■彭 飛 王紅英 高 蕊 康宏彬

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院農(nóng)業(yè)部國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)裝備研發(fā)分中心，北京 100083)

飼料行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。如何提高和穩(wěn)定飼料產(chǎn)品的質(zhì)量，已經(jīng)越來(lái)越受到飼料企業(yè)的高度關(guān)注。顆粒飼料質(zhì)量指標(biāo)包括營(yíng)養(yǎng)成分和物理指標(biāo)兩個(gè)方面。營(yíng)養(yǎng)成分是指水分、蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪、能量和灰分等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，物理指標(biāo)是指顆粒飼料耐久度指數(shù)PDI、含粉率、硬度、表觀（顏色、表面光潔度等）、幾何尺寸（粒徑、粒長(zhǎng)）等。

統(tǒng)計(jì)過(guò)程與控制(SPC)是美國(guó)休哈特博士在20世紀(jì)20年代提出的理論，是一種借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行過(guò)程控制的工具，基于統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，科學(xué)地判別生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的系統(tǒng)波動(dòng)和隨機(jī)波動(dòng)，即是否處于受控狀態(tài)，從而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的異常和隱患及時(shí)警告，以便生產(chǎn)管理人員及時(shí)采取措施，消除異常，恢復(fù)過(guò)程的穩(wěn)定，達(dá)到提高產(chǎn)品一致性、減少返工和浪費(fèi)、改善企業(yè)的運(yùn)行效率、提高客戶滿意度等目標(biāo)，從而獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。有關(guān)SPC的應(yīng)用在衛(wèi)生、紡織、煙草、農(nóng)產(chǎn)品等領(lǐng)域均有相關(guān)的研究，而在飼料領(lǐng)域方面，國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)到。本文以顆粒飼料用戶最為關(guān)注的顆粒耐久度PDI這一指標(biāo)為研究對(duì)象，將SPC技術(shù)應(yīng)用于顆粒飼料產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)價(jià)、控制和管理中，用于提高和穩(wěn)定顆粒飼料產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為某飼料企業(yè)2013年4月連續(xù)生產(chǎn)的大鴨料（顆粒料徑為4.2 mm）。采樣時(shí)間間隔20 min，樣本容量為4，為保證數(shù)據(jù)的可靠性，共抽取25個(gè)樣本。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

回轉(zhuǎn)箱一臺(tái)，按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)定制；標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩一套，GB/T6003.1—1997，新鄉(xiāng)市同心機(jī)械有限責(zé)任公司；電子精密天平一臺(tái)，PL2002，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

PDI是衡量顆粒飼料成品在輸送和搬運(yùn)過(guò)程中抗破碎的相對(duì)能力，是養(yǎng)殖戶最為關(guān)注的指標(biāo)之一，因此選取PDI作為顆粒飼料質(zhì)量特性指標(biāo)和控制對(duì)象。將樣品篩選后取篩上物500 g；將500 g篩上物放入PDI箱；啟動(dòng)機(jī)器（轉(zhuǎn)速50 r/min，運(yùn)行10 min）；10 min后，取出所有料，進(jìn)行篩選（粒徑為4.2 mm，所用篩網(wǎng)為6目篩），稱篩上物顆粒料質(zhì)量。計(jì)算方法：假設(shè)篩上物為X g，,計(jì)算PDI值，PDI=（X/100）×100% 。樣品測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)詳見國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T16765—1997《顆粒飼料通用技術(shù)條件》。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定顆粒飼料粉化率≤10%，PDI與粉化率之間關(guān)系為：PDI=100%-粉化率，要求PDI值≥90% 。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理

SPC的實(shí)施主要包括數(shù)據(jù)的正態(tài)性檢驗(yàn)、控制圖的繪制、穩(wěn)態(tài)判斷和過(guò)程能力分析。所有數(shù)據(jù)用Excel軟件進(jìn)行初步整理后，然后采用統(tǒng)計(jì)軟件minitab16進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 樣品的PDI數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的正態(tài)檢驗(yàn)

樣品量25個(gè)，子組容量為4，將計(jì)算所得的PDI數(shù)據(jù)輸入Excel表，計(jì)算出Xˉ和R，如表1所示。

在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析之前首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，因?yàn)檎龖B(tài)性假設(shè)是SPC的理論基礎(chǔ)。用minitab16軟件對(duì)上述PDI值進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，結(jié)果見圖1。

表1 試驗(yàn)樣品PDI測(cè)試數(shù)據(jù)和計(jì)算

圖1 PDI數(shù)據(jù)的正態(tài)性檢驗(yàn)

由圖1可知，樣品PDI指數(shù)的平均值為（91.92±0.8473）%，計(jì)算的結(jié)果P=0.055＞0.05，在95%的置信區(qū)間之內(nèi)，數(shù)據(jù)接近一條直線，基本符合正態(tài)分布，接下來(lái)可以進(jìn)行控制圖繪制和分析。如果數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，可以采用一些方法，如非正態(tài)參數(shù)檢驗(yàn)方法或指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均（EWMA）等控制圖，作為常規(guī)控制圖的補(bǔ)充。

2.2 控制圖繪制和分析

根據(jù)控制圖選定原則，所研究的顆粒飼料PDI為計(jì)量型數(shù)值，其特征符合均值-極差圖的要求，由采集到的數(shù)據(jù)繪制X-R控制圖，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過(guò)程分析，如圖2所示。

圖2 樣本PDI的 Xˉ-R控制

穩(wěn)態(tài)判斷準(zhǔn)則有兩類：a點(diǎn)子出界就判異，此為判斷過(guò)程異常的第一類準(zhǔn)則，具體是：判斷點(diǎn)子是否落在上、下控制界之外，是則判斷過(guò)程狀態(tài)異常。b界內(nèi)點(diǎn)非隨機(jī)排列稱為第二類準(zhǔn)則。準(zhǔn)則二分為6種模式：①點(diǎn)子頻繁接近上、下控制線；②點(diǎn)子在中心線一側(cè)形成連續(xù)鏈；③點(diǎn)子在中心線一側(cè)形成間斷鏈；④點(diǎn)子呈連續(xù)上升或下降趨勢(shì)；⑤點(diǎn)子同時(shí)集中在中心線附近；⑥點(diǎn)子呈周期性連續(xù)排列。由圖2可知，均值的上控制限為93.153%，下控制限90.692%；極差的上控制限為3.854%，下控制限為0。各個(gè)小組在樣本均值圖和樣本極差圖中均表現(xiàn)穩(wěn)定，點(diǎn)子未出上下限且排列隨機(jī)，由此確定過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)過(guò)程穩(wěn)態(tài)。

2.3 過(guò)程能力指數(shù)計(jì)算

過(guò)程進(jìn)入統(tǒng)計(jì)過(guò)程穩(wěn)態(tài)以后，便可進(jìn)行過(guò)程能力指數(shù)計(jì)算。應(yīng)用minitab16軟件進(jìn)行分析如圖3所示。

過(guò)程能力判斷的準(zhǔn)則：當(dāng)Cpk＞1.67時(shí)，表明過(guò)程能力過(guò)高，可以放寬對(duì)質(zhì)量的上下界限制；也可以改用精度稍差的設(shè)備，以降低成本。當(dāng)1.33＜Cpk＜1.67時(shí)，表明過(guò)程能力充足，是一種理想的狀態(tài)。當(dāng)1.00＜Cpk＜1.33時(shí)，能力尚可，注意控制，防止發(fā)生大的波動(dòng)；當(dāng)Cpk接近1.00時(shí)，不合格產(chǎn)品的概率增大，應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程檢查和樣品抽樣檢測(cè)。

本試驗(yàn)中Cp=2.03可知，數(shù)據(jù)集中度很好，但過(guò)分集中于控制下限LSL，導(dǎo)致Cpk偏低，其值為0.78，由此表明生產(chǎn)過(guò)程處于失控狀態(tài)，需進(jìn)行改進(jìn)。進(jìn)一步分析，顆粒飼料PDI指數(shù)為最終產(chǎn)品指標(biāo)，影響因素較多，結(jié)合飼料加工過(guò)程特點(diǎn)查找失控原因，影響飼料穩(wěn)定性的主要因素為原料品質(zhì)、配方、粉碎粒度、混合均勻度、制粒工藝參數(shù)等。由5MIE(人、機(jī)、料、法、測(cè)、環(huán))方法分析，引起失控的主要原因是新制的飼料配方在成型能力上有待進(jìn)一步改進(jìn)，經(jīng)合理改進(jìn)配方使過(guò)程處于穩(wěn)定的狀態(tài)，SPC有助于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

3 結(jié)論和展望

圖3 加工過(guò)程能力分析

通過(guò)本研究分析可知，SPC方法可以應(yīng)用于顆粒飼料質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的穩(wěn)態(tài)和過(guò)程能力大小的判斷，判斷生產(chǎn)過(guò)程是否滿足企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到保證顆粒飼料產(chǎn)品質(zhì)量的目的。隨著傳感器技術(shù)、在線檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集飼料加工過(guò)程中的各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)，更加有利于SPC的應(yīng)用。研究表明，此方法前景廣闊，為顆粒飼料企業(yè)進(jìn)行工藝評(píng)價(jià)和質(zhì)量控制提供了新的有效途徑。

但由于影響飼顆粒料質(zhì)量的因素較多：原料的多樣性、配方的變化性、加工工序的相關(guān)性、管理水平高低等。因此，需要在SPC基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立各個(gè)因素與顆粒飼料質(zhì)量的關(guān)系模型。

（參考文獻(xiàn)10篇，刊略，需者可函索）