均勻設計方法在卷煙工藝管理中的探索應用

●謝琪君 姚靜波

均勻設計方法在卷煙工藝管理中的探索應用

●謝琪君 姚靜波

就整個煙草行業而言，國內各煙草企業的原材料類型、加工機械設備水平、煙草加工工藝等差別不大，同時面臨的質量控制與保證等過程問題也基本相似。因此，利用先進的技術方法輔助提高加工的自動化和控制水平，是各煙草企業面臨的一個重大問題。浙江中煙寧波卷煙廠基于以均勻設計方法的卷煙工藝革新活動，為行業盡快實現“從結果到過程、從指標到參數、從人工經驗向科學管理”這一根本控制轉型，提供了一個具有參考價值的有意義的嘗試。

均勻設計 卷煙工藝 創新應用過程 工藝革新

均勻設計方法利用數論與多元統計對潛在影響因子進行分析，其試驗次數較傳統全因子和正交試驗次數有大幅下降，尤其是能利用極少數的試驗就能分析出各潛在影響因子對過程輸出指標的影響，以及各潛在因子之間的交互作用對指標的影響，甚至也可以研究各因子高次方對過程輸出指標的影響。因而，利用這一更為科學的試驗設計方法，去分析卷煙過程各潛在影響因子對生產過程的影響，顯得尤為必要。

過程控制的穩定性和均勻性是卷煙工藝管理的關鍵環節和重要保證。為更好實現這一目標，達成質量、效率、消耗水平的持續優化，浙江中煙寧波卷煙廠（以下簡稱卷煙廠）創新控制理念，于2008年引入了均勻設計方法。經過兩年多的實踐，在解決如煙支空頭率、小盒透明包裝不良等系列行業難題上取得了一些成效，為企業帶來了較大收益；同時，通過一系列的使用創新，開始使均勻設計和其它高級統計工具成為管理技術人員的共同語言，企業進行了一場以均勻設計方法為基礎的工藝革新活動。通過此項活動，企業逐步從傳統憑經驗來設定各控制參數的模式、向利用科學的統計方法來確定產品設計參數與工藝生產參數的根本性轉變。以下是卷煙廠運用均勻設計法進行工藝創新的過程總結。

一、創新應用過程

1.建立了以均勻設計為核心的工程技術人員培訓體系。構建了立足自我的均勻設計培訓體系，將這些現代高級統計工具進行了有效融合，完善了各級工程人員能力提升體系，提高了各級技術人員對均勻設計相關知識的能力要求，為加快向現代化質量管理型企業轉變奠定了人才基礎。

2.構建了均勻設計表使用庫。卷煙廠通過均勻表構造原理，構造了能安排2～19個因子的均勻設計表供直接使用，同時創建了系列能安排10個因子以上的均勻設計應用表，為全面分析一些復雜的質量問題提供了試驗方法和依據。均勻表的建立簡化了技術人員選擇表和安排因子進行試驗的過程，為推動全員使用均勻設計方法進行試驗分析打下了技術基礎。

3.創建了適合與本企業均勻設計過程分析工具：逐步（向前、向后）回歸的重要因子判定準則。創建了適合于自身實際的逐步回歸分析準則，以防止在分析過程中遺漏重要影響因子和誤判重要影響因子。此判斷準則簡化了試驗的分析過程，為全員普及均勻設計方法的應用創造了條件。

4.編制了適合于本企業非連續型數據轉化成連續型數據的作業指南。制絲、卷包等卷煙生產過程，正好典型地包含了連續型和非連續型過程數據。卷煙廠結合自身實際情況，制定了“分數判定法”為核心的適合卷煙生產實際的將非連續型數據轉化成連續型數據的作業指南。

5.制定了適應于本企業的均勻設計簡易優化設計方法。卷煙廠結合自身情況，構建了自我簡易優化設計方法：即在各主要影響因子的取值范圍內，視情況對其多等份，求得各因子的不同取值水平，然后借助MINITAB軟件或其它專業軟件，生存各因子各水平之間的全部組合，然后將這些組合代入數學模型中，根據最終響應值確定對應的各因子最佳水平設置值；同時，也可以用此方法，確定各因子的容差范圍。

二、實踐工藝革新

通過一系列的使用創新，均勻設計和其它高級統計工具開始成為各工程技術人員分析問題和解決問題的共同語言。基于數據和事實的、用科學的DOE和優化設計來確定各工藝最佳參數設定值和容差范圍，開始變為現實。卷煙廠通過修改工藝管理程序文件和發布均勻設計方法使用指南，進一步強化了均勻設計方法的全面推廣和應用。逐步構建了以均勻設計方法為基礎的工藝革新體系。

1.新的工藝管理程序文件明確規定：新工藝正式頒布前，原則上均需通過以均勻設計為基礎的試驗方法確定最佳中心值和公差允許范圍，確保其過程抗干擾性最強。以下是新舊工藝制定流程對比：

2.均勻設計應用流程進一步明確了均勻設計使用步驟，為其全面推廣應用奠定了基礎。以下是卷煙廠均勻設計使用過程中的基本步驟指南：

三、應用案例

煙支濾棒的吸阻、硬度均是反映濾棒質量好壞的重要指標，要想保證這兩個指標同時合格，難度非常大。目前生產廠家多優先保證濾棒的吸阻，故濾棒硬度的合格率相對較低。卷煙廠也面臨此問題，濾棒硬度DPMO一度高達300,000PPM。針對這一問題，卷煙廠生技科利用均勻設計方法，對生產工藝進行了改進，不僅使濾棒硬度DPMO下降到不到1000PPM，而且吸阻不良率也有大幅下降。以下為此項目簡要解決思路。

1.以細節流程圖為基礎，采用頭腦風暴法尋找各過程可能影響濾棒硬度的因子，并對其可控性進行識別。（n表示非可控，c表示可控）

2.根據濾棒的成形原理和過程經驗，從嚴重度、發生度、探測度等三個維度進行打分，對可控因子進一步分析，篩選出了7個最有可能因子對濾棒硬度有影響的可控因子。

3.采用U13(137)來安排試驗,根據各因子的取值范圍和最小取值刻度,各因子的水平選擇進行逐個確定。

4.根據U13(137)安排試驗，因為試驗各因子的水平均沒有超過13,故取消最后一組試驗，按12組試驗來排試驗組合。同時根據實際情況，將濾棒硬度的響應變量Y取測試均值，吸阻的響應變量Y取DPMO。得出試驗矩陣和試驗結果

5.利用向前向后逐步回歸進行分析，得出7個因子中有6個因子以不同方式對濾棒硬度均值有較大影響；7個因子均以不同方式對濾棒吸阻DPMO有影響。

6.根據逐步回歸分析出來的最佳項，采用回歸方法分別建立濾棒硬度均值與各主要影響因子和吸阻DPMO與各主要影響因子的數學方程式，以便尋找各影響因子的最佳水平設置。

7.采用優化設計的方法求得各影響因子的最佳水平設置。因需要對兩個響應變量進行優化，故此項目的優化步驟為：

（1）初步分析各因子分別對各響應變量的影響趨勢。從分析結果看出：甘油脂施加量在目前范圍內，對濾棒的硬度的影響不大，但其對吸阻有一定影響，其取值越小，吸阻穩定性越好。故：甘油脂施加量在取值范圍內，可以取一個相對較小的固定值。其它6個因子暫無法通過線性分析確定它們對響應變量的影響趨勢，故需進一步研究。

（2）根據各因子的取值范圍和最小取值刻度以及可操作性，確定其它6個因子可能的取值。通過分析發現：螺紋輥壓力能取6個值、穩定輥壓力能取5個值、噴嘴氣壓能取5個值；而1#/3# 和2#/3#輥速度比，以及三級開松寬度在取值范圍內，均能取無限個值。為了尋找1#/3#輥速比、2#/3#輥速比、三級開松寬度最佳取值，在其取值范圍和試驗允許范圍內，對其進行20等分，得出20個等分值。

（3）借用專業軟件，求得各因子各水平的全因子組合，共得到360，000組試驗，然后把這些試驗組合全部代入到吸阻DPMO與各因子的數學方程中，尋找到吸阻DPMO小于1000PPM的試驗組合2314個。

（4）將吸阻DPMO小于1000PPM的2314個試驗組合全部帶入硬度均值與各因子的回歸方程中，最終硬度均值最高的一組試驗組合既是要求的各因子最佳水平設置。

（5）結合最佳水平設置和生產實際情況，求得各因子的最佳

水平設置為：

8.效果驗證：在最佳水平設置下，試做了一批產品，效果較佳，其吸阻不良率僅為2324PPM，硬度不良率僅為260PPM，均取得了異想不到的改進效果。

兩年來，卷煙廠通過實施基于均勻設計法的工藝革新核心戰略，初步建立了一套相對完整的體系，有步驟地優化、設計、改進了部分工藝控制參數，企業也逐漸開始實現從人工經驗式控制向科學決策管理的根本性轉變。

[1]曾昭鈞主編.均勻設計及其應用[M].中國醫藥科技出版社，2005

[2]方開泰.均勻設計與均勻設計表[M].科學出版社，1994

（作者單位：浙江中煙工業有限責任公司寧波卷煙廠 浙江寧波 315000）

（責編：李雪）

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1004-4914（2014）09-294-02