基于谢宁方法的KDF4机组滤棒吸阻稳定性改进
2021-02-11杨蕊艳邢伟标
朱 轶 杨蕊艳 邢伟标 郑 炯 薛 嫄
（上海烟草集团有限责任公司，上海 200082）
谢宁方法是以美国著名质量专家多利安·谢宁（Dorian Shainin）[1]的名字命名，是一套解决产品制造过程质量问题的方法和工具[2]。包括多变量分析、部件搜索、成对比较、变量搜索以及全析因等工具。目前，行业内采用谢宁方法提升滤棒吸阻稳定性的相关研究较少。基于此，该文介绍了采用谢宁方法[3]提升滤棒吸阻稳定性的研究实例。
1 材料与方法
1.1 设备与仪器
1.1.1 KDF4成型机
KDF4 成型机是由德国HAUNI 公司设计的，由开松、增塑、成型、切割以及装盘组成[4]。
1.1.2 QTM（cerulean）综合测试台
QTM 综合测试台是英国斯茹林公司为烟草行业设计的综合测试台，用于检测卷烟和滤棒的物理指标[5]。
1.2 方法
1.2.1 怀疑因子生成及筛选
根据生产工艺梳理过程的输入及输出，识别可能对滤棒吸阻标偏产生影响的因子[6]，并确定高低水平，见表1。
表1 滤棒吸阻稳定性试验因子表
1.2 2 变量搜索试验
1.2.2.1 试验条件
设备在正常运行状态下，保持同一班次、同一成型机以及同一车速，每次调整试验参数后，先稳定运行2 min，再运行10 min（以在线取样产生30 个样本为准，检测滤棒的重量、吸阻和圆周）。
1.2.2.2 球场试验
试验原理：重复3 次高水平和低水平试验，判断是否同时满足以下2 个条件。
条件一：是否所有高水平的读数好于低水平的读数？
判定系数1.25[6]表示当2 组样本为3 对3 时，在置信度为95%且2 组均值有显著差异时的阀值；MdAllHigh为全高水平下试验结果的中位数；MdAllLow为全低水平下试验结果的中位数；
R为全高与全低水平下试验结果极差的差值。
1.2.2.3 因子筛选
选取第一个因子，将其设置为低水平，其余因子保持高水平进行试验，再将选取的因子设置为高水平，其余因子保持低水平进行试验，按这个规则对每个因子进行试验。
1.2.2.4 因子分析
将关键因子两两进行交互作用并对其进行分析，观察主效应及交互效应，效应的绝对值越大，因子越重要，效应的正负可以用来判断高低水平的方向。
1.2.3 全析因试验
根据变量搜索试验得出因子重要度的排序，如果都为部分翻转，就采用全析因试验进一步对重要的因子（一般因子数不超过4 个）进行研究，全析因试验[7]可以正确地识别和量化因子的主效应及各阶交互作用。
2 结果与分析
2.1 变量搜索试验的结果分析
使用“亚龙展旗S-DOE 软件”变量搜索工具，整个过程共分为4 个阶段，分别为初始阶段、球场阶段、筛选阶段以及析因分析。
初始阶段，如图1 所示。球场阶段，见表2。
表2 球场试验结果分析表
图1 变量搜索试验初始阶段图
球场阶段显示：同时满足条件一、条件二就可以进行下一步因子筛选试验。
筛选阶段结果见表3，分析如图2 所示。因子筛选及一起交换验证结果分析见表3，分析如图2 所示。
图2 全析因试验因子重要度排序图
根据表3 可以得出，8 个因子均产生部分翻转、一起交换以及完全翻转，说明8 个因子对吸阻标偏都有影响，因子间的交互作用需要进一步进行因子分析。
表3 因子筛选及一起交换验证结果分析表
析因分析阶段如下。将关键因子两两进行交互作用，并对其进行分析，观察主效应、交互效应及其方向，得出因子的重要度排名（见表4）。各个因子对滤棒吸阻标偏影响度排名及因子方向见表4。其中，输送喷气、V1/VKDF、一级开松气压、二级开松气压、三级开松气压和V3/V2 比较重要。根据谢宁方法需要进一步开展全析因试验。
表4 因子主效应重要度排序及因子方向表
2.2 全析因试验
2.2.1 全析因试验设计
在根据全析因试验原理[8]确定输送喷气（生产）、开松气压、V1/VKDF 以及V3/V2 的高低水平后（为使后文表达方便，各因子分别编号为A、B、C 和D），设计24+4 个中心点，共计20 组试验，取样方式与变量搜索试验相同，试验过程见表5。
表5 全析因试验设计表
2.2.2 全析因试验结果分析
使用Minitab 软件分析因子主效应及各阶交互作用的重要度排序如图2 所示。模型P值<0.05，模型有效，A 与AB是滤棒吸阻稳定性的关键因子，AB 的交互作用如图3 所示。残差图未见异常，表明当开松气压为12 kPa 时，输送喷气设定为23%或25%时，吸阻标偏差异较小，当开松气压为15 kPa 且输送喷气为23%时，吸阻标偏达最低值且与输送喷气为25%时差异较大。
图3 残差及交互作用图（1）
图3 残差及交互作用图（2）
2.3 生产验证结果分析（数据、图表和结论）
根据变量搜索试验得出的因子方向及全析因试验得出的关键因子可知，在KDF4 成型机组上对最优参数进行验证跟踪，结果显示改进后滤棒吸阻标准偏差大约降低了5 Pa（如图4 所示），改善幅度约为6%，效果显著。
图4 滤棒吸阻稳定性改进前后对比
3 结论
基于谢宁方法[9]，通过多参数研究，逐步分析影响滤棒吸阻稳定性的关键因子及其他因子的设定方向，弥补了传统研究方法多因子试验次数较多的缺点。结果表明，V1/VKDF、制动辊V0 生产压力以及辊速比等因素对滤棒吸阻均有一定的影响，通过变量搜索试验及全析因试验得出最优参数组合并在生产中应用，吸阻标偏降低6%，提升了滤棒吸阻的稳定性。同时，从来料角度来看，也提升了卷烟吸阻的质量水平。
