基于機器學習的不同工藝參數(shù)對煙絲質(zhì)量影響研究

楊龍飛

（河南中煙工業(yè)有限責任公司許昌卷煙廠，河南許昌 461001）

0 引言

煙草是一種較為特殊的消費品，在十六世紀使傳入中國，當時是作為預防瘟疫藥材傳入的。到如今，對于煙草人們持不同態(tài)度。卷煙生產(chǎn)中重要環(huán)節(jié)之一就是制絲環(huán)節(jié)，同時制絲環(huán)節(jié)也是決定卷煙質(zhì)量好壞的關(guān)鍵性原因之一。進而，提升制絲工藝水平有利于提高卷煙質(zhì)量，同時對于增強企業(yè)競爭力也有較大幫助。本文在研究中主要是通過正交試驗，采取機器學習方法分析三個重要的設(shè)備參數(shù)對衡量卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的影響[1]。其中設(shè)備參量主要涉及到HT開度、烘絲機滾筒電機頻率、松散回潮葉片含水率；衡量產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)包括煙絲整絲率、填充值及過卷煙機后的這兩個參數(shù)降低。由此就能為工藝參量的設(shè)定提供重要理論支持。

1 基于機器學習工藝參數(shù)對煙絲質(zhì)量影響

在智能數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域中機器學習處于領(lǐng)先地位，機器學習方法可以在大量數(shù)據(jù)中精準計算出復雜物理量，從試驗結(jié)果中分析出潛在規(guī)律，之后采取各種方法模擬決策邊界。當前卷煙廠烘絲干頭階段都是先由工人進行手動控制溫度等參數(shù)，等到出口水分數(shù)值形成穩(wěn)定狀態(tài)后才交接于烘絲筒機器進行自動控制[2]。因為當前對于判斷烘絲參數(shù)還是依賴于人工經(jīng)驗，未有一個特定標準值與說明書，所以新工學習這方面知識要耗費較長一段時間。但采取機器學習方法，創(chuàng)建預測參數(shù)模型，人工調(diào)節(jié)參數(shù)時可以作為參考。通過實驗計算出最佳工藝參數(shù)組合，為進行烘絲自動化階段奠定基礎(chǔ)。

2 卷煙質(zhì)量概念

如今在社會與科技的進步之下，質(zhì)量也得到人們深入的理解。最初，人們將質(zhì)量定義為符合性，也就是說，滿足設(shè)計標準或者要求，就具有了質(zhì)量屬性。上世紀六十年代，J.M.Juran（美）在研究中認為質(zhì)量即為適用性。該學者表示，認知質(zhì)量必須要從用戶角度來思考，只有滿足用戶要求，才能視作產(chǎn)品有質(zhì)量。因此，這類有質(zhì)量的產(chǎn)品不僅能夠滿足人們生活與工作需求，同時還能為公司帶來更多經(jīng)濟效益。不過這種對質(zhì)量的理解依然存在著一定的缺陷，為此，GB/T19000-2000則對質(zhì)量進行了下面的界定：固有特性都能滿足要求的水平即為質(zhì)量[1]。對于卷煙產(chǎn)品而言，它本身具有獨特屬性，為此，它的質(zhì)量可以通過以下兩個方面來進行展現(xiàn)：

（1）產(chǎn)品。營銷理論提供了一個十分重要的概念，即為整體產(chǎn)品，它又涉及到物質(zhì)類商品、非物質(zhì)類服務，這些商品與服務能夠滿足用戶某些方面的需求，或者為用戶帶來某些利益。為此，其內(nèi)涵主要體現(xiàn)在：第一，可用性，也就是說，商品的諸多基本功能都能夠被使用；第二，外在表現(xiàn)形式，具體涉及到相關(guān)的包裝、品牌形象等；第三，產(chǎn)品附加與外延。公司在自身運營過程中，能夠為自己的用戶提供全部的服務項目，以及各種質(zhì)量的綜合。由上分析可知，整體產(chǎn)品實際上就是有不同因素共同構(gòu)成的組合體，若是它的三個內(nèi)涵缺失了某個，那么相應的產(chǎn)品就不具有完整性。

（2）要求。細分成隱含、明確要求。前者即用戶對卷煙的期待值，他們期望這類產(chǎn)品不僅可以滿足自身吸食需求，同時還能夠最大限度減少對用戶身心健康的傷害；后者就是各種確切化的要求，譬如這類產(chǎn)品中的煙堿量、焦油量等[2]。用戶在購入這類產(chǎn)品之時，還可以期望這類產(chǎn)品能夠表達人們的身份與地位，為此，作為生產(chǎn)企業(yè)還需要進一步提升卷煙產(chǎn)品的品牌度。

3 試驗材料、儀器與方法

3.1 材料、儀器

本次試驗采用“X”品牌配方原料、卷接設(shè)備、煙絲振動篩、香料、卷接設(shè)備以及煙絲填充儀。

3.2 方法

3.2.1 試驗方法

依據(jù)目前制絲參數(shù)對每個工藝參數(shù)進行對比分析，確定三個實驗因素為薄板烘絲機滾筒轉(zhuǎn)速、松散回潮出口煙葉水分、HT開度，分析這三個不同實驗因素對煙絲質(zhì)量會產(chǎn)生何種影響。在保證各個工藝參數(shù)相同的情況下，將符合工藝條件為根本，設(shè)計了三個不同試驗程度，如表1所示。

表1 因素水平表

3.2.2 煙絲取樣和檢測方法

（1）出貯絲柜煙絲檢測與取樣。為保證取樣代表性，在煙絲出柜后三十分鐘后開始進行取樣工作。采用取樣盤進行取樣，大概取樣四克左右，之后在使用四分法將其縮減為一克，將這一克按標準進行檢測[3]。從剩下的一百克中，檢測煙絲填充值。在間隔時間相同基礎(chǔ)下檢測，計算結(jié)果采用平均值

（2）出卷煙機煙槍煙絲檢測與取樣。為保證此次實驗精確性，在煙槍出口處采用取樣盤進行取樣。取樣方法與內(nèi)容同出貯絲柜煙絲相同。每一批煙絲都保證在同樣時間下進行檢測，之后采取平均值。

3.2.3 分析方法

本次試驗運用機器學習方法，分別對各次試驗進行整絲率及煙絲經(jīng)過卷煙機煙絲填充值降低、出柜煙絲填充值以及整絲率降低分析三項分析。

4 結(jié)果與討論

4.1 試驗結(jié)果

對于整絲率降低、煙絲整絲率、填充值降低以及填充值采用機器學習算法進行分析，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 實驗結(jié)果

4.2 試驗因素對出貯絲柜煙絲填充值的影響

從表3中可以看出：此次試驗因素對于填充值影響大小為松散回潮出料含水率最小，薄板滾筒電機頻率最大，HT 開度則最大，其中各個因素最佳搭配結(jié)果是A2B3C3。在此次試驗規(guī)定條件內(nèi)，對煙絲填充值影響最大的因素為薄板滾筒電機頻率，則HT 開度、松散回潮出料含水率影響程度較小。

表3 試驗因素對填充值影響極差分析

4.3 試驗因素對出貯絲柜煙絲整絲率的影響

從表4中可以看出：試驗因素對煙絲整絲率產(chǎn)生影響大小分別是，薄板滾筒電機頻率影響最小，HT開度最大，松散回潮出料含水率則處于中間位置。最優(yōu)排列因素組合為A3B1C2。在此次試驗所要求條件內(nèi)，試驗中各個因素對于煙絲整絲率影響程度都較小，其影響大小程度分別為，薄板滾筒電機頻率影響程最小，HT開度影響程度最大，松散回潮出料含水率則處于兩者中間位置。

表4 試驗因素對整絲率影響極差分析

4.4 試驗因素對填充值降低影響

表5中數(shù)據(jù)表明：通過本文實驗，煙絲填充值降低受到的影響因素，其程度最低為該含水率、最高則為滾筒電機頻率，HT開度則位于中間位置，由此優(yōu)化后的組合為A3B1C2。對煙絲整絲率降低的影響要素，最高、最低、中間因素分別為該出料含水率、滾筒電機頻率、HT開度，最優(yōu)為A2B2C1。這些因素對該整絲率降低帶來顯著性影響，其中A、B兩個因素則對填充值降低的影響沒有顯著性，按照顯著性影響的次序進行排列，最高為出料含水率、最低為滾筒電機頻率、中間的則是HT 開度[4]。

表5 試驗因素對填充值降低影響極差分析

4.5 優(yōu)化試驗因素水平

根據(jù)上述一系列分析可以看出，主要是通過實驗因素中各個項目影響性大小為主，與極差分析最終結(jié)果相結(jié)合，最終確定A2B2C2為此次實驗最佳搭配組合。在正交實驗中A2B2C2已經(jīng)存在，并且多次測試結(jié)果始終良好[5]。

5 結(jié)論

（1）在此次試驗所要求條件內(nèi)，降低煙絲整絲率各個因素影響都較大。其中影響因素最為顯著的則是因素C，在F0.90（2，2）時煙絲填充值降低才有顯微影響。但對于煙絲整絲率影響卻不明顯。對于煙絲填充值降低、煙絲填充值影響最小的兩個因素為A、B.（2）本次實驗結(jié)果進行多次對比，以各因素影響大小來看，試驗結(jié)果中最佳組合因素為A2B2C3

6 結(jié)語

當前，對工藝參量進行優(yōu)化的模式具有多元性，本文利用正交試驗來優(yōu)化參量，利用機器學習算法，能夠?qū)θ恕⒇敗⑽锪M行節(jié)省，并能讓最終結(jié)果更具有科學性[6]。本次所選的試驗亦有一定缺陷，在評價質(zhì)量方面存在主觀性，為此，有必要構(gòu)建完善的標準體系，使之在生產(chǎn)中得到科學運用。本文利用試驗得到最優(yōu)參量，然后再對它們進行驗證，結(jié)果顯示煙絲填充率、整絲率都有了改善，煙堿量、碎絲率等有了明顯下降，感官品質(zhì)則有所增長，意味著該參數(shù)組合有助于產(chǎn)品質(zhì)量提升。