前言：經(jīng)過百年的發(fā)展，卷煙工藝業(yè)已形成較為成熟的工藝。然而，針對原料混合后，在微觀狀態(tài)下配方實現(xiàn)過程中涉及的復雜的數(shù)學模型問題，簡而言之，就是各種物料混合是否充分的問題，較少有人涉獵。

筆者作為從事打葉復烤20年的技術人員，近些年有機會接觸到片煙原料混配工作，對多種原料在打葉復烤生產(chǎn)工藝過程中，微觀狀態(tài)下的混合模型進行了些許思考，與大家分享，希望引來各位專家批評指正。

筆者始終堅信：產(chǎn)品質量不是檢測出來的，產(chǎn)品質量應該由通過工藝設計和工藝布局產(chǎn)生的，再由加工操作過程進行小規(guī)模調整。也就是說，先進的工藝設計和布局，應該最大程度屏蔽人為操作帶來的差錯。

一、問題是什么及研究此類問題的意義

（一）問題提出

多種煙葉原料投入后，經(jīng)過整個打葉復烤工藝流程，混合到什么程度？怎樣混合后才能算作混合成功了？如何判斷這些種原料得到了充分混合？

以上問題，在現(xiàn)有的煙葉混配工藝檢測模式下，以檢測最終產(chǎn)品的煙堿CV值來作為預判，并由品吸人員進行最終判定。但是，僅僅憑借煙堿含量CV值這一單一共性指標，明顯無法客觀評定整個生產(chǎn)過程的產(chǎn)品混合能力，更無法評價最終產(chǎn)品微觀配方中配方實現(xiàn)程度。

因為，各種原料都含有煙堿且含量偏差不大。卷煙吸味（風格……等等）構成，不只看這一單一指標。若多種等級的煙堿含量相近，僅僅煙堿含量偏差無法判定配方中某一組分的缺失或含量失衡。因此，有必要對整個生產(chǎn)工藝流程進行多物料混合能力進行研究，也就是對微觀狀態(tài)下產(chǎn)品（包括過程產(chǎn)品）的混合程度進行研究。

（二）研究此問題的意義

1、建立了混合評價模型，可以評價現(xiàn)有的打葉復烤、原煙配方工藝多物料混合能力的科學性；

2、可大幅度提升卷煙特別是高檔卷煙的品吸質量，最大程度的降低不同煙支口味的差異化；

3、可對現(xiàn)有的打葉復烤混配、卷煙制絲進行優(yōu)化和改進。

二、問題分析——建立分析模型對現(xiàn)有的打葉復烤工藝進行混合能力測算

（一）問題的數(shù)學假設

我們做一個假設：

把各個年份、等級、產(chǎn)地不同的香料煙、主料煙、填充料煙想想為不同顏色的小米粒（粒子），它們分別是：X1，X2，X3...........Xn，

配方中它們的含量分別是：x1%，x2%，x3%...........xn%，

經(jīng)過我們的復雜工藝后，最終產(chǎn)品的中的含量分別是：y1%,y2%,y3%........yn%。

我們想要的結果是：

（1）任意一個單元（樣本）中，都要包含所有種類的煙：X1，X2，X3...........Xn，

（2）任意一種煙在樣本中的含量都無限趨近于原本設計的含量比例，即：yn%≈xn%/yn,xn∈R*

（二）問題設定

在此數(shù)據(jù)的基礎上我們將研究的問題設定為：

（1）統(tǒng)計總體和樣本量如何設定

（2）N種不同原料混合到何種程度才能達到理想狀態(tài)下充分混合（高熵值），這個離散值（或熵值）如何設定；

（3）這N種原料的特性值（粘粘性質、翻滾性質、顆粒性質等等）如何設定；

（4）各種混合形式對統(tǒng)一特性值后的N種原料混合效果如何；

（5）如何評價現(xiàn)有的工藝布局的原料混合程度；

（6）如何利用合適的工藝布局達到原料混合程度的最優(yōu)；

（三）統(tǒng)計總體和樣本的設定

根據(jù)山東煙葉復烤有限公司2019-2023年的生產(chǎn)加工情況，根據(jù)與黑龍江工業(yè)公司品吸人員的反復確認，確定單批次投料的重量為3000Kg時，質量最穩(wěn)定。因此，本文將統(tǒng)計樣本總量（生產(chǎn)批）設定為3000Kg。

根據(jù)國家標準，單支煙（非細支）填充煙量為0.75g,為此，本文將樣本設定為0.75g。

現(xiàn)實中的問題即：每加工3000kg煙葉，任意抓取0.75g的煙片中，都要含有所有配方等級的煙葉且任一配方的含量都要接近于投入配方的含量。

（四）工藝最優(yōu)混合模型指標的設定

為衡量混合后產(chǎn)品的混合程度，我們采用離散度（R），均勻度（H），均化效果（e）三個參數(shù)，并對幾個參數(shù)進行統(tǒng)計學計算。

1、離散度R：（變異系數(shù)CV值%）：R≈S/`x

2、均勻度H： H=100%-R

3、均化效果e:指均化前后的標準差之比e=S前/S后，

均化效果主要應用在預均化過程中，來定均化時間和來保證混合物料的均齊性。

（五）煙草物料的混合特性

1、片煙物料受自身幾何形狀限制，其在重力擠壓下翻滾能力幾乎為零，即翻滾圓度為0；

2、煙草物料之間在加工溫濕度條件（20~75℃，含水率11~20%）下中間有粘粘現(xiàn)象，對混合程度有所影響；

（六）現(xiàn)有的打葉復烤工藝中的混合模式

1、配葉臺（擺把臺）摻配模式；

2、傳送帶級間跌落模式（落差＞幾何尺寸的2.5倍，下級直線速度＜上級）；

3、潤葉筒旋轉混合模式；

4、貯柜橫進縱出模式；

5、風分機拋揚模式；

6、提箱跌落模式。

（七）各種混合模式的數(shù)據(jù)模擬：

山東煙葉復烤有限公司沂水復烤廠采用SOLIDWORKS集成的iGRAF集成顆粒流模擬插件對以上六種混合模式進行三維模擬。采用Matlab等軟件進行物料攪拌狀態(tài)下的模擬得出結論：

1、片狀物料在不考慮造碎的前提下，3000Kg（500萬顆粒）物料攪拌狀態(tài)時，應攪拌17分鐘，至少攪拌26次（深度攪拌）

選取0.75克50個樣本任意等級yn→xn的標準差σ

合格區(qū)間中約為95.77%（μ±2σ）

單次攪拌標差平均擬合值為：36.31%

2、以以上模型為基點，測算6種模式下的指標：

3、以對各混合模式的測試為基礎，判定如下：

（1）打葉復烤工藝中對片煙混合最有效的方式是風分和潤葉，其混合能力為標準攪拌模式的4.3、與2.2倍；

（2）鋪葉擺把臺多種物料摻配的方式本身無混合效果，但結合后續(xù)工序（潤葉機），可提高其混合效果。

（3）以前推崇的橫進縱出貯柜混合模式，其混合效果極其有限。

（4）風分機與包裝提箱混合在多相流條件下模擬，呈現(xiàn)無序狀，受煙葉尺寸懸浮速度的影響較大。

（八）工藝綜合混合能力測算

打葉復烤工藝流水線的可混合工序是：

根據(jù)混合效果指標，e=S前/S后，

經(jīng)測算，多級間混合效果為累乘的關系，工序綜合混合效果離散度為5.11%。相對標準攪拌次數(shù)為11次，實際標準攪拌時間為15.5分鐘。

250個生產(chǎn)批次，單次分組過程能力分析ppk=0.85。

其合格區(qū)間為74.32%，＜95.77%（μ±2σ）的理想狀態(tài)。

（九）結論：

以上數(shù)據(jù)分析結果表明：現(xiàn)有的打葉復烤工藝布置，對多等級原料的混合效的制程能力無法達到充分混合的理想狀態(tài)。

四、問題結論的實際應用

1、山東煙葉復烤有限公司沂水復烤廠將數(shù)據(jù)結果與實際現(xiàn)場取樣測定結果（多批次煙堿CV值）進行了比對。

10個生產(chǎn)批變異系數(shù)＜混合能力離散度。

筆者認為，前期的煙葉多參數(shù)預想因素，影響混合能力的評價，也就是說，煙堿CV值指標并不能顯示工序的混合能力。

2、根據(jù)數(shù)學模型測試對現(xiàn)有打葉復烤工序進行調整的建議：

（1）進入生產(chǎn)線過程時，必須同一時間上齊所有等級比例的物料。即不可以各個等級物料依次投料；

（2）物料投入生產(chǎn)線前，等級內部煙葉必須充分剝離；

（3）一打后風分出料比例不宜過高（＜60%），否則影響混合結果；

（4）包裝提箱裝料建議提高分料板頻率，增大混合效果。

3、根據(jù)建議所做的設備調整建議：

（1）建議使用MES系統(tǒng)對投料等級和重量進行精準控制；

（2）建議在打葉前的選葉期間使用1分四的布料分料車對進入車間的煙籠進行精準預混配；

（3）建議在投料前，利用大型暖房對預混配煙籠進行12-16小時的自然潤葉，舍棄高強度的真空回潮；

（4）建議使用4-6個翻箱喂料機代替人工擺把，利用MES系統(tǒng)對在線流量進行精準控制；

（5）降低潤葉溫濕度，對片型進行控制，壓縮大片率，統(tǒng)一規(guī)格。

五、混合數(shù)據(jù)模型對卷煙煙絲混合的啟示

筆者利用模擬混合模型，對卷煙工藝流程測算，（因無流量數(shù)據(jù)，僅參考打葉復烤流量進行測算）卷煙工藝中多煙絲物料混合效果有必要進行調整，其物料混合離散度有待降低。

六、最后

筆者強調，以上測試結果為模擬測試結果，為進行大規(guī)模實際應用測試，請讀者擇其善者，摒我妄言。