陳智鳴 唐永佳 李 江 朱潤(rùn)銘 覃寧波 王振軍 巫 勝 閆 瑾
基于謝寧方法降低卷接機(jī)空頭率的分析及改進(jìn)
陳智鳴1唐永佳1李 江1朱潤(rùn)銘1覃寧波1王振軍2巫 勝2閆 瑾2
(1.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南寧卷煙廠,廣西 南寧 530001;2.亞龍展旗謝寧研究院,上海 200021)
文章通過(guò)運(yùn)用謝寧方法的變量搜索試驗(yàn),對(duì)影響卷接機(jī)空頭率的關(guān)鍵因子進(jìn)行分析驗(yàn)證及確定,量化其影響程度及主效應(yīng)和交互效應(yīng)的關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上對(duì)關(guān)鍵因子進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)和生產(chǎn)跟蹤驗(yàn)證,降低卷接機(jī)的空頭率。變量搜索試驗(yàn)結(jié)果表明,卷接機(jī)針輥轉(zhuǎn)速、風(fēng)室負(fù)壓的主效應(yīng)大于交換效應(yīng),且主效應(yīng)大于其他因子,是影響卷接機(jī)空頭率的關(guān)鍵因子。因子優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明,針輥轉(zhuǎn)速對(duì)卷接機(jī)空頭率的影響為二次函數(shù)關(guān)系,當(dāng)針輥轉(zhuǎn)速在1680 mv時(shí),空頭率為0.278%;風(fēng)室負(fù)壓對(duì)卷接機(jī)空頭率的影響為一次函數(shù)關(guān)系,當(dāng)風(fēng)室負(fù)壓為-112×102Pa時(shí),空頭率為0.188%。經(jīng)生產(chǎn)跟蹤驗(yàn)證結(jié)果表明,在針輥轉(zhuǎn)速為1650 mv~1700 mv,風(fēng)室負(fù)壓為-108×102Pa~-110×102Pa的條件下,卷接機(jī)空頭率降為0.20%、降幅50%。
謝寧方法;變量搜索試驗(yàn);因子優(yōu)化試驗(yàn);卷接機(jī)空頭率
謝寧方法[1]是以美國(guó)質(zhì)量專(zhuān)家多利安?謝寧(Dorian Shainin)的名字命名,是一套解決產(chǎn)品制造過(guò)程質(zhì)量問(wèn)題的系統(tǒng)方法和工具。謝寧方法有多變量分析、部件搜索、成對(duì)比較、變量搜索試驗(yàn)[2]、全析因等,與傳統(tǒng)的問(wèn)題分析方法比較,更注重由果導(dǎo)因,關(guān)注良品和不良品的數(shù)據(jù)差異,通過(guò)試驗(yàn)分析鎖定關(guān)鍵因子“紅X”,并針對(duì)性采取改進(jìn)措施,該方法應(yīng)用對(duì)生產(chǎn)影響小,較適用于制造過(guò)程的問(wèn)題分析與改進(jìn),試驗(yàn)過(guò)程采用95%的置信度,準(zhǔn)確率高。
“卷煙空頭”在卷煙國(guó)標(biāo)中屬于A類(lèi)質(zhì)量缺陷,是消費(fèi)者較為厭惡的一種外觀質(zhì)量缺陷,在本企業(yè)某一類(lèi)卷煙的生產(chǎn)過(guò)程中,卷接機(jī)的空頭率為0.45%總體偏高,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制和過(guò)程損耗造成影響。針對(duì)卷接機(jī)空頭率偏高問(wèn)題,行業(yè)內(nèi)開(kāi)展有一些相關(guān)研究。楊道劍等[3]用雙樣本T檢驗(yàn)、單因子方差分析法,對(duì)回絲量、來(lái)料水分等因素逐個(gè)開(kāi)展影響空頭率的顯著性分析研究;肖勇才[4]通過(guò)改變單一變量保持其他因素不變的實(shí)驗(yàn)方式,開(kāi)展卷煙機(jī)設(shè)備參數(shù)對(duì)空頭的影響研究;逯江等[5]采用單因素分析法查找影響空頭率的因素研究;魏瑞廣等[6]采用最小二乘法對(duì)卷接機(jī)參數(shù)與空頭率的影響關(guān)系進(jìn)行研究,上述研究結(jié)果顯示,回絲量對(duì)卷接機(jī)空頭率的影響較大。秦鵬等[7]、姜光生[8]、張國(guó)平[9]、劉亞超[10]分別從卷接機(jī)平準(zhǔn)器、煙絲輸送、緊頭位置及劈刀盤(pán)槽形等方向,對(duì)降低空頭率開(kāi)展了相關(guān)的研究。
綜上所述,目前在降低卷接機(jī)空頭率的研究方面,普遍采用傳統(tǒng)的問(wèn)題分析或設(shè)備部件改進(jìn)等方法,而采用謝寧方法開(kāi)展相關(guān)分析和改進(jìn)的研究鮮有報(bào)道,且上述文獻(xiàn)對(duì)如何識(shí)別、確認(rèn)影響卷接機(jī)空頭率的關(guān)鍵因子,并通過(guò)量化其影響程度及主效應(yīng)和交互效應(yīng)的關(guān)系,選擇適宜的優(yōu)化改進(jìn)方法方面未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。本文擬通過(guò)運(yùn)用謝寧方法的變量搜索試驗(yàn),找出并確認(rèn)影響卷接機(jī)空頭率的關(guān)鍵因子,量化其影響程度及主效應(yīng)、交互效應(yīng)的關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上選擇適宜的因子優(yōu)化試驗(yàn)方法,開(kāi)展降低卷接機(jī)空頭率的分析研究及改進(jìn)。
材料:使用合格在用的輔料及成品煙絲(1000 kg)。
設(shè)備:ZJ17型卷接機(jī)1臺(tái)(中國(guó)常德);
電子天平:ML203型,感量0.001 g(瑞士梅特勒?托利多公司);
綜合測(cè)試臺(tái):型號(hào)SODIMAX(法國(guó)SODIM公司)。
1.2.1空頭測(cè)定
按GB/T 22838.9-2009《卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定》第9部分執(zhí)行。
1.2.2物理指標(biāo)測(cè)定
按GB/T 22838.4-2009《卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定》第4部分及第5部分執(zhí)行。
1.2.3卷接機(jī)空頭檢測(cè)裝置可靠性驗(yàn)證
正常生產(chǎn)條件下,每間隔15分鐘,收集1次連續(xù)生產(chǎn)3分鐘內(nèi)卷接機(jī)檢測(cè)的空頭情況,記錄設(shè)備顯示的空頭率數(shù)據(jù),由質(zhì)量檢驗(yàn)員對(duì)應(yīng)收集設(shè)備檢測(cè)剔除的空頭煙實(shí)物,按1.2.1要求進(jìn)行手工檢驗(yàn)測(cè)定并記錄檢驗(yàn)結(jié)果,按此規(guī)則重復(fù)8次。通過(guò)配對(duì)等價(jià)檢驗(yàn),驗(yàn)證卷接機(jī)空頭檢測(cè)裝置的可靠性。
1.2.4變量搜索試驗(yàn)
(1)試驗(yàn)因子篩選:由本企業(yè)10位專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員組成分析評(píng)價(jià)小組,對(duì)卷制過(guò)程的輸入、輸出進(jìn)行分析,識(shí)別影響卷接機(jī)空頭率的懷疑因子,通過(guò)CE矩陣法,結(jié)合因子是否可計(jì)量、試驗(yàn)改變的難易程度,篩選得出試驗(yàn)因子并進(jìn)行重要性排序。
(2)球場(chǎng)試驗(yàn):根據(jù)篩選得出試驗(yàn)因子,在正常生產(chǎn)工況條件下(同一班次、設(shè)備、車(chē)速、人員,其他非試驗(yàn)因子符合要求),使用同一批次輔料和煙絲,在設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行30分鐘后進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)先將所有試驗(yàn)因子取高水平進(jìn)行1組試驗(yàn),再將所有試驗(yàn)因子取低水平進(jìn)行1組試驗(yàn),共重復(fù)3次。每次試驗(yàn)因子水平調(diào)整后,設(shè)備先穩(wěn)定運(yùn)行5分鐘,數(shù)據(jù)清零后再收集連續(xù)5分鐘內(nèi)的空頭率數(shù)據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入變量搜索S-DOE軟件進(jìn)行分析,若試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)滿足條件A和條件B,則可確定影響的關(guān)鍵因子在篩選得出的試驗(yàn)因子范圍中,同時(shí)說(shuō)明試驗(yàn)因子的高低水平設(shè)置正確,并取得界定因子高低水平的置信區(qū)間。
條件A:所有試驗(yàn)因子的高水平結(jié)果應(yīng)好于低水平結(jié)果。
條件B:判定系數(shù)應(yīng)≥1.25
式中:
Md——所有試驗(yàn)因子取高水平時(shí),響應(yīng)變量的中位數(shù);
Md——所有試驗(yàn)因子取高水平時(shí),響應(yīng)變量的中位數(shù);
1.25——判定系數(shù)1.25表示當(dāng)兩組樣本為3對(duì)3時(shí),在95%的置信度時(shí)兩組均值有顯著差異時(shí)的閥值。
(3)因子篩選及一起交換驗(yàn)證:試驗(yàn)條件與球場(chǎng)試驗(yàn)相同,試驗(yàn)時(shí)根據(jù)因子的重要度遞減排序進(jìn)行,選取第1個(gè)試驗(yàn)因子取低水平,其余因子保持高水平進(jìn)行1組試驗(yàn),再將其設(shè)置為高水平,其余因子保持低水平進(jìn)行1組試驗(yàn),對(duì)每個(gè)試驗(yàn)因子按此規(guī)則進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)選取的試驗(yàn)因子取高水平,其他因子取低水平時(shí),若卷接機(jī)空頭率指標(biāo)落入高水平區(qū)間,或選取的試驗(yàn)因子取低水平,其他因子取高水平時(shí),卷接機(jī)空頭率指標(biāo)落入低水平區(qū)間,則判定該因子是關(guān)鍵因子,圖形表現(xiàn)為完全翻轉(zhuǎn)趨勢(shì)。若翻轉(zhuǎn)時(shí)未完全落在對(duì)應(yīng)的區(qū)間,此時(shí)顯示該因子為部分翻轉(zhuǎn)趨勢(shì),則需進(jìn)一步做交換試驗(yàn)進(jìn)行判斷。
(4)因子分析:將關(guān)鍵因子進(jìn)行兩兩交互作用分析,量化主效應(yīng)和交互效應(yīng)的大小,若主效應(yīng)及交互效應(yīng)的絕對(duì)值越大,則該關(guān)鍵因子的影響越重要,效應(yīng)的正負(fù)用來(lái)判斷因子高低水平的方向。
1.2.5因子優(yōu)化試驗(yàn)
根據(jù)變量搜索試驗(yàn)得出的關(guān)鍵因子,及其交互作用的效應(yīng),選擇適宜的試驗(yàn)方法。若主效應(yīng)顯著,則采用單因子試驗(yàn),若交互作用顯著,則綜合因子的主效應(yīng)及交互效應(yīng),可采用EVOP、PLEX等方法進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。
1.2.6生產(chǎn)跟蹤驗(yàn)證
根據(jù)因子優(yōu)化試驗(yàn)得出結(jié)果,結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備及參數(shù)調(diào)控的實(shí)際情況,優(yōu)化關(guān)鍵因子的參數(shù)設(shè)置水平,并進(jìn)行連續(xù)10個(gè)批次的生產(chǎn)跟蹤,驗(yàn)證卷接機(jī)空頭率及主要物理指標(biāo)情況。
1.2.7數(shù)據(jù)處理
采用變量搜索S-DOE軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,確定關(guān)鍵因子,量化其主效應(yīng)和交互效應(yīng);采用Minitab軟件,對(duì)卷接機(jī)空頭檢測(cè)裝置的可靠性進(jìn)行配對(duì)等價(jià)檢驗(yàn)分析及因子優(yōu)化試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。
變量搜索試驗(yàn)前,對(duì)卷接機(jī)空頭檢測(cè)裝置進(jìn)行可靠性驗(yàn)證。將表1數(shù)據(jù)錄入Minitab軟件進(jìn)行配對(duì)等價(jià)檢驗(yàn)。從表2輸出檢驗(yàn)結(jié)果看,在95%的置信度下,值<0.05,說(shuō)明等價(jià)區(qū)間在(0~0.0003)時(shí),設(shè)備檢測(cè)與手工檢驗(yàn)的卷接機(jī)空頭率是等價(jià)的,卷接機(jī)空頭檢測(cè)裝置的可靠性在可接受范圍。
表1 卷接機(jī)空頭檢測(cè)裝置可靠性驗(yàn)證數(shù)據(jù)
表2 Minitab軟件分析輸出的配對(duì)等價(jià)檢驗(yàn)結(jié)果
兩個(gè)P值中更大的值為0.047,可以認(rèn)為是等價(jià)。
2.2.1試驗(yàn)因子篩選結(jié)果
經(jīng)對(duì)過(guò)程輸入、輸出的15個(gè)懷疑因子(見(jiàn)表3)進(jìn)行識(shí)別、分析和綜合評(píng)價(jià),得出試驗(yàn)因子的篩選結(jié)果。共篩選得出針輥轉(zhuǎn)速、風(fēng)室負(fù)壓、剔梗量、緊頭位置偏移量、劈刀盤(pán)間隙、鏟刀和吸絲帶間隙、煙舌出口位置等7個(gè)試驗(yàn)因子,對(duì)篩選得出的7個(gè)試驗(yàn)因子進(jìn)行重要性遞減排序,同時(shí)結(jié)合各試驗(yàn)因子目前控制水平,明確球場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)的高、低水平設(shè)置,結(jié)果見(jiàn)表4。
表3 試驗(yàn)因子篩選結(jié)果
注:●有重大影響/容易改變;◎有重大影響/相對(duì)容易改變;○影響很小/很難改變
表4 試驗(yàn)因子排序及水平設(shè)置
2.2.2 球場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析
將表4試驗(yàn)條件輸入變量搜索S-DOE軟件,進(jìn)行對(duì)球場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,由表5分析結(jié)果可知,試驗(yàn)因子在水平全高時(shí)的空頭率低于因子水平全低時(shí)的狀態(tài),滿足判定條件A;判定系數(shù)為5.35>1.25,滿足條件B,說(shuō)明影響空頭率的關(guān)鍵因子在篩選得出的試驗(yàn)因子范圍中,且因子高低水平選擇正確。因子水平全高時(shí)的置信區(qū)間為-0.061~0.645;因子水平全低時(shí)的置信區(qū)間為1.173~1.879。
表5 球場(chǎng)試驗(yàn)分析結(jié)果
2.2.3因子篩選及一起交換驗(yàn)證結(jié)果分析
根據(jù)表5得出的因子水平全高、全低時(shí)的置信區(qū)間,進(jìn)行因子篩選及一起交換驗(yàn)證,從表6和圖1可知,“鏟刀與吸絲帶間隙、緊頭位置偏移量、剔梗量”等3個(gè)因子未出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)趨勢(shì);其他4個(gè)因子中,“針輥轉(zhuǎn)速”和“風(fēng)室負(fù)壓”的翻轉(zhuǎn)趨勢(shì)相對(duì)明顯,從一起交換驗(yàn)證的結(jié)果可知(見(jiàn)表6),當(dāng)“針輥轉(zhuǎn)速”“風(fēng)室負(fù)壓”取高水平時(shí)(High),試驗(yàn)指標(biāo)落入低水平區(qū)間(Low),說(shuō)明空頭率有明顯降低。但因子間的交互效應(yīng)需進(jìn)一步做因子分析確定。
表6 因子篩選及一起交換驗(yàn)證表
圖1 因子篩選及一起交換驗(yàn)證分析圖
2.2.4 因子分析結(jié)果
從表7分析結(jié)果可知,“風(fēng)室負(fù)壓、針輥轉(zhuǎn)速、煙舌出口位置、劈刀盤(pán)之間的間隙”等4個(gè)關(guān)鍵因子間的交互效應(yīng)絕對(duì)值小于因子的主效應(yīng)絕對(duì)值,則關(guān)鍵因子的最終確認(rèn)主要看因子的主效應(yīng)值。根據(jù)表7結(jié)果,“針輥轉(zhuǎn)速”與各因子兩兩對(duì)比時(shí)的主效應(yīng)值最大,“風(fēng)室負(fù)壓”次之,“煙舌出口位置和劈刀盤(pán)之間的間隙”主效應(yīng)值相對(duì)較小,因此“針輥轉(zhuǎn)速”“風(fēng)室負(fù)壓”是影響卷接機(jī)空頭率的關(guān)鍵因子。
表7 因子分析表
從變量搜索試驗(yàn)結(jié)果可知,關(guān)鍵因子“針輥轉(zhuǎn)速”及“風(fēng)室負(fù)壓”的主效應(yīng)大于交互效應(yīng),所以采用單因子試驗(yàn)進(jìn)行因子優(yōu)化,表8為因子優(yōu)化試驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)Minitab軟件進(jìn)行分析。
表8 因子優(yōu)化試驗(yàn)數(shù)據(jù)
2.3.1針輥轉(zhuǎn)速優(yōu)化結(jié)果分析
從分析結(jié)果可知(見(jiàn)圖2),“針輥轉(zhuǎn)速”對(duì)空頭率的影響為二次函數(shù)關(guān)系,方差分析的值為0.041<0.05,且R-sq與R-sq(調(diào)整)較為接近,說(shuō)明模型擬合效果顯著?;貧w方程為:卷煙空頭率=0.7038-0.000504針輥轉(zhuǎn)速+0.000000針輥轉(zhuǎn)速^2。進(jìn)一步通過(guò)響應(yīng)優(yōu)化進(jìn)行預(yù)測(cè)(見(jiàn)圖3),得出當(dāng)針輥轉(zhuǎn)速為1680 mv時(shí),空頭率為0.278%。
圖2 針輥轉(zhuǎn)速優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果
圖3 針輥轉(zhuǎn)速優(yōu)化預(yù)測(cè)結(jié)果
2.3.2風(fēng)室負(fù)壓優(yōu)化結(jié)果分析
從圖4及分析結(jié)果可知,“風(fēng)室負(fù)壓”對(duì)空頭率的影響為一次函數(shù)關(guān)系,方差分析的值為0.008<0.05,且R-sq與R-sq(調(diào)整)較為接近,說(shuō)明模型擬合效果顯著?;貧w方程為:卷煙空頭率=0.8204-0.005643風(fēng)室負(fù)壓。進(jìn)一步通過(guò)響應(yīng)優(yōu)化進(jìn)行預(yù)測(cè)(見(jiàn)圖5),得出當(dāng)“風(fēng)室負(fù)壓”為-112×102Pa時(shí),空頭率為0.188%。
圖5 風(fēng)室負(fù)壓優(yōu)化預(yù)測(cè)結(jié)果
為便于生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備參數(shù)調(diào)控,結(jié)合因子優(yōu)化試驗(yàn)得出的最優(yōu)預(yù)測(cè)值,將“針輥轉(zhuǎn)速”設(shè)置在1600 mv~1750 mv、“風(fēng)室負(fù)壓設(shè)置”在-108×102Pa~-110×102Pa條件下,進(jìn)行連續(xù)10個(gè)批次的生產(chǎn)跟蹤驗(yàn)證。從表9結(jié)果可知,卷接機(jī)空頭率均值為0.21%,卷煙重量標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.019 g,吸阻標(biāo)準(zhǔn)偏差為38 Pa,說(shuō)明因子參數(shù)優(yōu)化后,卷接機(jī)空頭率明顯降低,且未對(duì)卷煙主要物理指標(biāo)的穩(wěn)定控制造成影響。
表9 生產(chǎn)跟蹤驗(yàn)證情況
(1)變量搜索試驗(yàn)結(jié)果表明,“針輥轉(zhuǎn)速”和“風(fēng)室負(fù)壓”是影響卷接機(jī)空頭率的關(guān)鍵因子,其中“針輥轉(zhuǎn)速”的主效應(yīng)最大,“風(fēng)室負(fù)壓”次之。因子分析結(jié)果顯示,因子間的主效應(yīng)大于交互效應(yīng),采用單因子優(yōu)化試驗(yàn)較為適宜。
(2)因子優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明,“針輥轉(zhuǎn)速”對(duì)卷接機(jī)空頭率的影響為二次函數(shù)關(guān)系,“風(fēng)室負(fù)壓”對(duì)卷接機(jī)空頭率的影響為一次函數(shù)關(guān)系,當(dāng)“針輥轉(zhuǎn)速”為1680 mv、“風(fēng)室負(fù)壓”為-112×102Pa時(shí),卷接機(jī)空頭率的預(yù)測(cè)值分別為0.278%和0.188%。生產(chǎn)跟蹤驗(yàn)證結(jié)果顯示,在“針輥轉(zhuǎn)速”為1650 mv~1700 mv、“風(fēng)室負(fù)壓”為-108×102Pa~-110×102Pa時(shí),較適合生產(chǎn)控制應(yīng)用,卷接機(jī)空頭率為0.21%、降幅為50%。
(3)上述研究是以謝寧方法的變量搜索試驗(yàn)為理論支撐得出的結(jié)果,但不同卷煙產(chǎn)品及設(shè)備之間存在一定差異,有待進(jìn)一步研究探討。
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Analysis and Improvement of Reducing the Cigarette Machine Loose-End Rate Based on Shainin Method
By using the variable search test of Shainin method, this paper analyzes, verifies and determines the key factors affecting the short position rate of the coiler, quantifies its influence degree and the relationship between the main effect and the interaction effect, and on this basis, carries out the optimization test and production tracking verification on the key factors to reduce the cigarette machine loose-end rate. The results of variable search test show that the main effect of needle roller speed and negative pressure in air chamber of coiler is greater than exchange effect, and the main effect is greater than other factors, which is the key factor affecting the cigarette machine loose-end rate. The results of factor optimization test show that the influence of needle roller speed on the cigarette machine loose-end rate is a quadratic function relationship. When the needle roller speed is 1680 mv, the cigarette machine loose-end rate is 0.278%; the effect of negative pressure in the air chamber on the cigarette machine loose-end rate is linear function relationship, when the negative pressure in the air chamber is -112×102Pa, the cigarette machine loose-end rate is 0.188%. The production tracking verification results show that when the speed of needle roller is 1650 mv ~ 1700 mv, the negative pressure of air chamber is -108×102Pa~-110×102Pa, the cigarette machine loose-end rate is reduced to 0.20%, and the decrease range is 50%.
Shainin method; variable search test; factor optimization test; cigarette machine loose-end rate
TS4
A
1008-1151(2022)03-0005-05
2021-11-28
廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司2022年科技項(xiàng)目“基于不同卷接機(jī)型卷制質(zhì)量與煙絲結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究”。
陳智鳴(1975-),男,廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南寧卷煙廠工程師,研究方向?yàn)闊煵莨こ?、卷煙工藝?/p>
朱潤(rùn)銘,男,廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南寧卷煙廠工程師,研究方向?yàn)闊煓C(jī)技術(shù)和設(shè)備管理。