黄幼斌 谢 忱

（1.郑州轻工业学院食品与工程学院 郑州 2.广西中烟公司有限责任公司南宁卷烟厂 南宁）

一、引言

在卷烟生产工艺中，卷烟圆周作为卷烟品质的一个重要指标，与卷烟的卷制质量密切相关，并对原材料消耗、主流烟气和感官质量等各项指标有着直接的影响作用。卷烟圆周控制是卷烟机控制系统的重点和难点，卷烟圆周偏差过大时不但直接影响烟支的多项质量指标如外观、吸阻、硬度等，而且会造成废品过多、甚至引起停机。正确合理地控制卷烟圆周，一方面可在一定程度上提高卷烟的质量，对减少有害物质的生成量、减轻吸烟对烟民身体健康的危害程度，具有重要意义。

目前行业在卷烟机设备运行工艺参数优化方面的研究较多，而对卷烟圆周影响方面的研究鲜有报道。应用DOE全因子试验研究不同大压板、小压板及烟舌位置对卷烟圆周波动的影响及参数最佳配置，为卷烟机设备参数的合理设置提供理论基础。

二、材料与方法

1.材料与设备

烤烟烟丝，A牌号配方，广西中烟工业有限责任公司；PROTOS-70卷烟机，德国HAUNI公司；多功能综合测试台SODIMAX，上海兰宝佳杰仪器科技公司（法国SODIM有限公司）。

试验方法。前期对影响卷烟圆周缺陷的原因进行梳理，通过FMEA（潜在因素及影响）分析及方差分析，确定了卷烟机主要设备参数中影响卷烟圆周的3个关键因子，即大、小压板和烟舌位置。

选用追踪取样法，在其他各项参数不变条件下，在同一卷烟设备内调整大压板位置、小压板位置、烟舌位置参数，待稳定后在卷烟机设备出口取样，减少其他干扰因素对结果的影响。参数调整后，生产恢复正常且过程控制稳定后取样30支卷烟。以卷烟圆周作为评价指标。将样品置于多功能综合测试台中，启动测试台进行检测，输出检测结果。

固定配方烟丝（A牌号烟丝配方），在设备其他参数恒定的前提下，通过调整大、小压板及烟舌位置，以卷烟圆周为判定依据，确定最佳调整参数。

三、结果与分析

1.卷烟圆周的单因子试验

（1）大压板位置对卷烟圆周的影响。在小压板位置为7.8 mm、烟舌位置6.8 mm条件下，分别调整大压板位置为0.8 mm、1 mm，考察大压板位置对卷烟圆周的影响。对收集的样本数据进行Mann-Whitney检验，卷烟圆周1，取样数N=30，中位数24.33。卷烟圆周2，取样数N=30，中位数24.55。ETA1-ETA2的点估计为-0.22，ETA1-ETA2的 95.2置信区间为（-0.26，-0.19），W=465.0。在 0.0000上，ETA1=ETA2与 ETA1≠ETA2 的检验结果显著；在 0.0000显著性水平上，检验结果显著（已对结调整）。P值＜0.05，表明大压板位置不同下卷烟圆周均值呈显著变化，大压板位置是影响卷烟圆周的显著原因。

（2）小压板位置对卷烟圆周的影响。在大压板位置为0.9 mm，烟舌位置6.8 mm条件下，分别调整小压板位置为7.7 mm和7.9 mm，考察小压板位置对卷烟圆周的影响。对收集的样本数据进行Mann-Whitney检验，结果P值＜0.05，表明不同小压板位置下卷烟圆周有波动，所以小压板位置是影响卷烟圆周的显著原因。

（3）烟舌位置对卷烟圆周的影响。在大压板位置为0.9 mm、小压板位置7.8 mm条件下，烟舌位置（出口间隙）为6.5 mm、7 mm，考察位置烟舌对卷烟圆周的影响。对收集的样本数据进行Mann-Whitney检验，结果P值＜0.05，表明卷烟圆周随烟舌位置不同呈显著变化，烟舌位置是影响卷烟圆周的显著原因。

2.DOE试验设计优化卷烟机主要设备参数

根据以上各单因素试验结果，确定了大、小压板及烟舌位置，以这3个主要参数作为试验因素，分析不同试验因素组合对卷烟圆周稳定性的影响。此外，在保持其他工艺参数恒定、设备运行正常的情况下，对试验因素的水平进行设置，选择全因子试验并安排4个中心点（即23+4）的试验，用Minitab-16软件生成3因子2水平4个中心点的全因子试验设计方案，并随机化试验顺序，使中心点大体在试验的开始、中间和结尾，根据试验方案进行试验，得到12个试验处理方案及结果分别见表1、表2。

（1）试验各因素对卷烟圆周的影响分析。为分析各因素对卷烟圆周的影响，以卷烟圆周为指标Y，利用Minitab-16数据分析软件对表2的试验结果进行分析，发现交互作用不显著，删除不显著项后，对选定模型进行优化再次进行分析，得到3个因素与卷烟圆周之间的回归方程：Y=20.81＋0.72X1＋0.30X2＋0.06X3

表1 DEO试验水平表

表2 DEO试验计划与试验结果

表3 响应值方差分析表

（2）试验分析。对试验回归模型进行方差分析结果见表3

由表3可知，回归模型的回归项P＜0.05，表明模型总体有效。从残差误差看，试验误差小，说明可用本回归方程进行分析和预测。

（3）各因素及交互作用对卷烟圆周的影响。各因素对卷烟圆周的影响见图1～图3。输出各因子主效应图、交互效应图和等高线，由主效应图形分析可知，为了若使卷烟圆周达到最大，大压板位置、小压板位置、烟舌位置应取上限值。由交互作用图可知，小压板位置与烟舌位置交互作用显著。由等值线图和曲面图可知，卷烟圆周在大压板位置=0.84 mm，小压板位置=7.70 mm，烟舌位置在7.00 mm时达到最佳值。

图1 卷烟圆周的主效应图

图2 卷烟圆周的交互作用图

（4）最佳工艺条件优化及试验模型验证。为确定各因素的最佳工艺设置利用Minitab-16软件找出回归模型Y的最佳值，通过等值线图和响应优化，可知在大压板位置（大压板与烟枪基座间隙）≈0.84 mm，小压板位置（小压板进出口径）≈7.7 mm，烟舌位置（出口间隙）=7 mm时，卷烟圆周最接近目标的值为24.5 mm。在最佳参数条件下进行了3天验证性实验，卷烟圆周平均为24.51 mm，卷烟圆周标偏值基本可以控制在23.0 mm以下，卷烟圆周稳定，单支圆周标偏合格率＞96%，与理论值基本上一致，说明试验的回归方程可靠。

图3 卷烟圆周的等值线图

四、结论

试验结果表明，卷烟机大压板位置、小压板位置、烟舌位置3个主要设备参数对卷烟圆周稳定性有显著影响。结合生产实际，最佳设备参数组合为大压板位置0.84 mm，小压板位置7.7 mm，烟舌位置7 mm时，卷烟圆周标准偏差最小，卷烟圆周稳定性最好。本试验为卷烟机最佳运行参数的设置和试验方法提供了一定的理论参考。