汪翠蘭，李秀芳，王德吉

1 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽省合肥市金寨路96號 230026；

2 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，鄭州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)第三大街9號 450016；

3 中國煙草總公司職工進修學(xué)院，鄭州鑫苑路7號 450008

卷接設(shè)備是生產(chǎn)卷煙的專用設(shè)備，也是提高卷煙質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備。亓四華從最新問世的幾種卷接設(shè)備的突出特點入手研究了卷接設(shè)備的發(fā)展動向[1]，王劍從卷煙機、裝盤機和接裝機三個方向探究了設(shè)備的結(jié)構(gòu)改造趨勢[2]，李軍分析和探討了目前卷煙機設(shè)備的升級發(fā)展趨勢[3]，王冬梅從卷接包設(shè)備的幾種維修模式，對卷接包設(shè)備健康狀態(tài)評價方法進行研究[4]，劉云對國內(nèi)外卷煙機控制系統(tǒng)現(xiàn)狀作了詳細的介紹[5]，張振華等[6]對卷接設(shè)備生命周期全過程進行綜合研究和探討。上述研究都是卷接設(shè)備單一方面進行研究，缺乏系統(tǒng)研究。本文將以中國知網(wǎng)和中國專利信息網(wǎng)為基礎(chǔ)，定量與定性相結(jié)合，利用大數(shù)據(jù)分析對卷接設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展熱點和前沿進行分析，展示卷接設(shè)備科學(xué)知識的發(fā)展進程與結(jié)構(gòu)關(guān)系，顯示卷接設(shè)備研究前沿?zé)狳c和發(fā)展趨勢。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

從中國知網(wǎng)，抽取主題詞為“卷接設(shè)備”的論文，時間跨度為1979 年3 月2 日起至2019 年12 月30 日。從中國專利信息網(wǎng)，抽取主題詞為“卷接設(shè)備”的專利，時間跨度為1983 年8 月4 日起至2019 年12月30 日。從中國煙草總公司職工進修學(xué)院IETM，平臺抽取主題詞“卷接設(shè)備”的卷接設(shè)備分類的基本信息，時間跨度為2007 年12 月30 日起至2019年12 月30 日。

數(shù)據(jù)的處理流程如圖1 所示，先從IETM 平臺的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫里讀取卷接設(shè)備的基本數(shù)據(jù)，從知網(wǎng)和中國專利信息網(wǎng)采集以卷接設(shè)備為主題的論文和專利等XML、WEB 半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，存放到數(shù)據(jù)庫Hive；采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)過Spark 數(shù)據(jù)清洗模塊進行清洗；清洗后的數(shù)據(jù)放到中間件Hive；使用neo4j 創(chuàng)建知識圖譜，并通過ElasticSearch 進行查詢。

圖1 jysb-kj 軟件大數(shù)據(jù)處理流程Fig. 1 Big data processing flow of jysb-kj software

考慮到數(shù)據(jù)源簡單，作者、單位、期刊等都直接使用名稱即可，對原始數(shù)據(jù)進行處理，分別提取出作者（發(fā)明人）、公司、關(guān)鍵詞的實體，并確定卷接設(shè)備圖譜下的本體庫。將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三元組，導(dǎo)入到neo4 中。

1.2 研究方法

本文采用中國煙草總公司職工進修學(xué)院2018 年課題卷煙設(shè)備知識圖譜建設(shè)研究開發(fā)的軟件jysbkj1.0。該軟件通過Scrapy 爬蟲進行數(shù)據(jù)采集和清洗，存儲到Hive 數(shù)據(jù)庫里面，通過Pandas、TensorFlow等庫進行知識圖譜分析。

2 結(jié)果

2.1 主要機構(gòu)分析

以任意兩個機構(gòu)名為網(wǎng)絡(luò)圖頂點，選擇最大關(guān)系深度，采用jysb-kj1.0 深度優(yōu)先遍歷算法開展可視化分析和展現(xiàn)，得到圖2。從圖2 可以看出，在卷接設(shè)備相關(guān)論文前20 名的機構(gòu)中，常德煙草機械有限責(zé)任公司的論文數(shù)量排在第1 位，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司的論文數(shù)量排在第2 位，專利數(shù)量排在第1 位。許昌煙草機械有限責(zé)任公司2010 年轉(zhuǎn)型濾棒成型與輔聯(lián)設(shè)備制造，但論文仍排在第3 位，專利排名第6。

圖2 卷接設(shè)備主要機構(gòu)Fig. 2 Major institutions studying cigarette making machines

2.2 核心作者及合作網(wǎng)絡(luò)分析

從圖3 中可以看出，論文前五名名分別是河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司的栗勇偉、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)經(jīng)濟技術(shù)學(xué)院駱德漢、紅云紅河（煙草）集團昆明卷煙廠周密、中煙機械技術(shù)中心孫斌、常德煙草機械有限責(zé)任公司潘恒樂。專利前五名名分別是河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司的栗勇偉、河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司吳志強、內(nèi)蒙古昆明卷煙有限責(zé)任公司吳迪、廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司廖友輝、江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司蔣文峰。

圖3 1979 年-2019 年卷接設(shè)備主要研究者Fig. 3 Main researchers focusing on cigarette making machines from 1979 to 2019

2.3 研究熱點分析

關(guān)鍵詞之間的相關(guān)性在一定程度上可以揭示不同研究方向或視角的內(nèi)在聯(lián)系，通過對關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析可以判斷卷接設(shè)備研究熱點的發(fā)展變化。本研究通過關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計和共詞聚類分析，獲得了高頻度出現(xiàn)的主題詞共詞，從而獲得研究熱點或領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點。通過軟件jysb-kj1.0 程序分析卷接設(shè)備領(lǐng)域的關(guān)鍵詞。網(wǎng)絡(luò)中一個結(jié)點充當(dāng)其他節(jié)點的“中介”的次數(shù)越高，它的重要性就越大，這個重要性可以用中心度來描述，即一個結(jié)點承擔(dān)最短路的次數(shù)除以所有的路徑數(shù)量，在圖中用節(jié)點的大小來表示。某段時間對某指標(biāo)的關(guān)注，可以用關(guān)鍵詞突現(xiàn)度來表示。本研究通過聚類算法進行關(guān)鍵詞檢測突現(xiàn)度，并用關(guān)鍵詞詞頻大小來表示，具體結(jié)果如圖4 和圖5 所示。

根據(jù)卷接設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性，圖4 和圖5 的關(guān)鍵詞可以匯總整理為5 類，第1 類是控制系統(tǒng)，包括PLC、變頻器、節(jié)能、現(xiàn)場總線、profibus-dp、伺服控制、交流伺服，說明設(shè)備控制系統(tǒng)的智能性不斷提高。第2 類是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集、接口系統(tǒng)、機器視覺，說明卷煙設(shè)備數(shù)字化程度不斷完善。第3 類原輔材料類，包括接裝紙、煙絲、卷煙紙、濾棒、水松紙、煙絲結(jié)構(gòu)等，說明卷煙材料的重要性。第4 類工藝指標(biāo)類，包括煙支、煙支質(zhì)量、搓板、煙支重量、穩(wěn)定性、吸阻、工藝風(fēng)力、煙絲結(jié)構(gòu)等，說明設(shè)備服務(wù)于工藝質(zhì)量的要求。第5類設(shè)備可靠性類，主要包括風(fēng)力送絲、穩(wěn)定性、故障診斷、除塵系統(tǒng)、噪聲、刀頭，反映了卷煙環(huán)境對卷接設(shè)備可靠性重要性。

圖4 卷接設(shè)備領(lǐng)域論文關(guān)鍵詞聚類Fig. 4 Keywords clustering of papers on cigarette making machines

圖5 1983—2019 年卷接設(shè)備領(lǐng)域?qū)＠P(guān)鍵詞聚類云圖Fig. 5 Patent keywords clustering cloud in the field of cigarette making machines from 1983 to 2019

從圖4，圖5 可知，控制系統(tǒng)和數(shù)采系統(tǒng)排在前面，是研究的重點領(lǐng)域，符合卷接設(shè)備智能化發(fā)展趨勢，體現(xiàn)了行業(yè)設(shè)備精益管理不斷深入推進，揭示了卷煙工業(yè)企業(yè)加速推動由制造向智造轉(zhuǎn)變，同時五類指標(biāo)包括控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、卷接設(shè)備、卷接工藝、原輔材料，說明卷接設(shè)備是一個系統(tǒng)工程，只有設(shè)備、產(chǎn)品、材料、管理、排產(chǎn)全面智能化才是真正的智能煙機。

2.4 發(fā)展趨勢

網(wǎng)絡(luò)中心度是計算機圖論中表示某一節(jié)點的重要度，本研究借助這一概念表示卷接領(lǐng)域某一關(guān)鍵詞在關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)圖中的重要性[7]。根據(jù)參考文獻[8]通過網(wǎng)絡(luò)中心度在0.3 及以上的關(guān)鍵節(jié)點時序圖，進行聚類分析，可以探索卷接設(shè)備研究規(guī)律和熱點，如圖6?？梢园l(fā)現(xiàn)，卷接設(shè)備發(fā)展歷程呈現(xiàn)出以下規(guī)律：

圖6 關(guān)鍵節(jié)點時序圖Fig. 6 Timing diagram of key nodes

1）可靠性不斷提高趨勢：卷接設(shè)備從事后維修走向全員生產(chǎn)維修（TPM）、在線監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析、云邊協(xié)同，可靠性不斷提高。

2）速度不斷提高趨勢：卷接設(shè)備從機械式走向電氣式、變頻器、伺服控制、運動控制。在機械式時代切刀從單刀走向雙刀，煙槍從單煙槍走向雙煙槍，水松紙從單刀單切轉(zhuǎn)向煙支切割旋轉(zhuǎn)切；電氣時代從皮帶齒輪傳動到伺服電機單獨驅(qū)動，從接裝膠超離合器到電磁離合器控制膠泵到伺服電機控制膠泵，可控性不斷增強，速度不斷提高。

3）設(shè)備智能化不斷提高的趨勢：從繼電器、單片機控制走向PLC控制、運動控制然后走向總線控制，網(wǎng)絡(luò)控制，然后走向智能制造。

3 結(jié)論

本文從研究機構(gòu)和核心作者及其合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系、研究熱點、發(fā)展趨勢3 個方面對卷接設(shè)備領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進行了分析。通過分析得到如下結(jié)論：隨著大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)在卷煙中的應(yīng)用，卷接設(shè)備的生產(chǎn)能力、質(zhì)量、效率將不斷提高，并最終走向智能煙機。