光电技术在烟机检测上的应用

周学武

（深圳市永旭光电技术有限公司，广东深圳 518000）

1 光电技术简介

光电技术是典型的高科技新材料技术，其通过光能量与电能量，或者光信号与电信号之间的转换完成能源的收集利用及信息的传递，在时下十分热门。但这并不代表光电技术本身出现的时间晚。早在20世纪，基础物理学家便通过观察，发现了相关现象的存在。当光照射在部分物体表面时，引起了表面电荷的集聚；部分物体通电后，会直接发光而不是通过发热产生光；一些导体在不同的光照条件下，其电阻也会产生较大的变化。科学家利用这些特性进行实验，最终发现了许多新材料，也根据其生产了许多新型的仪器设备。虽然基础理论已经基本完备，但新材料的开发、新设备的利用是不断向前发展的，今天的光电技术依然是理工类学科中最为热门的学科，在利用方面涵盖范围广、专业性强、兼容性好，专业特色十分明显。

2 光电技术引入烟机检测的意义

2.1 提高准确度

将光电技术引入烟机检测的过程中，本质上就是对烟机检测装备的重新设计，对烟机设备的改革。光电技术本身的精度要远高于传统的检测手段，在进行设计的过程中，已经不仅是作为一种对传统量具的替换，而是整个系统的完整变革。通过检测产品本身调节设备，虽然中间多了一个环节，但在进行改进时可直接对设备本身进行控制检测，其设备的准确度直接得到了提升。

2.2 提升产品质量

通过光电技术对烟机设备本身进行监测控制后，机器的一切情况都能够被随时随地了解，再加上其他辅助技术，机器设备生产过程的动态调节将成为可能，最直观的反映就是机器生产出的产品与其设计模型之间的误差更少，良品率更高。烟机是用来生产香烟的设备，光电技术的引进将进一步规避人的失误对机器的干扰，能将香烟按照既定的标准进行生产，完成生产目标，保证香烟品质趋同。

2.3 节约成本

香烟的生产主要有3个方面的成本：①烟草原料成本；②香烟生产机器的成本；③人力成本。在进行生产时，这三者缺一不可，烟草原料是典型的低值易耗品，烟机是固定资产，工人利用烟机对烟草原料进行深度的加工生产，使之最终以香烟的方式呈现出来。在烟机检测过程中引进光电技术，可以有效减少原料的浪费，减少调节过程对烟机造成的损耗和人的使用，在3个方面都能大幅节约生产成本。

2.4 完善产业结构

烟草业是一个成熟的行业，其原材料（烟叶）种植、粗加工、精细加工、香烟生产、香烟销售已经形成了较为稳定的运行链条，但随着其他相关技术及政策的变革，其产业结构需要做出进一步调整。将光电技术引进烟草业，本身便是两个行业的碰撞，对于光电技术领域来讲，其应用领域得到了进一步开拓，对于烟草业来讲，新技术的引入也使得产业的技术更先进，结构更完善。

2.5 实现可持续发展

可持续发展是我们当前国家的重要理念之一。在可持续发展的范畴内，将产业实现循环，或者进一步节约资源，延长产业的生命。烟草业在可持续发展的考虑下需要协调资源与产业未来，努力在烟草本身的需求缩减的情况下保证其利润，维护国家税收总体收入水平。将光电技术应用于烟机检测技术时，本身就能节约大量的原材料与能源，同时也能拓宽设备技术的使用范围，从而实现可持续发展。

2.6 推动技术革新

光电技术在应用于烟机检测后，借助烟草业的巨大规模，本身将得到进一步的验证与拓展。改革是一个永久的话题，烟机检测的改革也不是一劳永逸的。每当技术有所突破，在应用时就可以引进最新的技术，从而使效率更高。同时在生产过程中，必然会对技术提出更高的要求，这就要求在技术方面寻求更大的突破。在产业本身资金充足的情况下，能给研发注入更多的动力，推动技术的革新。

2.7 增进人文关怀

烟草的生产过程有大量的产业工人，因设备本身的自动化程度越低，所以需要人去做的事情就越多。这项工作虽然难度低，但是涉及的方面多、范围广，工人的工作时间长，长此以往，工作会变得将越来越枯燥乏味，从而影响工作效率。在加工的不同阶段中，与原材料接触越紧密，生产模式也就越低级。烟机检测中引进光电技术，能够减少工人与烟草的近距离接触时间，减少烟草对其的健康危害。同时节约的时间可以用于工人的休息，便于其恢复状态。

3 烟机及其检测行业现状

3.1 设备老化

烟草业作为一个历史感比较强的行业，其在设备的更新换代方面一直不够积极。如今的烟厂内，服役十年甚至二十年以上的设备比比皆是。一方面，企业出于对更换设备成本的考量，使用老设备可以节约这笔支出，且老设备本身也可以正常进行生产，企业已经习惯了这种生产模式。另一方面，在多年的培养积淀下，烟厂员工可以熟练使用老设备进行操作，假如对设备进行更新换代，就意味着员工需要重新学习，甚至部分员工可能面临事业，这段过程中企业容易减少产值，且需处理部分复杂的员工问题。所以当前烟厂的设备整体比较老化，其烟机检测方法较为原始，如图1所示。

图1 传统的烟机及其检测装置

3.2 设备结构简单

烟厂之所以设备普遍较老但还能进行正常生产，得益于其采用的设备结构比较简单。在简单的机械结构下，许多操作都是通过人来完成的，机器的损耗便比较少。其主要构件为钢结构，结构强度大，适合长时间生产，但也会面临无法进行大部分操作的局限性。简单结构下，设备多年来生产的水准变化不大，烟厂管理者也习惯于使用这样设备进行生产安排。

3.3 浪费资源

烟厂在进行香烟制作时，目标是将其生产成为一致的标准，这便不可避免的会有一个校准的步骤。烟机的校准有两个部分：①设备本身的校准，保证其最大程度的保持额定设计参数。②对香烟的校准，在生产香烟时，烟卷纸一般要比最终的成品更长，在进行烟丝的填充时，多余部分也需要正常填充，最终经过烟机检测后截取需要的部分。被剪掉部分的烟丝有的烟厂会剪去纸屑后进行低档烟生产，大部分烟厂在这个环节都有严重的浪费，在烟机检测装置不精准的情况下，对烟丝、烟卷纸、电力等都是巨大的浪费。

3.4 依赖人力

在传统的香烟厂中，虽然有设备参与生产，但其中人参与劳动的比例居高不下。由于设备结构方面的原因，卷烟生产对于人的需求量极大，烟草厂也成为国有企业中常年进行人员招聘的企业之一。大量的员工对于企业既是劳动力，也是巨大的负担。尤其是对可以用简便的设备来取代的人力岗位，设备可以全天候运行，不会出现情绪问题，坏了可以直接更换，主要依赖人力的烟草厂通过这样的方式能节省大量的人工费用。

3.5 误差率高

误差率指的是在生产过程中，产生误差的状态与其总体生产过程之间的比值。即，误差率越高，产品的良品率就越低，在去除不良品进行整体的出售时，单间产品的折合成本就会越高。传统的烟机检测技术中检测设备本身的误差率就比较高，使用其来进行产品鉴定，误差率相对来讲是较高的。

3.6 管理结构死板

在同样的设备条件下，科学的利用方式能够取得更高的工效，这就是管理的巨大作用。我国的烟厂全部为国营企业或公有企业，在运行上讲究稳定，不止是人员的稳定，人员分工结构、设备配合流程等一旦形成一定的标准，便在长时间内轻易不会发生变化。这样的制度保证了企业的平稳生存，但也限制了企业的跨越式发展。管理结构死板是我国现有卷烟厂的共同特征，在进行改革过程中，既要保证改革成效，还不能破坏其本身的稳定性。

3.7 综合成本高

当企业的管理结构被固化，企业的运行基本上就会按照统一的流程进行。其所出现的问题也成了常规问题。老化的设备，稳定的人员结构，简单的设备结构，最终呈现出来的就是成本的居高不下。在当前香烟销量下跌的情况下，进行改革势在必行。

4 光电技术在烟机检测中的应用策略

4.1 全方位传感

在本方案中，烟机检测设备的改进等同于对烟机进行整体的系统改进。设备改造的整体思路是，在任何涉及精度要求的结构部位设置光电传感器，随时侦测其精确程度。在保证了设备本身精度的前提下，产品本身出现精度问题的可能性将大大减少。而香烟本身也可以利用CCD 技术探测其长度、切口平整度、烟丝填充密度等信息，其工作原理如图2所示。

图2 CCD工作原理示意图

4.2 RFID监测

利用RFID 技术，可以对香烟本身进行追溯。只需在后台建立一个数据库，利用激光在香烟的烟身绘制识别码，即可在后期的任何一个步骤对香烟进行溯源，只需利用光电扫描仪获取香烟信息，则其生产中的机器、生产人员都可以马上定位，在香烟品质出现问题时能在最短时间内找到问题所在进行维护。

4.3 被动响应

利用光电技术中的红外线技术，能够对设备或产品的问题进行被动的响应。其平时不需要一直满功率开启检测设备，主要的红外线可以来自被检测方，能减少大量的电力消耗。

4.4 机器学习

在光电传感器整体安装完成后，常规性的问题可以不再依赖于维护人员的熟练经验。通过后台设备的数据分析，可以将设备出现的问题与解决方案进行一一对应，而数据量越大，这样的机器学习结果就越精准有效。

4.5 管理架构革新

设备得到更新后，香烟厂的实际的运行方式与之前已经大相径庭，传统的管理模式已经不再能够满足现下的生产需要。在结合工人的建议与专家对当前设备生产模式的分析上，应当对管理架构进行革新，从而实现烟厂的整体跨越发展。

5 结束语

在进行香烟的生产时，如今已极少有企业采取纯人工的生产方式，无论是哪种规模的企业，一般情况下都使用烟机辅助香烟生产，烟机设备已经成为烟草业本身必备的固定资产。烟机检测传统上是在烟草生产过程中通过一定的方式对产品本身进行检测，从而保证其产品质量的一种手段。但现下万物互联的条件下，将烟机检测装置与烟机割裂是不可行的。与烟机相关的一切检测过程无论采用何种方式、何种设备、何种对象都可以纳入烟机检测的范畴中，通过光电技术的引进，烟机检测的整体系统革故鼎新，在应对愈加严峻的行业挑战中能够站的更稳，完成其历史任务。