提高薄板干燥機筒壁溫度穩定性研究

摘 要：通過對卷煙制絲工序薄板干燥機筒壁溫度穩定性影響因素分析，找到了關鍵因素：入口水分實際值、秤流量、熱風溫度、增溫增濕機工作蒸汽壓力等，并通過相應工藝參數調整，使薄板干燥機筒壁溫度穩定性得到提高，核心指標優質率考核標準從88%提升到92%以上。

關鍵詞：薄板干燥 ；筒壁溫度；穩定性；優質率

中圖分類號 S2190329 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）03-136-03

1 現狀寫實

卷煙精細化生產是目前煙草行業研究的重點，“三烤三潤三凈”工藝技術體系使河南中煙卷煙逐步形成了“醇香、溫潤”的品類特色。創新制絲承擔著煙支主要成分煙絲的加工任務，其加工過程核心指標優質率是穩定品類特色的基礎。特別是薄板干燥機筒壁溫度指標是“三烤”中的重要一項。我們通過提高薄板干燥機筒壁溫度的穩定性，顯著提升了制絲過程核心指標的優質率，穩定卷煙品類特色和吸食口味，滿足黃金葉品牌發展和消費者的需求。

制絲過程核心指標優質率是支撐黃金葉品牌發展的一項重要運行指標，通過不斷提高制絲過程核心指標優質率，促進卷煙整體質量的提升。2012年制絲過程核心指標優質率考核標準從2011年的88%提升到95%以上。隨著顧客需求和考核標準的不斷提高，當前優質率水平已無法滿足實際要求。

為查找影響制絲過程核心指標優質率低的原因，采集2011年4月10個核心指標優質率數據進行統計分析，發現薄板干燥筒壁溫度指標共計有191次未達到優質，占整體未達到優質標準指標數量的76.40%，如圖1所示。

圖1 2011年4月制絲過程核心指標不合格檢驗信息

我們選取占產量比重最大的黃金葉（T）品牌進行實驗。質量考核的模式是每批次生產結束后計算核心指標的Cpk，當Cpk<1為不合格，當1≤Cpk<133為合格，當Cpk≥133為優質，并計算合格率、優質率。本實驗采集了黃金葉（T）2～4月的筒壁溫度Cpk數據進行統計分析（表1）。可以發現筒壁溫度Cpk差異較大，從表1中發現3個月筒壁溫度Cpk均值僅為106，其中過程控制較好的批次Cpk能夠達到265，控制不好的批次Cpk僅僅只有015，筒壁溫度過程控制不穩定。

我們收集了筒壁溫度Cpk為265和015的典型批次的過程數據，進行了過程能力分析，見圖2和圖3。

圖2 黃金葉（T）Cpk為265批次筒壁溫度過程能力分析

通過2個批次過程能力分析可以看出，筒壁溫度標準差分別為0428和0469，差別不大，2個批次筒壁溫度Cpk差異大主要是中心值偏移差別大造成的。

通過以上的簡要分析可以得出結論：造成薄板干燥筒壁溫度穩定性差的主要原因是控制過程中準確度不能滿足要求，中心值偏離目標較大，有較大的改進空間。因此提高筒壁溫度穩定性對于提高制絲過程優質率有較大的作用。

圖3 黃金葉（T）Cpk為015批次筒壁溫度過程能力分析

薄板干燥工序主要包括恒流量喂料、流量控制、增溫增濕和薄板干燥4個過程，主要的工藝任務是將切絲工序提供的葉絲寬度指標合格的煙絲加工成含水率指標和加工過程筒壁溫度指標合格的煙絲，進行SIPOC分析，即供方S—輸入I—過程P—輸出O—顧客C。由此可以看到，筒壁溫度作為薄板干燥工序的一個核心的過程控制指標，其穩定性是影響成品煙支感官感覺的重要指標之一。

2 原因查找

薄板干燥機筒壁溫度是檢測進入滾筒的飽和蒸汽壓力經過轉換得到的，筒壁溫度的檢測裝置為SP51壓力傳感器。在生產黃金葉（T）煙絲時，薄板干燥出口煙葉累計量達到500kg后，項目組成員每隔10s進行壓力傳感器顯示值和FLUKE725檢測值的數據記錄，共取得40個樣品，進行T檢驗，得到P=0452> 005，表明顯示值與手持式沒有顯著差異。

經過分析2011年2～4月黃金葉（T）筒壁溫度控制，P=0311>005，表明2011年2～4過程沒有明顯變異，過程是處于同一個水平。

接下來我們收集了2011年4月黃金葉（T）所有19個批次的過程數據，并使用Minitab軟件計算長期過程能力和西格瑪水平，如圖4和5所示。

圖4 2011年4月黃金葉（T）的過程能力分析

圖5 2011年4月黃金葉（T）的西格瑪水平分析

經過分析，黃金葉（T）的長期過程能力Ppk僅為052，西格瑪水平僅為155，說明目前筒壁溫度穩定性較差。

3 數據分析

針對現狀寫實階段中的相關因素，通過因果矩陣（表2）初步確定關鍵因素X。

根據因果矩陣分析結果，初步分析出以下影響筒壁溫度的潛在因素作為測量分析：入口水分實際值、增溫增濕機工作壓力、秤流量、熱風溫度。為驗證因果矩陣的分析結果，項目組借助全因子實驗工具進行了4因素2水平的實驗。

從方差分析結果可以看出，主效應P值為0000，證明回歸總效果是顯著的；失擬項P值為0068，證明回歸并無失擬現象；彎曲項P值為0217，證明數據并沒有彎曲現象。

從擬合分析來看，R-Sq = 9734%，R-Sq（調整）= 9402%，兩者差距不大，但是R-Sq與R-Sq（預測）= 7888%差距較大，說明有較多的點與模型差距較大，還有待進一步完善。4個主效應均是顯著的，6個2因子交互效應均不顯著。從標準化效應正態圖上可以看出，其中入口水分、秤流量、增溫增濕機工作蒸汽壓力是正效應，熱風溫度是負效應。

通過以上的實驗和分析找到了關鍵因素（X）：X1：入口水分實際值；X2：秤流量；X3：熱風溫度；X4：增溫增濕機工作蒸汽壓力。

由全因子實驗結果可知，入口水分實際值（X1）、秤流量（X2）、熱風溫度（X3）、增溫增濕機工作蒸汽壓力（X4）對筒壁溫度穩定性的影響都是顯著的，接下來收集了相關數據對每一個影響因素均進行相關分析和穩定性分析，以確定各個X對筒壁溫度的影響程度及各個因素的穩定性。從分析結果中可知： F統計量2 46169的P值是0000<005，所以從整體上判定回歸方程是顯著有效的；R-Sq 與R-Sq（調整）很接近，且 R-Sq（調整）= 967%，說明回歸效果總體不錯；入口水分的P值=0<005，說明入口水分是顯著因子。

對2011年4月薄板干燥機入口水分批次均值數據進行了描述性統計分析，標準差為0429，較大。同時最大值為2055，最小值為1827，批次間差異大。通過入口水分穩定性分析發現：入口水分均值批次差異較大，但是批次內入口水分穩定。

為了驗證筒壁溫度與增溫增濕機工作壓力之間的關系，針對黃金葉（金滿堂）牌號，項目組將隧道式增溫增濕機工作壓力以05Mpa為1個級數共計進行了10組共計30小樣批次（每批次1 000kg）的實驗，實驗中為了保證實驗效果，盡量保證入口水分的穩定性。從分析結果中可知： F統計量63088的P值是0000<005，所以從整體上判定回歸方程是顯著有效的；R-Sq 與R-Sq（調整）很接近，且 R-Sq（調整）= 956%，說明回歸效果總體不錯；增溫增濕機工作壓力的P值=0<005，說明增溫增濕機工作壓力是顯著因子；從殘差診斷分析可以看出數據符合項目組對于回歸的基本假定，整個線性回歸方程與數據擬合是較好的。

由于隧道式增溫增濕機工作壓力為P51壓力傳感器檢測，精度等級05%。項目組將精度等級要求轉換為常用工作蒸汽壓力對應的上下限，接下來項目組分別將常用工作蒸汽壓力作為設定值并收集過程控制數據，進行了增溫增濕工作壓力的過程能力分析，通過分析得出：各個設定值過程能力符合精度要求。

為了驗證筒壁溫度與入口秤流量之間的關系，針對黃金葉（金滿堂）牌號，項目組將入口秤流量設定值以200kg為1個級數共計進行了7組共計21小樣批次（每批次1 000kg）的實驗，實驗中為了保證實驗效果，項目組盡量保證入口水分的穩定。從分析結果中可知： F統計量6864的P值是0000<005，所以從整體上判定回歸方程是顯著有效的；R-Sq 與R-Sq（調整）很接近，且 R-Sq（調整）= 978%，說明回歸效果總體不錯；秤流量設定值的P值=0<005，說明秤流量設定值是顯著因子。對入口秤流量的過程數據進行過程能力分析。經過分析項目組發現秤流量過程能力較低Cp僅為032，本批數據最大值6 65917kg/h，最小值6 50710kg/h。

通過查閱電子皮帶秤技術資料，電子皮帶秤放大板輸出電壓范圍為0～10V，電子皮帶秤在使用過程中負荷電壓值不能超過其最大值的70%，即電壓值不能超過7V。

經過生產中觀察，發現由于供料裝置的計量管設計尺寸不合理，造成在計量管內物料厚度過厚，使電子皮帶秤在生產過程中瞬時重量超重。電子皮帶秤在運行過程中存在著瞬時重量超重現象，瞬時工作電壓達到9V，由于瞬時重量超重，將直接影響電子皮帶秤的運行狀態，使電子皮帶秤在較低頻率下運行（運行頻率在20Hz以下），造成電子皮帶秤速度控制不穩定，在物料變化不大的情況下，運行頻率出現振蕩現象，形成類似于斷料的情況。通過以上的分析，認為電子秤供料裝置設計不合理是造成電子秤過程控制能力差的主要原因。

為了驗證筒壁溫度與熱風溫度之間的關系，針對黃金葉（T）牌號，項目組將熱風溫度設定值以5℃為1個級數共計進行了5組共計15小樣批次（每批次1 000kg）的實驗，實驗中為了保證實驗效果，項目組盡量保證入口水分的穩定。從分析結果中可知： F統計量6864的P值是0000<005，所以從整體上判定回歸方程是顯著有效的；R-Sq 與R-Sq（調整）很接近，且 R-Sq（調整）= 882%，說明回歸效果總體不錯；熱風溫度設定值的P值=0<005，說明秤流量設定值是顯著因子。

收集2011年4月黃金葉（T）熱風溫度的過程數據并隨機抽取15批熱風溫度過程數據進行過程能力分析，通過過程能力分析，過程Ppk達到了481，過程控制能力強。

通過分析，找到了影響筒壁溫度穩定性的關鍵因素，分析匯總見表3。

在4個對筒壁溫度有顯著影響的因素中，入口水分、增溫增濕機工作壓力、入口秤流量與筒壁溫度有較強的正相關關系，熱風溫度與筒壁溫度有較強的負相關關系。其中入口水分批次差異大和入口秤流量過程不穩定這兩個問題是我們當前必須要解決的。

4 工藝改進

針對分析階段中尋找出的關鍵因素，項目組分別提出了改進的方案：建立入口水分標準加強控制，改進計量管結構尺寸，減小物料在電子皮帶秤上的布料厚度，將提升機單速控制改為雙速控制。

（1）確立入口水分控制標準：通過分析階段的回歸分析得到了入口水分和筒壁溫度的數學模

型：筒壁溫度=110×入口水分-868。

（2）供料裝置計量管改進：為了降低電子皮帶秤上煙絲重量，項目組通過在計量管內襯墊臨時擋板進行試驗，將計量管厚度減少5cm（從20cm降低到15cm），可以將電子皮帶秤電壓由9V降到7V以下。

（3）提升機雙速度控制改進：為了提高供料裝置供料的穩定性，項目組對喂料機的控制程序進行了修改，利用現有計量管3對光電開關對物料狀態進行檢測，當計量管內沒有物料時，提升機以高速運行，快速向計量管內供料；當計量管內物料遮擋住低料位和中料位光電開關時，提升機以低速運行，穩定喂料機供料速度，防止計量管內料滿造成提升機啟、停頻繁；當3個光電開關同時被物料遮擋住時，延時停止提升機運行，防止計量管造成堵料。由于提升機低速保證供料的連續性，高速防止計量管內料空，為了獲得合適的高、低速度值，以達到更好的控制效果，在程序調試完成后，項目組對提升機的高、低速度進行了試驗，通過方差分析確定最優值。

5 過程控制

（1）入口水分標準值根據配方變化情況和關鍵設備元器件變化情況進行修訂，同時在以上因素沒有發生變化的時候，每月需要進行1次驗證。

（2）在SPC系統中過程監控模塊中增加對薄板干燥入口水分的控制，每1min采集1個數據，在單值移動極差控制圖和預控圖上打1個點子，并設置預報警規則，發生報警按照異常處理流程處理。

（3）在SPC系統中批次指標監控模塊中增加對薄板干燥入口水分批次均值的控制，每批生產結束后在單值移動極差控制圖上打點，并設置預報警規則，發生報警按照異常處理流程處理。

（4）在SPC系統中過程監控模塊中增加對薄板干燥筒壁溫度的控制，每1min采集1個數據在單值移動極差控制圖和預控圖上打1個點子，并設置預報警規則，發生報警按照異常處理流程處理。

（5）以上監控過程中凡是出現報警，操作人員和相關人員需要按照異常處理流程對報警原因和解決措施進行分析和確認，從而形成一套閉環的處理流程，加強對過程的控制。

（責編：徐世紅）