光電技術(shù)在煙機檢測上的應(yīng)用

周學(xué)武

（深圳市永旭光電技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

1 光電技術(shù)簡介

光電技術(shù)是典型的高科技新材料技術(shù)，其通過光能量與電能量，或者光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)換完成能源的收集利用及信息的傳遞，在時下十分熱門。但這并不代表光電技術(shù)本身出現(xiàn)的時間晚。早在20世紀，基礎(chǔ)物理學(xué)家便通過觀察，發(fā)現(xiàn)了相關(guān)現(xiàn)象的存在。當光照射在部分物體表面時，引起了表面電荷的集聚；部分物體通電后，會直接發(fā)光而不是通過發(fā)熱產(chǎn)生光；一些導(dǎo)體在不同的光照條件下，其電阻也會產(chǎn)生較大的變化?？茖W(xué)家利用這些特性進行實驗，最終發(fā)現(xiàn)了許多新材料，也根據(jù)其生產(chǎn)了許多新型的儀器設(shè)備。雖然基礎(chǔ)理論已經(jīng)基本完備，但新材料的開發(fā)、新設(shè)備的利用是不斷向前發(fā)展的，今天的光電技術(shù)依然是理工類學(xué)科中最為熱門的學(xué)科，在利用方面涵蓋范圍廣、專業(yè)性強、兼容性好，專業(yè)特色十分明顯。

2 光電技術(shù)引入煙機檢測的意義

2.1 提高準確度

將光電技術(shù)引入煙機檢測的過程中，本質(zhì)上就是對煙機檢測裝備的重新設(shè)計，對煙機設(shè)備的改革。光電技術(shù)本身的精度要遠高于傳統(tǒng)的檢測手段，在進行設(shè)計的過程中，已經(jīng)不僅是作為一種對傳統(tǒng)量具的替換，而是整個系統(tǒng)的完整變革。通過檢測產(chǎn)品本身調(diào)節(jié)設(shè)備，雖然中間多了一個環(huán)節(jié)，但在進行改進時可直接對設(shè)備本身進行控制檢測，其設(shè)備的準確度直接得到了提升。

2.2 提升產(chǎn)品質(zhì)量

通過光電技術(shù)對煙機設(shè)備本身進行監(jiān)測控制后，機器的一切情況都能夠被隨時隨地了解，再加上其他輔助技術(shù)，機器設(shè)備生產(chǎn)過程的動態(tài)調(diào)節(jié)將成為可能，最直觀的反映就是機器生產(chǎn)出的產(chǎn)品與其設(shè)計模型之間的誤差更少，良品率更高。煙機是用來生產(chǎn)香煙的設(shè)備，光電技術(shù)的引進將進一步規(guī)避人的失誤對機器的干擾，能將香煙按照既定的標準進行生產(chǎn)，完成生產(chǎn)目標，保證香煙品質(zhì)趨同。

2.3 節(jié)約成本

香煙的生產(chǎn)主要有3個方面的成本：①煙草原料成本；②香煙生產(chǎn)機器的成本；③人力成本。在進行生產(chǎn)時，這三者缺一不可，煙草原料是典型的低值易耗品，煙機是固定資產(chǎn)，工人利用煙機對煙草原料進行深度的加工生產(chǎn)，使之最終以香煙的方式呈現(xiàn)出來。在煙機檢測過程中引進光電技術(shù)，可以有效減少原料的浪費，減少調(diào)節(jié)過程對煙機造成的損耗和人的使用，在3個方面都能大幅節(jié)約生產(chǎn)成本。

2.4 完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

煙草業(yè)是一個成熟的行業(yè)，其原材料（煙葉）種植、粗加工、精細加工、香煙生產(chǎn)、香煙銷售已經(jīng)形成了較為穩(wěn)定的運行鏈條，但隨著其他相關(guān)技術(shù)及政策的變革，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需要做出進一步調(diào)整。將光電技術(shù)引進煙草業(yè)，本身便是兩個行業(yè)的碰撞，對于光電技術(shù)領(lǐng)域來講，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了進一步開拓，對于煙草業(yè)來講，新技術(shù)的引入也使得產(chǎn)業(yè)的技術(shù)更先進，結(jié)構(gòu)更完善。

2.5 實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

可持續(xù)發(fā)展是我們當前國家的重要理念之一。在可持續(xù)發(fā)展的范疇內(nèi)，將產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)循環(huán)，或者進一步節(jié)約資源，延長產(chǎn)業(yè)的生命。煙草業(yè)在可持續(xù)發(fā)展的考慮下需要協(xié)調(diào)資源與產(chǎn)業(yè)未來，努力在煙草本身的需求縮減的情況下保證其利潤，維護國家稅收總體收入水平。將光電技術(shù)應(yīng)用于煙機檢測技術(shù)時，本身就能節(jié)約大量的原材料與能源，同時也能拓寬設(shè)備技術(shù)的使用范圍，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2.6 推動技術(shù)革新

光電技術(shù)在應(yīng)用于煙機檢測后，借助煙草業(yè)的巨大規(guī)模，本身將得到進一步的驗證與拓展。改革是一個永久的話題，煙機檢測的改革也不是一勞永逸的。每當技術(shù)有所突破，在應(yīng)用時就可以引進最新的技術(shù)，從而使效率更高。同時在生產(chǎn)過程中，必然會對技術(shù)提出更高的要求，這就要求在技術(shù)方面尋求更大的突破。在產(chǎn)業(yè)本身資金充足的情況下，能給研發(fā)注入更多的動力，推動技術(shù)的革新。

2.7 增進人文關(guān)懷

煙草的生產(chǎn)過程有大量的產(chǎn)業(yè)工人，因設(shè)備本身的自動化程度越低，所以需要人去做的事情就越多。這項工作雖然難度低，但是涉及的方面多、范圍廣，工人的工作時間長，長此以往，工作會變得將越來越枯燥乏味，從而影響工作效率。在加工的不同階段中，與原材料接觸越緊密，生產(chǎn)模式也就越低級。煙機檢測中引進光電技術(shù)，能夠減少工人與煙草的近距離接觸時間，減少煙草對其的健康危害。同時節(jié)約的時間可以用于工人的休息，便于其恢復(fù)狀態(tài)。

3 煙機及其檢測行業(yè)現(xiàn)狀

3.1 設(shè)備老化

煙草業(yè)作為一個歷史感比較強的行業(yè)，其在設(shè)備的更新?lián)Q代方面一直不夠積極。如今的煙廠內(nèi)，服役十年甚至二十年以上的設(shè)備比比皆是。一方面，企業(yè)出于對更換設(shè)備成本的考量，使用老設(shè)備可以節(jié)約這筆支出，且老設(shè)備本身也可以正常進行生產(chǎn)，企業(yè)已經(jīng)習(xí)慣了這種生產(chǎn)模式。另一方面，在多年的培養(yǎng)積淀下，煙廠員工可以熟練使用老設(shè)備進行操作，假如對設(shè)備進行更新?lián)Q代，就意味著員工需要重新學(xué)習(xí)，甚至部分員工可能面臨事業(yè)，這段過程中企業(yè)容易減少產(chǎn)值，且需處理部分復(fù)雜的員工問題。所以當前煙廠的設(shè)備整體比較老化，其煙機檢測方法較為原始，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的煙機及其檢測裝置

3.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單

煙廠之所以設(shè)備普遍較老但還能進行正常生產(chǎn)，得益于其采用的設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單。在簡單的機械結(jié)構(gòu)下，許多操作都是通過人來完成的，機器的損耗便比較少。其主要構(gòu)件為鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強度大，適合長時間生產(chǎn)，但也會面臨無法進行大部分操作的局限性。簡單結(jié)構(gòu)下，設(shè)備多年來生產(chǎn)的水準變化不大，煙廠管理者也習(xí)慣于使用這樣設(shè)備進行生產(chǎn)安排。

3.3 浪費資源

煙廠在進行香煙制作時，目標是將其生產(chǎn)成為一致的標準，這便不可避免的會有一個校準的步驟。煙機的校準有兩個部分：①設(shè)備本身的校準，保證其最大程度的保持額定設(shè)計參數(shù)。②對香煙的校準，在生產(chǎn)香煙時，煙卷紙一般要比最終的成品更長，在進行煙絲的填充時，多余部分也需要正常填充，最終經(jīng)過煙機檢測后截取需要的部分。被剪掉部分的煙絲有的煙廠會剪去紙屑后進行低檔煙生產(chǎn)，大部分煙廠在這個環(huán)節(jié)都有嚴重的浪費，在煙機檢測裝置不精準的情況下，對煙絲、煙卷紙、電力等都是巨大的浪費。

3.4 依賴人力

在傳統(tǒng)的香煙廠中，雖然有設(shè)備參與生產(chǎn)，但其中人參與勞動的比例居高不下。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)方面的原因，卷煙生產(chǎn)對于人的需求量極大，煙草廠也成為國有企業(yè)中常年進行人員招聘的企業(yè)之一。大量的員工對于企業(yè)既是勞動力，也是巨大的負擔(dān)。尤其是對可以用簡便的設(shè)備來取代的人力崗位，設(shè)備可以全天候運行，不會出現(xiàn)情緒問題，壞了可以直接更換，主要依賴人力的煙草廠通過這樣的方式能節(jié)省大量的人工費用。

3.5 誤差率高

誤差率指的是在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生誤差的狀態(tài)與其總體生產(chǎn)過程之間的比值。即，誤差率越高，產(chǎn)品的良品率就越低，在去除不良品進行整體的出售時，單間產(chǎn)品的折合成本就會越高。傳統(tǒng)的煙機檢測技術(shù)中檢測設(shè)備本身的誤差率就比較高，使用其來進行產(chǎn)品鑒定，誤差率相對來講是較高的。

3.6 管理結(jié)構(gòu)死板

在同樣的設(shè)備條件下，科學(xué)的利用方式能夠取得更高的工效，這就是管理的巨大作用。我國的煙廠全部為國營企業(yè)或公有企業(yè)，在運行上講究穩(wěn)定，不止是人員的穩(wěn)定，人員分工結(jié)構(gòu)、設(shè)備配合流程等一旦形成一定的標準，便在長時間內(nèi)輕易不會發(fā)生變化。這樣的制度保證了企業(yè)的平穩(wěn)生存，但也限制了企業(yè)的跨越式發(fā)展。管理結(jié)構(gòu)死板是我國現(xiàn)有卷煙廠的共同特征，在進行改革過程中，既要保證改革成效，還不能破壞其本身的穩(wěn)定性。

3.7 綜合成本高

當企業(yè)的管理結(jié)構(gòu)被固化，企業(yè)的運行基本上就會按照統(tǒng)一的流程進行。其所出現(xiàn)的問題也成了常規(guī)問題。老化的設(shè)備，穩(wěn)定的人員結(jié)構(gòu)，簡單的設(shè)備結(jié)構(gòu)，最終呈現(xiàn)出來的就是成本的居高不下。在當前香煙銷量下跌的情況下，進行改革勢在必行。

4 光電技術(shù)在煙機檢測中的應(yīng)用策略

4.1 全方位傳感

在本方案中，煙機檢測設(shè)備的改進等同于對煙機進行整體的系統(tǒng)改進。設(shè)備改造的整體思路是，在任何涉及精度要求的結(jié)構(gòu)部位設(shè)置光電傳感器，隨時偵測其精確程度。在保證了設(shè)備本身精度的前提下，產(chǎn)品本身出現(xiàn)精度問題的可能性將大大減少。而香煙本身也可以利用CCD 技術(shù)探測其長度、切口平整度、煙絲填充密度等信息，其工作原理如圖2所示。

圖2 CCD工作原理示意圖

4.2 RFID監(jiān)測

利用RFID 技術(shù)，可以對香煙本身進行追溯。只需在后臺建立一個數(shù)據(jù)庫，利用激光在香煙的煙身繪制識別碼，即可在后期的任何一個步驟對香煙進行溯源，只需利用光電掃描儀獲取香煙信息，則其生產(chǎn)中的機器、生產(chǎn)人員都可以馬上定位，在香煙品質(zhì)出現(xiàn)問題時能在最短時間內(nèi)找到問題所在進行維護。

4.3 被動響應(yīng)

利用光電技術(shù)中的紅外線技術(shù)，能夠?qū)υO(shè)備或產(chǎn)品的問題進行被動的響應(yīng)。其平時不需要一直滿功率開啟檢測設(shè)備，主要的紅外線可以來自被檢測方，能減少大量的電力消耗。

4.4 機器學(xué)習(xí)

在光電傳感器整體安裝完成后，常規(guī)性的問題可以不再依賴于維護人員的熟練經(jīng)驗。通過后臺設(shè)備的數(shù)據(jù)分析，可以將設(shè)備出現(xiàn)的問題與解決方案進行一一對應(yīng)，而數(shù)據(jù)量越大，這樣的機器學(xué)習(xí)結(jié)果就越精準有效。

4.5 管理架構(gòu)革新

設(shè)備得到更新后，香煙廠的實際的運行方式與之前已經(jīng)大相徑庭，傳統(tǒng)的管理模式已經(jīng)不再能夠滿足現(xiàn)下的生產(chǎn)需要。在結(jié)合工人的建議與專家對當前設(shè)備生產(chǎn)模式的分析上，應(yīng)當對管理架構(gòu)進行革新，從而實現(xiàn)煙廠的整體跨越發(fā)展。

5 結(jié)束語

在進行香煙的生產(chǎn)時，如今已極少有企業(yè)采取純?nèi)斯さ纳a(chǎn)方式，無論是哪種規(guī)模的企業(yè)，一般情況下都使用煙機輔助香煙生產(chǎn)，煙機設(shè)備已經(jīng)成為煙草業(yè)本身必備的固定資產(chǎn)。煙機檢測傳統(tǒng)上是在煙草生產(chǎn)過程中通過一定的方式對產(chǎn)品本身進行檢測，從而保證其產(chǎn)品質(zhì)量的一種手段。但現(xiàn)下萬物互聯(lián)的條件下，將煙機檢測裝置與煙機割裂是不可行的。與煙機相關(guān)的一切檢測過程無論采用何種方式、何種設(shè)備、何種對象都可以納入煙機檢測的范疇中，通過光電技術(shù)的引進，煙機檢測的整體系統(tǒng)革故鼎新，在應(yīng)對愈加嚴峻的行業(yè)挑戰(zhàn)中能夠站的更穩(wěn)，完成其歷史任務(wù)。