正交试验在优化卷烟工艺技术参数中的应用
Application of Orthogonal Experiment in the Optimization of Cigarette Technical Parameters
何王东 HE Wang-dong
（贵州中烟工业有限责任公司铜仁卷烟厂，铜仁 554300）
（Tongren Cigarette Factory of China Tobacco Guizhou Industrial Co.，Ltd.，Tongren 554300，China）
摘要： 检查烟梗的生产质量，列出浸梗、螺旋蒸梗工序影响梗丝膨胀工序出口梗丝整丝率的各因子，影响较小的因子保持原状，选定两个或三个影响显著的因子作为正交试验优化因子，选定合适的因子水平和正交表，制定试验方案，随机进行试验，分析试验结果数据，选定浸梗、螺旋蒸梗工序最佳工艺技术参数。
Abstract: This paper checks the production quality of tobacco stem and lists each factor of stem dipping and spiral stalk vaporizing process influencing the export stems cut rate of cut stem expanding process. It maintains the status of low impact factors, selects two or three significant influencing factors as the optimization factor of orthogonal test, selects the suitable factor levels and orthogonal table, makes the test scheme, conducts random testing, analyzes the test result data, to select the optimal parameters of stem dipping and spiral steam stem process.
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关键词 ： 正交试验；优化；卷烟工艺；技术参数；应用
Key words: orthogonal experiment；optimization；cigarette technology；technical parameters；application
中图分类号：TS452.2 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）20-0075-02
0引言
随着近代科学技术的快速发展，卷烟工艺技术日新月异，特别是“十二五”期间，卷烟工业企业加快技术改造步伐，新技术、新工艺、新材料得到广泛应用，设备控制从自动化向智能化转变，质量控制从检测结果到过程控制的转变。过程控制主要是控制加工过程的工艺参数，工艺参数需进行优化，才能对其准确设定，达到精准化控制、精细化加工之目的。因此，优化工艺技术参数对提升产品加工质量具有重要意义。工艺技术参数怎样优化，采取什么方式优化，正交试验正好能为我们解决这个问题。以烟梗预处理的浸梗、螺旋蒸梗工序为例，采用正交试验优化浸梗水槽水温和螺旋蒸梗工序出口烟梗含水率和温度。
经检查烟梗的生产质量，发现浸梗工序出口烟梗表面水分过大，水分未及时渗入烟梗内部组织，本次试验采用浸梗水槽水温作其因子水平，以梗丝膨胀工序出口梗丝整丝率作考察指标。螺旋蒸梗工序出口烟梗含水率和温度对梗丝膨化后的整丝率影响较大，为减小试验误差，其它参数及生产条件保持原状。
1试验设计
试验目的：优化浸梗水槽水温和螺旋蒸梗工序出口烟梗含水率和温度。
试验指标：用梗丝膨胀工序出口梗丝整丝率作考察指标，该指标越大表明试验条件越好。其出口含水率控制在（12.8±0.5）%。
确定因子水平：检查烟梗的生产质量、并分析，烟梗预处理对梗丝膨化后整丝率影响较大的因子有三个，它们是A：浸梗水槽水温；B：蒸梗温度；C：蒸梗含水率。
2选择合适的正交表
正交表的选择是试验设计的首要问题。正交表的大小是由正交表中各因子对应列数和试验号对应行数的多少决定的，正交表选得太小，试验因素可能安排不下；正交表选得过大，试验次数增多，不经济。正交表的选择原则是在能够安排下试验因素和交互作用的前提下，尽可能选用较小的正交表，以减少试验次数。表头设计指将试验因素和交互作用合理地安排到所选正交表的各列中去的过程。本次试验不考虑交互作用。
经在烟梗生产线调研，确定的因子水平如表1所示。
本试验考察的因子都是三水平，因此选用三水平正交表，即只考察三个因子，所以选用L9（34）正交表。
3试验计划（见表2）
说明：表2中试验结果为检测梗丝膨胀工序出口梗丝整丝率数据。
4进行试验并记录试验结果
本次试验是在其他参数、操作人员、生产条件不变的条件下进行，以避免造成系统误差。根据表2的试验计划随机抽取试验号进行试验，如抽到试验5号，即按条件：浸梗水槽水温45℃，蒸梗温度94℃，蒸梗含水率（38±1）%进行试验，测得梗丝膨胀工序出口梗丝整丝率84.79%，碎丝率3.56%，并将试验结果记录在表2中对应栏内。如此重复做其他8个试验。试验结果见表3。试验结果均指梗丝膨化后的整丝，括号内数字为碎丝率，因二者是一对同时出现的相关数，所以，在以下分析中，只考虑整丝率即可。
5数据直观分析
5.1 列出数据直观分析计算表（见表4）
由表4可知：第一列的T1、T3、T3之间的差异只反映了A的三个水平之间的差异，因为这三组试验条件除了因子A的水平有差异外，因子B与C的条件是一致的，所以可通过比较这三个均值的大小看出因子A的水平好坏。因T13=85.76%＞T2=85.10%＞T1=83.45%，所以因子A的3水平最好。同理，因子B的2水平较好，因子C的2水平较好。
5.2 各因子对整丝率影响程度大小分析
在直角坐标系中，横坐标表示各因子水平，纵坐标表示各因子水平试验结果的平均值（单位：%）的直观—趋势图如图1。
从图1可知：因子对试验结果的影响大小排序：A>C>B，浸梗水槽水温越高整丝率越好，以50℃为最好，但应结合烟梗特性作进一步探索水温影响效应趋势。蒸梗温度以94℃整丝最高。蒸梗含水率以（35±1）%整丝率最高。所以最合适水平是A3B2C2。从各个因子试验结果的极差来看，极差大，说明改变这一因子的水平会对整丝率造成较大变化，即该因子对整丝率影响大，反之，影响小。从表4中可知：RA=2.31>RC=1.08>RB=0.28，因子A的影响最大，其次是因子C，因子B的影响最小（即因子B不显著）。
6最佳条件选择
从表4可知，9号试验整丝率为86.26%优于其他试验号，其条件是A3B3C2，与前面分析出的理论条件A3B2C2比较，只存在因子B的3水平和2水平选择差异。因子B对试验结果影响不显著，所以本次试验最佳条件是A3B2C2，即浸梗水槽水温50℃，蒸梗温度94℃（因子B不显著，可选90℃，也可选98℃），蒸梗含水率（35±1）%。
7效果检查
根据试验选定的最佳条件A3B2C2设定参数，即浸梗水槽水温50℃，蒸梗温度94℃，蒸梗含水率（35±1）%。梗丝膨胀工序出口含水率控制在（12.8±0.5）%。其它条件与正交试验相同，进行投料生产，检查、验证效果，取样三次，检测数据如表5。
因B因子不显著，9号A3B3C2试验结果（整丝率86.26%，碎丝率2.71%）可看作是最佳条件A3B2C2的试验结果。从表5可看出，检测结果与本次正交试验选定的最佳条件A3B2C2的试验结果基本一致。
8结论
正确运用正交试验这一数学工具，可对卷烟工艺技术参数进行优化，产品加工质量可获得有效提升。
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