复合滤棒物理特性检验采样技术研究

（红塔烟草（集团）有限责任公司玉溪卷烟厂，云南 玉溪 653100）

复合滤棒物理特性检验采样技术研究

黄秋婷，吴峰，张立斌，郁骋丹

（红塔烟草（集团）有限责任公司玉溪卷烟厂，云南 玉溪 653100）

复合滤棒物理特性指标抽检是过程质量监控的重要内容，采样数据的表征性和准确性决定了监控效果的好坏，在相同条件下，样本量越大，抽样误差越小，但是所产生的抽样成本越高。本文通过实际检测数据分析不同样本量梯度下的抽样效果，利用均值检验和方差检验验证了不同样本量与大样本抽样效果的差异，从而确定最优的抽检样本量为20支/组。最后，将样本量为20支/组的抽样效果与上级部门抽检的结果对比，证明抽样结果无差异。

复合滤棒；物理特性；采样技术；检验

复合滤棒物理特性指标作为衡量复合滤棒质量的重要因素，是过程质量控制的关键指标，作为滤棒过程质量检验的主要工作，进行实时监控。因此，复合滤棒物理特性指标采样数据的表征性和准确性是过程质量管控的重要基础，是对质量进行分析改进的重要依据。根据经典统计学原理，在相同条件下，样本量越大，抽样的系统误差越小，样本指标对总体指标的代表性越高。但是，对卷烟产品的检验都是破坏性试验，开展检验就要造成产品消耗，这就会导致检验成本增加；且滤棒物理指标的测试需要通过综合测试台来完成，综合考虑检验设备的检测能力，我们希望在抽样效果基棒相同的前提下，尽量减少抽样数量，降低检验成本，相应行业降本增效的精益管理要求。

目前，国内的研究主要是从抽样特性OC曲线和辨别率OR、接受功效等来进行抽样方案的优化，陈奕在确定质量水平的基础上制定不同的抽样方案，并从功效、辨别率的角度对抽样方案进行评价；赵滨红等通过使用一个由接收质量限（AGL）确定的系统抽样方案；潘玉灵等探索了一种通过取消样品调节时间适用于应急情况下的快速检测方法，缩短卷烟检测的周期、提高检测效率；王振华等提出了根据批量N和连续提交检查批过程平均上限值AQL确定样本容量的计算方法，改进了连续大批量空间数据的抽样方案的制定方法。大多数研究都是从统计学的抽样技术制定理论上的最优抽样方案，而基于事实的决策方法研究鲜有报道。因此，本文以实际的抽样数据结果为基点，研究不同样本量的数据表征性，在保证抽样效果的前提下，结合检测能力，确定最优的抽样方案，保证样本的质量特点符合产品的整体质量特点，提高过程质量监控能力，同时降低成本，实现精益管理。

1 材料与方法

1.1 材料及设备

1985年从德国HAUNI公司引进名为KDF2的滤棒成型机，生产复合滤嘴棒的普通醋酸纤维白、碳棒段，（玉溪卷烟厂提供）；2004年从德国豪尼公司引进名为MULFI-E二元复合滤棒机（玉溪卷烟厂提供）；法国索定公司引进的综合测试台、硬度仪。

1.2 方法

1.2.1 抽检方案确定的前提

企业进行抽样检验是为了确保产品质量，对滤棒产品质量进行持续有效的过程监督。抽样检验需要考虑经济性要求和数据表征性的要求。当卷接机工况稳定并且原辅材料质量稳定的情况下，选用系统抽样法，即以时间为单位，规定在检查批内，每隔一段时间进行一次抽样检查。

产品检测周期包含抽样、试样制备、试样调节、试样检测、结果计算、综合评价六个阶段，需要对生产的各个机台、牌号进行抽检，根据目前国标要求，抽检样本量为30支/组，在实际生产中，由于综合测试台数量有限，检测效率较低，且会出现异常，需要重新进行取样测试，加上样品制备时间较长，造成了抽样工作的负荷量较大，抽样效果不能得到及时跟踪和保障，需要根据实际检测结果进行样本量的调整。

1.2.2 样品制备

取适量的复合滤棒，将所取样品放入温度（25±2）℃、（62±5）% 的环境中放置6小时后，按照综合测试台、硬度仪规定的方法要求对样品进行物理性能检测。

1.2.3 数据剔除规则

在进行物理特性检测时，可能存在异常数据对实验结果造成影响，需要进行异常数据的剔除，不满足以下任意一条的数据需要剔除。

（1）通过子组样本量，不满足单组样本量要求的自动剔除。

（2）使用拉依达准则（PauTa）作为异常数据剔除规则。

①用拉依达准则判定异常数据的基本概念是以给定的置信概率99.73%为标准，以三倍测量值的标准偏差限为依据，超出此界限的误差，就判定为不属于随机误差，而是异常数据，应从测量数据中剔除。

⑤数据剔除后需重新计算剔除界限，循环对测量值进行异常数据的判定剔除，直至符合要求，并补足相应样本数据。

⑥无效数据剔除量≥8%，表示该项目不可控，作专项问题解决，并识别为控制系统问题。

1.2.4 抽样误差分析

根据国标要求，以样本量为30的抽样信息代表总体的真实水平（满足大样本要求），选择平均相对误差（MRE）作为评价数据表征性的定量指标：

式中，MERj为j个样本量下的 平均相对误差，j为抽样的样本量，Xji为第i批生产滤棒抽j个样本量测量的样本均值，Xoi为第i批生产滤棒抽30个样本量测量的样本均值（代表真实值），m代表随机抽取m批滤棒分别进行抽样。

试验过程中，在其他条件相对一致且设备运行正常的生产过程中，随机选取30批滤棒，设置不同子组样本量梯度，对每批滤棒分别选取n=30，28，25，22，20，18，15，10进行抽样；利用综合测试台测试每组数据的长度、圆周、吸阻、重量，并利用硬度仪进行硬度测试，导入测试结果后剔除异常数据，并在同一批次的滤棒中重新取样进行物理指标的测试。

1.2.5 假设检验

根据误差分析确定的样本量范围，选定合理的梯度再进行假设检验。在其他条件相对一致且设备运行正常的生产过程中，随机选取30批滤棒，每批分别取选不同梯度的样本量进行抽样；利用综合测试台测试每组数据的长度、圆周、吸阻、重量，并利用硬度仪进行硬度测试，导入测试结果后剔除异常数据，并在同一批次的滤棒中重新取样进行物理指标的测试，记录每组测试数据的平均值和标准偏差。分别与n=30/组的平均值进行均值和标准差检验；分析各个样本量抽样下物理特性与真实水平的差异性，结合实际检测能力确定物理特性指标最优的抽检样本量。

1.2.6 效果验证

在上级部门进行的日常抽检过程中，对同一批次的滤棒进行留样；在该批滤棒中随机抽取最终确定的抽检样本量的滤棒，利用综合测试台测试每批滤棒的长度、圆周、吸阻、重量，并利用硬度仪进行硬度测试，导入测试结果后剔除异常数据，并在同一批次的滤棒中重新取样进行物理指标的测试，记录测试数据的平均值和标准偏差。重复选取30次上级部门的日常抽检，进行数据比对，分析最优样本量确定的抽检效果。

2 结果与讨论

2.1 误差分析

利用公式（1）计算出每一种样本量下的平均相对误差，分析各种样本量下的抽样误差的变化趋势，得到图1的散点图。可以看出随着抽样样本量的减少，各个物理特性指标的平均相对误差具有逐渐增大的趋势；但MRE变化的边际作用不同，随着样本量不断减少，平均相对误差的变化值越来越大，即呈边际作用具有递增的规律；具体对各个物理指标的变化情况进行分析：（1）圆周和长度的指标相对较稳定，整体平均相对误差较小，在样本量为18,15时增大的幅度较大。（2）硬度指标在样本量下降为18的时候，MRE的变化较平缓，降低至15时，MRE增加的幅度更大。（3）吸阻和重量指标在样本量下降至20之前的变化带来的边际效应较小，随着样本量的再降低，边际效应增加，MRE快速增加。

图1 各物理指标的MRE与样本量的关系图

表1 不同样本量下物理特性指标检验结果

表2 与上级部门抽检比对结果

依据上述分析得到如下结论：在其他情况一致的条件下，样本量越大，抽样的平均相对误差越小，抽样结果越准确，但是在有成本和检测能力限制的情况下，样本量不应少于20/组。

2.2 假设检验

为进一步确定样本量的最优值，选取样本量为15，18，20，25分别与样本量为30的进行均值和标准差检验；分析各个样本量抽样下物理特性与真实水平的差异性，结果如表1。

从表1结果可以看出，与真实值（n=30/组）相比，n=25，20的时候，测试样本的均值与标偏的P值均大于0.05，不能拒绝样本均值和方差相等的假设，说明样本量取25，20时，检测均值和标准差与真实值没有显著差异，样本的表征性较好，而当样本量较少到18，15的时候，均值检验和方差检验的P值几乎都小于0.05，拒绝样本均值和方差相等的假设，说明样本量取25，20时，检测均值和标准差与真实值有显著差异，说明样本量小于20时对于统计数据的表征性不够，需要增加样本量。所以，复合滤棒物理指标的测试样本量至少是20支/组。

2.3 效果验证

为进一步验证抽检样本量为20的抽检效果，对同一批次滤棒与上级部门抽检的结果进行比对，结果如表2。

从表2可以看出在抽检样本量为20的时候，各物理指标的均值检验的P值均大于0.05，方差检验的P值也大于0.05，说明检测均值和标准差与上级部门抽检的数据没有显著差异，样本的表征性较好。

3 结语

抽样检验是确保产品质量符合要求的重要手段，除了满足数据的表征性要求外，还需考虑经济性要求。通过上文试验确定了当抽检样本量为20支/组时，抽检效果与样本量为30支/组没有显著差异，且与上级部门的抽检效果没有显著性差异，从而确定复合滤棒的最优抽检样本量。

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TS433

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1671-0711（2017）04（上）-0163-03