基于層次分析法的打葉復烤生產(chǎn)過程質(zhì)量評估

郭霄漢，唐朝華，陳壯宇，謝博文，劉國盛

（湖南煙葉復烤有限公司郴州復烤廠，湖南 郴州 423000）

1 前言

隨著卷煙工業(yè)對于煙葉均質(zhì)化加工能力要求的不斷提高和市場競爭的激烈，提升均質(zhì)化加工過程的穩(wěn)定性和煙葉的均質(zhì)性，是卷煙行業(yè)的工藝技術和產(chǎn)品質(zhì)量的發(fā)展方向。2016年國家煙草局頒布的《卷煙工藝規(guī)范》將打葉復烤納入了烤煙工藝規(guī)范標準文件中。因此，復烤企業(yè)作為卷煙生產(chǎn)的“第一車間”，為適應煙草工藝規(guī)范要求，需綜合考慮加工過程和煙葉品質(zhì)對打葉復烤生產(chǎn)工藝質(zhì)量進行評估。

打葉復烤包括從原煙投入開始直至加工后成品入庫。我國復烤企業(yè)和高校已對生產(chǎn)流程中影響煙葉化學成分、葉片結(jié)構(gòu)等煙葉均質(zhì)化指標展開了各類研究與分析。文獻[4]中從入庫原煙檢測、模塊配方打葉等工藝流程，實現(xiàn)了對煙葉化學成分的多級檢驗與調(diào)控；基于煙草工業(yè)“控制大片率、提高中片率、降低碎片率”的打葉理念，各研究單位分別從框欄形狀與尺寸、打葉機打輥轉(zhuǎn)速與風分機頻率等設備參數(shù)的合理匹配取得了良好的打葉質(zhì)量；進入復烤機后，降低復烤溫度、控制冷房水分等舉措有利于加工后煙葉的香氣保持與含水量穩(wěn)定。目前，復烤行業(yè)的研究集中于從打葉復烤的各段設備工藝參數(shù)優(yōu)化提高烤后成品煙葉的均質(zhì)化水平，而對于貫穿打葉復烤的中間參數(shù)，缺乏完整的評價標準。導致企業(yè)追求成品煙葉的均質(zhì)化水平，忽視了對中間過程質(zhì)量的把控。黃秋婷等人基于專家調(diào)查法，提出了一種綜合考慮煙葉預處理、葉梗分離和復烤與包裝三階段多工序的打葉復烤生產(chǎn)過程能力評測方法。但在構(gòu)建評估模型時引入了部分冗余指標，易導致專家在評分時決策失誤，顧此失彼，降低了評估結(jié)果的真實性與實際生產(chǎn)中的適用性。

本文結(jié)合煙草工藝規(guī)范，選擇生產(chǎn)過程含水率和溫度穩(wěn)定性、打后葉片質(zhì)量和均質(zhì)化水平三大類，共14小類評價指標，利用層次分析法構(gòu)建打葉復烤生產(chǎn)過程質(zhì)量評估模型，對生產(chǎn)過程進行全面評估，可用以查找過程質(zhì)量的薄弱環(huán)節(jié)，有針對性的調(diào)節(jié)對應環(huán)節(jié)的參數(shù)，提高生產(chǎn)的工藝質(zhì)量。

2 打葉復烤過程質(zhì)量評估指標

打葉復烤從原煙投入直至成品出庫經(jīng)歷的加工流程如圖1所示。包括原料準備、真空回潮、鋪葉解把、潤葉、打葉風分、復烤和包裝工序過程。其中，真空回潮可根據(jù)來料煙葉品質(zhì)選擇性進行。本文綜合考慮生產(chǎn)中設備的運行穩(wěn)定性和煙葉加工質(zhì)量選取過程質(zhì)量評估指標。

圖1 打葉復烤工藝流程

2.1 含水量與溫度穩(wěn)定性

在打葉復烤中，煙葉的水分和溫度是影響煙葉品質(zhì)的關鍵因素。其中，潤葉和復烤兩個加工流程主要影響煙葉的水分與溫度水平。潤葉是對煙葉再一次增溫增濕使其水分與溫度達到打葉風分所需標準的過程，潤葉后的水分和溫度將直接影響打葉風分后的煙葉結(jié)構(gòu)質(zhì)量；復烤的主要目的在于調(diào)整煙葉水分，殺蟲滅菌等，將影響成品片煙致香成分的保留和包裝入庫時煙葉結(jié)構(gòu)和水分穩(wěn)定性。因此，本文分別選擇生產(chǎn)過程中二潤出口和復烤機出口的溫度和含水率的單邊過程能力指數(shù)CPK來反映基于客戶需求的潤葉和復烤水分和溫度的穩(wěn)定性，過程能力指數(shù)CPK為

表1 含水量與溫度穩(wěn)定性指標及評分準則

2.2 打后葉片結(jié)構(gòu)質(zhì)量

葉片結(jié)構(gòu)質(zhì)量是指煙葉經(jīng)過打葉復烤后的片型結(jié)構(gòu)，包括大片、中片、小片、碎片率等。煙葉的結(jié)構(gòu)質(zhì)量是穩(wěn)定煙絲制品的基礎，將直接決定切后煙絲的成絲長度。本文依據(jù)煙葉打葉復烤工藝標準(YC/T 146-2017)中葉片結(jié)構(gòu)工藝要求，選擇了大中片率（＞12.7mm×12.7mm）、中片率（6.35～12.7mm）、碎末率（＜2.36mm×2.36mm)以及葉中含梗率作為主要評價指標?？紤]到當前在打葉復烤生產(chǎn)過程中，控制大片率、提高中片率、減小碎片率的打葉理念越來越成為復烤企業(yè)的共識，采用中片率/大中片率來反映中片率的比例。打后葉片質(zhì)量指標及評分準則如表2所示。

表2 打后葉片結(jié)構(gòu)質(zhì)量指標及評分準則

2.3 均質(zhì)化水平

煙葉均質(zhì)化包括含水率、化學成分以及烤后包裝指標，將直接影響后續(xù)制絲卷煙的品質(zhì)。選擇了打葉復烤工藝規(guī)范中要求的均質(zhì)化水平指標，設定指標和評分準則如表3所示。

表3 均質(zhì)化水平指標及評分準則

3 層次分析法及生產(chǎn)過程質(zhì)量評估模型

3.1 層次分析法簡介

層 次 分 析 法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。在20世紀70年代中期由美國運籌學家T.L. Saaty正式提出。該方法根據(jù)問題的特點和目的，從一個決策問題出發(fā)提取出不同的影響指標，并根據(jù)指標之間的關系（關聯(lián)或從屬），將各指標分為不同的層次（目標層、準則層、方案層）。通過構(gòu)造判斷矩陣，由下至上求出每一層指標相對于上一層對應指標的單層排序，然后運算得出每層指標的層次總排序。這種分析方法的優(yōu)點是使得復雜問題變得具有條理，更容易進行分析，適用于解決多指標的決策問題。

3.2 評估建模及判斷矩陣一致性檢驗

（1）將影響打葉復烤生產(chǎn)過程質(zhì)量的各指標根據(jù)層次分析法劃分為目標層A、準則層B和方案層C。其中，目標層與準則層、準則層與方案層中的指標均為從屬關系。根據(jù)14項指標構(gòu)建的打葉復烤生產(chǎn)過程質(zhì)量評估的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 過程質(zhì)量評估層次結(jié)構(gòu)圖

（2）根據(jù)層次結(jié)構(gòu)中的從屬關系，邀請專家對同一層次的指標兩兩進行重要性的比較，即采用1～9標度法對各層指標的重要性程度進行賦值，構(gòu)建判斷矩陣。判斷矩陣標度所代表含義如表4所示。

表4 判斷矩陣標度

（3）通過判斷矩陣計算出指標的權重向量與最大特征根后，由于判斷矩陣的評分是根據(jù)專家的主觀經(jīng)驗求得，不可避免的會出現(xiàn)決策失誤或結(jié)果片面。因此需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，證明評估結(jié)果的正確。具體檢驗驗證方法如下式：

3.3 打葉復烤生產(chǎn)過程質(zhì)量評估

本文收集了來自郴州復烤廠從事打葉復烤工作的8名專家對各指標進行評分，根據(jù)評分結(jié)果，對指標兩兩比較得到各層次判斷矩陣及一致性檢驗結(jié)果如表5～8。

表5 準則層判斷矩陣

表6 方案層判斷矩陣1

表7 方案層判斷矩陣2

表8 方案層判斷矩陣3

由表9可知，通過層次分析法建模的所有判斷矩陣CR值小于0.1，具有合理的一致性，良好的反映了專家的評分信息。通過求解判斷矩陣最大特征值對應的特征向量，經(jīng)過歸一化后求得的指標權重如表10所示。

表9 一致性檢驗

表10 打葉復烤生產(chǎn)過程質(zhì)量權重分布

4 結(jié)語

本文優(yōu)選了打葉復烤生產(chǎn)過程中影響設備運行穩(wěn)定與煙葉質(zhì)量的14個指標，然后采用層次分析法確定了各個指標的權重。由權重分析可知，面對打葉復烤工藝規(guī)范中提出的“三化一?！保K化、均質(zhì)化、純凈化與保香），均質(zhì)化加工水平仍是復烤行業(yè)加工的重點。而在引入溫度與水分穩(wěn)定性和打后葉片結(jié)構(gòu)質(zhì)量后，可為復烤企業(yè)評估生產(chǎn)過程質(zhì)量，分析煙葉加工過程中的短板，及時調(diào)整生產(chǎn)過程中的薄弱部分。