基于謝寧方法的KDF4機(jī)組濾棒吸阻穩(wěn)定性改進(jìn)

朱 軼 楊蕊艷 邢偉標(biāo) 鄭 炯 薛 嫄

（上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海 200082）

謝寧方法是以美國著名質(zhì)量專家多利安·謝寧（Dorian Shainin）[1]的名字命名，是一套解決產(chǎn)品制造過程質(zhì)量問題的方法和工具[2]。包括多變量分析、部件搜索、成對比較、變量搜索以及全析因等工具。目前，行業(yè)內(nèi)采用謝寧方法提升濾棒吸阻穩(wěn)定性的相關(guān)研究較少。基于此，該文介紹了采用謝寧方法[3]提升濾棒吸阻穩(wěn)定性的研究實(shí)例。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與儀器

1.1.1 KDF4成型機(jī)

KDF4 成型機(jī)是由德國HAUNI 公司設(shè)計(jì)的，由開松、增塑、成型、切割以及裝盤組成[4]。

1.1.2 QTM（cerulean）綜合測試臺

QTM 綜合測試臺是英國斯茹林公司為煙草行業(yè)設(shè)計(jì)的綜合測試臺，用于檢測卷煙和濾棒的物理指標(biāo)[5]。

1.2 方法

1.2.1 懷疑因子生成及篩選

根據(jù)生產(chǎn)工藝梳理過程的輸入及輸出，識別可能對濾棒吸阻標(biāo)偏產(chǎn)生影響的因子[6]，并確定高低水平，見表1。

表1 濾棒吸阻穩(wěn)定性試驗(yàn)因子表

1.2 2 變量搜索試驗(yàn)

1.2.2.1 試驗(yàn)條件

設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)下，保持同一班次、同一成型機(jī)以及同一車速，每次調(diào)整試驗(yàn)參數(shù)后，先穩(wěn)定運(yùn)行2 min，再運(yùn)行10 min（以在線取樣產(chǎn)生30 個樣本為準(zhǔn)，檢測濾棒的重量、吸阻和圓周）。

1.2.2.2 球場試驗(yàn)

試驗(yàn)原理：重復(fù)3 次高水平和低水平試驗(yàn)，判斷是否同時滿足以下2 個條件。

條件一：是否所有高水平的讀數(shù)好于低水平的讀數(shù)？

判定系數(shù)1.25[6]表示當(dāng)2 組樣本為3 對3 時，在置信度為95%且2 組均值有顯著差異時的閥值；MdAllHigh為全高水平下試驗(yàn)結(jié)果的中位數(shù)；MdAllLow為全低水平下試驗(yàn)結(jié)果的中位數(shù)；

R為全高與全低水平下試驗(yàn)結(jié)果極差的差值。

1.2.2.3 因子篩選

選取第一個因子，將其設(shè)置為低水平，其余因子保持高水平進(jìn)行試驗(yàn)，再將選取的因子設(shè)置為高水平，其余因子保持低水平進(jìn)行試驗(yàn)，按這個規(guī)則對每個因子進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.2.4 因子分析

將關(guān)鍵因子兩兩進(jìn)行交互作用并對其進(jìn)行分析，觀察主效應(yīng)及交互效應(yīng)，效應(yīng)的絕對值越大，因子越重要，效應(yīng)的正負(fù)可以用來判斷高低水平的方向。

1.2.3 全析因試驗(yàn)

根據(jù)變量搜索試驗(yàn)得出因子重要度的排序，如果都為部分翻轉(zhuǎn)，就采用全析因試驗(yàn)進(jìn)一步對重要的因子（一般因子數(shù)不超過4 個）進(jìn)行研究，全析因試驗(yàn)[7]可以正確地識別和量化因子的主效應(yīng)及各階交互作用。

2 結(jié)果與分析

2.1 變量搜索試驗(yàn)的結(jié)果分析

使用“亞龍展旗S-DOE 軟件”變量搜索工具，整個過程共分為4 個階段，分別為初始階段、球場階段、篩選階段以及析因分析。

初始階段，如圖1 所示。球場階段，見表2。

表2 球場試驗(yàn)結(jié)果分析表

圖1 變量搜索試驗(yàn)初始階段圖

球場階段顯示：同時滿足條件一、條件二就可以進(jìn)行下一步因子篩選試驗(yàn)。

篩選階段結(jié)果見表3，分析如圖2 所示。因子篩選及一起交換驗(yàn)證結(jié)果分析見表3，分析如圖2 所示。

圖2 全析因試驗(yàn)因子重要度排序圖

根據(jù)表3 可以得出，8 個因子均產(chǎn)生部分翻轉(zhuǎn)、一起交換以及完全翻轉(zhuǎn)，說明8 個因子對吸阻標(biāo)偏都有影響，因子間的交互作用需要進(jìn)一步進(jìn)行因子分析。

表3 因子篩選及一起交換驗(yàn)證結(jié)果分析表

析因分析階段如下。將關(guān)鍵因子兩兩進(jìn)行交互作用，并對其進(jìn)行分析，觀察主效應(yīng)、交互效應(yīng)及其方向，得出因子的重要度排名（見表4）。各個因子對濾棒吸阻標(biāo)偏影響度排名及因子方向見表4。其中，輸送噴氣、V1/VKDF、一級開松氣壓、二級開松氣壓、三級開松氣壓和V3/V2 比較重要。根據(jù)謝寧方法需要進(jìn)一步開展全析因試驗(yàn)。

表4 因子主效應(yīng)重要度排序及因子方向表

2.2 全析因試驗(yàn)

2.2.1 全析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在根據(jù)全析因試驗(yàn)原理[8]確定輸送噴氣（生產(chǎn)）、開松氣壓、V1/VKDF 以及V3/V2 的高低水平后（為使后文表達(dá)方便，各因子分別編號為A、B、C 和D），設(shè)計(jì)24+4 個中心點(diǎn)，共計(jì)20 組試驗(yàn)，取樣方式與變量搜索試驗(yàn)相同，試驗(yàn)過程見表5。

表5 全析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

2.2.2 全析因試驗(yàn)結(jié)果分析

使用Minitab 軟件分析因子主效應(yīng)及各階交互作用的重要度排序如圖2 所示。模型P值<0.05，模型有效，A 與AB是濾棒吸阻穩(wěn)定性的關(guān)鍵因子，AB 的交互作用如圖3 所示。殘差圖未見異常，表明當(dāng)開松氣壓為12 kPa 時，輸送噴氣設(shè)定為23%或25%時，吸阻標(biāo)偏差異較小，當(dāng)開松氣壓為15 kPa 且輸送噴氣為23%時，吸阻標(biāo)偏達(dá)最低值且與輸送噴氣為25%時差異較大。

圖3 殘差及交互作用圖（1）

圖3 殘差及交互作用圖（2）

2.3 生產(chǎn)驗(yàn)證結(jié)果分析（數(shù)據(jù)、圖表和結(jié)論）

根據(jù)變量搜索試驗(yàn)得出的因子方向及全析因試驗(yàn)得出的關(guān)鍵因子可知，在KDF4 成型機(jī)組上對最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證跟蹤，結(jié)果顯示改進(jìn)后濾棒吸阻標(biāo)準(zhǔn)偏差大約降低了5 Pa（如圖4 所示），改善幅度約為6%，效果顯著。

圖4 濾棒吸阻穩(wěn)定性改進(jìn)前后對比

3 結(jié)論

基于謝寧方法[9]，通過多參數(shù)研究，逐步分析影響濾棒吸阻穩(wěn)定性的關(guān)鍵因子及其他因子的設(shè)定方向，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)研究方法多因子試驗(yàn)次數(shù)較多的缺點(diǎn)。結(jié)果表明，V1/VKDF、制動輥V0 生產(chǎn)壓力以及輥速比等因素對濾棒吸阻均有一定的影響，通過變量搜索試驗(yàn)及全析因試驗(yàn)得出最優(yōu)參數(shù)組合并在生產(chǎn)中應(yīng)用，吸阻標(biāo)偏降低6%，提升了濾棒吸阻的穩(wěn)定性。同時，從來料角度來看，也提升了卷煙吸阻的質(zhì)量水平。