基于機(jī)器學(xué)習(xí)的不同工藝參數(shù)對(duì)煙絲質(zhì)量影響研究

楊龍飛

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司許昌卷煙廠，河南許昌 461001）

0 引言

煙草是一種較為特殊的消費(fèi)品，在十六世紀(jì)使傳入中國(guó)，當(dāng)時(shí)是作為預(yù)防瘟疫藥材傳入的。到如今，對(duì)于煙草人們持不同態(tài)度。卷煙生產(chǎn)中重要環(huán)節(jié)之一就是制絲環(huán)節(jié)，同時(shí)制絲環(huán)節(jié)也是決定卷煙質(zhì)量好壞的關(guān)鍵性原因之一。進(jìn)而，提升制絲工藝水平有利于提高卷煙質(zhì)量，同時(shí)對(duì)于增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力也有較大幫助。本文在研究中主要是通過(guò)正交試驗(yàn)，采取機(jī)器學(xué)習(xí)方法分析三個(gè)重要的設(shè)備參數(shù)對(duì)衡量卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的影響[1]。其中設(shè)備參量主要涉及到HT開(kāi)度、烘絲機(jī)滾筒電機(jī)頻率、松散回潮葉片含水率；衡量產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)包括煙絲整絲率、填充值及過(guò)卷煙機(jī)后的這兩個(gè)參數(shù)降低。由此就能為工藝參量的設(shè)定提供重要理論支持。

1 基于機(jī)器學(xué)習(xí)工藝參數(shù)對(duì)煙絲質(zhì)量影響

在智能數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域中機(jī)器學(xué)習(xí)處于領(lǐng)先地位，機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以在大量數(shù)據(jù)中精準(zhǔn)計(jì)算出復(fù)雜物理量，從試驗(yàn)結(jié)果中分析出潛在規(guī)律，之后采取各種方法模擬決策邊界。當(dāng)前卷煙廠烘絲干頭階段都是先由工人進(jìn)行手動(dòng)控制溫度等參數(shù)，等到出口水分?jǐn)?shù)值形成穩(wěn)定狀態(tài)后才交接于烘絲筒機(jī)器進(jìn)行自動(dòng)控制[2]。因?yàn)楫?dāng)前對(duì)于判斷烘絲參數(shù)還是依賴于人工經(jīng)驗(yàn)，未有一個(gè)特定標(biāo)準(zhǔn)值與說(shuō)明書(shū)，所以新工學(xué)習(xí)這方面知識(shí)要耗費(fèi)較長(zhǎng)一段時(shí)間。但采取機(jī)器學(xué)習(xí)方法，創(chuàng)建預(yù)測(cè)參數(shù)模型，人工調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)可以作為參考。通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算出最佳工藝參數(shù)組合，為進(jìn)行烘絲自動(dòng)化階段奠定基礎(chǔ)。

2 卷煙質(zhì)量概念

如今在社會(huì)與科技的進(jìn)步之下，質(zhì)量也得到人們深入的理解。最初，人們將質(zhì)量定義為符合性，也就是說(shuō)，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或者要求，就具有了質(zhì)量屬性。上世紀(jì)六十年代，J.M.Juran（美）在研究中認(rèn)為質(zhì)量即為適用性。該學(xué)者表示，認(rèn)知質(zhì)量必須要從用戶角度來(lái)思考，只有滿足用戶要求，才能視作產(chǎn)品有質(zhì)量。因此，這類有質(zhì)量的產(chǎn)品不僅能夠滿足人們生活與工作需求，同時(shí)還能為公司帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)效益。不過(guò)這種對(duì)質(zhì)量的理解依然存在著一定的缺陷，為此，GB/T19000-2000則對(duì)質(zhì)量進(jìn)行了下面的界定：固有特性都能滿足要求的水平即為質(zhì)量[1]。對(duì)于卷煙產(chǎn)品而言，它本身具有獨(dú)特屬性，為此，它的質(zhì)量可以通過(guò)以下兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行展現(xiàn)：

（1）產(chǎn)品。營(yíng)銷理論提供了一個(gè)十分重要的概念，即為整體產(chǎn)品，它又涉及到物質(zhì)類商品、非物質(zhì)類服務(wù)，這些商品與服務(wù)能夠滿足用戶某些方面的需求，或者為用戶帶來(lái)某些利益。為此，其內(nèi)涵主要體現(xiàn)在：第一，可用性，也就是說(shuō)，商品的諸多基本功能都能夠被使用；第二，外在表現(xiàn)形式，具體涉及到相關(guān)的包裝、品牌形象等；第三，產(chǎn)品附加與外延。公司在自身運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，能夠?yàn)樽约旱挠脩籼峁┤康姆?wù)項(xiàng)目，以及各種質(zhì)量的綜合。由上分析可知，整體產(chǎn)品實(shí)際上就是有不同因素共同構(gòu)成的組合體，若是它的三個(gè)內(nèi)涵缺失了某個(gè)，那么相應(yīng)的產(chǎn)品就不具有完整性。

（2）要求。細(xì)分成隱含、明確要求。前者即用戶對(duì)卷煙的期待值，他們期望這類產(chǎn)品不僅可以滿足自身吸食需求，同時(shí)還能夠最大限度減少對(duì)用戶身心健康的傷害；后者就是各種確切化的要求，譬如這類產(chǎn)品中的煙堿量、焦油量等[2]。用戶在購(gòu)入這類產(chǎn)品之時(shí)，還可以期望這類產(chǎn)品能夠表達(dá)人們的身份與地位，為此，作為生產(chǎn)企業(yè)還需要進(jìn)一步提升卷煙產(chǎn)品的品牌度。

3 試驗(yàn)材料、儀器與方法

3.1 材料、儀器

本次試驗(yàn)采用“X”品牌配方原料、卷接設(shè)備、煙絲振動(dòng)篩、香料、卷接設(shè)備以及煙絲填充儀。

3.2 方法

3.2.1 試驗(yàn)方法

依據(jù)目前制絲參數(shù)對(duì)每個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，確定三個(gè)實(shí)驗(yàn)因素為薄板烘絲機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速、松散回潮出口煙葉水分、HT開(kāi)度，分析這三個(gè)不同實(shí)驗(yàn)因素對(duì)煙絲質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生何種影響。在保證各個(gè)工藝參數(shù)相同的情況下，將符合工藝條件為根本，設(shè)計(jì)了三個(gè)不同試驗(yàn)程度，如表1所示。

表1 因素水平表

3.2.2 煙絲取樣和檢測(cè)方法

（1）出貯絲柜煙絲檢測(cè)與取樣。為保證取樣代表性，在煙絲出柜后三十分鐘后開(kāi)始進(jìn)行取樣工作。采用取樣盤進(jìn)行取樣，大概取樣四克左右，之后在使用四分法將其縮減為一克，將這一克按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)[3]。從剩下的一百克中，檢測(cè)煙絲填充值。在間隔時(shí)間相同基礎(chǔ)下檢測(cè)，計(jì)算結(jié)果采用平均值

（2）出卷煙機(jī)煙槍煙絲檢測(cè)與取樣。為保證此次實(shí)驗(yàn)精確性，在煙槍出口處采用取樣盤進(jìn)行取樣。取樣方法與內(nèi)容同出貯絲柜煙絲相同。每一批煙絲都保證在同樣時(shí)間下進(jìn)行檢測(cè)，之后采取平均值。

3.2.3 分析方法

本次試驗(yàn)運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，分別對(duì)各次試驗(yàn)進(jìn)行整絲率及煙絲經(jīng)過(guò)卷煙機(jī)煙絲填充值降低、出柜煙絲填充值以及整絲率降低分析三項(xiàng)分析。

4 結(jié)果與討論

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于整絲率降低、煙絲整絲率、填充值降低以及填充值采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.2 試驗(yàn)因素對(duì)出貯絲柜煙絲填充值的影響

從表3中可以看出：此次試驗(yàn)因素對(duì)于填充值影響大小為松散回潮出料含水率最小，薄板滾筒電機(jī)頻率最大，HT 開(kāi)度則最大，其中各個(gè)因素最佳搭配結(jié)果是A2B3C3。在此次試驗(yàn)規(guī)定條件內(nèi)，對(duì)煙絲填充值影響最大的因素為薄板滾筒電機(jī)頻率，則HT 開(kāi)度、松散回潮出料含水率影響程度較小。

表3 試驗(yàn)因素對(duì)填充值影響極差分析

4.3 試驗(yàn)因素對(duì)出貯絲柜煙絲整絲率的影響

從表4中可以看出：試驗(yàn)因素對(duì)煙絲整絲率產(chǎn)生影響大小分別是，薄板滾筒電機(jī)頻率影響最小，HT開(kāi)度最大，松散回潮出料含水率則處于中間位置。最優(yōu)排列因素組合為A3B1C2。在此次試驗(yàn)所要求條件內(nèi)，試驗(yàn)中各個(gè)因素對(duì)于煙絲整絲率影響程度都較小，其影響大小程度分別為，薄板滾筒電機(jī)頻率影響程最小，HT開(kāi)度影響程度最大，松散回潮出料含水率則處于兩者中間位置。

表4 試驗(yàn)因素對(duì)整絲率影響極差分析

4.4 試驗(yàn)因素對(duì)填充值降低影響

表5中數(shù)據(jù)表明：通過(guò)本文實(shí)驗(yàn)，煙絲填充值降低受到的影響因素，其程度最低為該含水率、最高則為滾筒電機(jī)頻率，HT開(kāi)度則位于中間位置，由此優(yōu)化后的組合為A3B1C2。對(duì)煙絲整絲率降低的影響要素，最高、最低、中間因素分別為該出料含水率、滾筒電機(jī)頻率、HT開(kāi)度，最優(yōu)為A2B2C1。這些因素對(duì)該整絲率降低帶來(lái)顯著性影響，其中A、B兩個(gè)因素則對(duì)填充值降低的影響沒(méi)有顯著性，按照顯著性影響的次序進(jìn)行排列，最高為出料含水率、最低為滾筒電機(jī)頻率、中間的則是HT 開(kāi)度[4]。

表5 試驗(yàn)因素對(duì)填充值降低影響極差分析

4.5 優(yōu)化試驗(yàn)因素水平

根據(jù)上述一系列分析可以看出，主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)因素中各個(gè)項(xiàng)目影響性大小為主，與極差分析最終結(jié)果相結(jié)合，最終確定A2B2C2為此次實(shí)驗(yàn)最佳搭配組合。在正交實(shí)驗(yàn)中A2B2C2已經(jīng)存在，并且多次測(cè)試結(jié)果始終良好[5]。

5 結(jié)論

（1）在此次試驗(yàn)所要求條件內(nèi)，降低煙絲整絲率各個(gè)因素影響都較大。其中影響因素最為顯著的則是因素C，在F0.90（2，2）時(shí)煙絲填充值降低才有顯微影響。但對(duì)于煙絲整絲率影響卻不明顯。對(duì)于煙絲填充值降低、煙絲填充值影響最小的兩個(gè)因素為A、B.（2）本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多次對(duì)比，以各因素影響大小來(lái)看，試驗(yàn)結(jié)果中最佳組合因素為A2B2C3

6 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，對(duì)工藝參量進(jìn)行優(yōu)化的模式具有多元性，本文利用正交試驗(yàn)來(lái)優(yōu)化參量，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能夠?qū)θ?、?cái)、物力進(jìn)行節(jié)省，并能讓最終結(jié)果更具有科學(xué)性[6]。本次所選的試驗(yàn)亦有一定缺陷，在評(píng)價(jià)質(zhì)量方面存在主觀性，為此，有必要構(gòu)建完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，使之在生產(chǎn)中得到科學(xué)運(yùn)用。本文利用試驗(yàn)得到最優(yōu)參量，然后再對(duì)它們進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示煙絲填充率、整絲率都有了改善，煙堿量、碎絲率等有了明顯下降，感官品質(zhì)則有所增長(zhǎng)，意味著該參數(shù)組合有助于產(chǎn)品質(zhì)量提升。