基于加權(quán)TOPSIS的制絲綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

劉穗君，劉穎，劉磊，李超，王海宇

制造技術(shù)

基于加權(quán)TOPSIS的制絲綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

劉穗君1，劉穎1，劉磊1，李超2，王海宇3*

1河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南陽卷煙廠，河南省南陽市新華東路4號(hào) 473007；2河南中心線電子科技有限公司，河南省鄭州市東里路41號(hào) 450004；3鄭州大學(xué)商學(xué)院，河南省鄭州市科學(xué)大道100號(hào) 450001

針對(duì)當(dāng)前制絲質(zhì)量評(píng)價(jià)方法存在的重結(jié)果輕過程、結(jié)論不直觀、缺乏可比性等不足，提出了基于加權(quán)TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）的卷煙制絲過程質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。按照工段、工序、工藝參數(shù)的層次結(jié)構(gòu)建立制絲過程質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用層次分析法進(jìn)行權(quán)重分配，基于加權(quán)TOPSIS法形成對(duì)工序、工段及整體制絲過程的批次質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。以D牌號(hào)一個(gè)月的制絲生產(chǎn)過程為例，驗(yàn)證該方法綜合評(píng)價(jià)能力，結(jié)果表明：該方法適用于制絲過程質(zhì)量與歷史水平的縱向比對(duì)，能夠快速發(fā)現(xiàn)批次弱項(xiàng)指標(biāo)，有利于促進(jìn)制絲質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)。

制絲；加權(quán)TOPSIS；質(zhì)量評(píng)價(jià)；層次分析法

制絲是卷煙生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，存在加工工序多、工藝流程長、影響因素繁雜等特點(diǎn)，對(duì)卷煙綜合質(zhì)量以及降本增效、均質(zhì)化加工等工作存在重要影響。提高制絲過程的工藝質(zhì)量水平是行業(yè)內(nèi)長期關(guān)注的焦點(diǎn)，因此制絲過程質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法也成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1]。合適的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法對(duì)于制絲生產(chǎn)過程控制具有實(shí)踐意義，有助于提高制絲工藝穩(wěn)定性[2]。傳統(tǒng)的制絲質(zhì)量評(píng)價(jià)方法包括合格評(píng)定法、統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)定法、西格瑪水平法等。如祁林等[3]以煙草樣本中糖堿比與鉀含量的乘積作為特性值，基于特性值的正態(tài)分布檢驗(yàn)和煙草混合均勻度計(jì)算，探究制絲各工序煙草質(zhì)量穩(wěn)定性及其變化規(guī)律。范勝興等[4]運(yùn)用統(tǒng)計(jì)技術(shù)將各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)細(xì)分為多個(gè)檔次，確定各檔次的界限和分值，根據(jù)過程得分情況進(jìn)行質(zhì)量排序；《卷煙制造過程能力測(cè)評(píng)導(dǎo)則》[5]中將每個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量特性的質(zhì)量水平換算成百萬機(jī)會(huì)缺陷數(shù)（DPMO, Defects per million opportunities），用幾何平均的方法計(jì)算過程總體的西格瑪水平。在這些方法的基礎(chǔ)上，張新鋒[6]采用網(wǎng)絡(luò)分析法確定制絲關(guān)鍵工序?qū)χ平z質(zhì)量的影響權(quán)重，進(jìn)而通過加權(quán)超矩陣的計(jì)算排序結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)；羅志雪等[7]運(yùn)用QI指數(shù)來構(gòu)建制絲全加工過程的批次質(zhì)量評(píng)價(jià)模型；陳得麗等[8]基于模糊算法建立質(zhì)量指數(shù)表征函數(shù)，通過加權(quán)的方法計(jì)算批次綜合得分進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。這些方法分別從不同的側(cè)重點(diǎn)提出了制絲質(zhì)量評(píng)價(jià)的算法模型，但對(duì)卷煙廠的日常工藝質(zhì)量管控和決策而言，仍然存在制絲全流程評(píng)價(jià)指標(biāo)不全面或不合理、評(píng)價(jià)結(jié)果不足以支持實(shí)時(shí)調(diào)控、生產(chǎn)過程的批間可比性相對(duì)較弱等不足。為此，本文將加權(quán)TOPSIS方法與層次分析法（AHP, Analytic Hierarchy Process）相結(jié)合，提出一種制絲過程綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，以期全面分析制絲加工過程的控制水平，為批間質(zhì)量穩(wěn)定性的提高提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 基于加權(quán)TOPSIS的制絲質(zhì)量評(píng)價(jià)模型

TOPSIS法是一種根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象與理想化目標(biāo)的接近程度來對(duì)多個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行優(yōu)劣排序的多目標(biāo)決策方法[9]，本文應(yīng)用TOPSIS法，先通過選取適宜的評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)量衡量每個(gè)制絲關(guān)鍵質(zhì)量特性，再根據(jù)各工序包含的關(guān)鍵質(zhì)量特性的評(píng)價(jià)結(jié)果來評(píng)價(jià)各工序，進(jìn)而綜合評(píng)價(jià)整體批次質(zhì)量的步驟建立質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型。

1.1 過程穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)的區(qū)分

首先，計(jì)算自協(xié)方差函數(shù)：

其次，計(jì)算自相關(guān)函數(shù)：

而自相關(guān)過程的方差就可以表示為[11]：

穩(wěn)態(tài)的范圍就可通過三倍標(biāo)準(zhǔn)差的方法得到：

由此，通過區(qū)分各工序的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，并通過比例系數(shù)計(jì)算工序內(nèi)每個(gè)質(zhì)量特性的整體質(zhì)量評(píng)價(jià)值，就可以將非穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)共同納入質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。在得到工序內(nèi)各個(gè)質(zhì)量特性的整體評(píng)價(jià)值后，再按照下節(jié)的方法對(duì)工序質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2 正負(fù)理想解的計(jì)算

表1 TOPSIS數(shù)據(jù)形式

Tab.1 TOPSIS data form

1.3 質(zhì)量得分的加權(quán)計(jì)算

分別計(jì)算每個(gè)批次分別與正負(fù)理想解的距離，

由此能夠?qū)ε钨|(zhì)量進(jìn)行更好的動(dòng)態(tài)縱向比較（同一過程不同時(shí)期的數(shù)據(jù)對(duì)比），若得分偏低，應(yīng)分析可能存在的問題，必要時(shí)實(shí)施相應(yīng)的質(zhì)量改進(jìn)活動(dòng)。

2 制絲過程質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用

以D牌號(hào)卷煙為試驗(yàn)對(duì)象，分析其制絲過程的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立和加權(quán)TOPSIS評(píng)價(jià)模型的具體應(yīng)用。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

根據(jù)D牌號(hào)生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際工藝流程，將制絲質(zhì)量分為煙片處理、煙梗預(yù)處理、制貯梗絲以及制、摻、貯絲4個(gè)工段，每個(gè)工段又分別包含2～8個(gè)數(shù)量不等的工序，見圖1。

圖1 制絲質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

而進(jìn)料量主要是用來衡量物料在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的損耗的多少，因此可以采用損耗率(SR, Scrap rate)作為評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)量

表2 制、摻、貯絲工段評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)量表

Tab.2 Evaluation statistic table of silk making, blending and storage section

2.2 權(quán)重的計(jì)算

下面以葉絲超級(jí)回潮（RCC）工序?yàn)槔f明運(yùn)用AHP計(jì)算權(quán)重的方法。在表2中，該工序中有5個(gè)質(zhì)量特性指標(biāo)，首先通過專家打分的方式按照1～9的標(biāo)度給出各質(zhì)量特性指標(biāo)的兩兩比較的重要度判斷矩陣[12]，如表3所示。

表3 葉絲超級(jí)回潮（RCC）工序質(zhì)量特性指標(biāo)比較判斷矩陣

Tab.3 Matrix for comparison of quality characteristic indexes of silk heating and humidifying process

表4 權(quán)重向量及最大特征根

Tab.4 Weight vector and maximum characteristic root

同樣，運(yùn)用類似的方法，可以分別計(jì)算得到各工段、工序的權(quán)重，于是就可由待評(píng)價(jià)批次在各個(gè)工序質(zhì)量得分進(jìn)行加權(quán)，計(jì)算得到批次質(zhì)量綜合得分。

2.3 質(zhì)量評(píng)價(jià)分析

表5 葉絲超級(jí)回潮（RCC）工序質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

Tab.5 Quality evaluation data of silk heating and humidifying process

按照類似方法，同樣以這96個(gè)歷史批次數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)參照，以2021年11月生產(chǎn)的D牌號(hào)10個(gè)批次數(shù)據(jù)（以No.1-10表示）作為評(píng)價(jià)對(duì)象，通過上節(jié)權(quán)重分析方法以及加權(quán)TOPSIS質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型進(jìn)行計(jì)算，得到10個(gè)批次的質(zhì)量綜合得分，見表6。

表6 各批次工序質(zhì)量得分及批次質(zhì)量綜合得分

Tab.6 Process quality score of each batch and overall batch quality score

續(xù)表6

在表6中可以發(fā)現(xiàn)，共有2個(gè)批次的質(zhì)量綜合得分在80分以下，其中No.2批次得分較低的原因主要是個(gè)別重點(diǎn)工序質(zhì)量控制不佳，尤其是權(quán)重最高的葉絲氣流干燥工序僅有73.5分，通過排查發(fā)現(xiàn)主要是由于冷凝水疏水閥故障引發(fā)并導(dǎo)致出口含水率波動(dòng)，維修工已排除故障；而No.6批次得分較低的原因是整體工序質(zhì)量控制水平不高，多個(gè)工序的質(zhì)量得分都低于80，排查發(fā)現(xiàn)主要是由于換牌前松散回潮操作工未及時(shí)調(diào)整控制策略，造成生產(chǎn)初段含水率波動(dòng)，繼而引發(fā)后工序難以穩(wěn)定控制，需要優(yōu)化控制模型并加強(qiáng)管理。由此可見，采用加權(quán)TOPSIS質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型可以對(duì)制絲過程的批次綜合質(zhì)量和各工序質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相符，模型有效。當(dāng)批次綜合質(zhì)量得分偏低時(shí)，可結(jié)合各工序質(zhì)量得分快速發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，并及時(shí)加以改善和消除，不失為一種有效的制絲生產(chǎn)過程質(zhì)量管理方法。

3 結(jié)論

本文首先研究了對(duì)制絲過程穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效區(qū)分并都納入質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的方法，然后采用TOPSIS方法構(gòu)建了制絲批次質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，通過AHP方法確定各工序、工段的質(zhì)量權(quán)重，最終形成了基于TOPSIS和AHP方法的制絲過程批次質(zhì)量系統(tǒng)性綜合評(píng)價(jià)模型。通過實(shí)際應(yīng)用表明，該模型能夠較為直觀地反映當(dāng)前批次質(zhì)量與以往加工質(zhì)量之間的變化狀況，發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量問題或質(zhì)量波動(dòng)的工序或質(zhì)量特性，及時(shí)反饋薄弱環(huán)節(jié)，為操作人員和管理者提供實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)參考和改進(jìn)建議。

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Comprehensive quality assessment of tobacco silk making process based on weighted TOPSIS

LIU Suijun1, LIU Ying1, LIU Lei1, LI Chao2, WANG Haiyu3*

1 Nanyang Cigarette factory, China Tobacco Henan Industrial Co. Ltd., Nanyang 473007, China;2 Henan Center Line Electronic Science and Technology Co. Ltd., Zhengzhou 450004, China;3 Business School, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China

Aiming at the shortcomings of current quality assessment methods of silk making process, such as non intuitive evaluation results and lack of comparability, a quality assessment method of cigarette silk making process based on weighted TOPSIS is proposed. According to the hierarchical structure of section, process and process parameters, the quality evaluation index system of silk making process is established, and the weight is distributed by analytic hierarchy process. Based on the weighted TOPSIS method, the systematic batch quality assessment method of overall silk making process is formed. Taking one month silk production processes of D brand as an example, the comprehensive assessment ability of this method was verified. The results show that the assessment method is suitable for longitudinal comparison and evaluation of the silk making process and its own historical quality level, and it can quickly find the weak indicators of the batch, which is conducive to promoting the improvement of the batch quality and improving the comprehensive quality level of the silk making process.

silk making process; weighted TOPSIS; quality assessment; analytic hierarchy process

Corresponding author. Email：45211474@qq.com

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于PLD的過程質(zhì)量控制經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究”（71672209）；河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目“卷煙生產(chǎn)過程全要素產(chǎn)品質(zhì)量管控及跟蹤技術(shù)”（A202052）

劉穗君（1976—），本科，高級(jí)工程師，主要從事卷煙工藝技術(shù)研究，Tel：0377-63038957，Email：nyliusj@qq.com

王海宇（1979—），Tel：13523076302，Email：45211474@qq.com

2022-03-02；

2023-03-24

劉穗君，劉穎，劉磊，等. 基于加權(quán)TOPSIS的制絲綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)方法[J]. 中國煙草學(xué)報(bào)，2023, 29（5）. LIU Suijun, LIU Ying, LIU Lei, et al. Comprehensive quality assessment of tobacco silk making process based on weighted TOPSIS[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2023, 29(5). doi:10.16472/j.chinatobacco.2022.T0044