卷煙制絲過程消耗即時(shí)化管控平臺及應(yīng)用

唐芳麗 趙曉雷 韋少談

卷煙制絲過程消耗即時(shí)化管控平臺及應(yīng)用

唐芳麗 趙曉雷 韋少談

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠，廣西 柳州 545000）

通過進(jìn)行點(diǎn)位分解、預(yù)警反饋與調(diào)整，可進(jìn)一步減少卷煙制絲生產(chǎn)線的煙葉過程損耗，降低制造成本和減少煙葉造碎，穩(wěn)定產(chǎn)品工藝質(zhì)量。文章研究建立卷煙制絲過程消耗即時(shí)化管控平臺，平臺系統(tǒng)由計(jì)量監(jiān)測預(yù)警、電子秤重量監(jiān)測預(yù)警、過程工序監(jiān)測預(yù)警、剔除物監(jiān)測預(yù)警等模塊組成，形成系統(tǒng)平臺式的即時(shí)化管控方式。自動監(jiān)測并實(shí)時(shí)預(yù)警生產(chǎn)線過程工序電子秤重量、各工序標(biāo)準(zhǔn)重量轉(zhuǎn)化率、工序間消耗水平趨勢和剔除物重量。提前鎖定過程煙葉損耗環(huán)節(jié)和點(diǎn)位，聯(lián)動生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)控，使生產(chǎn)過程消耗管理的響應(yīng)及時(shí)，優(yōu)化更具針對性，實(shí)現(xiàn)制絲成本即時(shí)化管控。

卷煙；過程消耗；監(jiān)測預(yù)警；成本即時(shí)化

引言

在卷煙企業(yè)中，制絲生產(chǎn)線流程性強(qiáng)，各工序連接復(fù)雜，點(diǎn)位較多，技術(shù)人員無法準(zhǔn)確地掌握各工序煙葉損耗情況，對于煙葉的成本分析仍處于滯后階段。采用傳統(tǒng)的方式做月度對比并進(jìn)行總體出絲率、總損耗率分析，該過程損耗數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位較少，多數(shù)以人工記錄為主，該生產(chǎn)線的成本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用能力不足，導(dǎo)致技術(shù)人員未能在生產(chǎn)線過程及時(shí)分析過程點(diǎn)位的消耗水平，制絲成本即時(shí)化管控水平較弱。

目前，卷煙工廠針對煙葉生產(chǎn)成本進(jìn)行相關(guān)分析，現(xiàn)有不少學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究：王琪等[1]采集卷包環(huán)節(jié)煙絲消耗數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)煙絲損耗模型參數(shù)，建立煙絲損耗的應(yīng)用模型，實(shí)現(xiàn)對卷包全過程煙絲損耗的預(yù)測和分析統(tǒng)計(jì)，為生產(chǎn)過程管理提供依據(jù)；趙偉等[2]針對切絲機(jī)除塵煙絲損耗進(jìn)行研究，依據(jù)風(fēng)力浮選理論，根據(jù)煙絲和粉塵的兩種不同懸浮速度試設(shè)計(jì)了風(fēng)分裝置，減少物料浪費(fèi)；楊艷陽等[3]找到損耗高的工序，并對筒壁粘附、切絲除塵等點(diǎn)位進(jìn)行改進(jìn)，以提高煙絲出絲率，有效降低煙葉消耗率；陸正卿等[4]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測煙草企業(yè)能耗。本文通過研究搭建制絲過程消耗即時(shí)化管控平臺，自動采集相關(guān)數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)牌號批次，全方位地監(jiān)測并預(yù)警過程損耗的剔除物、在線重量、工序轉(zhuǎn)化率等情況，及時(shí)鎖定問題點(diǎn)位，找到煙絲過程損耗的癥結(jié)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平，加強(qiáng)生產(chǎn)過程的損耗監(jiān)控，形成在線監(jiān)測與預(yù)警分析相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)制絲過程流轉(zhuǎn)和消耗情況的即時(shí)化管控。

1 模塊和功能

建立卷煙制絲過程消耗即時(shí)化管控平臺，該平臺架構(gòu)如圖1所示，形成電子秤重量監(jiān)測預(yù)警模塊、過程工序監(jiān)測預(yù)警模塊、剔除物監(jiān)測預(yù)警模塊和計(jì)量監(jiān)測預(yù)警模塊的綜合管控，同時(shí)結(jié)合數(shù)據(jù)自動采集、計(jì)量監(jiān)測預(yù)警等功能，保障計(jì)量裝置準(zhǔn)確性、過程損耗點(diǎn)位精準(zhǔn)性，形成系統(tǒng)平臺式的即時(shí)化管控方式。

圖1 制絲過程消耗即時(shí)化管控平臺架構(gòu)

1.1 電子秤重量監(jiān)測預(yù)警模塊和功能

電子稱重量監(jiān)測預(yù)警功能包括三絲（葉絲、梗絲、膨脹絲）重量與綜合稱重量偏差均值、各牌號各工序的煙絲預(yù)警參數(shù)設(shè)置。其中各牌號各工序的煙絲重量預(yù)警參數(shù)設(shè)置可以通過投料量偏差系數(shù)、允差偏差系數(shù)設(shè)定，也可以根據(jù)不同牌號工藝要求設(shè)置允差值（上、下限范圍）。

1.2 過程工序監(jiān)測預(yù)警模塊和功能

將利用制絲全流程各工序（包括葉絲、葉片和制梗絲等工段）的重量值和對應(yīng)點(diǎn)位的水分值，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)重量的換算，根據(jù)上下工序重量變化計(jì)算各工序的轉(zhuǎn)化率，以及全流程出絲率。管理人員通過牌號、時(shí)間等選擇項(xiàng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各牌號煙絲、梗絲和膨脹絲的生產(chǎn)過程中每個(gè)工序的重量轉(zhuǎn)化情況，平臺基于轉(zhuǎn)化率的變化趨勢與控制閾值，自動識別該點(diǎn)位煙絲損耗的下降趨勢并進(jìn)行提前預(yù)警，有效提前鎖定損耗點(diǎn)位。

1.3 剔除物監(jiān)測預(yù)警模塊和功能

制絲生產(chǎn)過程存在雜物剔除點(diǎn)位，主要位于柔性風(fēng)選機(jī)的雜物落料口處，設(shè)置電子秤與接料盤稱重，將每批次稱重后的重量數(shù)據(jù)作為該點(diǎn)位剔除物數(shù)據(jù)傳輸至平臺，平臺繪出相應(yīng)趨勢曲線，實(shí)時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)過程剔除物重量變化，自動識別剔除物的上升趨勢，結(jié)合設(shè)置閾值范圍進(jìn)行提前預(yù)警，管理人員可根據(jù)剔除物重量變化情況和預(yù)警信息，查看剔除雜物與物料情況，及時(shí)調(diào)節(jié)柔性風(fēng)選風(fēng)門和排查原因，減少剔除物重量，提升出絲率。

1.4 計(jì)量監(jiān)測預(yù)警模塊和功能

制絲車間集控系統(tǒng)準(zhǔn)確地采集生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，采集并存儲各類傳感器數(shù)據(jù)，包括電子皮帶秤流量、累計(jì)重量、紅外水分儀的含水率、剔除物電子秤重量等數(shù)據(jù)，并將所采集存儲的數(shù)據(jù)根據(jù)各監(jiān)測預(yù)警模塊的運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化。進(jìn)行電子秤運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障情況分析預(yù)測，包括在線電子秤、紅外水分儀的預(yù)警。根據(jù)采集的電子秤偏差率、電子秤投料量、電子秤允差系數(shù)、電子秤頻率、重量碼值、傳感碼值等設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，形成各電子秤的運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控趨勢圖，設(shè)定閾值和故障情況分析預(yù)測，確保計(jì)量裝置的精確性和穩(wěn)定性。

2 參數(shù)與分析

2.1 電子秤重量參數(shù)設(shè)置

2.1.1 三絲重量與綜合稱重量偏差均值

三絲重量與綜合稱重量偏差均值是指在摻配加香工序中，摻配前的葉絲、膨脹絲、梗絲的在線電子皮帶秤與綜合煙絲的在線電子皮帶秤進(jìn)行偏差對比，避免電子秤偏差造成的煙絲重量不準(zhǔn)確，從而影響成本統(tǒng)計(jì)。設(shè)置7種牌號的三絲重量預(yù)警參數(shù)，如表1所示。以B牌號煙絲為例，根據(jù)摻配加香工序的實(shí)際重量和加工情況，設(shè)置7種牌號的三絲重量與綜合稱重量偏差均值為110.32，設(shè)置上控制線為123.63，下控制線為97.02，形成三絲重量預(yù)警的功能模塊。

表1 三絲重量預(yù)警參數(shù)設(shè)置表 單位：kg

2.1.2 各牌號各工序過程在線電子秤重量預(yù)警參數(shù)

2.1.2.1 基于允差值的工序的煙絲預(yù)警參數(shù)設(shè)置

根據(jù)工序重量轉(zhuǎn)換情況，直接針對各牌號煙絲設(shè)置可接受偏差范圍。如表2所示，以某牌號煙絲為例，設(shè)置其煙絲重量預(yù)警參數(shù)。

表2 某牌號各工序煙絲重量預(yù)警參數(shù)設(shè)置表 單位：kg

2.1.2.2 基于投料量偏差系數(shù)、允差偏差系數(shù)的工序的煙絲預(yù)警參數(shù)設(shè)置

各牌號各工序的煙絲預(yù)警參數(shù)設(shè)置還可以建立電子秤重量約束參數(shù)：投料偏差系數(shù)與允差偏差系數(shù)。①定義投料偏差系數(shù)：實(shí)際投料重量與理論投料重量的比值，其中實(shí)際投料重量以長期生產(chǎn)的均值為基準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)）；②定義允差偏差系數(shù)：重量允差值與實(shí)際投料重量的比值，其中重量允差值是以各牌號長期生產(chǎn)的均值為基準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)）。

最終形成制葉絲過程成本管控指標(biāo)庫，如表3所示。以某牌號煙絲為例，其投料量偏差系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)置和允差偏差系數(shù)設(shè)置如表4所示。

表3 基于投料量偏差系數(shù)、允差偏差系數(shù)的制絲過程成本管控指標(biāo)庫

表4 某牌號各工序煙絲投料量偏差系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)置和允差偏差系數(shù)設(shè)置表

2.2 過程工序轉(zhuǎn)換率計(jì)算

以制梗絲線為例，如表5所示，所包含工序?yàn)楣Ｋ垂ば颉⒁患壵艄９ば颉⒍壵艄９ば颉⒐＝z加料工序、烘梗絲工序等，需比較理論投料量（0）和實(shí)際投料量（），采集得到的重量（工序）、實(shí)際含水率（%），并計(jì)算投料重量差異，以及各工序的實(shí)際轉(zhuǎn)序重量差異、標(biāo)準(zhǔn)重量，最后得到各個(gè)工序的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率（以梗線某一批次為例）。

表5 制梗絲線單批次各工序重量表

投料重量差異：－M＝4 078.9－4 000＝78.9 kg；

梗絲加料工序?qū)嶋H轉(zhuǎn)序重量差異：梗絲加料－二級蒸梗＝5220.44－5280.77＝﹣60.33 kg；

二級蒸梗工序標(biāo)準(zhǔn)重量：二級蒸梗×（1－）÷（1－12%）＝5 280.77×（1－35.54%）÷（1－12%）＝3 868.16 kg；

梗絲加料工序標(biāo)準(zhǔn)重量：梗絲加料×（1－）÷（1－12%）＝5 220.44×（1－32.93%）÷（1－12%）＝3 978.81 kg；

梗絲加料工序轉(zhuǎn)化率：梗絲加料工序標(biāo)準(zhǔn)重量與二級蒸梗工序標(biāo)準(zhǔn)重量的百分比，轉(zhuǎn)化率=3 978.81÷3 868.16×100%＝102.86%，以此類推，最終可以得到一級蒸梗工序轉(zhuǎn)化率為96.68%，二級蒸梗工序轉(zhuǎn)化率為101.95%，梗絲加料工序轉(zhuǎn)化率為102.86%，烘梗絲工序轉(zhuǎn)化率為96.85%。

全流程梗絲線出絲率：

從表5中得出梗水洗工序標(biāo)準(zhǔn)重量＝4 078.90 kg。

烘梗絲后標(biāo)準(zhǔn)重量＝烘梗絲后×（1－）÷（1－12%）= 3 861.81×（1－12.19%）÷（1－12%）＝3 853.47 kg

全流程梗絲線出絲率＝烘梗絲后標(biāo)準(zhǔn)重量÷梗水洗工序標(biāo)準(zhǔn)重量×100%＝3 853.47÷4 078.90×100%＝94.47%。

得到生產(chǎn)線各牌號物料工序轉(zhuǎn)換過程物料重量變化情況監(jiān)控記錄表，并形成各工序轉(zhuǎn)化率趨勢圖和閾值范圍，閾值范圍根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行確定，可以根據(jù)牌號和批次時(shí)間進(jìn)行選擇，得到趨勢監(jiān)測與預(yù)警。

2.3 制絲過程剔除物分析

2.3.1 基于自動統(tǒng)計(jì)的剔除物分析

柔性風(fēng)選工序設(shè)置電子秤與接料盤稱重，將每批次稱重后的重量數(shù)據(jù)作為該點(diǎn)位剔除物數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)牌號批次信息，如表6所示，得到基于自動統(tǒng)計(jì)的剔除物統(tǒng)計(jì)表，烘梗絲后柔性風(fēng)選機(jī)雜物落料口處接料盤雜物稱重后，在線得到柔性風(fēng)選剔除物重量統(tǒng)計(jì)表格和趨勢預(yù)警圖。

表6 基于自動統(tǒng)計(jì)的剔除物統(tǒng)計(jì)表

2.3.2 制絲過程剔除物管理

梳理制絲生產(chǎn)過程剔除物信息，針對各個(gè)區(qū)域的生產(chǎn)過程損耗物料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由系統(tǒng)平臺進(jìn)行管控，形成重量分析和變化趨勢，以制絲車間絲線為例，整理清單如表7所示。將過程剔除物信息固化后傳輸至平臺形成制絲剔除物管理界面。

表7 制絲過程剔除物清單

3 平臺集成與應(yīng)用

3.1 功能集成

基于硬件設(shè)備（包括處理器、存儲器），可通過網(wǎng)絡(luò)或總線方式連接，獲取現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，基于制絲集控系統(tǒng)和MES系統(tǒng)，集成應(yīng)用電子秤重量監(jiān)測預(yù)警、過程工序監(jiān)測預(yù)警、制絲剔除物管理和計(jì)量裝置在線監(jiān)測等功能模塊。

3.2 效果應(yīng)用

制絲線流程長，造碎和損耗點(diǎn)位較多，基于上述平臺的集成與應(yīng)用，生產(chǎn)過程管理人員、技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)平臺分析的過程損耗點(diǎn)位和預(yù)警情況，及時(shí)采取措施。應(yīng)用過程中，針對制絲車間制梗絲線的出梗絲率下降的問題，通過平臺的過程工序電子秤偏差對比、過程轉(zhuǎn)化趨勢以及剔除物重量預(yù)警等功能，準(zhǔn)確鎖定制梗絲線的烘梗工序損耗較之前有明顯增加，管理人員采取相應(yīng)措施，將剔除物從110 kg降低至70 kg，出梗絲率由91.78%提升至93.20%。該平臺進(jìn)一步給予管理人員改進(jìn)的依據(jù)，后續(xù)也將在制絲車間各生產(chǎn)線持續(xù)通過過程消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)制造成本的即時(shí)化管控。

4 結(jié)束語

該制絲過程消耗即時(shí)化管控平臺的投入使用能夠?qū)崿F(xiàn)制絲車間各個(gè)重點(diǎn)管控工序的全覆蓋，確保計(jì)量裝置可靠性，做到煙絲過程消耗的實(shí)時(shí)管控和問題定位，優(yōu)化了生產(chǎn)流程，提高了生產(chǎn)物耗調(diào)整的及時(shí)性和生產(chǎn)效率。真正將整個(gè)生產(chǎn)過程煙絲流轉(zhuǎn)透明化，提前預(yù)警提前整改，實(shí)現(xiàn)煙絲過程消耗即時(shí)化管控升級，提升煙絲出絲率，降低煙絲總損耗率，構(gòu)建高質(zhì)高效、節(jié)能低耗的智能化生產(chǎn)模式。

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[2] 趙偉，張進(jìn)鴻. 切絲機(jī)除塵煙絲損耗研究[J]. 科技與創(chuàng)新，2014(23): 54-55.

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[4] 陸正卿，方維嵐. 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煙草企業(yè)能耗預(yù)測的研究與應(yīng)用[J]. 山東化工，2018，47(19): 196-198.

Real-Time Management and Control Platform for Consumption in Cigarette Shredding Process and Its Application

By performing point decomposition, early warning feedback, and adjustment, the loss of tobacco leaves in the tobacco production line can be further reduced, manufacturing costs and tobacco crushing can be reduced, and product process quality can be stabilized. The article studies the establishment of a real-time control platform for the consumption of cigarette shredding process. The platform system is composed of measurement monitoring and early warning, electronic scale weight monitoring and early warning, process monitoring and early warning, removal monitoring and early warning and other modules, forming a system platform-based real-time management and control mode. Automatic monitoring and real-time early warning of the electronic scale weight of the process of the production line, the conversion rate of standard weight of each process, the trend of consumption level between processes and the weight of removed materials. Locking the loss link and point of tobacco leaf in advance, linkage production equipment joint control, so that the response of production process consumption management is timely, optimization is more targeted, and realize the real-time costs management and control of tobacco production.

cigarettes; process comsumption; monitoring and early warning; real-time costs

TS4

A

1008-1151(2023)11-0028-04

2023-05-15

唐芳麗（1997－），女，廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠工藝技術(shù)員，從事工藝技術(shù)研究和數(shù)據(jù)分析工作。