基于DOE的制梗絲關鍵工藝參數優化研究

梁小芳+夏東旭+李曉

摘 要：為了提高梗絲出絲率，采用DOE的試驗方法進行工藝參數優化試驗。結果表明，梗絲出絲率提高了6.09%.出絲率的提高減少了煙梗投入量，降低了生產成本。項目實施后，進一步優化了相關參數，使梗絲質量更加穩定，提高了企業的精細化加工水平，從而幫助企業獲得更好的經濟效益和質量效益。

關鍵詞：DOE模塊；梗絲；出絲率；工藝參數

中圖分類號：TS45 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.068

在卷煙制造過程中，提高梗絲出絲率可以有效節約煙梗原料，降低生產成本，提高資源利用率，為企業創造更好的經濟效益，優化煙梗工藝參數，提高煙梗的梗絲出絲率。因此，本文采用DOE 的方法進行分析，研究制梗線相關工藝參數對梗絲出絲率的影響，為其他質量和生產問題的解決提供可以借鑒的思路和方法。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

將A牌號四類卷煙作為測試對象，所用設備是制梗線設備。

1.2 試驗方法

在確保其他參數和指標符合工藝技術要求的條件下，選定A牌號煙梗進行試驗，以制梗線的水洗梗水溫、水泵電機轉速、切絲厚度和風選風門開度等為試驗因素，采用2水平4因子進行DOE試驗設計，根據因子的個數和水平選擇全因子，并安排4個中心點（即24+4）的試驗。

1.3 數據統計

使用Minitab軟件中的DOE模塊進行數據分析。

2 試驗設計分析

2.1 擬合選定模型和方差分析

依據DOE試驗設計分析的步驟分析，不斷修改擬合模型中的“選項”，去掉不顯著的項，重新計算，最后得到如圖1所示的計算結果。

從圖1中可以看出，在主效應中，p-value為0.029，表明所選定的模型的效果是顯著的；在彎曲一欄中，p-value為0.558，顯示相應變量沒有明顯的彎曲；在失擬一欄中，p-value為0.269，顯示對相應變量的擬合沒有明顯的失擬。

2.2 分析、評估各效應的顯著性和殘差診斷

為了刪除所有效果不顯著的作用，需依次檢驗各項效應的顯著性。至此可以看出，水洗梗水溫、水泵電機轉速、切絲厚度和風選風門開度對出絲率有顯著的影響，水洗梗水溫與水泵電機轉速、水泵電機轉速與風選風門開度的交互作用對出絲率有顯著的影響。

殘差診斷的目的是根據殘差狀況來診斷模型的擬合情況，如果數據與模型擬合正常，則殘差是正常的。觀測殘差對于觀測值的散點圖，從中可以看到，在觀測順序的散點圖中，各點是隨機在水平軸上下無規則的波動，沒有不正常的情況；觀察殘差對于擬合值的散點圖，從中可以看到散點圖中各個點沒有“漏斗形”和“喇叭形”，殘差沒有不正常；觀察殘差的正態性檢驗圖，可以看到殘差是服從正態分布的；觀察殘差對于各自變量的散點圖，可以看到沒有彎曲的趨勢。

2.3 模型改進及分析

文中所述內容說明，最終的模型是可靠的，可得出回歸方程：Y=0.688 828+0.010 600 1A+0.030 615 3B+4.762 25C+0.364 064D-0.010 960 4A×C+0.000 750 44A×D.

2.3.1 輸出各因子的主效應圖、交互作用圖

從圖2、圖3中可以看出，4個因子對相應變量的影響是顯著的。水洗梗水溫和水泵電機轉速、水泵電機轉速和風門開度的交互作用對于相應變量的影響是顯著的。

2.3.2 輸出等值線圖、曲面圖

為了確認相應量所選因子、交互作用影響及其相互間的變化規律，繪制等值線圖和相應曲面圖。從圖4、圖5中可以看出，各個因子的交互作用對于相應變量的影響是較為顯著的。

2.4 實現最優化

梗絲出絲率目標是屬于“望大”型的，取目前最低值0.847 7，取目標值0.90，計算后得到最大值的計算結果，響應優化后得到最優參數組合。當因子A水洗梗水溫取55.069 ℃，水泵電機轉速取42.255 Hz，切絲厚度取0.165 mm，風門開度取0.214時，出絲率將會達到0.905 0.

2.5 試驗驗證即最優參數標準化

在來料穩定和設備正常運行、其他工藝技術參數不變的情況下，設定水洗梗水溫取55 ℃，水泵電機轉速取42 Hz，風門開度取0.2，切絲厚度取0.16 mm，此時的出絲率達到89.25%；在來料穩定和設備正常運行、其他工藝技術參數不變的情況下，設定水洗梗水溫取55 ℃，水泵電機轉速取42 Hz，風門開度取0.2，切絲厚度取0.17 mm，此時的出絲率達到89.93%.接下來標準化參數，并下發執行，通過DOE優化梗絲出絲率工藝參數后，出絲率提高了6.09%.

3 結束語

梗絲出絲率工藝參數優化為多響應、多因子的參數條件優化過程，在選擇因子時，除了要考慮影響變量的因子外，還應考慮優化過程中與品質相關的因子，在確保產品品質的前提下實現工藝參數的最優化。

參考文獻

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[2]孫寶壽，鄧益民，顧伯勤，等.基于DOE的注塑成型工藝參數優化[J].機械制造，2008（08）.

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〔編輯：白潔〕