基于最優(yōu)組合生產(chǎn)模型的煙用輔料適用技術(shù)研究

劉強　李少君

摘 要：煙用輔料材料在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)問題時，現(xiàn)有的質(zhì)量檢測指標(biāo)無法提供可追溯的數(shù)據(jù)支持，在查找問題原因時缺少針對性，影響改進效果。需要在生產(chǎn)中結(jié)合使用效果開展煙用輔料適用性研究，通過大數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型分析明確材料與設(shè)備的相關(guān)性，形成最優(yōu)化組合生產(chǎn)模式，最終達到提高設(shè)備有效作業(yè)率的目的。

關(guān)鍵詞：最優(yōu)組合;大數(shù)據(jù);煙用輔料;評價

引言

卷煙生產(chǎn)企業(yè)同時投產(chǎn)規(guī)格牌號多，涉及輔料類型無法全盤管理。卷煙生產(chǎn)企業(yè)通過對煙用輔料全過程質(zhì)量管理，建立產(chǎn)品與輔料最優(yōu)匹配標(biāo)準，實現(xiàn)煙用材料和卷煙設(shè)備的最優(yōu)化組合生產(chǎn)模式，有效提高卷包設(shè)備有效作業(yè)率，降低卷煙過程煙用材料消耗水平。

一、煙用輔料面臨的問題

駐馬店卷煙廠面對煙用輔料規(guī)格多、供應(yīng)商多、批次復(fù)雜等問題，經(jīng)常出現(xiàn)輔料質(zhì)量不穩(wěn)定，對生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量 、消耗水平均存在較大的影響;由于輔料檢測的參數(shù)多、難度大，往往通過各級管理人員的經(jīng)驗來判斷煙用輔料的好壞，更無法實現(xiàn)對供應(yīng)商量化的評價。

由于煙用材料質(zhì)量直接影響到卷包設(shè)備有效作業(yè)率，雖然煙用材料的產(chǎn)品參數(shù)檢測都達到了規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準，但是不同廠家、不同批次煙用材料的細微差別都會影響到設(shè)備的有效作業(yè)率。我們無法改變煙用材料的產(chǎn)品參數(shù)，但可以通過大數(shù)據(jù)分析找出煙用材料和設(shè)備的最優(yōu)組合生產(chǎn)模式，卷包設(shè)備的停機次數(shù)、停機時長主要是煙用材料適用性所導(dǎo)致的，煙用材料的種類多、同一種材料生產(chǎn)廠家不同適用性也大不一樣，不同種類的卷包設(shè)備對煙用材料的要求也不一樣，為了提高卷包設(shè)備有效作業(yè)率，需要運用最優(yōu)組合生產(chǎn)模型對煙用材料適用性進行研究，通過采集卷包設(shè)備使用煙用材料產(chǎn)生的設(shè)備停機次數(shù)、剔除數(shù)量數(shù)據(jù)，分析每個廠家的每種煙用材料對卷包設(shè)備的有效作業(yè)率的影響程度，對煙用材料適用性進行標(biāo)注。從卷包設(shè)備采集的大數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型，基于PCA主因素分析法、層次分析法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等，從大量的設(shè)備運行數(shù)據(jù)中挖掘出哪個廠家、哪種煙用材料適用于哪種設(shè)備，實現(xiàn)煙用輔料最優(yōu)組合智能智造。

二、企業(yè)信息化系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)

駐馬店卷煙廠卷包車間已投入使用的卷包數(shù)采系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了卷包車間的所有業(yè)務(wù)管理，更為重要的實現(xiàn)了設(shè)備的過程數(shù)據(jù)的采集，并真正將管理數(shù)據(jù)與過程數(shù)據(jù)實現(xiàn)了綁定。無論通過管理數(shù)據(jù)還是過程數(shù)據(jù)均能直接關(guān)聯(lián)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)過程質(zhì)量異常真實原因的追溯反饋建立信息基礎(chǔ)。輔料批次管理模式的建立，將輔料信息、批次信息與設(shè)備運行的過程數(shù)據(jù)進行有效的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)真正意義上的煙用輔料過程質(zhì)量追溯。

卷包數(shù)采系統(tǒng)實現(xiàn)了車間輔料消耗業(yè)務(wù)管理、也將設(shè)備所有的運行數(shù)據(jù)進行了采集與存儲，真實的記錄了設(shè)備的運行過程數(shù)據(jù)，具備了還原生產(chǎn)過程的能力和條件，能夠真實的掌握設(shè)備每個輔料上機使用的時間，輔料的廠家和批次信息，實現(xiàn)每個最小包裝單元的輔料與設(shè)備運行過程數(shù)據(jù)實現(xiàn)綁定，從而為建立煙用輔料評價模型奠定基礎(chǔ)。從而實現(xiàn)對輔料的量化評價。

三、構(gòu)建基于生產(chǎn)過程大數(shù)據(jù)的智能分析平臺

隨著工業(yè)4.0時代到來，國家提出了“中國制造2025”的智能化制造模型的發(fā)展路徑。卷煙制造業(yè)如何有效利用信息化系統(tǒng)采集的大量數(shù)據(jù)，形成一套以大數(shù)據(jù)驅(qū)動生產(chǎn)業(yè)務(wù)的新型管理模式，而卷煙工廠的輔料管理是企業(yè)管理中降本增效的重中之重。

建立大數(shù)據(jù)分析平臺，實現(xiàn)動態(tài)匹配煙用材料與設(shè)備的最優(yōu)化，

利用HADOOP大數(shù)據(jù)生態(tài)圈的大量先進技術(shù)和手段，憑借企業(yè)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所收集的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)（生產(chǎn)、消耗、質(zhì)量、設(shè)備、參數(shù)），建立以實時流式計算技術(shù)（storm，spark）的依托，實現(xiàn)煙用輔料上機適用性的實時分析與評估。

四、建立最優(yōu)組合生產(chǎn)模型輔料智能分析模型

分析輔料生產(chǎn)過程空間多尺度特性，將工業(yè)過程進行層次劃分 （分為用戶層、 指標(biāo)層、過程層和設(shè)備層），分別對多層面及層間潛結(jié)構(gòu)建模研究，解析生產(chǎn)過程中大量的檢測信號同時間尺度的映射關(guān)系;將工業(yè)大數(shù)據(jù)分為建模數(shù)據(jù)和狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)建模或機理建模的方法建立對象;建立設(shè)備的動態(tài)工況基準模型及穩(wěn)態(tài)工況基準模型;根據(jù)不同尺度過程的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)基準模型，分析運行實時殘差數(shù)據(jù)，形成監(jiān)測狀態(tài)信號。

（一）研究設(shè)備和工藝參數(shù)與煙用材料的關(guān)系，確定煙用材料與設(shè)備運行的矩陣關(guān)系

設(shè)備在生產(chǎn)過程中，影響設(shè)備有效作業(yè)率的因素眾多，不僅包括設(shè)備本體的影響，人員操作的影響，還包括來自煙用材料的影響以及工藝參數(shù)的影響。因此，為了研究煙用材料與設(shè)備的關(guān)系，首先需要對大量的設(shè)備與工藝參數(shù)進行初步甄別，遴選出已知的設(shè)備與工藝參數(shù)與煙用材料的參數(shù)矩陣，同時，利用相關(guān)數(shù)理統(tǒng)計分析機制，進一步確定潛在的煙用材料與設(shè)備的影響因素，最終確定可行行的矩陣關(guān)系圖譜。

（二）研究基于最優(yōu)組合生產(chǎn)模型的煙用材料適用性評價體系

在前述研究基礎(chǔ)上，通過進一步研究設(shè)備與輔料供應(yīng)商、輔料批次在卷煙設(shè)備的表現(xiàn)指數(shù)（主要包括：設(shè)備有效作業(yè)率、設(shè)備故障、剔除斜率、跑條次數(shù)和斷紙次數(shù)波動曲線等），確立煙用材料的最優(yōu)組合生產(chǎn)模型算法，從而實現(xiàn)由定性評價向定量評價轉(zhuǎn)變，建立煙用材料適用性評價體系與標(biāo)準。

（三）建立最優(yōu)匹配機臺、牌號、供應(yīng)商輔料、設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)庫

在建立數(shù)據(jù)分析與評價機制的前提下，建立最優(yōu)匹配機臺、牌號、供應(yīng)商輔料、設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)庫。將不同輔料供應(yīng)商、不同輔料批次、不同機臺的數(shù)理關(guān)系進行長期存儲，為系統(tǒng)上線后進一步實現(xiàn)動態(tài)匹配，不斷優(yōu)化分析與評價模型奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，夯實基于數(shù)理分析的理論支撐。

（四）實現(xiàn)煙用材料最優(yōu)生產(chǎn)組合的可視化平臺

利用eahrt等開源的可視化平臺，將煙用材料的上機適用性進行可視化呈現(xiàn)，為車間現(xiàn)場管理提供真實可靠的數(shù)據(jù)與圖表支持。

五、實現(xiàn)最優(yōu)組合生產(chǎn)模型的意義

實時采集卷包設(shè)備使用各種煙用材料的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)運行數(shù)據(jù)，特別是甄別出與煙用材料相關(guān)的工藝參數(shù)與設(shè)備參數(shù)，形成煙用材料適用性研究的過程大數(shù)據(jù)集合。通過建立大數(shù)據(jù)分析平臺和數(shù)理統(tǒng)計模型深度挖掘機臺、牌號、供應(yīng)商材料、設(shè)備參數(shù)之間的相關(guān)性，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗、多維度數(shù)據(jù)二次組合與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析建立最優(yōu)組合生產(chǎn)模型。排產(chǎn)計劃下發(fā)后，輔料庫系統(tǒng)根據(jù)最優(yōu)組合生產(chǎn)模型，匹配最優(yōu)供應(yīng)商的輔料，待機臺要料后配送到機臺，生產(chǎn)開始后大數(shù)據(jù)平臺會繼續(xù)采集、分析、挖掘，機臺、牌號、供應(yīng)商材料、設(shè)備參數(shù)之間的相關(guān)性，以動態(tài)調(diào)整最優(yōu)匹配機臺、牌號、供應(yīng)商輔料、設(shè)備參數(shù)，實現(xiàn)煙用材料和卷包設(shè)備的PID閉環(huán)動態(tài)調(diào)整，提高設(shè)備有效作業(yè)率。

最優(yōu)組合生產(chǎn)模型的煙用輔料適用性研究將從設(shè)備、煙用材料的不同視角測算輔料供應(yīng)廠家與卷煙設(shè)備的相關(guān)性，由定性評價向定量評價機制的提升。同時采用數(shù)理模型的系統(tǒng)性方法確定煙用材料與設(shè)備的真實關(guān)系，從而實現(xiàn)按煙用材料與設(shè)備定向投入材料，將較好的提升設(shè)備的有效作業(yè)率，同時有效的降低生產(chǎn)過程的輔料消耗水平，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益，據(jù)此可以減少社會資源的消耗，實現(xiàn)社會效益的改進與提升。

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