉（金滿堂）牌號，項目組將入口秤流量設(shè)定值以200kg為1個級數(shù)共計進(jìn)行了7組共計21小樣批次（每批次1 000kg）的實驗，實驗中為了保證實驗效果，項目組盡量保證入口水分的穩(wěn)定。從分析結(jié)果中可知： F統(tǒng)計量6864的P值是0000<005，所以從整體上判定回歸方程是顯著有效的；R-Sq 與R-Sq（調(diào)整）很接近，且 R-Sq（調(diào)整）= 978%，說明回歸效果總體不錯；秤流量設(shè)定值的P值=0<005，說明秤流量設(shè)定值是顯著因子。對入口秤流量的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行過程能力分析。經(jīng)過分析項目組發(fā)現(xiàn)秤流量過程能力較低Cp僅為032，本批數(shù)據(jù)最大值6 65917kg/h，最小值6 50710kg/h。

通過查閱電子皮帶秤技術(shù)資料，電子皮帶秤放大板輸出電壓范圍為0～10V，電子皮帶秤在使用過程中負(fù)荷電壓值不能超過其最大值的70%，即電壓值不能超過7V。

經(jīng)過生產(chǎn)中觀察，發(fā)現(xiàn)由于供料裝置的計量管設(shè)計尺寸不合理，造成在計量管內(nèi)物料厚度過厚，使電子皮帶秤在生產(chǎn)過程中瞬時重量超重。電子皮帶秤在運行過程中存在著瞬時重量超重現(xiàn)象，瞬時工作電壓達(dá)到9V，由于瞬時重量超重，將直接影響電子皮帶秤的運行狀態(tài)，使電子皮帶秤在較低頻率下運行（運行頻率在20Hz以下），造成電子皮帶秤速度控制不穩(wěn)定，在物料變化不大的情況下，運行頻率出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，形成類似于斷料的情況。通過以上的分析，認(rèn)為電子秤供料裝置設(shè)計不合理是造成電子秤過程控制能力差的主要原因。

為了驗證筒壁溫度與熱風(fēng)溫度之間的關(guān)系，針對黃金葉（T）牌號，項目組將熱風(fēng)溫度設(shè)定值以5℃為1個級數(shù)共計進(jìn)行了5組共計15小樣批次（每批次1 000kg）的實驗，實驗中為了保證實驗效果，項目組盡量保證入口水分的穩(wěn)定。從分析結(jié)果中可知： F統(tǒng)計量6864的P值是0000<005，所以從整體上判定回歸方程是顯著有效的；R-Sq 與R-Sq（調(diào)整）很接近，且 R-Sq（調(diào)整）= 882%，說明回歸效果總體不錯；熱風(fēng)溫度設(shè)定值的P值=0<005，說明秤流量設(shè)定值是顯著因子。

收集2011年4月黃金葉（T）熱風(fēng)溫度的過程數(shù)據(jù)并隨機(jī)抽取15批熱風(fēng)溫度過程數(shù)據(jù)進(jìn)行過程能力分析，通過過程能力分析，過程Ppk達(dá)到了481，過程控制能力強。

通過分析，找到了影響筒壁溫度穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，分析匯總見表3。

在4個對筒壁溫度有顯著影響的因素中，入口水分、增溫增濕機(jī)工作壓力、入口秤流量與筒壁溫度有較強的正相關(guān)關(guān)系，熱風(fēng)溫度與筒壁溫度有較強的負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中入口水分批次差異大和入口秤流量過程不穩(wěn)定這兩個問題是我們當(dāng)前必須要解決的。

4 工藝改進(jìn)

針對分析階段中尋找出的關(guān)鍵因素，項目組分別提出了改進(jìn)的方案：建立入口水分標(biāo)準(zhǔn)加強控制，改進(jìn)計量管結(jié)構(gòu)尺寸，減小物料在電子皮帶秤上的布料厚度，將提升機(jī)單速控制改為雙速控制。

（1）確立入口水分控制標(biāo)準(zhǔn)：通過分析階段的回歸分析得到了入口水分和筒壁溫度的數(shù)學(xué)模

型：筒壁溫度=110×入口水分-868。

（2）供料裝置計量管改進(jìn)：為了降低電子皮帶秤上煙絲重量，項目組通過在計量管內(nèi)襯墊臨時擋板進(jìn)行試驗，將計量管厚度減少5cm（從20cm降低到15cm），可以將電子皮帶秤電壓由9V降到7V以下。

（3）提升機(jī)雙速度控制改進(jìn)：為了提高供料裝置供料的穩(wěn)定性，項目組對喂料機(jī)的控制程序進(jìn)行了修改，利用現(xiàn)有計量管3對光電開關(guān)對物料狀態(tài)進(jìn)行檢測，當(dāng)計量管內(nèi)沒有物料時，提升機(jī)以高速運行，快速向計量管內(nèi)供料；當(dāng)計量管內(nèi)物料遮擋住低料位和中料位光電開關(guān)時，提升機(jī)以低速運行，穩(wěn)定喂料機(jī)供料速度，防止計量管內(nèi)料滿造成提升機(jī)啟、停頻繁；當(dāng)3個光電開關(guān)同時被物料遮擋住時，延時停止提升機(jī)運行，防止計量管造成堵料。由于提升機(jī)低速保證供料的連續(xù)性，高速防止計量管內(nèi)料空，為了獲得合適的高、低速度值，以達(dá)到更好的控制效果，在程序調(diào)試完成后，項目組對提升機(jī)的高、低速度進(jìn)行了試驗，通過方差分析確定最優(yōu)值。

5 過程控制

（1）入口水分標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)配方變化情況和關(guān)鍵設(shè)備元器件變化情況進(jìn)行修訂，同時在以上因素沒有發(fā)生變化的時候，每月需要進(jìn)行1次驗證。

（2）在SPC系統(tǒng)中過程監(jiān)控模塊中增加對薄板干燥入口水分的控制，每1min采集1個數(shù)據(jù)，在單值移動極差控制圖和預(yù)控圖上打1個點子，并設(shè)置預(yù)報警規(guī)則，發(fā)生報警按照異常處理流程處理。

（3）在SPC系統(tǒng)中批次指標(biāo)監(jiān)控模塊中增加對薄板干燥入口水分批次均值的控制，每批生產(chǎn)結(jié)束后在單值移動極差控制圖上打點，并設(shè)置預(yù)報警規(guī)則，發(fā)生報警按照異常處理流程處理。

（4）在SPC系統(tǒng)中過程監(jiān)控模塊中增加對薄板干燥筒壁溫度的控制，每1min采集1個數(shù)據(jù)在單值移動極差控制圖和預(yù)控圖上打1個點子，并設(shè)置預(yù)報警規(guī)則，發(fā)生報警按照異常處理流程處理。

（5）以上監(jiān)控過程中凡是出現(xiàn)報警，操作人員和相關(guān)人員需要按照異常處理流程對報警原因和解決措施進(jìn)行分析和確認(rèn)，從而形成一套閉環(huán)的處理流程，加強對過程的控制。

（責(zé)編：徐世紅）