卷煙機(jī)主要設(shè)備參數(shù)對卷煙圓周穩(wěn)定性的影響

黃幼斌 謝 忱

（1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與工程學(xué)院 鄭州 2.廣西中煙公司有限責(zé)任公司南寧卷煙廠 南寧）

一、引言

在卷煙生產(chǎn)工藝中，卷煙圓周作為卷煙品質(zhì)的一個重要指標(biāo)，與卷煙的卷制質(zhì)量密切相關(guān)，并對原材料消耗、主流煙氣和感官質(zhì)量等各項(xiàng)指標(biāo)有著直接的影響作用。卷煙圓周控制是卷煙機(jī)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，卷煙圓周偏差過大時不但直接影響煙支的多項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)如外觀、吸阻、硬度等，而且會造成廢品過多、甚至引起停機(jī)。正確合理地控制卷煙圓周，一方面可在一定程度上提高卷煙的質(zhì)量，對減少有害物質(zhì)的生成量、減輕吸煙對煙民身體健康的危害程度，具有重要意義。

目前行業(yè)在卷煙機(jī)設(shè)備運(yùn)行工藝參數(shù)優(yōu)化方面的研究較多，而對卷煙圓周影響方面的研究鮮有報道。應(yīng)用DOE全因子試驗(yàn)研究不同大壓板、小壓板及煙舌位置對卷煙圓周波動的影響及參數(shù)最佳配置，為卷煙機(jī)設(shè)備參數(shù)的合理設(shè)置提供理論基礎(chǔ)。

二、材料與方法

1.材料與設(shè)備

烤煙煙絲，A牌號配方，廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；PROTOS-70卷煙機(jī)，德國HAUNI公司；多功能綜合測試臺SODIMAX，上海蘭寶佳杰儀器科技公司（法國SODIM有限公司）。

試驗(yàn)方法。前期對影響卷煙圓周缺陷的原因進(jìn)行梳理，通過FMEA（潛在因素及影響）分析及方差分析，確定了卷煙機(jī)主要設(shè)備參數(shù)中影響卷煙圓周的3個關(guān)鍵因子，即大、小壓板和煙舌位置。

選用追蹤取樣法，在其他各項(xiàng)參數(shù)不變條件下，在同一卷煙設(shè)備內(nèi)調(diào)整大壓板位置、小壓板位置、煙舌位置參數(shù)，待穩(wěn)定后在卷煙機(jī)設(shè)備出口取樣，減少其他干擾因素對結(jié)果的影響。參數(shù)調(diào)整后，生產(chǎn)恢復(fù)正常且過程控制穩(wěn)定后取樣30支卷煙。以卷煙圓周作為評價指標(biāo)。將樣品置于多功能綜合測試臺中，啟動測試臺進(jìn)行檢測，輸出檢測結(jié)果。

固定配方煙絲（A牌號煙絲配方），在設(shè)備其他參數(shù)恒定的前提下，通過調(diào)整大、小壓板及煙舌位置，以卷煙圓周為判定依據(jù)，確定最佳調(diào)整參數(shù)。

三、結(jié)果與分析

1.卷煙圓周的單因子試驗(yàn)

（1）大壓板位置對卷煙圓周的影響。在小壓板位置為7.8 mm、煙舌位置6.8 mm條件下，分別調(diào)整大壓板位置為0.8 mm、1 mm，考察大壓板位置對卷煙圓周的影響。對收集的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行Mann-Whitney檢驗(yàn)，卷煙圓周1，取樣數(shù)N=30，中位數(shù)24.33。卷煙圓周2，取樣數(shù)N=30，中位數(shù)24.55。ETA1-ETA2的點(diǎn)估計(jì)為-0.22，ETA1-ETA2的 95.2置信區(qū)間為（-0.26，-0.19），W=465.0。在 0.0000上，ETA1=ETA2與 ETA1≠ETA2 的檢驗(yàn)結(jié)果顯著；在 0.0000顯著性水平上，檢驗(yàn)結(jié)果顯著（已對結(jié)調(diào)整）。P值＜0.05，表明大壓板位置不同下卷煙圓周均值呈顯著變化，大壓板位置是影響卷煙圓周的顯著原因。

（2）小壓板位置對卷煙圓周的影響。在大壓板位置為0.9 mm，煙舌位置6.8 mm條件下，分別調(diào)整小壓板位置為7.7 mm和7.9 mm，考察小壓板位置對卷煙圓周的影響。對收集的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行Mann-Whitney檢驗(yàn)，結(jié)果P值＜0.05，表明不同小壓板位置下卷煙圓周有波動，所以小壓板位置是影響卷煙圓周的顯著原因。

（3）煙舌位置對卷煙圓周的影響。在大壓板位置為0.9 mm、小壓板位置7.8 mm條件下，煙舌位置（出口間隙）為6.5 mm、7 mm，考察位置煙舌對卷煙圓周的影響。對收集的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行Mann-Whitney檢驗(yàn)，結(jié)果P值＜0.05，表明卷煙圓周隨煙舌位置不同呈顯著變化，煙舌位置是影響卷煙圓周的顯著原因。

2.DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化卷煙機(jī)主要設(shè)備參數(shù)

根據(jù)以上各單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定了大、小壓板及煙舌位置，以這3個主要參數(shù)作為試驗(yàn)因素，分析不同試驗(yàn)因素組合對卷煙圓周穩(wěn)定性的影響。此外，在保持其他工藝參數(shù)恒定、設(shè)備運(yùn)行正常的情況下，對試驗(yàn)因素的水平進(jìn)行設(shè)置，選擇全因子試驗(yàn)并安排4個中心點(diǎn)（即23+4）的試驗(yàn)，用Minitab-16軟件生成3因子2水平4個中心點(diǎn)的全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并隨機(jī)化試驗(yàn)順序，使中心點(diǎn)大體在試驗(yàn)的開始、中間和結(jié)尾，根據(jù)試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，得到12個試驗(yàn)處理方案及結(jié)果分別見表1、表2。

（1）試驗(yàn)各因素對卷煙圓周的影響分析。為分析各因素對卷煙圓周的影響，以卷煙圓周為指標(biāo)Y，利用Minitab-16數(shù)據(jù)分析軟件對表2的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)交互作用不顯著，刪除不顯著項(xiàng)后，對選定模型進(jìn)行優(yōu)化再次進(jìn)行分析，得到3個因素與卷煙圓周之間的回歸方程：Y=20.81＋0.72X1＋0.30X2＋0.06X3

表1 DEO試驗(yàn)水平表

表2 DEO試驗(yàn)計(jì)劃與試驗(yàn)結(jié)果

表3 響應(yīng)值方差分析表

（2）試驗(yàn)分析。對試驗(yàn)回歸模型進(jìn)行方差分析結(jié)果見表3

由表3可知，回歸模型的回歸項(xiàng)P＜0.05，表明模型總體有效。從殘差誤差看，試驗(yàn)誤差小，說明可用本回歸方程進(jìn)行分析和預(yù)測。

（3）各因素及交互作用對卷煙圓周的影響。各因素對卷煙圓周的影響見圖1～圖3。輸出各因子主效應(yīng)圖、交互效應(yīng)圖和等高線，由主效應(yīng)圖形分析可知，為了若使卷煙圓周達(dá)到最大，大壓板位置、小壓板位置、煙舌位置應(yīng)取上限值。由交互作用圖可知，小壓板位置與煙舌位置交互作用顯著。由等值線圖和曲面圖可知，卷煙圓周在大壓板位置=0.84 mm，小壓板位置=7.70 mm，煙舌位置在7.00 mm時達(dá)到最佳值。

圖1 卷煙圓周的主效應(yīng)圖

圖2 卷煙圓周的交互作用圖

（4）最佳工藝條件優(yōu)化及試驗(yàn)?zāi)Ｐ万?yàn)證。為確定各因素的最佳工藝設(shè)置利用Minitab-16軟件找出回歸模型Y的最佳值，通過等值線圖和響應(yīng)優(yōu)化，可知在大壓板位置（大壓板與煙槍基座間隙）≈0.84 mm，小壓板位置（小壓板進(jìn)出口徑）≈7.7 mm，煙舌位置（出口間隙）=7 mm時，卷煙圓周最接近目標(biāo)的值為24.5 mm。在最佳參數(shù)條件下進(jìn)行了3天驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，卷煙圓周平均為24.51 mm，卷煙圓周標(biāo)偏值基本可以控制在23.0 mm以下，卷煙圓周穩(wěn)定，單支圓周標(biāo)偏合格率＞96%，與理論值基本上一致，說明試驗(yàn)的回歸方程可靠。

圖3 卷煙圓周的等值線圖

四、結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，卷煙機(jī)大壓板位置、小壓板位置、煙舌位置3個主要設(shè)備參數(shù)對卷煙圓周穩(wěn)定性有顯著影響。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，最佳設(shè)備參數(shù)組合為大壓板位置0.84 mm，小壓板位置7.7 mm，煙舌位置7 mm時，卷煙圓周標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，卷煙圓周穩(wěn)定性最好。本試驗(yàn)為卷煙機(jī)最佳運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置和試驗(yàn)方法提供了一定的理論參考。