DOE全因子試驗在梗絲風(fēng)送參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用

柳 ，鄭利鋒，廖 強

（重慶中煙工業(yè)有限責(zé)任公司重慶卷煙廠，重慶 400061）

0 引言

梗絲風(fēng)選的工藝任務(wù)是分離梗絲中梗簽、梗塊及非煙草雜物，提高梗絲的純凈度[1]。提高制梗絲工藝中梗絲風(fēng)選風(fēng)送過程品質(zhì)，為下一步工序提供穩(wěn)定的原料，有助于整體制造水平的提高，有助于穩(wěn)定和提高卷煙產(chǎn)品感官品質(zhì)。徐永杰[2]對梗絲風(fēng)選除雜效果進行了改進研究和實踐；陳文明等人[3]對解決風(fēng)選后梗絲成團的對策進行了探討。目前的報道僅對梗絲風(fēng)選后梗絲的風(fēng)選效果進行了正交試驗綜合分析法研究，而對梗絲多項質(zhì)量指標最優(yōu)條件的選擇報道相對較少。為此，試驗選取了風(fēng)送風(fēng)機頻率和風(fēng)選風(fēng)門開度為主要工藝參數(shù)，批次梗絲含水率均值和標偏為評價指標，運用DOE試驗，針對多指標評價，采用回歸分析和響應(yīng)優(yōu)化，對工藝參數(shù)進行優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 材料、設(shè)備及儀器

22#梗絲，重慶中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供；梗絲振動風(fēng)選機，江蘇智思機械制造有限公司產(chǎn)品；TM710e型在線水分儀，英國NDC公司產(chǎn)品。

1.2 試驗設(shè)計

以風(fēng)送風(fēng)機頻率與風(fēng)選風(fēng)門開度為試驗因素，進行二因素四水平DOE全因子試驗設(shè)計。

因素與水平設(shè)計見表1。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

用MINITAB分析軟件進行數(shù)據(jù)處理，利用響應(yīng)優(yōu)化和回歸分析對結(jié)果進行優(yōu)化[4-5]。

表1 因素與水平設(shè)計

2 結(jié)果與分析

2.1 含水率標準偏差影響分析

DOE試驗及試驗數(shù)據(jù)見表2，含水率標偏，風(fēng)選風(fēng)門開度與風(fēng)送風(fēng)機頻率的回歸程見表3，含水率標偏，風(fēng)選風(fēng)門開度與風(fēng)送風(fēng)機頻率等值線圖見圖1。

表2 DOE試驗及試驗數(shù)據(jù)

表3 含水率標偏，風(fēng)選風(fēng)門開度與風(fēng)送風(fēng)機頻率的回歸方程

由表2試驗結(jié)果，按照1.3方法分析得出，含水率標準偏差方程（1）、方差分析結(jié)果和等值線圖。

由表3可知，擬定的回歸方程各因子p值均為0，小于0.05，說明風(fēng)送風(fēng)機頻率與風(fēng)選風(fēng)門開度對梗絲含水率標偏的影響顯著，在試驗條件范圍內(nèi)，隨著風(fēng)選風(fēng)機頻率與風(fēng)選風(fēng)門開度的減小，梗絲含水率標偏降低，從等值線圖（圖1）可以更直觀地看出其影響趨勢。

圖1 含水率標偏，風(fēng)選風(fēng)門開度與風(fēng)送風(fēng)機頻率等值線圖

2.2 含水率均值影響分析

含水率均值與分選風(fēng)門開度，風(fēng)送風(fēng)機頻率的回歸方程見表4。

圖2 含水率均值與分選風(fēng)門開度，風(fēng)送風(fēng)機頻率的等值線圖

表4 含水率均值與分選風(fēng)門開度，風(fēng)送風(fēng)機頻率的回歸方程

由表2試驗結(jié)果，按照1.3方法分析得出，含水率均值方程（2）、方差分析結(jié)果（表4） 和等值線圖（圖 2）。

含水率均值（Y1）=10.2-0.010 5X2+0.056 8X1.（2）

由表4可知，擬定的回歸方程中風(fēng)選風(fēng)機頻率的p值為0，小于0.05，說明風(fēng)選風(fēng)機頻率對梗絲含水率均值的影響顯著，并呈正相關(guān)；風(fēng)選風(fēng)門開度的p值為0.069，大于0.05，說明風(fēng)選風(fēng)門開度對梗絲含水率均值的影響不顯著，從等值線圖（圖2）可以更直觀地看出其影響趨勢。

進一步按照1.3方法對梗絲含水率均值方程進行改善，得到方程3、方差分析結(jié)果（表5）和線性回歸圖（圖3）。

含水率均值（Y1）=10.16+0.056 8X1.（3）

含水率均值與分選風(fēng)門開度，風(fēng)送風(fēng)機頻率的回歸方程見表5，含水率均值與風(fēng)送風(fēng)機頻率擬合圖見圖3。

表5 含水率均值與分選風(fēng)門開度，風(fēng)送風(fēng)機頻率的回歸方程

圖3 含水率均值與風(fēng)送風(fēng)機頻率擬合圖

由表5可知，回歸方程顯著有效，由圖3可知在試驗范圍內(nèi)，隨著風(fēng)送風(fēng)機頻率的提高含水率均值呈增加趨勢且線性相關(guān)。

2.3 相應(yīng)優(yōu)化

置信區(qū)間為95%的預(yù)測結(jié)果見表6，多響應(yīng)變量響應(yīng)優(yōu)化結(jié)果圖見圖4，多響應(yīng)重置等值線圖見圖5。

表6 置信區(qū)間為95%的預(yù)測結(jié)果

圖4 多響應(yīng)變量響應(yīng)優(yōu)化結(jié)果圖

圖5 多響應(yīng)重置等值線圖

利用1.3的方法進行響應(yīng)優(yōu)化（圖4），并得到置信區(qū)間為95%的預(yù)測結(jié)果（表6），從圖4可知，風(fēng)送風(fēng)機頻率36 Hz，風(fēng)選風(fēng)門開度1格時，含水率均值達到期望的12.2%中心值，含水率標準偏差最小；由表6列出的95%置信區(qū)間預(yù)測區(qū)間預(yù)測值，重置等值線得到多響應(yīng)重置等值線圖（圖5），由圖5并結(jié)合生產(chǎn)實際可知，風(fēng)送風(fēng)機頻率為35～37 Hz，風(fēng)選風(fēng)門開度為1～2格時，梗絲含水率均值和標偏在可接受范圍之內(nèi)。

2.4 優(yōu)化結(jié)果驗證

選取風(fēng)送風(fēng)機頻率為35～37 Hz，風(fēng)選風(fēng)門開度為1～2格進行了7個生產(chǎn)批次進行驗證，結(jié)果見表7，通過驗證結(jié)果分析滿足95%置信區(qū)間預(yù)測區(qū)間（表6），說明最優(yōu)值的設(shè)置是合理的。

優(yōu)化驗證含水率均值、標準偏差數(shù)據(jù)見表7。

表7 優(yōu)化驗證含水率均值、標準偏差數(shù)據(jù)/%

3 結(jié)論

（1）通過DOE全因子試驗分析研究了風(fēng)送風(fēng)機頻率、風(fēng)選風(fēng)門開度對梗絲含水率均值和含水率標偏的影響，結(jié)果表明，梗絲風(fēng)送風(fēng)機頻率對批次梗絲含水率均值和標偏均影響顯著；風(fēng)送風(fēng)門開度對批次梗絲含水率標偏影響顯著而對均值影響不顯著。

（2）在試驗范圍內(nèi)，隨著風(fēng)選風(fēng)機頻率與風(fēng)選風(fēng)門開度的減小，梗絲含水率標偏降低且相關(guān)性顯著；隨著風(fēng)送風(fēng)機頻率的提高，梗絲含水率均值呈增加趨勢且呈線性相關(guān)。

（3）針對梗絲含水率均值和標偏多指標評價優(yōu)化得到的參數(shù)為風(fēng)送風(fēng)機頻率36 Hz，風(fēng)選風(fēng)門開度1格，驗證結(jié)果說明，采用DOE全因子試驗并利用相應(yīng)優(yōu)化解決工藝參數(shù)優(yōu)化中多指標評價問題是可行的。