制絲加工過程煙葉損耗監(jiān)控模型的建立及應(yīng)用

王中山，趙靜宜，楊正軍，宋世強(qiáng)

（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 遵義卷煙廠，貴州遵義 563000）

在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈、市場(chǎng)趨于飽和的今天，卷煙加工企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效不僅為企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約更多的資源，更是保障了企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。目前，行業(yè)先進(jìn)企業(yè)的煙葉成本占物耗成本總額構(gòu)成達(dá)60%左右，可見煙葉損耗控制對(duì)卷煙制造企業(yè)的重要性。煙葉作為農(nóng)產(chǎn)品的一種，其損耗涉及田間管理、煙站初烤、打葉復(fù)烤、倉(cāng)儲(chǔ)醇化、制絲加工、卷制包裝等從農(nóng)作物到成品卷煙的全過程[1]。而制絲加工，是把醇化后的煙葉加工成合格的卷煙煙絲過程，需要經(jīng)過一系列高強(qiáng)度的生產(chǎn)工藝流程，該環(huán)節(jié)的煙葉損耗控制尤為重要[2]。摸清制絲加工過程煙葉損耗原因，定期對(duì)煙葉損耗情況進(jìn)行測(cè)試和分析，逐步實(shí)現(xiàn)結(jié)果控制模式向預(yù)防性監(jiān)控方法轉(zhuǎn)變，精準(zhǔn)控制煙葉損耗，從而實(shí)現(xiàn)“零浪費(fèi)”的精益加工目標(biāo)。

1 問題分析

對(duì)于制絲加工過程煙葉損耗的管控，因?yàn)橐韵聨讉€(gè)問題的原因，變得頗為困難。

（1） 工藝流程復(fù)雜。制絲生產(chǎn)線從投料到成品煙絲，要依次經(jīng)過煙片預(yù)處理、加料、切絲、膨脹干燥、摻配加香6 個(gè)生產(chǎn)段的18 個(gè)生產(chǎn)工序，工序之間以振動(dòng)輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)和貯柜聯(lián)接，路徑長(zhǎng)、工序多、流程復(fù)雜，煙葉損耗管控效果不理想。

（2） 加工過程強(qiáng)度大。從煙葉原料變?yōu)槌善窡熃z的過程，加工溫度高、加工時(shí)間長(zhǎng)，需要采取切刀、滾筒、耙釘、負(fù)壓、蒸汽等多種形式相結(jié)合的方式，來減輕雜氣和刺激性、彰顯卷煙香氣風(fēng)格、改善感官舒適性等目的。而煙葉的耐加工性有限，高強(qiáng)度的加工過程造成造碎損耗較多，損耗原因難以明確。

（3） 加工品質(zhì)要求高。煙葉在經(jīng)過不同的工序加工后，都有特定的溫度和水分范圍要求；不符合質(zhì)量要求的煙葉和煙末、煙梗、雜物等都需要在生產(chǎn)線上剔除。設(shè)備加工過程涉及料頭料尾等非穩(wěn)態(tài)時(shí)間、加水加蒸汽、加香料糖料等難以量化的因素，指標(biāo)收集測(cè)試?yán)щy。

（4） 煙葉損耗測(cè)試指標(biāo)單一。制絲投料往往是成批次、多等級(jí)的配方煙葉，一般情況下用成品煙絲和投料煙葉質(zhì)量的比值（無(wú)外摻物情況，有外摻物時(shí)按比例折算），計(jì)算制絲過程的出絲率指標(biāo)。一批次煙葉加工完成一般至少需要10 h，指標(biāo)存在滯后性，且無(wú)法快速、準(zhǔn)確地判斷出現(xiàn)問題的工序或設(shè)備。

2 測(cè)試設(shè)計(jì)

采取分段測(cè)算、指標(biāo)對(duì)比分析等方法，將過程參數(shù)監(jiān)控、質(zhì)量指標(biāo)分析、剔除物統(tǒng)計(jì)等相結(jié)合，定期對(duì)制絲生產(chǎn)線進(jìn)行煙葉損耗專項(xiàng)測(cè)試，實(shí)時(shí)對(duì)生產(chǎn)過程煙葉損耗關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。

2.1 計(jì)算口徑設(shè)計(jì)

制絲過程中，從原料煙葉投入到成品煙絲產(chǎn)出物料質(zhì)量的損失，稱之為過程損耗。對(duì)制葉絲過程中過程損耗類別進(jìn)行確認(rèn)，劃分為工藝損耗和加工損耗兩類。工藝損耗，是在穩(wěn)定的制絲過程中，為滿足工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量要求，專門進(jìn)行篩分、風(fēng)選、除雜及特殊工藝要求等加工環(huán)節(jié)的剔除物物料損耗，如碎末、碎片、梗（簽）、雜物等可以人工接出進(jìn)行稱量計(jì)算的；加工損耗，是過程消耗中除去工藝損耗部分的物料損耗，如筒體黏附、設(shè)備積塵、通道清潔等無(wú)法徹底根除的有形和無(wú)形的損耗。

物料質(zhì)量是指物料通過電子皮帶秤等計(jì)量裝置直接讀出的質(zhì)量值，也稱工序質(zhì)量。為消除含水率帶來的差異，根據(jù)此工序物料實(shí)際含水率，將物料質(zhì)量統(tǒng)一按12.0%的標(biāo)準(zhǔn)含水率[3]折算后的質(zhì)量，稱為工藝質(zhì)量或標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量。

不同水分條件下的投入產(chǎn)出出絲率，是產(chǎn)出煙絲質(zhì)量與投入煙葉質(zhì)量的比值，這種出絲率計(jì)算方式不考慮工藝消耗，同時(shí)是在不同水分的情況下直接的計(jì)算結(jié)果。相同水分條件下的投入產(chǎn)出出絲率，是產(chǎn)出煙絲質(zhì)量與投入煙葉質(zhì)量在12%的水分條件下的比值，這種出絲率計(jì)算方式也不考慮工藝消耗，但消除了含水率差異帶來的誤差。工藝出絲率，是指過程工藝損耗與產(chǎn)出煙絲質(zhì)量之和，與投入煙葉質(zhì)量在12%的水分條件下的比值，主要用來衡量過程加工損耗情況。

2.2 專項(xiàng)測(cè)試設(shè)計(jì)

在生產(chǎn)運(yùn)行、質(zhì)量控制、計(jì)量保障等處于正常水平的條件下，以電子皮帶秤等在線計(jì)量設(shè)備為節(jié)點(diǎn)，對(duì)制絲加工過程進(jìn)行煙葉損耗監(jiān)控段的劃分。以計(jì)量設(shè)備前的在線紅外水分儀為依據(jù)，將計(jì)量出的工序質(zhì)量統(tǒng)一換算成工藝質(zhì)量；無(wú)水分儀的位置，采取烘箱法[4]進(jìn)行離線水分檢測(cè)。

（1） 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和損耗監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)，確定并統(tǒng)計(jì)出煙葉損耗專項(xiàng)測(cè)試所需的物料質(zhì)量和水分的模型。

煙葉損耗專項(xiàng)測(cè)試各關(guān)鍵點(diǎn)物料質(zhì)量及水分監(jiān)控見表1。

（2） 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和質(zhì)量管理要求，確定出煙葉損耗專項(xiàng)測(cè)試需統(tǒng)計(jì)的流量變異系數(shù)、整絲率[5]等質(zhì)量指標(biāo)的模型。

煙葉損耗專項(xiàng)測(cè)試質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)控見表2。

表2 煙葉損耗專項(xiàng)測(cè)試質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)控

2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)

運(yùn)用MES 系統(tǒng)、集控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集分析功能，確定并統(tǒng)計(jì)出煙葉損耗專項(xiàng)測(cè)試所需的在線數(shù)據(jù)監(jiān)控種類。

在線關(guān)鍵點(diǎn)工序質(zhì)量及水分監(jiān)控見表3。

表3 在線關(guān)鍵點(diǎn)工序質(zhì)量及水分監(jiān)控

3 應(yīng)用分析

3.1 專項(xiàng)測(cè)試分析

3.1.1 分段分析

（1） 煙葉預(yù)處理段。實(shí)際進(jìn)入松散回潮的煙葉工藝質(zhì)量為4977.75 kg，光譜除雜后電子皮帶秤工藝質(zhì)量為4973.43 kg，兩者工藝質(zhì)量相差4.32 kg，直接損耗為0.09%，包含了工藝損耗和加工損耗；但加工過程中剔除物的工藝質(zhì)量為3.59 kg，實(shí)際相差0.73 kg，實(shí)際損耗為0.02%。

（2） 加料切絲段。加料前電子皮帶秤工藝質(zhì)量為4976.08 kg，烘絲前電子皮帶秤工藝質(zhì)量為4842.78 kg，工藝質(zhì)量相差133.30 kg，直接損耗為2.68%，包含了工藝損耗和加工損耗；但加工過程中剔除物的工藝質(zhì)量為147.03 kg，實(shí)際相差13.73 kg，實(shí)際損耗為0.28%。

（3） 烘絲風(fēng)選段。烘絲前電子皮帶秤工藝質(zhì)量為4842.78 kg，葉絲主秤電子皮帶秤工藝質(zhì)量為4754.90 kg，工藝質(zhì)量相差為87.88 kg，直接損耗為1.81%，包含了工藝損耗和加工損耗；但加工過程中剔除物的工藝質(zhì)量為51.13 kg，實(shí)際相差36.75 kg，實(shí)際損耗為0.76%。

（4） 摻配加香段。葉絲主秤電子皮帶秤工藝質(zhì)量為4754.90 kg，加香電子皮帶秤工藝質(zhì)量為4556.34 kg；工藝質(zhì)量相差為198.56 kg，直接損耗為4.18%，包含了工藝損耗和加工損耗；但加工過程中剔除物的工藝質(zhì)量為194.29 kg，實(shí)際相差4.27 kg，實(shí)際損耗為0.09%。

3.1.2 出絲率分析

投入煙片質(zhì)量與產(chǎn)出煙絲質(zhì)量的比例，即松散回潮電子皮帶秤累計(jì)質(zhì)量與葉絲主秤電子皮帶秤累計(jì)質(zhì)量的直接比值，得出不同水分條件下的投入產(chǎn)出出絲率為94.9%；將兩者在12%標(biāo)準(zhǔn)水分條件下的直接比值，即相同水分條件下的投入產(chǎn)出出絲率為95.5%，說明投料煙葉的水分對(duì)出絲率有一定的影響。

在制絲加工過程中，因產(chǎn)品質(zhì)量要求而產(chǎn)生損耗的環(huán)節(jié)有除雜剔除、加料前篩分、切絲前篩分、烘絲干頭干尾、風(fēng)選剔除和測(cè)試取樣等，將此部分的工藝質(zhì)量扣除，得出工藝出絲率為98.9%，則生產(chǎn)過程加工損耗即為1.1%，應(yīng)圍繞降低加工損耗目標(biāo)采取相應(yīng)措施；工藝出絲率與相同水分條件下的投入產(chǎn)出出絲率之差即工藝損耗為3.4%，應(yīng)在滿足質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，找尋是否存在過度剔除或不必要的浪費(fèi)等情況進(jìn)行糾正，以合理控制工藝損耗。

3.1.3 質(zhì)量指標(biāo)分析

松散回潮工序、加料工序、烘絲工序、摻配工序葉絲主秤和加香工序的流量變異系數(shù)都能滿足2016 版《工藝規(guī)范要求》，說明以上工序的流量控制穩(wěn)定，計(jì)量效果良好。

葉絲經(jīng)過二級(jí)柔性風(fēng)選后整絲率降低10.44%，應(yīng)從烘絲出口物料狀況和風(fēng)選造碎方面進(jìn)行分析；葉絲加香后經(jīng)過了煙末篩除，整絲率上升3.97%；葉絲貯絲后、風(fēng)送前整絲率降低9.48%，貯絲柜出料過程造碎較大，應(yīng)針對(duì)底帶與出料撥棍速度匹配、拔釘?shù)拈L(zhǎng)度和密度、拔釘與底帶之間的距離等方面進(jìn)行優(yōu)化。煙絲經(jīng)風(fēng)送至卷煙機(jī)料斗整絲率均下降，平均下降2.02%；4#風(fēng)送距離最近，1#風(fēng)送距離最遠(yuǎn)，整絲率的下降與煙絲風(fēng)送的距離相關(guān)，應(yīng)適時(shí)優(yōu)化風(fēng)速降低煙絲造碎。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控效果分析

通過對(duì)制絲加工過程煙葉損耗關(guān)鍵點(diǎn)的工序重量和水分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析，可進(jìn)一步實(shí)時(shí)得出相應(yīng)的工藝質(zhì)量、直接損耗并進(jìn)行監(jiān)控。例如，煙葉預(yù)處理段直接損耗0.1%以下、加料切絲段直接損耗為3%以下、烘絲風(fēng)選段直接損耗為2%以下，摻配加香段直接損耗為4.5%以下，可視為制絲加工過程各工段煙葉損耗暫無(wú)異常。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和損耗監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)，可將長(zhǎng)期正常生產(chǎn)的數(shù)據(jù)歸類總結(jié)，設(shè)定出分級(jí)預(yù)警區(qū)間并自動(dòng)報(bào)警，出現(xiàn)報(bào)警時(shí)再啟動(dòng)專項(xiàng)測(cè)試進(jìn)行排查。

4 結(jié)論

（1） 通過制絲加工煙葉損耗測(cè)試過程及結(jié)果分析，應(yīng)針對(duì)影響較大的因素提出解決思路并擬定改進(jìn)工作計(jì)劃，通過測(cè)試、驗(yàn)證達(dá)到減少過程損耗量的目的。

（2） 當(dāng)配方來料、設(shè)備配置、工藝路徑或工藝要求等發(fā)生較大變化時(shí)，應(yīng)重新啟動(dòng)煙葉損耗專項(xiàng)測(cè)試，并對(duì)調(diào)整實(shí)時(shí)監(jiān)控模型的各預(yù)警值。

（3） 為加強(qiáng)煙葉損耗管控，技術(shù)部門應(yīng)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)合理的產(chǎn)品工藝損耗，管理部門應(yīng)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)合理的損耗定額，實(shí)施部門應(yīng)負(fù)責(zé)制訂各工藝段細(xì)化損耗指標(biāo)。

（4） 今后，可針對(duì)卷制包裝過程進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)試、針對(duì)卷煙機(jī)各點(diǎn)剔除率數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控模型設(shè)計(jì)等，進(jìn)一步加強(qiáng)煙葉損耗管控，提高企業(yè)效益。