基于R語言煙支、濾棒物理指標標偏和CPK標準值研究

關鍵詞：卷煙產品質量，標準偏差，過程能力指數，R語言，Phython語言

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.011.044

0引言

卷煙物理指標是每個生產企業需重點把控的重要指標。初期物理指標的把控主要涉及成品煙支的質量、圓周、長度、吸阻、硬度、總通，其中國標要求質量指標要求為：設計值±0.08 g；圓周：設計值±0.20 mm；長度：設計值±0.5 mm；吸阻：設計值±200 Pa;硬度：設計值±10.0%；總通：設計值±10%，并根據每個指標對成品煙支的影響設置相應的權重分值，通過取樣測量，按30支一組，滿分100分的基準實行扣分，并以扣除后的得分總和對相應牌號的卷煙進行考核。隨著對物理指標精細化控制的要求，中期引入了物理指標合格率指標、重量單支克重偏差、弱值指標、物理指標絕對偏移量等一系列指標作為檢驗物理指標的輔助依據。隨著智能化、單機制造、高質量體系發展的要求，逐步衍生出物理指標標準偏差和過程能力指數及其合格率的研究，通過調取數據庫發現針對煙支物理指標SD值和CPK值研究的文章極少，僅湖南中煙的范勝興在《卷煙物理指標工序能力指數與標準偏差探討》一文中對卷煙的物理指標SD和CPK進行了探討。但在實際生產過程中，受限于現有制造水平不夠精準，指標體系不完善等一系列原因，導致難以確定統一的判定尺度，每個卷煙生產企業只能根據工廠實際摸索適合于工廠的指標體系和相應的判斷標準。為此本文旨在探索一種針對SD值和CPK值的判定標準，以實現絕大多數指標合理的前提，通過編程語言進行分析匯總，為企業實際生產提供合理的判定標準。

1方案設計

（1）通過R語言按照某廠的幾個生產牌號的國標標準模擬隨機生成100組，每組30支卷煙物理指標數據，卷煙企業則可根據實際數據截取一段時間進行分析。

（2）通過Python語言對隨機生成的100組數據，通過繪制箱線圖進行分析。

（3）根據繪制的箱線圖，大于CPK值的四分之一分位線作為判定物理指標CPK值的標準；小于SD值的四分之三分位線作為判定物理指標SD值的標準。

2方案實施

2.1 R語言編程

2.1.1 R語言所用數據

如表1所示。調取某廠的幾個市場流轉主要牌號按照工藝標準進行分析，牌號規格類型涉及常規濾棒、中支濾棒、常規煙支、中支煙支，其中濾棒1為常規煙濾棒，濾棒2為中支煙濾棒，品規1為常規硬包牌號煙支，品規2為中支煙牌號煙支，品規3為常規軟包牌號煙支。

2.1.2 R語言編程

通過R語言自動生成原始數據，原始數據中包含單項物理指標的平均值、最大值、最小值、標準偏差、變異系數、工序能力、CPK、偏移、上超、下超、合格支數、合格率。

2.1.3過程能力指數CPK和標準偏差SD的計算

過程能力指數的計算公式為：

CPK=Min[（USL-Mu）/3σ，（Mu-LSL）/3σ] （1）

其中，USL、LSL——工藝標準的上下限，根據不同類型牌號的煙支、濾棒而定；Mu——工藝標準的中心值，根據不同類型牌號的煙支、濾棒而定。

標準偏差的計算公式為：

2.2 Python語言編程

2.2.1濾棒

對于濾棒，卷煙生產企業主要研究的標準偏差和過程能力指數包含壓降、長度、圓周，其他如重量、總通風率、硬度、圓度等僅為生產過程提供參考作用。

對R語言生成濾棒單項物理指標的標偏值SD和過程能力指數CPK通過Python軟件繪制箱線圖，根據箱線圖的四分之三分位線確定為標準偏差的臨界值，四分之一分位確定為CPK的臨界值，Python編程繪制箱線圖如圖1所示（以濾棒1為例）：

常規濾棒的壓降、圓周、長度的四分之一分位線的值分別為1.3775、1.0775、1.434，可分別設為常規濾棒壓降、圓周、長度CPK的臨界值。

如圖2所示，常規濾棒的壓降、圓周、長度的四分之三分位線的值分別為101.4682 Pa、0.0474 mm、0.1353 mm，可分別設為常規濾棒壓降、圓周、長度標準偏差的臨界值。

同理，通過Python軟件繪制箱線圖，中支濾棒的壓降、圓周、長度的四分之一分位線的值分別為1.3784、0.8550、1.0970，可分別設為中支濾棒的壓降、圓周、長度CPK的臨界值。中支濾棒的壓降、圓周、長度的四分之三分位線的值分別為122.8887Pa、0.0596 mm、0.1457 mm，可分別設為中支濾棒的壓降、圓周、長度標準偏差的臨界值。

2.2.2煙支

對于煙支，卷煙生產企業主要研究的標準偏差和過程能力指數包含重量、壓降、總通風率、長度、圓周，其他如硬度、圓度等僅為生產過程提供參考作用。通過Python軟件繪制箱線圖，常規軟包煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率的CPK四分之一分位線值分別為1.1516、1.088、1.2004、1.2677、1.1408、0.9093，可分別設為常規軟包煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率CPK的臨界值。常規軟包煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率的標準偏差四分之三分位線值分別為53.3716 Pa、3.1942%、0.0425 mm、0.1646 mm、0.0220 g、3.8894%，可分別設為常規軟包煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率標準偏差的臨界值。

常規中支煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率的CPK四分之一分位線值分別為0.9869、0.9162、0.6440、1.2817、1.1294、1.0769，可分別設為常規中支煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率CPK的臨界值。常規中支煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率的標準偏差四分之三分位線值分別為63.2382 Pa、3.8814%、0.0769 mm、0.164 mm、0.0227g、3.2544%，可分別設為常規中支煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率標準偏差的臨界值。

常規硬包煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率的CPK四分之一分位線值分別為1.1692、1.0812、1.2303、1.3357、1.1571、1.1269，可分別設為常規硬包煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率CPK的臨界值。常規硬包煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率的標準偏差四分之三分位線值分別為52.3231 Pa、3.2223%、0.0422 mm、0.1563 mm、0.0223 g、3.1536%，可分別設為常規硬包煙支的吸阻、硬度、圓周、長度、質量、總通風率標準偏差的臨界值。

2.3數據處理

根據Python語言繪制出的箱線圖SD四分之三分位線值和CPK四分之一分位線值作為統計，確定出的物理指標SD和CPK臨界值如表2所示。

如表2所示，在后續生產中以表2所示的SD和CPK臨界值作為內控依據，判定卷煙和濾嘴棒，并計算相關合格率，作為工廠車間質量管控的依據和標準，可實現每項物理指標均可從SD和CPK兩個維度進行精準控制。

3結語

本次研究探索針對各牌號的煙支和濾棒CPK及標準偏差，通過R語言隨機生成數據，并利用Python語言利用箱線圖分析其標準偏差和CPK臨界值，其中標準偏差取小于箱線圖四分之三分位線作為臨界值，CPK取大于箱線圖四分之_分位線作為臨界值，求出的臨界值用于評估物理指標的變化情況。且根據箱線圖的散點分布情況還可直接觀察企業物理指標情況的分布，有利于物理指標的精細化、系統化控制。

作者簡介

段興坤，本科，助理工程師，高級物理檢驗師，研究方向為卷煙過程質量控制。

（責任編輯：張瑞洋）