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案例頻道文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2023）06-066-06中圖分類號：TP29
★ 范瑞兆，陶智麟，張占濤，陶鐵托，黃啟錄，毛永煒（中國煙草總公司鄭州煙草研究院，河南鄭州450001）
★ 魏斌（鄭州益盛煙草工程設計咨詢有限公司，河南鄭州450001）
關鍵詞：加工工藝；過程質量；過程能力；原料消耗
近年來，中國煙草總公司開展了“優秀卷煙工廠創建”和“對標創優”活動，建立了系統的經濟指標評價體系[1]，有力地推進了卷煙廠的職能建設。行業卷煙廠通過實施技術改造及資源的優化整合，在加工技術、生產裝備、公輔配套保障及物流信息技術等方面得到了顯著提升，企業的生產制造能力也在不斷提升。調查發現，學者對卷煙廠制造能力的研究，主要集中在生產的某一環節，如張文文等[2]和黃麒等[3]針對松散回潮環節的過程能力評價進行了研究與分析；劉澤春等[4]通過分析卷煙加料過程能力，實現了加料過程穩態判斷及加料
均勻性分析；或對某一卷煙廠進行研究，如文杰等[5]分析評價了一家卷煙廠制絲關鍵環節的過程能力；或是針對卷煙加工工藝現狀進行分析，如張大波等[6]分析研究了國內細支煙加工工藝現狀，并與常規煙支進行了對比等，但對多家煙廠的生產制造能力進行綜合測試與評價分析還未見報道。本文立足卷煙工廠“生產制造”的核心職能定位，選取國內6家近年來經過技術改造的卷煙廠為測試對象，每家煙廠選取一個代表牌號進行生產制造能力綜合測試，旨在系統了解改造后卷煙廠的生產制造能力現狀，為卷煙廠在生產設計、加工工藝、質量控制、設備管理、降本增效等方面提供參考。
1 材料與方法
1.1 測試對象
選取6家卷煙廠（分布在四川、浙江、甘肅、山西、河南、江蘇5省）具有代表性的A、B、C、D、E、F牌號卷煙生產線，測試對象基本情況見表1。
表1 測試對象基本情況
1.2 測試方法
溫度、含水率等在線檢測數據優先取用在線檢測數據，從數據采集系統自動采集。煙絲結構、填充值、整絲率變化率、葉絲寬度、卷煙物理質量和煙氣質量等離線數據按照《卷煙工藝規范》（2016版）、GB/T22838《卷煙和濾棒物理性能的測定》、《卷煙》等相關規范[7-15]的要求進行測試。
為保證測試數據能夠表征測試生產線的真實水平，需要去除料頭料尾數據對測試的影響，并統一不同廠家數據處理規則（表2），對相關測試數據進行標準化處理。
表2 數據處理規則
2 結果與分析
2.1 制絲工藝流程
A、B、C、D、E、F6個牌號卷煙加工工藝流程均采用單線全配方加工模式，工藝流程并無較大區別，主要區別在于加料方式與烘絲方式（表3）。
表3 測試對象加工方式
2.2 制絲過程質量測試結果
參與測試的6個牌號制絲過程主要質量指標測試結果如表4、表5所示。
表4 制絲過程主要質量指標測試結果
表5 制絲過程主要質量指標測試結果
根據《卷煙工藝規范》要求[7]，葉絲含水率及煙絲標準偏差≤0.17，從表5可以看出，在葉絲干燥工序除D牌號外，其余牌號基本滿足規定。D牌號標準偏差為2.23，與其他牌號相差較大。為分析D牌號數據異常原因，繪制其含水率時間序列圖（圖1），可以發現，測試過程中有一段時間出口含水率遠低于平均值。為查找原因，繪制其同時間流量時間序列圖（圖2），可以看出，葉絲干燥階段出口含水率標偏數據異常的原因，主要為測試過程中經歷了斷流斷料。去除斷流部分，重新計算出口含水率標準偏差為0.11，處于正常范圍內。
圖1 D牌號葉絲干燥工序含水率時間序列圖
圖2 D牌號葉絲干燥工序流量時間序列圖
在煙絲含水率中，同樣是D牌號不滿足《卷煙工藝規范》要求。繪制其煙絲含水率時間序列圖（圖3），發現其同樣有含水率急劇下降的情況，繪制其加香煙絲流量時間序列圖（圖4），發現同樣是斷料的原因造成煙絲含水率標準偏差異常。去除斷料部分，重新計算煙絲含水率標準偏差，為0.05，符合卷煙工藝規范要求。
圖3 D牌號煙絲含水率時間序列圖
圖4 D牌號煙絲加香流量時間序列圖
在加料工序中加料比例變異系數，除F牌號外，均滿足《卷煙工藝規范》規定的數值（≤1.0%）。繪制F牌號加料比例時間序列圖（圖5），發現其加料比例有數次較大波動，因此導致其變異系數較大，不符合《卷煙工藝規范》要求。
圖5 F牌號加料比例時間序列圖
參與測評煙廠環節的葉絲整絲率、碎絲率、填充值除E牌號填充值外，均滿足《卷煙工藝規范》要求（填充值≥4.0cm3/g；整絲率≥80.0%；碎絲率≤2.0%），且碎絲率相較于行業平均水平低0.18%。而煙絲的質量參數中，A、E牌號的填充值不滿足《卷煙工藝規范》的要求（≥4.2cm3/g）。
采用氣流干燥的F牌號，除碎絲率稍高于采用滾筒干燥的牌號外，其他指標無明顯差別。
2.3 制絲過程能力測試結果
制絲過程能力主要從流量穩定性、關鍵參數變異系數進行測試。牌號D測試期間發生斷流斷料，因此數據偏離正常值。為統一分析比較生產線實際生產能力，以下計算D牌號數據時，除去斷流時間段的數據。各測評牌號流量穩定性測試結果如表6所示。
表6 流量穩定性測試結果
通過觀察上表，對比《卷煙工藝規范》中相關標準要求，大部分牌號流量控制能力符合要求，但C牌號在煙絲加香環節、F牌號在松散回潮和煙絲加香環節，與其他牌號相比控制能力相差較大，分別繪制他們的流量時間序列圖（圖6、圖7、圖8）。
圖6 C牌號煙絲加香工序流量時間序列圖
圖7 F牌號松散回潮流量時間序列圖
圖8 F牌號煙絲加香流量時間序列圖
從圖6可以看出，C牌號煙絲加香工序整體控制能力較差，波動大；從圖7可以看出，F牌號松散回潮工序流量出現過急劇波動，導致其變異系數較大；從圖8可以看出，即使是已經經過截取過后的數據，F牌號煙絲加香工序料尾流量仍出現較大波動，顯示其料尾控制能力較差。
參與測評牌號關鍵工藝參數測試結果見表7。
表7 關鍵工藝參數測試結果
觀察上表，發現參與測評各牌號關鍵工藝參數控制良好，僅有F牌號松散回潮回風溫度標準偏差大于2，繪制其松散回潮回風溫度時間序列圖（圖9）。
圖9 F牌號松散回潮出口溫度時間序列圖
觀察上圖可以發現，數據經過截取后料頭仍有較長時間為不穩定狀態，是造成其標準偏差較大的原因。
2.4 產品質量測試結果
卷煙物理質量測試結果如表8所示。
表8 卷煙物理質量測試結果
從上表可以看出，大部分牌號卷煙物理測試結果良好，E牌號卷煙物理質量控制能力略差，吸阻、硬度均略微超過標準要求。煙支硬度部分，采集到測試數據的廠家均未滿足《卷煙工藝規范要求》。
表9為卷煙產品煙氣質量指標測試結果。
表9 卷煙產品煙氣質量指標測試結果
由上圖可以看出，6個牌號焦油含量盒標值與測試值均相差較少，均在0.7mg以下，遠小于《卷煙》中所規定的允差要求（盒標焦油量在5mg～10mg時，|盒標值-測試值|≤2.0mg；盒標焦油量≥11mg時，|盒標值-測試值|≤2.5mg）。煙堿方面，6個牌號煙堿含量盒標值與測試值均相差0.1mg左右，低于0.3mg的國標要求（盒標煙堿在0.5mg～1.0mg時，|盒標值-測試值|≤0.20mg；盒標一氧化碳≥1.1mg時，|盒標值-測試值|≤0.03mg）。一氧化碳方面，通過觀察上表可以發現盒標值與測試值的差值同樣遠低于國標要求（盒標一氧化碳在5mg～10mg時，|盒標值-測試值|≤2.0mg；盒標一氧化碳≥11mg時，|盒標值-測試值|≤3.5mg）。
2.5 生產消耗測試結果
原料消耗測試結果如表10所示。
表10 原料消耗測試結果
根據《卷煙工藝規范》中關于原料損耗與消耗指標的要求，萬支卷煙原料標準消耗為≤6.9Kg；觀察上表可知，除B、C牌號外，其他牌號均未滿足要求。鑒于參與測試廠家大部分剛剛經過制絲線升級改造或易地技術改造，生產線仍處于技術調試階段，因此可能出現消耗過大的現象。
煙用材料損耗測試結果見表11。
表11 煙用材料損耗測試結果
觀察上表并對照《卷煙工藝規范》中相關指標要求，可以看出大部分牌號均符合相關工藝要求，但F牌號卷煙紙、濾棒、小盒三項指標均不符合相關規范要求。生產F牌號的卷煙廠剛剛經過易地技術改造，可能仍在經歷技術調整，需關注輔材損耗問題。
參與測評牌號生產線有效作業率見表12。
表12 生產線有效作業率
根據《卷煙工藝規范》中關于生產效率指標的要求，主要設備有效作業率≥95.0%，生產線綜合有效作業率≥85.0%，對照發現，參與測評牌號大部分未達到要求。調查其主要原因，主要是生產安排不飽滿，實際運行天數未達到設計運行天數，并且日作業時間達不到16小時；另一方面原因為設備預熱時間、批間時間、換批時間較長。各工廠需通過進一步優化排產計劃，盡量安排集中連續生產，加強設備保養與維護，努力縮短預熱時間及換批時間，提高設備與工藝參數控制水平，進一步提升有效作業率，進而降低企業運營成本與能源消耗。
3 結論與討論
（1）各卷煙廠在經過制絲線升級改造或易地技術改造后，生產制造能力均獲得了較大提升，過程控制能力強，能滿足《卷煙工藝規范》相關要求，能滿足卷煙廠高質量生產要求。
（2）多數卷煙廠制絲生產線測試期間生產能力總體表現較好，但部分煙廠物料流量控制能力仍需提高。物料穩定性關系到生產過程中各關鍵參數的穩定性，減少斷料、料頭料尾時間等因素，可有效保障生產過程中各參數穩定性。
（3）各卷煙廠生產過程中原料消耗較大，主要原因是剛剛經過技術改造，生產線仍處于技術調試過程中。建議高度重視原料消耗問題，降低消耗，提高效能。
（4）各卷煙廠生產線有效作業率均未達到相關規范要求，應合理安排生產時間，優化排產，提升有效作業率，降低企業運營成本與能源消耗。
作者簡介：
范瑞兆（1994-），男，河南漯河人，工程師，碩士，現就職于中國煙草總公司鄭州煙草研究院，研究方向為煙草工藝及智能制造。
陶智麟（1975-），男，河南許昌人，高級工程師，學士，現就職于中國煙草總公司鄭州煙草研究院，研究方向為煙草工藝及智能制造。
張占濤（1981-），男，河南開封人，高級工程師，碩士，現就職于中國煙草總公司鄭州煙草研究院，研究方向為煙草工藝及智能制造。
陶鐵托（1982-），男，重慶人，高級工程師，碩士，現就職于中國煙草總公司鄭州煙草研究院，研究方向為煙草工藝及智能制造。
黃啟錄（1985-），男，山東菏澤人，高級工程師，碩士，現就職于中國煙草總公司鄭州煙草研究院，研究方向為煙草工藝及智能制造。
毛永煒（1987-），男，甘肅武威人，工程師，碩士，現就職于中國煙草總公司鄭州煙草研究院，主要研究方向為煙草工藝及智能制造。
魏 斌（1984-），男，河南三門峽人，高級工程師，學士，現就職于鄭州益盛煙草工程設計咨詢有限公司，主要研究方向為煙草工藝及智能制造。
參考文獻：
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摘自《自動化博覽》2023年6月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號