谢骥+苏明+陈凯+陆琨+石蕴玉+汪飞+杨大伟+葛崟+叶为全

摘要：卷烟产品质量是烟草工业企业的核心竞争力。卷烟质量的核心是对烟丝生产过程进行精准控制。该文探讨了利用制丝线传感器采集到的实时数据对制丝产品质量水平进行统计和分析的方法，并给出了基于J2EE SSH的框架下的技术实现方法。

关键词：制丝线；质量；统计；J2EE

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）29-0070-03

Abstract： Product quality is the core competitiveness of tobacco industry enterprises. A powerful control for the process of tobacco production is the key.First，in this paper，a method of statistics and analysis has been given， which is for the quality of tobacco production，and the method is Based on the real-time data. Finaly， The method of implementation of the technology Based on J2EE SSH is given.

Key words：tobacco processing line； quality； statistics； J2EE

卷煙的品质受烟叶、制造工艺、配方、香料、辅材等多种因素影响，其中烟丝品质对烟气的口感起决定性作用。烟丝制造过程要经历切片、叶片加料、松散回潮、切丝、梗丝加工、混丝、储丝等工序。对工序运行过程进行实时监控，对保障烟丝品质控制至关重要。因此在自动化的制丝生产线上，部署有各种流量计、温度仪、水分仪等数据采集设备。在采集到制丝生产的过程数据后，需要制丝半成品质量统计系统对采集到的数据进行分析。本文以制丝生产线实时采集数据为研究对象，设计出一种制丝半成品质量统计系统方案并成功实现。

1 系统设计思想

1.1 业务描述

烟草生产企业是一种典型的线性和离散相混合的流程制造企业，其信息化发展逐步从生产底层控制自动化、制造执行自动化逐步走向基于企业资源计划的智能管控一体化。目前，烟草制丝生产流程控制系统普遍采用了现场总线技术，形成分散控制、集中管理和监控的管控一体化模式。基本实现了生产制造工艺参数管理、控制与维护、生产计划调度、产品质量过程监控、过程在线分析、质量参数监控与分析等职能则由生产管控信息系统通过相应的集控系统上位机完成。

1.2 系统设计思想

制丝过程在线分析包括制丝工艺分析、关键工序分析、特殊过程分析。制丝工艺分析用表格显示各生产点的烟丝、梗丝、膨胀丝、薄片、回丝的水分、填充值、整丝率、碎丝率。关键工序分析计算各生产线对应的关键工艺点的水分和温度两项指标值的标偏、CPK、达标率等，并通过数据运行图的展现形式，反映叶线、梗线、膨胀丝、薄片的质量稳定程度。进一步将生产线各关键工艺点串联起来进行对比，反映整个制丝线的质量变化趋势。需要说明的是，制丝线生产时存在料头、料尾（在批次开始、批次即将结束时，原料量减少而导致水分仪/温度计测量值与标准值偏差较大的情况），已完成批次计算标偏、CPK值、达标率时，需要对采集数据进行掐头去尾，将偏差大的数据过滤掉，以提高指标的精确度和可对比度。本系统采用将生产线数据的指标类型为水份/温度的关键工艺点在批次开始、批次结束将小于标准下限值过滤进行掐头去尾的方法。

2 系统实现方法

2.1 SPC应用介绍

统计过程控制（Statistic Process Control，SPC）主要采用数理统计方法对生产过程中产生的数据进行分析与评价，并找出生产过程中出现异常因素的数据。其将过程的状态分为两种：受控状态（统计控制状态）和失控状态（统计失控状态）。当过程处在受控状态时过程只受偶然性因素影响且过程的质量特性呈随机分布状态；当过程处于失控状态时过程中有系统性因素的影响且过程分布的状态不是随机分布状态。SPC控制图是对统计过程控制进行分析有效工具，其是利用数理统计方法对有效数据进行分析并计算控制界限。控制图由上控制限（Upper Control Limit，UCL）、 下控制限（Lower Control Limit，LCL）和中心线（Control Line，CL）组成，其中控制界限都是通过数理统计方法计算得到。如果统计过程中出现异常波动，控制图上显示的数据将处于上、下控制限之外或呈现统计上的非随机现象，这时就需要判明原因并采取有效措施使生产过程恢复正常至受控状态；反之则说明生产过程处于受控状态。

2.2 指标与计算方法

标准偏差（StdDev，Standard Deviation），量度数据分布的分散程度的标准，用以衡量数据值偏离算术平均值的程度。标准偏差越小，这些值偏离平均值就越少，反之亦然。标准偏差的大小可通过标准偏差与平均值的倍率关系来衡量。

过程能力也称工序能力，是指过程加工方面满足加工质量的能力，它是衡量过程加工内在一致性的，衡量最稳态下的最小波动。当过程处于稳态时，产品的质量特性值有99.73%散布在区间，（其中为产品特性值的总体均值，为产品特性值总体标准差）也即几乎全部产品特性值都落在6的范围内﹔因此，通常用6表示过程能力，值越小越好。过程能力指数通常用表示，

一般以规格（公差）范围T 与工序能力的比值来表示，即。工序能力指数越大，产品质量特性值的分散程度（）越小，说明工序能力越能满足工艺标准。在卷烟制丝的生产过程中，经常要对包括流量、水分、温度等连续性的质量特性值进行测量。一般情况下，卷烟制丝的生产工艺要求质量特性值的分布中心与公差中心重合。那么卷烟制丝生产的工序能力指数为：，为公差上限， 为公差下限，s为样本标准差。当求出工序能力指数后，就可以判断该工序能力与工艺标准是否一致，以此来衡量生产过程的加工质量水平。同时，我们需从技术性和经济性两方面来考虑，综合选定值。一般情况下，工序能力指数 1.67就表示过程能力充足。endprint

CPK：考虑偏移（均值不是规格中心值）时的短期过程能力指数，CPK反映实际的过程能力。计算中采用的关键指标与计算公式如下：。其中合格点数指采集数值在控制允差范围内的数值。

2.3 工艺数据说明

系统基于制丝生产批次、工艺标准进行质量分析，从业务维度看，数据分为生产类和工艺类。生产类数据包括牌号、批次、工艺段等信息，工艺类数据包括工艺参数类型、工艺点标准项目、设定点标准TAG表、工艺标准表和工艺标准表明细，详细的系统数据组成见图2。

3 系统关键技术实现

3.1 技术路线与架构设计

本系统是基于J2EESSH的框架的WEB应用程序（B/S），开发工具使用Eclipse，数据库使用Oracle10G，应用服务器采用IBM WebSphere（WAS）6.1。系统的整体架构分为两大部分，即前端应用平台和后端数据集成交换平台。前端应用平台不与源系统直接进行数据交互，完全由后端数据交换平台完成，为源系统的数据安全性和系统的稳定性提供了可靠的保障。

前端应用平台为基于J2EE的B/S分布式应用平台，设计上采用多层体系结构进行设计，所有的应用功能封装在Web应用服务器层，能有效地实现数据层、应用层和表现层的分离，具有较好的扩展性和灵活性。

后端数据集成交换平台采用数据集成平台ETL工具，实现数据抽取、集成、转换、加载功能以及反向的数据反馈和更新功能。ETL工具可以集中式或分布式部署到任何主流操作系统上，支持各种主流关系数据库，同时支持文本数据。ETL工具同时还提供了相应的前台管理程序，前台管理程序与后台工作引擎通过WEB Service 连接，可以方便地支持基于HTTP（S）协议的远程管理。

3.2 数据加工处理流程图

3.3 系统主体功能实现

3.3.1 创建JDBC的数据库连接工具类

本系统采用oracle数据库存储样本数据，程序建立JDBC連接需要先导入JDBC包，使用Java语言的import语句在Java代码开头位置导入所需的类。接着注册JDBC驱动程序，使JVM将所需的驱动程序实现加载到内存中，从而可以满足JDBC请求。接下来是数据库URL配置，创建一个正确格式化的地址，指向要连接到的数据库。最后创建连接对象，调用DriverManager对象的getConnection（）方法来建立实际的数据库连接。

3.3.2 制丝批次告警

1） 获取调度指令表中制丝批次信息

通过将调度指令表、工艺段表、工序表、工艺点表、牌号表、工艺点标准数据表进行关联查询，将关键工序表、工艺点_关键工序关联表通过KEY_SEQUE_DEF_ID连接，取得采集点ID对应的关键工序编号；以当前的批次号和工艺段ID查询调度指令表，获取查询记录的执行标准（ORDER_STA）；以当前的执行标准和工艺点ID查询工艺点标准数据表，获取工艺点标准值、设计标准上限值、设计标准下限值；制定标准上上限、下下限等指标，其中上上限与下下限为设计标准的3倍允差值。

2） 获取实时采集值数据集合

以批次调度信息的工艺点ID、批次号和当前批次的开始时间查询实时采集值表，获得实时该工艺点的实时采集值集合，通过采集时间正向排序，将数据以VO对象形式存入ArrayList中。生产线工艺流程的所限，一个生产批次头尾阶段的采集数据波动大，未进入稳定状态，需要将头尾的数据舍去。此处对实时采集数据进行掐头去尾处理，具体做法是以开始后第一次达标为起始时间，结束前最后达标的时间为结束时间。保留该时间段的采集数据，其余头尾数据均不再纳入计算。掐头和去尾操作的具体实现方法如下：掐头，第一个达标的数值算正常数据，在此数据之前的数据不算正常告警，舍弃掉；去尾，取最后一个在标准区间的采集值时间，记做批次结束时间，舍弃之后的数据。程序实现如下：

/*********掐头操作 begin****************/

Timestamp startTime=null；//掐头后第一个采集点时间

for（Iterator it=crafValList.iterator（）；it.hasNext（）；）{

vo = （PidVO） it.next（）；

//当下限值小于等于采集值，则当前采集时间作为达标开始时间

if（lowStand<=vo.PIDValue）{

startTime=vo.Time；

break；

}}

if（startTime！=null）{

for（Iterator it=crafValList.iterator（）；it.hasNext（）；）{

vo = （PidVO） it.next（）；

if（vo.Time.after（startTime））{

list.add（vo）；

}}}

/*********掐头操作 end****************/

/*********去尾操作 begin****************/

Timestamp endTime=null；

if（list！=null&&list.size（）>0）{

for（inti=list.size（）-1；i>0；i—）{//取最后一个大于标准下限的采集点时间

vo = （PidVO）list.get（i）；

if（lowStand<=vo.PIDValue）{

endTime=vo.Time；endprint

break；

}}}

if（endTime！=null）{

for（Iterator it=list.iterator（）；it.hasNext（）；）{

vo = （PidVO）it.next（）；

if（vo.Time.before（endTime））{

returnList.add（vo）；//把去尾后的那些采集点信息保存到list

}}}

/*********去尾操作 end****************/

3） 告警统计与实时数据修整

将采集点数值与标准下限比较，取得第一个大于标准下限值对应的时间设置为批次开始达标时间。将批次达标开始时间后的采集点数值比较标准上限、标准下限进行超标告警判断。

超标告警处理采用设置超标告警标记、超标告警开始时间、超标告警结束时间等变量，通过循环方式遍历实时采集值集合中的实时数据，一旦有超出上下限的数据即将该数据的采集时间设置为超标开始时间，直到遇到连续5个正常值，则认为告警结束，设置第一个正常值的采集时间为告警结束时间。更新批次告警明细表，记录告警的起止时间与告警类型并对当前批次告警总数进行累加。

实时数据修整首先检查用户是否开启允差控制模式，若开启允差控制模式则进行数据修整。把经过掐头去尾的数据集合内的实时采集数据进一步加工，超过上上限的数据值用上上限值替换，超过下下限的数据用下下限替换。

4） 断料与批次质量统计数据计算

若在连续的告警时间范围内连续查询3个工艺点对应的电子秤采集点流量值小于最小流量值（告警未结束），则将以前告警未结束的记录状态结束，向制丝批次告警记录表更新记录当前批次发生断料异常，不再加批次质量指标统计。

批次告警统计结束后，根据修整后实时采集数据计算均值、标准偏差、最大值、最小值、CP值、CPK值、合格率，并将统计结果写入已完成批次统计值表。

4 系统实现评价

4.1 系统运行评价

制丝半成品质量统计系统将分散的制丝实时数据信息集成起来，整合成一个集中的数据平台，为管理者、品控人员及时全面地监控制丝生产提供一个便捷的途径，而且能够通过对制丝生产过程数据的再加工处理，提炼出真正对生产管理、计划调度、经营决策有用的信息。通过SPC统计分析，在企业管理者和实时过程控制人员之间架起一座桥梁，实现两者之间的信息交换和紧密集成，既能为管理层提供了生产现场的实时数据展现，又能对历史数据进行深度挖掘和分析应用。

4.2 系统应用评价

制丝车间对经济责任制中主体内容（即质量考核）进行了一次较大幅度的改变，将原有的一些常规检测指标的考核比重进一步压缩；将近70%考核内容转变为对各工序点的CPK值进行考核。在日常生产管理方面，逐步建立起月度原因分析制度，制定原因分析人、原因分析方法、原因分析内容、判定标准和闭环措施的办法、形成日、月的Cpk值统计表，有效提高了产品质量评价的科学性和客观性，促进了考核观念的创新和转变，实现“从关注结果向更关注过程”的转变，提升了品质管理的认知水平。

4.3 系统特色评价

本系统具有实用、快捷、灵活、经济、可靠、维护成本低，系统可扩展性强的特点，可以通过Webservice或者SOA等方式进行数据集成和调用。可以方便地使用企业数据总线等方式与企业的其他业务系统进行集成与整合，大大提高了系统的扩展性。

5 总结

本文介绍了制丝生产线实时数据统计分析系统的功能设计与实现，简要描述了该系统如何利用制丝线实时采集数据进行多种分析运算，从而获得在线批次告警数据、批次质量统计数据、批次的CP与CPK等具有重要价值数据的实现过程，具有一定的应用和推广价值。

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