均勻設(shè)計(jì)方法在卷煙工藝管理中的探索應(yīng)用

●謝琪君 姚靜波

均勻設(shè)計(jì)方法在卷煙工藝管理中的探索應(yīng)用

●謝琪君 姚靜波

就整個(gè)煙草行業(yè)而言，國(guó)內(nèi)各煙草企業(yè)的原材料類型、加工機(jī)械設(shè)備水平、煙草加工工藝等差別不大，同時(shí)面臨的質(zhì)量控制與保證等過程問題也基本相似。因此，利用先進(jìn)的技術(shù)方法輔助提高加工的自動(dòng)化和控制水平，是各煙草企業(yè)面臨的一個(gè)重大問題。浙江中煙寧波卷煙廠基于以均勻設(shè)計(jì)方法的卷煙工藝革新活動(dòng)，為行業(yè)盡快實(shí)現(xiàn)“從結(jié)果到過程、從指標(biāo)到參數(shù)、從人工經(jīng)驗(yàn)向科學(xué)管理”這一根本控制轉(zhuǎn)型，提供了一個(gè)具有參考價(jià)值的有意義的嘗試。

均勻設(shè)計(jì) 卷煙工藝 創(chuàng)新應(yīng)用過程 工藝革新

均勻設(shè)計(jì)方法利用數(shù)論與多元統(tǒng)計(jì)對(duì)潛在影響因子進(jìn)行分析，其試驗(yàn)次數(shù)較傳統(tǒng)全因子和正交試驗(yàn)次數(shù)有大幅下降，尤其是能利用極少數(shù)的試驗(yàn)就能分析出各潛在影響因子對(duì)過程輸出指標(biāo)的影響，以及各潛在因子之間的交互作用對(duì)指標(biāo)的影響，甚至也可以研究各因子高次方對(duì)過程輸出指標(biāo)的影響。因而，利用這一更為科學(xué)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，去分析卷煙過程各潛在影響因子對(duì)生產(chǎn)過程的影響，顯得尤為必要。

過程控制的穩(wěn)定性和均勻性是卷煙工藝管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要保證。為更好實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，達(dá)成質(zhì)量、效率、消耗水平的持續(xù)優(yōu)化，浙江中煙寧波卷煙廠（以下簡(jiǎn)稱卷煙廠）創(chuàng)新控制理念，于2008年引入了均勻設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，在解決如煙支空頭率、小盒透明包裝不良等系列行業(yè)難題上取得了一些成效，為企業(yè)帶來(lái)了較大收益；同時(shí)，通過一系列的使用創(chuàng)新，開始使均勻設(shè)計(jì)和其它高級(jí)統(tǒng)計(jì)工具成為管理技術(shù)人員的共同語(yǔ)言，企業(yè)進(jìn)行了一場(chǎng)以均勻設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)的工藝革新活動(dòng)。通過此項(xiàng)活動(dòng)，企業(yè)逐步從傳統(tǒng)憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)定各控制參數(shù)的模式、向利用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法來(lái)確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)與工藝生產(chǎn)參數(shù)的根本性轉(zhuǎn)變。以下是卷煙廠運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)法進(jìn)行工藝創(chuàng)新的過程總結(jié)。

一、創(chuàng)新應(yīng)用過程

1.建立了以均勻設(shè)計(jì)為核心的工程技術(shù)人員培訓(xùn)體系。構(gòu)建了立足自我的均勻設(shè)計(jì)培訓(xùn)體系，將這些現(xiàn)代高級(jí)統(tǒng)計(jì)工具進(jìn)行了有效融合，完善了各級(jí)工程人員能力提升體系，提高了各級(jí)技術(shù)人員對(duì)均勻設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)的能力要求，為加快向現(xiàn)代化質(zhì)量管理型企業(yè)轉(zhuǎn)變奠定了人才基礎(chǔ)。

2.構(gòu)建了均勻設(shè)計(jì)表使用庫(kù)。卷煙廠通過均勻表構(gòu)造原理，構(gòu)造了能安排2～19個(gè)因子的均勻設(shè)計(jì)表供直接使用，同時(shí)創(chuàng)建了系列能安排10個(gè)因子以上的均勻設(shè)計(jì)應(yīng)用表，為全面分析一些復(fù)雜的質(zhì)量問題提供了試驗(yàn)方法和依據(jù)。均勻表的建立簡(jiǎn)化了技術(shù)人員選擇表和安排因子進(jìn)行試驗(yàn)的過程，為推動(dòng)全員使用均勻設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)分析打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

3.創(chuàng)建了適合與本企業(yè)均勻設(shè)計(jì)過程分析工具：逐步（向前、向后）回歸的重要因子判定準(zhǔn)則。創(chuàng)建了適合于自身實(shí)際的逐步回歸分析準(zhǔn)則，以防止在分析過程中遺漏重要影響因子和誤判重要影響因子。此判斷準(zhǔn)則簡(jiǎn)化了試驗(yàn)的分析過程，為全員普及均勻設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

4.編制了適合于本企業(yè)非連續(xù)型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成連續(xù)型數(shù)據(jù)的作業(yè)指南。制絲、卷包等卷煙生產(chǎn)過程，正好典型地包含了連續(xù)型和非連續(xù)型過程數(shù)據(jù)。卷煙廠結(jié)合自身實(shí)際情況，制定了“分?jǐn)?shù)判定法”為核心的適合卷煙生產(chǎn)實(shí)際的將非連續(xù)型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成連續(xù)型數(shù)據(jù)的作業(yè)指南。

5.制定了適應(yīng)于本企業(yè)的均勻設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。卷煙廠結(jié)合自身情況，構(gòu)建了自我簡(jiǎn)易優(yōu)化設(shè)計(jì)方法：即在各主要影響因子的取值范圍內(nèi)，視情況對(duì)其多等份，求得各因子的不同取值水平，然后借助MINITAB軟件或其它專業(yè)軟件，生存各因子各水平之間的全部組合，然后將這些組合代入數(shù)學(xué)模型中，根據(jù)最終響應(yīng)值確定對(duì)應(yīng)的各因子最佳水平設(shè)置值；同時(shí)，也可以用此方法，確定各因子的容差范圍。

二、實(shí)踐工藝革新

通過一系列的使用創(chuàng)新，均勻設(shè)計(jì)和其它高級(jí)統(tǒng)計(jì)工具開始成為各工程技術(shù)人員分析問題和解決問題的共同語(yǔ)言?；跀?shù)據(jù)和事實(shí)的、用科學(xué)的DOE和優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)確定各工藝最佳參數(shù)設(shè)定值和容差范圍，開始變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。卷煙廠通過修改工藝管理程序文件和發(fā)布均勻設(shè)計(jì)方法使用指南，進(jìn)一步強(qiáng)化了均勻設(shè)計(jì)方法的全面推廣和應(yīng)用。逐步構(gòu)建了以均勻設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)的工藝革新體系。

1.新的工藝管理程序文件明確規(guī)定：新工藝正式頒布前，原則上均需通過以均勻設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的試驗(yàn)方法確定最佳中心值和公差允許范圍，確保其過程抗干擾性最強(qiáng)。以下是新舊工藝制定流程對(duì)比：

2.均勻設(shè)計(jì)應(yīng)用流程進(jìn)一步明確了均勻設(shè)計(jì)使用步驟，為其全面推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。以下是卷煙廠均勻設(shè)計(jì)使用過程中的基本步驟指南：

三、應(yīng)用案例

煙支濾棒的吸阻、硬度均是反映濾棒質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，要想保證這兩個(gè)指標(biāo)同時(shí)合格，難度非常大。目前生產(chǎn)廠家多優(yōu)先保證濾棒的吸阻，故濾棒硬度的合格率相對(duì)較低。卷煙廠也面臨此問題，濾棒硬度DPMO一度高達(dá)300,000PPM。針對(duì)這一問題，卷煙廠生技科利用均勻設(shè)計(jì)方法，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，不僅使濾棒硬度DPMO下降到不到1000PPM，而且吸阻不良率也有大幅下降。以下為此項(xiàng)目簡(jiǎn)要解決思路。

1.以細(xì)節(jié)流程圖為基礎(chǔ)，采用頭腦風(fēng)暴法尋找各過程可能影響濾棒硬度的因子，并對(duì)其可控性進(jìn)行識(shí)別。（n表示非可控，c表示可控）

2.根據(jù)濾棒的成形原理和過程經(jīng)驗(yàn)，從嚴(yán)重度、發(fā)生度、探測(cè)度等三個(gè)維度進(jìn)行打分，對(duì)可控因子進(jìn)一步分析，篩選出了7個(gè)最有可能因子對(duì)濾棒硬度有影響的可控因子。

3.采用U13(137)來(lái)安排試驗(yàn),根據(jù)各因子的取值范圍和最小取值刻度,各因子的水平選擇進(jìn)行逐個(gè)確定。

4.根據(jù)U13(137)安排試驗(yàn)，因?yàn)樵囼?yàn)各因子的水平均沒有超過13,故取消最后一組試驗(yàn)，按12組試驗(yàn)來(lái)排試驗(yàn)組合。同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，將濾棒硬度的響應(yīng)變量Y取測(cè)試均值，吸阻的響應(yīng)變量Y取DPMO。得出試驗(yàn)矩陣和試驗(yàn)結(jié)果

5.利用向前向后逐步回歸進(jìn)行分析，得出7個(gè)因子中有6個(gè)因子以不同方式對(duì)濾棒硬度均值有較大影響；7個(gè)因子均以不同方式對(duì)濾棒吸阻DPMO有影響。

6.根據(jù)逐步回歸分析出來(lái)的最佳項(xiàng)，采用回歸方法分別建立濾棒硬度均值與各主要影響因子和吸阻DPMO與各主要影響因子的數(shù)學(xué)方程式，以便尋找各影響因子的最佳水平設(shè)置。

7.采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法求得各影響因子的最佳水平設(shè)置。因需要對(duì)兩個(gè)響應(yīng)變量進(jìn)行優(yōu)化，故此項(xiàng)目的優(yōu)化步驟為：

（1）初步分析各因子分別對(duì)各響應(yīng)變量的影響趨勢(shì)。從分析結(jié)果看出：甘油脂施加量在目前范圍內(nèi)，對(duì)濾棒的硬度的影響不大，但其對(duì)吸阻有一定影響，其取值越小，吸阻穩(wěn)定性越好。故：甘油脂施加量在取值范圍內(nèi)，可以取一個(gè)相對(duì)較小的固定值。其它6個(gè)因子暫無(wú)法通過線性分析確定它們對(duì)響應(yīng)變量的影響趨勢(shì)，故需進(jìn)一步研究。

（2）根據(jù)各因子的取值范圍和最小取值刻度以及可操作性，確定其它6個(gè)因子可能的取值。通過分析發(fā)現(xiàn)：螺紋輥壓力能取6個(gè)值、穩(wěn)定輥壓力能取5個(gè)值、噴嘴氣壓能取5個(gè)值；而1#/3# 和2#/3#輥速度比，以及三級(jí)開松寬度在取值范圍內(nèi)，均能取無(wú)限個(gè)值。為了尋找1#/3#輥速比、2#/3#輥速比、三級(jí)開松寬度最佳取值，在其取值范圍和試驗(yàn)允許范圍內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行20等分，得出20個(gè)等分值。

（3）借用專業(yè)軟件，求得各因子各水平的全因子組合，共得到360，000組試驗(yàn)，然后把這些試驗(yàn)組合全部代入到吸阻DPMO與各因子的數(shù)學(xué)方程中，尋找到吸阻DPMO小于1000PPM的試驗(yàn)組合2314個(gè)。

（4）將吸阻DPMO小于1000PPM的2314個(gè)試驗(yàn)組合全部帶入硬度均值與各因子的回歸方程中，最終硬度均值最高的一組試驗(yàn)組合既是要求的各因子最佳水平設(shè)置。

（5）結(jié)合最佳水平設(shè)置和生產(chǎn)實(shí)際情況，求得各因子的最佳

水平設(shè)置為：

8.效果驗(yàn)證：在最佳水平設(shè)置下，試做了一批產(chǎn)品，效果較佳，其吸阻不良率僅為2324PPM，硬度不良率僅為260PPM，均取得了異想不到的改進(jìn)效果。

兩年來(lái)，卷煙廠通過實(shí)施基于均勻設(shè)計(jì)法的工藝革新核心戰(zhàn)略，初步建立了一套相對(duì)完整的體系，有步驟地優(yōu)化、設(shè)計(jì)、改進(jìn)了部分工藝控制參數(shù)，企業(yè)也逐漸開始實(shí)現(xiàn)從人工經(jīng)驗(yàn)式控制向科學(xué)決策管理的根本性轉(zhuǎn)變。

[1]曾昭鈞主編.均勻設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[M].中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2005

[2]方開泰.均勻設(shè)計(jì)與均勻設(shè)計(jì)表[M].科學(xué)出版社，1994

（作者單位：浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司寧波卷煙廠 浙江寧波 315000）

（責(zé)編：李雪）

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1004-4914（2014）09-294-02