提升薄板烘丝机出口水分CPK值

(浙江中烟工业有限责任公司　浙江　杭州　310000)

一、引言

烟丝出口水分即烟丝出口含水率，是卷烟制造企业重要参数。CPK(又称工序能力指数)，是指过程能力满足产品质量标准要求(规格范围等)的程度。它指的是工序在一定时间里，处于控制状态(稳定状态)下的实际加工能力。它是工序固有的能力，或者说它是工序保证质量的能力。计算公式如下：

CPK=CP*(1-│CA│)

其中CP为工序精密度：CP=T/6б

CA为工序准确度：CA=(X-U)*2/T

T为规格公差，即是工艺指标的公差。б为标准偏差。X为实际生产中采点的平均值。U为工艺指标的中心值。

从公式中不难看出，规格公差T在生产过程中一般是恒定的，不会产生变化，故最终决定CPK值的主要就在于标准偏差б和平均值X。标准偏差是整个生产过程的稳定性。而平均值则是对过程中的中心值偏离工艺标准中心值的要求了。整个过程越平稳，控制曲线越平滑，标准偏差值越小，平均值越接近工艺标准值，CPK就越大，越符合我们期望的值。

二、现状调查

从J卷烟厂生产的LQ牌号烟丝中，随机抽取了1个批次，查看其生产记录中的烘丝机出口水分数据，烘丝出口水分趋势图很不平滑，出口水分波动大，标准偏差和极差均较高，CPK值仅为0.57，发现在实际的生产过程中还是存在着一些问题，提高烘丝出口水分CPK值还是有一定的必要性的。在批量抽取2017年12月LQ牌号烟丝的30个批次的出口水分CPK值，我们定义烘丝机出口水分CPK值≥1为合格，那么不合格的批数为23批，不合格率为77%，可见找出原因，提升CPK值已经是迫不及待的任务了。

三、原因分析

经过了全面的调查、讨论、分析，确定了以下几个原因是造成CPK低的主要原因：

1.烘丝机的冷凝水收集罐缺少排空装置，缺少此装置的危害性有如下两点：一是冷凝水收集管并非压力容器，源源不断进入收集罐的蒸汽会使罐体产生比较大的压力，长期下去会有发生爆炸的安全隐患。二是在进入罐体的蒸汽达到一定量的时候，产生的压力会阻止烘丝机蒸汽管道的冷凝水进入冷凝水收集罐，导致冷凝水的排放不及时或者不顺畅，此时蒸汽的含水率会较正常情况下高出许多，严重影响烘丝机薄板温度和热风循环系统的加热效果，最终会体现在出口水分的稳定性上。由以上分析可知，烘丝机的冷凝水收集排放系统安装有误，且存在安全隐患和质量隐患，必须对其进行整改。

2.随机收集调取了2017年11月生产的LQ牌号烟丝的10个批次的烘丝出口水分趋势图，通过分析我们发现，头料时的烘丝出口水分普遍偏高，说明过头料时由于薄板温度偏低，脱水量降低从而导致水分偏高。由于头料时物料流量较低，薄板温度上升过快或过慢都会影响出口水分的稳定性。已知薄板温度计算公式：

薄板温度=脱水量/干燥系数+温度平台+修正温度

(其中修正温度和干燥系数为出厂经验值，不可修改)

由薄板温度计算公式可知，温度平台设置的高低会直接影响到薄板温度。头料薄板温度过高或过低，都会导致头料出口水分波动较大，CPK值也会因此降低。因此，要提高头料时的烘丝出口水分，在自动控制模式下只有通过修改温度平台方能达到控制薄板温度的目的，及时响应反馈信息，解决系统自动控制的滞后性。为了验证这一判断，决定先对温度平台设置进行简单对比试验。选定其中一个LQ牌号烟丝，目前LQ牌号烟丝的温度平台设定值为93℃，为使对比结果较为明显，决定将对比温度平台设定为95℃。在其它工艺参数不变的情况下，各选5个批次来进行对比试验。由试验结果分析可知，当温度平台设置为95℃时，CPK值较之前有明显提升。也就是说温度平台设置的高低，对烘丝出口水分影响较大，当温度平台设置不合理时，会直接影响烘丝出口水分的CPK值。

3.PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。烘丝机薄板温度控制与出口水分控制过程PID整定没有找到最佳，曲线波动周期长，曲线振荡频繁，过程控制紊乱。PID参考其他一些厂家的设定，并非科学合理。

四、对策实施

为解决以上问题，经过分析、试验，采取如下措施，提升烘丝出口水分CPK值：

1.措施一：改进烘丝机冷凝水收集系统。在查阅相关资料后得知，烘丝机的冷凝水收集罐必须带有排空装置，否则不仅会有安全隐患，还会对烘丝机出口水分的稳定性产生一定的影响。对烘丝机冷凝水收集罐检查后发现，原始的冷凝水收集罐的设计是有排空管接口的，但在安装时却没有安装排空管，而是用一块盖板将接口封住了，这就要求我们根据排空管的接口尺寸设计出排空管。最后采用法兰式接头与冷凝水收集罐的原始接口连接。顺利解决了这一问题。

2.措施二：修改烘丝机薄板温度平台参数。对烘丝机薄板温度平台进行梯度试验，以目前使用设定值93℃为基准，依次提高0.5℃，在其它工艺参数不变的情况下，各选5个批次来进行此次试验。通过以上试验结果及分析可知，在进行梯度实验过程中我们发现，当温度平台设置在94.5℃时，烘丝出口水分CPK值最高。因此，在以后的烘丝生产过程中，我们将最优温度平台设定为94.5℃。

3.措施三：修改PID参数。根据PID整定原则确定了因素水平表来进行正交试验，确认最佳PID参数设定值。根据正交试验结果分析，得出最优PID控制参数。

五、效果分析

在实施上述措施之后，通过实际生产可以看出，出口水分预控图的曲线明显平滑很多，投料出口水分也基本控制在标准线区域，而且出口水分的CPK值得到很大的提高。抽取30个批次的LQ烟丝，如下表：

序号CPK值序号CPK值序号CPK值113411150211742136121392214331681315023134415314144241365141151392516561371615626187713917141271988171181472813891821913929151101572013630148

从表中可以看出，改进后出口水分CPK值相对稳定，平均值为1.54，最大值为1.86，最小值为1.36，均为合格。达到了想要的结果。

六、结论

1.准确的找出了影响烘丝机出口水分CPK偏低的主要原因。

2.根据统计数据跟踪、分析、验证，改进后的CPK均≥1，完成了提升出口水分CPK的目标。

【参考文献】

[1]杜素贞.降低薄板烘丝机出口水分标准偏差，山东工业技术，2014年11期.

[2]陈良元.卷烟生产工艺技术[M],郑州：河南科技出版社，2002.