一种提高烘丝工序过程能力的方法

摘要

本发明涉及一种提高烘丝工序过程能力的方法，包括：采集烘丝工序的多项工艺参数的原始数据；根据原始数据分别计算出各项工艺参数的过程能力指数；根据预设过程能力评价函数对过程能力指数进行转换，得到过程能力评估值；对过程能力评估值进行加权平均，获得当前批次的批次过程能力评估值；判断批次过程能力评估值是否达到预设阈值，若未达到预设阈值，则检查当前批次中的各项工艺参数的过程能力评估值是否达到预设阈值，并对未达到预设阈值的工艺参数执行优化操作。本发明对烘丝工序中各项工艺参数的特征值分散情况进行计算，获得当前批次的批次过程能力评估值，以确定问题批次，再追溯存在缺陷的工艺参数，从而为技术人员调整和优化提供依据。

说明书

技术领域

本发明涉及卷烟制丝加工叶丝干燥技术，尤其涉及提高烘丝工序过程能力的方法。

背景技术

在卷烟加工制丝环节，烘丝工序是制丝加工过程的核心工序，其处理效果直接影响卷烟产品质量，因此稳定烘丝工艺参数，达到烘丝工艺设计要求，提高烘丝过程能力，对提高卷烟产品质量及稳定性具有重要的意义。

现有对烘丝效果的评价是基于对烘丝机出口的叶丝以抽样检验的方式来确定其符合性，根据抽样检测结果对烘丝工艺参数进行优化。由于现有的工艺参数优化是基于对烘丝工序出口叶丝抽样检测的结果，而其结果是烘丝工序多项工艺参数综合作用的效果体现，其样品检测结果的合格率并不能够完全体现烘丝工序各工艺参数在整个生产过程的控制效果，进行工艺过程控制优化需要技术人员具有较丰富的经验才能够找出具体的原因并给出相应的解决方案，而对于经验较浅的技术人员，则显然非常困难，往往需要耗费较多的工时进行反复试验才能够有好的优化效果，这必然增加了优化过程的人力成本和时间成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种提高烘丝工序过程能力的方法，及时发现烘丝工艺过程中的薄弱环节，并依此来指导工艺改进和优化设备控制，从而使得优化过程不再依赖于经验丰富的技术人员，并且降低了人力成本和时间成本。

为实现上述目的，本发明提供一种提高烘丝工序过程能力的方法，包括：

采集烘丝工序多项工艺参数的原始数据；

根据所述多项工艺参数的原始数据分别计算出各项工艺参数的过程能力指数；

根据预设的过程能力评价函数对各项工艺参数的过程能力指数进行评价，得到各项工艺参数的过程能力评估值；

对所述各项工艺参数的过程能力评估值进行加权平均，获得当前批次的批次过程能力评估值；

判断所述当前批次的批次过程能力评估值是否达到预设阈值，若未达到预设阈值，则检查所述当前批次中的各项工艺参数的过程能力评估值是否达到预设阈值，并对未达到预设阈值的工艺参数执行过程进行相应调整和控制优化。

进一步的，所述多项工艺参数包括：烘丝机的出口烟丝含水率、筒壁压力、出料罩负压、电秤流量、入口烟丝含水率和热风温度。

进一步的，在对所述各项工艺参数的过程能力评估值加权时，各项工艺参数的权重的大小按出口烟丝含水率、筒壁压力、出料罩负压、电秤流量、入口烟丝含水率和热风温度的顺序排序。

进一步的，所述过程能力评价函数在过程能力指数的各个分段取值范围内的曲线斜率不同，其中取值范围较小的分段的曲线斜率大于取值范围较大的分段的曲线斜率。

进一步的，在过程能力指数在[0，0.83]分段对应的函数值所拟合成的曲线的斜率高于过程能力指数在(0.83，1.67]分段对应的函数值所拟合成的曲线的斜率，过程能力指数在[0，1.67]分段对应的函数值所拟合成的曲线的斜率为正数，当过程能力指数大于1.67，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最大值。

进一步的，所述根据工艺参数的原始数据计算出对应的过程能力指数的操作具体包括：

根据工艺参数的原始数据中的采样值和采样数计算出所述工艺参数的均值和标偏；

根据所述工艺参数的均值和标偏计算稳态过程中的过程能力和制程准确度，其中所述过程能力表示数据分布的离散情况，所述制程准确度表示稳态过程中数据总体分布偏离情况；

根据稳态过程中的过程能力和制程准确度计算出过程能力指数。

进一步的，在计算当前批次的批次过程能力评估值时，对所述各项工艺参数的过程能力评估值和不合格烟丝时间对应的过程能力评估值进行加权平均。

进一步的，在对所述各项工艺参数和不合格烟丝时间的过程能力评估值加权时，各项工艺参数的权重的大小按出口烟丝含水率、筒壁压力、出料罩负压、不合格烟丝时间、电秤流量、入口烟丝含水率和热风温度的顺序排序。

进一步的，所述不合格烟丝时间对应的过程能力评估值通过不合格烟丝时间过程能力评价函数计算得出，在不合格烟丝时间在[A，B]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率为负数，当不合格烟丝时间大于B，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最小值，当不合格烟丝时间小于A，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最大值。

进一步的，时间A的取值区间为[0，200s]，时间B的取值区间为[150s，500s]。

进一步的，所述不合格烟丝时间为出口烟丝含水率在批次生产过程中产生的料头、料尾的时间、断料时间和过程超差时间的总和。

进一步的，所述采集烘丝工序多项工艺参数的原始数据的操作具体包括：

在电秤占用信号出现时，且出口烟丝含水率不低于预设烟丝含水率值时，对所述出口烟丝含水率进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失，且出口烟丝含水率低于所述预设烟丝含水率值后，停止对所述出口烟丝含水率的数据采样；

在电秤占用信号出现时，且筒壁压力不低于预设压力值时，或者在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述筒壁压力进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失，且筒壁压力低于所述预设压力值后，停止对所述筒壁压力的数据采样；

在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述出料罩负压进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失时的预设时间后，停止对所述出料罩负压的数据采样；

在电秤占用信号出现时，对所述电秤流量进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失时，停止对所述电秤流量的数据采样；

在入口烟丝含水率不低于预设入口烟丝含水率值时，或在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述入口烟丝含水率进行当前批次的数据采样，并在入口烟丝含水率低于预设入口烟丝含水率值时，停止对所述入口烟丝含水率的数据采样；

在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述热风温度进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失时的预设时间后，停止对所述热风温度的数据采样。

进一步的，不合格烟丝时间的采集操作具体为：

在电秤占用信号出现时，出口烟丝含水率不低于预设值到出口烟丝含水率的预设指标下限的时间，并在电秤占用信号消失时，记录出口烟丝含水率的预设指标下限到所述预设值的时间，还包括电秤占用信号占用时出口烟丝含水率离开预设指标的正负允差范围的时间。

进一步的，上述预设值指预设的出口烟丝含水率，上述指标下限为预设指标减去允差的值。

基于上述技术方案，本发明改变了现有对烘丝效果的评价是基于对烘丝机出口的叶丝以抽样检验的方式来确定其符合性的方法，而是采用对烘丝工序中各项工艺参数的特征值分散情况进行计算，并通过加权平均的方式获得当前批次的批次过程能力评估值，通过判断当前批次的批次过程能力评估值是否达到要求来确定问题批次，再对问题批次中的具体工艺参数进行追溯，确定工艺过程中存在缺陷的工艺参数，从而为技术人员进行工艺调整和控制优化提供了依据，试验结果也证明了本发明确实能达到提高烘丝工序过程能力的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提高烘丝工序过程能力的方法的一实施例的流程示意图。

图2为本发明提高烘丝工序过程能力的方法实施例中过程能力评价函数的拟合曲线示意图。

图3为本发明提高烘丝工序过程能力的方法实施例中不合格烟丝时间过程能力评价函数的拟合曲线示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

首先对本发明中涉及的术语给出定义。过程能力是指过程满足技术要求的能力，具体到工序上是指工序处于稳定状态下的实际加工能力，即保证产品质量的能力。这里所指的工序，是指操作者、机器、原材料、工艺方法和生产环境等五个基本质量因素综合作用的过程，也就是产品质量的生产过程。产品质量就是工序中的各个质量因素所起作用的综合表现。对于任何生产过程，产品质量总是分散地存在着。若工序的过程能力越高，则产品质量特性值的分散就会越小；若工序的过程能力越低，则产品质量特性值的分散就会越大。过程能力指数是指工序在一定时间内处于稳定状态下的实际加工能力。

过程能力评估值是由过程能力指数由非线性模型转换得出的值，可以根据过程能力评估值来确定工艺参数是否存在问题，同时还可影响优化过程中各工艺参数的优先程度。

批次过程能力评估值是由某个批次中的多个工艺参数的过程能力评估值通过加权平均得出的值，通过与预设阈值的比较来确定该批次的过程能力是否达标，通过该批次过程能力评估值的提高也作为优化效果的体现。

如图1所示，为本发明提高烘丝工序过程能力的方法的一实施例的流程示意图。本实施例包括以下步骤：

步骤101、采集烘丝工序的多项工艺参数的原始数据；

步骤102、根据所述多项工艺参数的原始数据分别计算出各项工艺参数的过程能力指数；

步骤103、根据预设的过程能力评价函数对各项工艺参数的过程能力指数进行转换，得到各项工艺参数的过程能力评估值；

步骤104、对所述各项工艺参数的过程能力评估值进行加权平均，获得当前批次的批次过程能力评估值；

步骤105、判断所述当前批次的批次过程能力评估值是否达到预设阈值；

步骤106、若未达到预设阈值，则检查所述当前批次中的各项工艺参数的过程能力评估值是否达到预设阈值，并对未达到预设阈值的工艺参数执行调整操作。

在本实施例中，以较广泛使用的滚筒式烘丝工序为例，工艺参数的选择可根据技术人员的需要进行选择，并根据各个工艺参数在产品质量的影响程度来确定各个工艺参数对应的权重。举例来说，工艺参数可以包括：滚筒式烘丝机的出口烟丝含水率、筒壁压力、出料罩负压、电秤流量、入口烟丝含水率和热风温度等，但不限于以上所举的例子，技术人员可以根据需要对工艺参数进行添加或删减。

在对各项工艺参数的过程能力评估值加权时，各项工艺参数的权重的大小(允许工艺参数的权重相同)可以按照重要性来排序，例如按出口烟丝含水率、筒壁压力、出料罩负压、电秤流量、入口烟丝含水率和热风温度这样顺序排序，当环境发生变化时，这种权重的大小关系可能会发生变化，可由技术人员根据需要进行顺序的调整。

在采集滚筒式烘丝工序的多项工艺参数的原始数据时，采集方式也可由技术人员根据需要进行调整，例如对于出口烟丝含水率的原始数据的采集，可以在电秤占用信号出现时，且出口烟丝含水率不低于预设烟丝含水率值时，对出口烟丝含水率进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失，且出口烟丝含水率低于所述预设烟丝含水率值后，停止对所述出口烟丝含水率的数据采样。

对于筒壁压力的原始数据的采集，可以在电秤占用信号出现时，且筒壁压力不低于预设压力值时，或者在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述筒壁压力进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失，且筒壁压力低于所述预设压力值后，停止对所述筒壁压力的数据采样。

对于出料罩负压的原始数据的采集，可以在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述出料罩负压进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失时的预设时间后，停止对所述出料罩负压的数据采样。

对于电秤流量的原始数据的采集，可以在电秤占用信号出现时，对所述电秤流量进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失时，停止对所述电秤流量的数据采样。

对于入口烟丝含水率的原始数据的采集，可以在入口烟丝含水率不低于预设入口烟丝含水率值时，或在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述入口烟丝含水率进行当前批次的数据采样，并在入口烟丝含水率低于预设入口烟丝含水率值时，停止对入口烟丝含水率的数据采样。

对于热风温度的原始数据的采集，可以在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述热风温度进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失时的预设时间后，停止对所述热风温度的数据采样。

上述工艺参数的原始数据的采集中，涉及的预设时间、预设值均可由技术人员根据实际环境进行设置。

在取得了工艺参数的原始数据后，可以通过计算将这些原始数据转换成该批次下该工艺参数的稳定状态下的加工能力，即工艺参数对应的过程能力指数。

以烘丝工序的出口烟丝含水率为例，x设为该工艺参数的采样值，n设为采样数，首先根据该采样值x和采样数n计算出对应的均值和标偏，公式如下：

均值计算公式：$\mu =\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_i}{n},$

标偏计算公式：$\sigma =\sqrt{\frac{1}{n-1}(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left({x_i}^2\right)-\frac{1}{n}{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_i\right)}^2)},$

根据均值和和标偏计算稳态过程中的过程能力C_p和制程准确度K，公式如下：

C_p计算公式：$\mathrm{Cp}=\frac{{\sigma }_{\mathrm{spec}}}{\sigma }$

K计算公式：$K=\frac{|T-\mu |}{{3\sigma }_{\mathrm{spec}}}$

其中，过程能力C_P表示数据分布的离散情况，制程准确度K表示稳态过程中数据总体分布偏离情况，T表示允许最大值与允许最小值之差，σ_spec表示1/3允差。

然后再根据稳态过程中的过程能力C_P和制程准确度K计算出过程能力指数C_pk，公式如下：

C_pk计算公式：Cpk＝(1-K)×Cp

在得到各个工艺参数的过程能力指数后，通过系统中预设的过程能力评价函数计算出对应的过程能力评估值，该过程能力评价函数在过程能力指数的各个分段取值范围内的曲线斜率不同，其中取值范围较小的分段的曲线斜率大于取值范围较大的分段的曲线斜率，这主要是基于过程能力指数在较小时调整其所能够获得的过程能力评估值的提高幅度较大，而在过程能力指数较大时调整其所能够获得的过程能力评估值的提高幅度较小，甚至不明显的经验来设计的。

例如图2所示，过程能力指数在[0，0.83]时对应的函数值所拟合成的曲线a、过程能力指数在(0.83，1.67]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率b以及当过程能力指数大于1.67时对应的函数值为过程能力评估值的预设最大值，其拟合出是的斜率为零的直线。

过程能力指数在[0，0.83]时，由于对应的过程能力评估值较差，如果进行改进，则可能带来明显的效果，而过程能力指数在(0.83，1.67]时，改进效果较不明显，因此曲线a的斜率要高于曲线b的斜率，这里的斜率指的是区间内各点的斜率。另外，曲线a和曲线b的斜率均为正数，表示过程能力指数在[0，1.67]内时，与过程能力评估值呈正相关。

该过程能力评价函数可采用一阶方程(表现在图中为连续的多个折线)、二阶方程或四阶方程，技术人员可根据精度需要来选择相应阶数的方程进行曲线拟合。得出的过程能力评估值可以设在较易被辨识的数据区间，例如[0，100]或[0，10]，这样也具备一定的直观性。

在获得了各个工艺参数的过程能力评估值后，要计算该批次的批次过程能力评估值，也就是各个工艺参数的过程能力评估值的加权平均，前面已经提到各个工艺参数的权重的设定要考虑重要程度。

每个批次均可计算出对应的批次过程能力评估值，可以作为评价该批次的工艺质量的基准，通过与预设阈值的比较就能够直观的了解到该批次的工艺质量情况，对于质量不好的批次，可以通过回溯的方式找出该批次中哪一个工艺参数的过程能力评估值低于预设水平，就可以有针对性地对该工艺参数进行优化调整，这就给技术人员提供了非常有价值的指导，而减少了对经验丰富的技术人员判断的依赖，减少消耗的工时，而实际调整优化过程仍可采用现有比较通用的调整方式，就可以达到优化的目的，以出口烟丝含水率为例，如果回溯到某批次的出口烟丝含水率的质量存在问题，那么技术人员就可以根据现有的调整方式例如调整工艺气流的风量等来改善出口烟丝含水率的质量。

在烘丝工序中，非稳态部分也会对实际的过程能力造成影响，例如不合格烟丝时间，即出口烟丝含水率在批次生产过程中产生的料头、料尾的时间、断料时间和过程超差时间的总和。在这段时间内，工艺参数的执行过程处于非稳态。为了将非稳态部分也列入过程能力的缺陷定位和工艺优化中，可以利用系统预设的不合格烟丝时间过程能力评价函数来计算不合格烟丝时间对应的过程能力评估值。

首先要进行不合格烟丝时间的采集操作，该操作可以为在电秤占用信号出现时，出口烟丝含水率不低于预设烟丝含水率值到出口烟丝含水率的预设指标下限(即预设指标-允差)的时间，并在电秤占用信号消失时，记录出口烟丝含水率的预设指标下限到所述预设烟丝含水率值的时间，还包括出口烟丝含水率离开预设指标的正负允差范围的时间。

在获得不合格烟丝时间后，可通过不合格烟丝时间过程能力评价函数计算得出对应的过程能力评估值，该过程能力评价函数也可在不合格烟丝时间的取值区间对应的函数值可以拟合出多段折线或曲线，例如图3所示，在不合格烟丝时间在[A，B]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率为负数，当不合格烟丝时间大于B(例如150s-500s)，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最小值，当不合格烟丝时间小于A(例如0-200s)，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最大值。该不合格烟丝时间过程能力评价函数可采用一阶或二阶方程。

在前面只考虑稳态情况下，加权平均计算只考虑各个工艺参数，而考虑了非稳态的情况下，加权平均计算中还要加入不合格烟丝时间对应的过程能力评估值的计算，即将各个工艺参数和不合格烟丝时间对应的过程能力评估值一起做加权平均，得到该批次的批次过程能力评估值。不合格烟丝时间的权重选在料罩负压和电秤流量的权重取值之间(允许与工艺参数的权重相同)。

下面通过几组实验数据来说明本发明所实现的技术效果，在本实验中，过程能力评估值的取值区间为[0，100]，以方便技术人员直观的辨识相应的质量。

烘丝工序的多个批次(例如批次114295、114359、114305)的过程能力评估值分别为81.05、84.12、88.61，预设阈值为83，则可判断出其中批次114295的过程能力评估值未达到要求，进而调取该批次114295的各个工艺参数所对应的过程能力评估值，在各个工艺参数中烘丝工序的出口烟丝含水率对应的过程能力评估值为69.77，也小于预设阈值83，这时还可以观察相邻批次的出口烟丝含水率对应的过程能力评估值为77.73，这也佐证了烘丝工序中的出口烟丝含水率控制存在问题，需要技术人员有针对性地进行调整优化。技术人员可以调取该问题批次内的出口烟丝含水率的变化趋势图，通过分析各个时段的出口烟丝含水率的变化来确定问题位置，以便做出更精确的优化。

在本发明方法的应用下，2010年5月份的烘丝生产中过程能力评估值超过预设阈值83的批次占73.71％，较之4月份的比例68.6％提高了5.11％；6月份过程能力评估值超过预设阈值83的比例占到77.14％，较之5月份提高了3.43％；7月份过程能力评估值超过预设阈值83的比例占到90.86％，较之6月份提高了13.72％。实验证明，本发明方法在实际应用中的确能够提高烘丝工艺过程能力，进而提高产品产出的合格率，而且对于技术人员来说，操作简单，不需要凭经验去猜测缺陷参数，降低了优化的盲目性，也减少了对经验丰富的技术人员的依赖，对企业提高效率降低成本均可以带来有益的帮助。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的思路，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。