前言：經(jīng)過(guò)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(duì)原料混合后，在微觀狀態(tài)下配方實(shí)現(xiàn)過(guò)程中涉及的復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型問(wèn)題，簡(jiǎn)而言之，就是各種物料混合是否充分的問(wèn)題，較少有人涉獵。

筆者作為從事打葉復(fù)烤20年的技術(shù)人員，近些年有機(jī)會(huì)接觸到片煙原料混配工作，對(duì)多種原料在打葉復(fù)烤生產(chǎn)工藝過(guò)程中，微觀狀態(tài)下的混合模型進(jìn)行了些許思考，與大家分享，希望引來(lái)各位專家批評(píng)指正。

筆者始終堅(jiān)信：產(chǎn)品質(zhì)量不是檢測(cè)出來(lái)的，產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該由通過(guò)工藝設(shè)計(jì)和工藝布局產(chǎn)生的，再由加工操作過(guò)程進(jìn)行小規(guī)模調(diào)整。也就是說(shuō)，先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)和布局，應(yīng)該最大程度屏蔽人為操作帶來(lái)的差錯(cuò)。

一、問(wèn)題是什么及研究此類問(wèn)題的意義

（一）問(wèn)題提出

多種煙葉原料投入后，經(jīng)過(guò)整個(gè)打葉復(fù)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(wèn)題，在現(xiàn)有的煙葉混配工藝檢測(cè)模式下，以檢測(cè)最終產(chǎn)品的煙堿CV值來(lái)作為預(yù)判，并由品吸人員進(jìn)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(biāo)，明顯無(wú)法客觀評(píng)定整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)品混合能力，更無(wú)法評(píng)價(jià)最終產(chǎn)品微觀配方中配方實(shí)現(xiàn)程度。

因?yàn)?#xff0c;各種原料都含有煙堿且含量偏差不大。卷煙吸味（風(fēng)格……等等）構(gòu)成，不只看這一單一指標(biāo)。若多種等級(jí)的煙堿含量相近，僅僅煙堿含量偏差無(wú)法判定配方中某一組分的缺失或含量失衡。因此，有必要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行多物料混合能力進(jìn)行研究，也就是對(duì)微觀狀態(tài)下產(chǎn)品（包括過(guò)程產(chǎn)品）的混合程度進(jìn)行研究。

（二）研究此問(wèn)題的意義

1、建立了混合評(píng)價(jià)模型，可以評(píng)價(jià)現(xiàn)有的打葉復(fù)烤、原煙配方工藝多物料混合能力的科學(xué)性；

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

3、可對(duì)現(xiàn)有的打葉復(fù)烤混配、卷煙制絲進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

二、問(wèn)題分析——建立分析模型對(duì)現(xiàn)有的打葉復(fù)烤工藝進(jìn)行混合能力測(cè)算

（一）問(wèn)題的數(shù)學(xué)假設(shè)

我們做一個(gè)假設(shè)：

把各個(gè)年份、等級(jí)、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(guò)我們的復(fù)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(jié)果是：

（1）任意一個(gè)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(wú)限趨近于原本設(shè)計(jì)的含量比例，即：yn%≈xn%/yn,xn∈R*

（二）問(wèn)題設(shè)定

在此數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上我們將研究的問(wèn)題設(shè)定為：

（1）統(tǒng)計(jì)總體和樣本量如何設(shè)定

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

（3）這N種原料的特性值（粘粘性質(zhì)、翻滾性質(zhì)、顆粒性質(zhì)等等）如何設(shè)定；

（4）各種混合形式對(duì)統(tǒng)一特性值后的N種原料混合效果如何；

（5）如何評(píng)價(jià)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(dá)到原料混合程度的最優(yōu)；

（三）統(tǒng)計(jì)總體和樣本的設(shè)定

根據(jù)山東煙葉復(fù)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(fù)確認(rèn)，確定單批次投料的重量為3000Kg時(shí)，質(zhì)量最穩(wěn)定。因此，本文將統(tǒng)計(jì)樣本總量（生產(chǎn)批）設(shè)定為3000Kg。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，單支煙（非細(xì)支）填充煙量為0.75g,為此，本文將樣本設(shè)定為0.75g。

現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)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(jí)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(biāo)的設(shè)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(gè)參數(shù)，并對(duì)幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)差之比e=S前/S后，

均化效果主要應(yīng)用在預(yù)均化過(guò)程中，來(lái)定均化時(shí)間和來(lái)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(duì)混合程度有所影響；

（六）現(xiàn)有的打葉復(fù)烤工藝中的混合模式

1、配葉臺(tái)（擺把臺(tái)）摻配模式；

2、傳送帶級(jí)間跌落模式（落差＞幾何尺寸的2.5倍，下級(jí)直線速度＜上級(jí)）；

3、潤(rùn)葉筒旋轉(zhuǎn)混合模式；

4、貯柜橫進(jìn)縱出模式；

5、風(fēng)分機(jī)拋揚(yáng)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(fù)烤有限公司沂水復(fù)烤廠采用SOLIDWORKS集成的iGRAF集成顆粒流模擬插件對(duì)以上六種混合模式進(jìn)行三維模擬。采用Matlab等軟件進(jìn)行物料攪拌狀態(tài)下的模擬得出結(jié)論：

1、片狀物料在不考慮造碎的前提下，3000Kg（500萬(wàn)顆粒）物料攪拌狀態(tài)時(shí)，應(yīng)攪拌17分鐘，至少攪拌26次（深度攪拌）

選取0.75克50個(gè)樣本任意等級(jí)yn→xn的標(biāo)準(zhǔn)差σ

合格區(qū)間中約為95.77%（μ±2σ）

單次攪拌標(biāo)差平均擬合值為：36.31%

2、以以上模型為基點(diǎn)，測(cè)算6種模式下的指標(biāo)：

3、以對(duì)各混合模式的測(cè)試為基礎(chǔ)，判定如下：

（1）打葉復(fù)烤工藝中對(duì)片煙混合最有效的方式是風(fēng)分和潤(rùn)葉，其混合能力為標(biāo)準(zhǔn)攪拌模式的4.3、與2.2倍；

（2）鋪葉擺把臺(tái)多種物料摻配的方式本身無(wú)混合效果，但結(jié)合后續(xù)工序（潤(rùn)葉機(jī)），可提高其混合效果。

（3）以前推崇的橫進(jìn)縱出貯柜混合模式，其混合效果極其有限。

（4）風(fēng)分機(jī)與包裝提箱混合在多相流條件下模擬，呈現(xiàn)無(wú)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(cè)算

打葉復(fù)烤工藝流水線的可混合工序是：

根據(jù)混合效果指標(biāo)，e=S前/S后，

經(jīng)測(cè)算，多級(jí)間混合效果為累乘的關(guān)系，工序綜合混合效果離散度為5.11%。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)攪拌次數(shù)為11次，實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)攪拌時(shí)間為15.5分鐘。

250個(gè)生產(chǎn)批次，單次分組過(guò)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(jié)論：

以上數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：現(xiàn)有的打葉復(fù)烤工藝布置，對(duì)多等級(jí)原料的混合效的制程能力無(wú)法達(dá)到充分混合的理想狀態(tài)。

四、問(wèn)題結(jié)論的實(shí)際應(yīng)用

1、山東煙葉復(fù)烤有限公司沂水復(fù)烤廠將數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)定結(jié)果（多批次煙堿CV值）進(jìn)行了比對(duì)。

10個(gè)生產(chǎn)批變異系數(shù)＜混合能力離散度。

筆者認(rèn)為，前期的煙葉多參數(shù)預(yù)想因素，影響混合能力的評(píng)價(jià)，也就是說(shuō)，煙堿CV值指標(biāo)并不能顯示工序的混合能力。

2、根據(jù)數(shù)學(xué)模型測(cè)試對(duì)現(xiàn)有打葉復(fù)烤工序進(jìn)行調(diào)整的建議：

（1）進(jìn)入生產(chǎn)線過(guò)程時(shí)，必須同一時(shí)間上齊所有等級(jí)比例的物料。即不可以各個(gè)等級(jí)物料依次投料；

（2）物料投入生產(chǎn)線前，等級(jí)內(nèi)部煙葉必須充分剝離；

（3）一打后風(fēng)分出料比例不宜過(guò)高（＜60%），否則影響混合結(jié)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(shè)備調(diào)整建議：

（1）建議使用MES系統(tǒng)對(duì)投料等級(jí)和重量進(jìn)行精準(zhǔn)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(duì)進(jìn)入車間的煙籠進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)混配；

（3）建議在投料前，利用大型暖房對(duì)預(yù)混配煙籠進(jìn)行12-16小時(shí)的自然潤(rùn)葉，舍棄高強(qiáng)度的真空回潮；

（4）建議使用4-6個(gè)翻箱喂料機(jī)代替人工擺把，利用MES系統(tǒng)對(duì)在線流量進(jìn)行精準(zhǔn)控制；

（5）降低潤(rùn)葉溫濕度，對(duì)片型進(jìn)行控制，壓縮大片率，統(tǒng)一規(guī)格。

五、混合數(shù)據(jù)模型對(duì)卷煙煙絲混合的啟示

筆者利用模擬混合模型，對(duì)卷煙工藝流程測(cè)算，（因無(wú)流量數(shù)據(jù)，僅參考打葉復(fù)烤流量進(jìn)行測(cè)算）卷煙工藝中多煙絲物料混合效果有必要進(jìn)行調(diào)整，其物料混合離散度有待降低。

六、最后

筆者強(qiáng)調(diào)，以上測(cè)試結(jié)果為模擬測(cè)試結(jié)果，為進(jìn)行大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，請(qǐng)讀者擇其善者，摒我妄言。