卷煙質檢數據采集方法的研究與應用①

曹琦 鄭松潘 郭天文

摘 ? 要：本文重點研究卷煙質量檢驗管理的P（策劃）環節已在龍巖煙草工業有限責任公司實現的基礎上，發明一種卷煙質檢數據采集方法及系統，重點解決D（執行）環節中存在的問題，通過建立融合公司局域網的新型檢測設備網絡架構、建立支持多種類檢測設備的通用數采解析模塊、建立基于設備鎖定的標準化作業流程，實現檢測設備網絡化，規范業務操作，提高工作效率，優化設備資源利用，保障數據質量，同時減少開發成本及新設備的投入周期。

關鍵詞：卷煙質量檢驗 ?數據采集 ?數采解析

中圖分類號：TP274 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0045-02

在卷煙工業質量管理活動中，質量檢驗雖然是作為一項常規基礎性工作[1-3]，但在卷煙生產各環節的產品質量管控、測量儀器校準等方面仍起到十分重要的作用[4-5]。以卷制包裝為例，卷包是典型的離散型生產流程，質量把控尤其依賴質量檢驗，目前行業內外的質量檢驗管理活動基本遵循P（策劃）、D（執行）、C（分析）、A（改進）質量閉環。

從結論導向過程，反觀龍煙公司等一部分煙草工業公司原有質檢管理流程，主要存在以下問題;

（1）P（策劃）環節，質檢業務離散，缺乏整體策劃，生產信息傳遞、質檢任務工單創建過度依賴人工，人員的責任心及職業素養決定了質檢工作完成的好壞、多少，檢驗工作質量很難得到有效監管;

（2）D（執行）環節，數據自動采集缺口較大，如卷包現場綜合測試臺全部沒有數采，缺乏系統支持機臺自檢業務;檢測數據與作業工單脫節，作業工單與原始數據采用事后人工選擇關聯，尤其是不同人員使用同一臺檢測設備時，數據特別容易混淆出錯，無法保證數據質量;檢測設備數量有限，存在設備資源競爭使用問題;每當新增一臺檢測設備時，需要額外單獨開發一套數采組件，開發成本及維護部署成本高;

（3）正由于P和D環節產生的諸多問題，進而影響C（分析）、A（改進）的實際應用效果。

基于以上存在的問題，本文旨在發明一種卷煙質檢數據采集方法及系統，重點解決D（執行）環節中存在的問題。

1 ?建立基于NPORT的質檢設備網絡結構

通過NPORT串口通訊設備，將質檢設備的串口通訊轉換為TCP/IP通訊，建立質檢設備通訊網絡，并與現有公司生產局域網相連， 使任一質檢終端與任一質檢設備都能通過該網絡進行互聯互通，通過在每臺質檢終端部署相同的通用數采組件，檢驗員或現場操作員可以通過質檢終端的應用程序輕松獲取網絡上任一類型質檢設備的產品檢測數據，實現人、機、物之間的互聯互通，也為基于設備鎖定的標準化業務操作設計提供了前提基礎。

2 ?配置多種類質檢設備的解析規則

2.1 配置化多種不同質檢設備的解析規則

通過對多種質檢設備的串口接口協議和輸出文本格式進行測試分析和解釋，得到不同種類不同型號設備串口數據輸出的開始信號、結束信號、原始數據（行）、原始數據（列）、統計數據（行）、統計數據（列）等解析規則的正則表達式，通過系統預先配置化后供數據解析引擎隨時調用。

2.2 數據解析

通用數采組件會根據當前連接的設備類型，在解析規則配置表中找到對應的解析表達式，例如數采組件檢測到當前連接的是QTM（Quality Testing Machine）綜合測試臺，那么就會在配置表中查找QTM設備對應的解析表達式，這些表達式會被提供給解析引擎作為判斷的當前傳輸文本的依據。

例如QTM設備的開始信號解析正則表達式為： ^（？：（？：maker＼sno.＼s+=＼s+（？：＼d+）＼s+（.*））|MEASURE MODE），當QTM設備傳輸了一行文本：maker no. = 001 07/06/15 16：37：25，解析引擎使用上面的表達式對這行文本進行匹配，如果匹配成功，那么解析引擎就可以判斷通過串口傳輸過來的數據是一個開始信號，從而開始觸發對每個樣品的檢測數據進行匹配解析，包括檢測原始數據的行和列數據、統計數據的行和列，在解析引擎獲得結束信號之前，所有數據以表的形式存儲在內存中，直至收到結束信號，程序從緩存讀取數據進行處理后，寫入對應工單庫表中。

解析規則表達式與原有技術的數據解析模塊最根本的區別在于解析表達式是作為一種數據被存儲在配置表中，而原有技術的數據解析模塊是一些針對某種設備寫的獨有程序代碼。如果采用現有技術，新增已有相同型號或類型的設備，意味著不需要開發新的模塊，哪怕新增新類型或新型號設備，也只要分析出該設備的解析規則并配置化即可，無須修改程序代碼，這時候本系統的優點在維護工作上就體現地特別明顯，另外由于解析引擎統一了數據采集的流程，當修復數采程序BUG的時候，只要修改一處，就可以修復所有設備的問題，而原有技術則需要修改各個專用數采模塊的程序代碼才能修復所有設備的問題，大大提升維護效率。

改造后的質檢設備串口檢測數據解析流程如圖1所示。

2 ?基于設備鎖定的標準化作業流程設計

現場操作員或檢驗員通過選擇質檢工單，在確定鎖定的質檢設備后，則該質檢設備被其獨占，其他質檢終端無法使用該質檢設備，系統自動將工單信息及鎖定設備信息歸檔至數據庫表，當用戶將樣品放置設備觸發檢測時，系統自動執行數據解析流程，調用解析引擎，根據解析規則配置表中加載對應鎖定設備的解析規則對數據進行解析，同時對解析的檢測數據依據質檢標準進行合格判定，隨后將檢測數據及判定結果自動歸檔至檢驗工單，最后系統自動解鎖該質檢設備。注：（1）如果操作員在鎖定設備后，未進行任何樣品檢測操作，則在設備閑置5min后，被鎖定的質檢設備將自動解鎖。（2）默認鎖定設備原則：系統根據質檢終端和質檢設備的物理位置情況、數量匹配情況，擇優默認選擇離質檢終端最近的一臺質檢設備，盡量為現場操作員或檢驗員提供便利，這點在卷包現場機臺自檢時顯得尤為重要。

基于設備鎖定的離線質檢數采模式改變了離線數采的傳統模式，通過解析配置和設備鎖定達到如下效果：（1）每當新質檢設備上線，系統只需增配對應解析規則，無需重復開發新的解析模塊;（2）解決質檢設備使用資源沖突問題;（3）檢驗員或操作員在系統鎖定設備，放入樣品進行檢測后無需任何操作，系統實現數據自動歸屬、自動寫入批次質檢業務工單，簡化了系統操作，提高的工作效率。

標準化質檢作業流程如圖2所示。

3 ?結語

本文針對現階段煙草工業質檢時的數采環節存在的問題，研究開發了一種卷煙生產質檢數據采集方法及系統，該系統基于原有質檢管理流程，重點解決了機臺自檢業務系統支持缺失、檢測數據與作業工單脫節、設備資源競爭等問題，技術上有一定創新性：

（1）構建融入公司局域網的新型檢測設備網絡架構，實現不同接口協議的檢測設備網絡化，實現人、機、物之間的互聯互通，為檢測設備資源共享機制及標準化作業提供了基礎前提;

（2）配置化多種類質檢設備的解析規則，建立了標準化、通用化數采組件，當新增新種類檢測設備時，只需在配置表中維護解析規則，無須再次開發程序，減少了開發、部署成本，設備也能快速投入生產應用;

（3）建立了基于鎖定設備的標準化作業流程，規范并簡化業務操作，檢驗數據歸屬清晰，保障數據質量，建立檢測設備有限資源的共享機制，提高檢測設備的資源配置優化。

該技術應用成熟穩定，已經廣泛應用于龍煙公司制絲、卷包、香料、輔料、原料各環節的質檢管理領域，所有具備串口通訊的所有設備均可采用本項目方法，在煙草行業具有一定普適性。

參考文獻

[1] 徐麗娟.卷煙質量控制管理[J].中國高新技術企業， 2010（32）：86-87.

[2] 顧亮，胡芳偉.PFMEA技術在卷煙質量管理中的應用[J].安徽農學通報，2013，19（3）：139-140.

[3] Yanfang L I. Cigarette Manufacturing Quality Control Based on FT-NIR Combined with PCA-MD and PLS-DA Methods[J].Journal of Yunnan Agricultural University，2014.