程 亮， 趙一帆， 李 云， 王仕宏， 李 乾

（紅云紅河集團(tuán) 會(huì)澤卷煙廠， 云南 曲靖 654200）

0 引言

卷煙工藝流程包括煙葉初烤、打葉復(fù)烤、煙葉發(fā)酵、卷煙配方、卷煙制絲、煙支卷制、卷煙包裝七個(gè)生產(chǎn)工藝流程[1]，而卷煙工業(yè)絕大數(shù)涉及卷煙制絲、煙支卷制、卷煙包裝工藝流程，隨著深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)與視覺(jué)成像技術(shù)融合、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析軟件以及各種控制模型建立優(yōu)化在卷煙工業(yè)應(yīng)用，促進(jìn)企業(yè)工藝質(zhì)量水平發(fā)生質(zhì)的變化，但依然存在提升空間。如何將相關(guān)技術(shù)與理論在智能排產(chǎn)、工藝質(zhì)量管控、設(shè)備健康狀態(tài)檢測(cè)等應(yīng)用創(chuàng)新，打造卷煙數(shù)字工廠， 促進(jìn)企業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用由統(tǒng)計(jì)分析向驅(qū)動(dòng)決策轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。

1 數(shù)據(jù)分析改進(jìn)

由于會(huì)煙職能部門(mén)職責(zé)劃分不同，工藝質(zhì)量科、技術(shù)監(jiān)督科、卷包車(chē)間三個(gè)部門(mén)都進(jìn)行質(zhì)檢統(tǒng)計(jì)工作，工藝質(zhì)量科、技術(shù)監(jiān)督科、卷包工藝質(zhì)量室采用隨機(jī)取樣方式，樣品量相對(duì)較小，其中技術(shù)監(jiān)督科采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而工藝質(zhì)量科與卷包車(chē)間采用內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。 每周由車(chē)間將一定數(shù)量的樣品送到工藝質(zhì)量室、技術(shù)監(jiān)督科、車(chē)間綜合測(cè)試臺(tái)進(jìn)行物理指標(biāo)檢測(cè)儀器校準(zhǔn)， 工藝質(zhì)量科以技術(shù)監(jiān)督科數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)， 卷包車(chē)間以工藝質(zhì)量科檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。 由于車(chē)間與工藝質(zhì)量科采用企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)于技術(shù)監(jiān)督科采用的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍比較窄， 這種方式能更好控制物理指標(biāo)在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)， 但是不利于數(shù)據(jù)的對(duì)比，而小包、條包外觀缺陷需要由質(zhì)檢人員根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)填寫(xiě)， 并將各個(gè)部門(mén)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)Excel 表格在OA 辦公系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，在質(zhì)檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)連續(xù)或者嚴(yán)重質(zhì)量缺陷的時(shí)候，會(huì)通知班組管理人員聯(lián)合操作人員進(jìn)行質(zhì)量追溯， 相關(guān)機(jī)臺(tái)追溯記錄保存在卷包車(chē)間班組內(nèi)部， 這種模式存在以下問(wèn)題：

（1）形成數(shù)據(jù)堡壘，通過(guò)MES 系統(tǒng)不同部門(mén)數(shù)據(jù)接口查詢(xún)相關(guān)物理指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)， 卷制與包裝綜合得分需要在OA 系統(tǒng)里對(duì)每個(gè)班被植入計(jì)算公式的Excel 表格查閱，不能將機(jī)臺(tái)綜合測(cè)試臺(tái)、卷包車(chē)間工藝質(zhì)量室、技術(shù)監(jiān)督科、工藝質(zhì)量科物理指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)。

（2）反饋問(wèn)題不及時(shí)，目前卷包車(chē)間機(jī)組卷煙機(jī)要求每20min 物理指標(biāo)自檢一次，濾棒成型機(jī)每10s 自動(dòng)吸取一只進(jìn)行物理指標(biāo)測(cè)量， 連續(xù)20 支為一組檢測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)樣本量比較大，車(chē)間工藝質(zhì)量室、工藝質(zhì)量科、技術(shù)監(jiān)督科采用采取隨機(jī)取樣方式，數(shù)據(jù)量相對(duì)比較少，代表性不足，因此需要關(guān)注生產(chǎn)過(guò)程中的檢測(cè)結(jié)果，并應(yīng)該具備異常報(bào)警功能， 如某個(gè)機(jī)臺(tái)煙支物理指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果顯示圓周偏小支數(shù)較多， 可能卷煙機(jī)已經(jīng)生產(chǎn)出一定缺陷數(shù)量的煙支，如果工藝質(zhì)量人員不能及時(shí)介入，有可能會(huì)被上級(jí)部門(mén)抽檢到， 每班結(jié)束對(duì)相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，滯后性增加質(zhì)量追溯工作難度，需要開(kāi)發(fā)檢測(cè)數(shù)據(jù)異常報(bào)警功能。 通過(guò)某一個(gè)部門(mén)的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)不能綜合衡量一組機(jī)臺(tái)真實(shí)狀態(tài)，因此需要聯(lián)合多方檢測(cè)數(shù)據(jù)，將技術(shù)監(jiān)督科、工藝質(zhì)量科、卷包車(chē)間工藝質(zhì)量室每日交班記錄信息、機(jī)臺(tái)自檢數(shù)據(jù)按日期、班組、機(jī)臺(tái)融合。

（3）對(duì)機(jī)臺(tái)不能精準(zhǔn)定位，“設(shè)備保障工藝，工藝保障質(zhì)量”，需要考慮機(jī)臺(tái)產(chǎn)量、物耗、維修記錄、機(jī)組質(zhì)量追溯記錄，只有從設(shè)備、質(zhì)量、產(chǎn)質(zhì)耗等方面才能更加真實(shí)聚焦機(jī)臺(tái)。隨著帆軟報(bào)表軟件被集團(tuán)采購(gòu)，如果通過(guò)制定統(tǒng)一格式的表格，通過(guò)瀏覽器在內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行查看、編輯、修改，并在終端顯示各個(gè)機(jī)臺(tái)維修、產(chǎn)量、質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)，在線檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，部門(mén)質(zhì)檢數(shù)據(jù)每班更新，相關(guān)管理人員能實(shí)時(shí)通過(guò)駕駛艙查看， 不用通過(guò)OA 系統(tǒng)查詢(xún)多個(gè)部門(mén)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)具有對(duì)比性，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公。 后期能對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘： 將各個(gè)部門(mén)物理指標(biāo)檢測(cè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行提取， 分別利用內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)、 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，并與云南中煙技術(shù)中心成品檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行映射，從而真實(shí)了解卷包車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程； 能否利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者深度學(xué)習(xí)，通過(guò)物理指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)、產(chǎn)量物耗信息、質(zhì)量追溯記錄按照時(shí)間序列進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警， 每天生產(chǎn)前提示相關(guān)工藝質(zhì)量人員提前進(jìn)行關(guān)注；連入卷包車(chē)間設(shè)備信息，能查看設(shè)備是否正在運(yùn)行，與MES 維修呼叫連接，提示質(zhì)量巡檢人員重點(diǎn)關(guān)注維修時(shí)段或者設(shè)備保養(yǎng)階段，同時(shí)設(shè)定權(quán)限對(duì)煙支外觀檢測(cè)系統(tǒng)與煙包外觀檢測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程缺陷圖片進(jìn)行需求查看， 如設(shè)備維修與剔除異常時(shí)候，能通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行圖片查詢(xún)，不用按照機(jī)臺(tái)進(jìn)行巡檢，質(zhì)量管理人員能快速了解當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀況。

2 制絲車(chē)間局部改進(jìn)點(diǎn)

2.1 煙包霉變識(shí)別

制絲備料配葉工段主要任務(wù)是按照卷煙葉組配方要求，完成片煙原料的備料和自動(dòng)組配，按照配方批次要求由人工叉車(chē)將所需等級(jí)的煙箱取出，煙包經(jīng)過(guò)開(kāi)箱、切片后進(jìn)入松散回潮工序。由于葉組配方是由不同年份、地區(qū)、品種、等級(jí)、部位等按照一定的煙葉配方比例組成，受儲(chǔ)存年限（部分年限較長(zhǎng)）、儲(chǔ)存溫濕度、運(yùn)輸途中環(huán)境變化，有可能存在霉變、異味、受污染、被水浸雨淋及明顯蟲(chóng)蛀等概率，目前需要操作人員對(duì)煙包外觀進(jìn)行觀察，煙包內(nèi)部情況無(wú)法進(jìn)行識(shí)別，可能出現(xiàn)“燒包”等情況，存在漏檢的風(fēng)險(xiǎn)， 一旦流入到松散回潮工序， 經(jīng)過(guò)增溫增濕環(huán)節(jié)，可能夾雜在正常煙葉內(nèi)，后續(xù)風(fēng)選、異物除雜（大樹(shù)智能科技（南京）有限公司）將無(wú)法進(jìn)行有效剔除，進(jìn)入卷煙包裝工序后，對(duì)成品卷煙內(nèi)在品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響，如果上述配方比例較大，甚至可能造成該批次的煙絲進(jìn)行銷(xiāo)毀。廣州卷煙廠蘇偉東等人利用視覺(jué)成像技術(shù)在切片工序，利用檢測(cè)算法對(duì)切層霉變、雜物進(jìn)行識(shí)別[2]，不能在切片工序前進(jìn)行識(shí)別，影響后續(xù)煙包替換效率，因此如果能結(jié)合云南師范大學(xué)王一博的論文： 通過(guò)NB-IOT 技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的煙包進(jìn)行霉變預(yù)測(cè)[3]，能極大提高煙包過(guò)程管控能力。

2.2 煙葉二次雜物剔除系統(tǒng)

非煙雜物是指除煙葉以外的其他物品， 主要產(chǎn)生于煙葉的采收過(guò)程及運(yùn)輸途中，包括麻繩、紙片、塑料袋、雞毛等，這些非煙雜物對(duì)卷煙質(zhì)量的影響非常嚴(yán)重，輕則產(chǎn)生讓人不適刺激性雜氣，影響卷煙的吸食口味，重則會(huì)因聚乙烯類(lèi)物質(zhì)燃燒產(chǎn)生有毒氣體，對(duì)人體造成傷害[4]，雖然經(jīng)過(guò)打葉復(fù)烤環(huán)節(jié)進(jìn)行一系列的剔除， 但是依然會(huì)殘留一定的比例，現(xiàn)有的制絲生產(chǎn)線，利用大樹(shù)科技的異物除雜設(shè)備，通過(guò)“顏色查找表”進(jìn)行識(shí)別，工藝符合性測(cè)試剔除率達(dá)不到理論值，外加目前薄片與紙箱顏色接近，誤剔率相對(duì)較高，需要操作人員關(guān)注二次加料出口，每個(gè)班次都有相應(yīng)的“收獲”上述異物，這個(gè)已經(jīng)成為煙草工業(yè)共性問(wèn)題， 目前有相關(guān)研究應(yīng)用粘附滾筒與光譜除雜、HELIUS 激光除雜進(jìn)行解決上述問(wèn)題[5]，仍需從煙片復(fù)烤與制絲工藝聯(lián)合進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)。

3 卷包車(chē)間局部改進(jìn)點(diǎn)

3.1 煙包頂部底部檢測(cè)系統(tǒng)

FOCKE350S 包裝機(jī)機(jī)組是中速硬包機(jī)型的代表，整個(gè)機(jī)組采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊明了，各單機(jī)由多個(gè)功能塊組成，各個(gè)功能塊分別完成相應(yīng)的工序，整個(gè)機(jī)器具有速度快、運(yùn)行穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單、維修方便。 但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，F(xiàn)OCKE401 小包透明紙受人工更換透明紙卷調(diào)節(jié)不當(dāng)、往復(fù)套口定時(shí)不對(duì)、往復(fù)套口定位不當(dāng)、成型轉(zhuǎn)塔錯(cuò)位、成型轉(zhuǎn)塔模盒內(nèi)有異物、小盒透明紙頂?shù)渍郫B器調(diào)整不當(dāng)、 小盒透明紙頂?shù)渍郫B導(dǎo)軌上蓋板調(diào)整不當(dāng)、 提升器或提升通道定位不當(dāng)?shù)扔绊懼『型该髯值捻敳空郫B或者底部折疊[6]，當(dāng)煙包頂部的折疊不良或者漏煙包屬于外觀質(zhì)量缺陷， 目前安裝的散包檢測(cè)系統(tǒng)只是對(duì)煙包上下兩個(gè)端面特殊區(qū)域進(jìn)行成像檢測(cè)，未有針對(duì)煙包頂部、底部外透明紙以及頂部底部變形的煙包進(jìn)行檢測(cè)， 不能及時(shí)剔除偶發(fā)或者間歇發(fā)生的小包裹包不良的煙包，F(xiàn)OCKE401 小包透明紙包裝運(yùn)行速度為390 包/min，剔除口的煙包速度為185 組/min，人工無(wú)法完成質(zhì)檢。 當(dāng)市場(chǎng)抽檢、消費(fèi)者打開(kāi)煙條，就能發(fā)現(xiàn)煙包透明紙裹包不好，給機(jī)組帶來(lái)質(zhì)量投訴風(fēng)險(xiǎn)，如果能外加煙包端面檢測(cè)或是直接升級(jí)到六面成像檢測(cè)系統(tǒng)，能降低檢測(cè)系統(tǒng)盲區(qū)帶來(lái)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 制絲車(chē)間智能調(diào)度系統(tǒng)

卷包車(chē)間卷煙機(jī)與包裝機(jī)產(chǎn)量每天每個(gè)班受設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作人員操作技能、原輔材料質(zhì)量等影響，出現(xiàn)不規(guī)律的波動(dòng)， 因此無(wú)法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)出卷包車(chē)間真實(shí)的數(shù)據(jù)，只能以前期歷史產(chǎn)量均值進(jìn)行人工排產(chǎn)與調(diào)度，安排制絲車(chē)間生產(chǎn)任務(wù)，由于制絲車(chē)間設(shè)備較多，需要在保證關(guān)鍵加工參數(shù)、指標(biāo)精準(zhǔn)控制水平要求前提下，能否通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)機(jī)臺(tái)產(chǎn)量、廢煙量、單箱物耗作為輸入，預(yù)測(cè)各個(gè)品牌何時(shí)能生產(chǎn)完成，減少品牌切換頻次，降低物耗與能源損耗。

3.3 卷煙機(jī)水分檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

煙絲水分對(duì)于卷煙物理指標(biāo)、感官質(zhì)量都有影響，從制絲車(chē)間風(fēng)力送絲到卷包車(chē)間無(wú)水分儀檢測(cè)，受溫濕度、風(fēng)力管道距離、設(shè)備維修時(shí)間影響，只有通過(guò)技術(shù)監(jiān)督科與工藝質(zhì)量科在包裝機(jī)設(shè)備正常時(shí)候?qū)δ硞€(gè)品牌隨機(jī)抽一條的一包進(jìn)行水分檢測(cè)，不能時(shí)時(shí)顯示煙絲水分，進(jìn)而對(duì)水分比較大或者小的通過(guò)跑條的實(shí)行剔除， 減少黃斑煙或者感官質(zhì)量波動(dòng)較大的煙支出現(xiàn)， 但是目前只有制絲車(chē)間安裝紅外水分儀能實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，體積比較大，對(duì)環(huán)境有比較高的要求， 無(wú)法確保能在卷煙機(jī)進(jìn)行安裝調(diào)試，同時(shí)省內(nèi)兄弟單位制絲車(chē)間除貯葉、貯絲實(shí)行恒溫恒濕外，每個(gè)批次生產(chǎn)過(guò)程中，各關(guān)鍵工序的水分儀都收到環(huán)境溫濕度影響， 如何能從以往的各工序紅外水分儀校準(zhǔn)歷史數(shù)據(jù)與車(chē)間溫濕度進(jìn)行關(guān)聯(lián)， 通過(guò)數(shù)據(jù)建模與工序恒定仿真，制絲設(shè)備啟動(dòng)前，檢測(cè)系統(tǒng)能根據(jù)車(chē)間當(dāng)前溫度濕度進(jìn)行水分儀自適應(yīng)控制模式， 減少烘箱法檢測(cè)帶來(lái)的嚴(yán)重滯后問(wèn)題， 減少批次間成品卷煙內(nèi)在品質(zhì)差異，保持同品牌卷煙產(chǎn)品質(zhì)量均質(zhì)化。

3.4 煙條內(nèi)部煙包變形檢測(cè)

FOCKE408 型條盒透明紙包裝機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，容易出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量缺陷的煙包。首先，當(dāng)因?yàn)椤巴茥U阻塞”、“頂部折疊”“輸入皮帶堵塞”等停機(jī)故障，基本上是靠近入機(jī)單元的右側(cè)煙包在推送器推送過(guò)程中碰撞到右側(cè)導(dǎo)軌塊，造成設(shè)備停機(jī)報(bào)警，此時(shí)入機(jī)單元最右側(cè)的兩包煙會(huì)出現(xiàn)局部變形， 其次是上游包裝設(shè)備成像檢測(cè)漏檢會(huì)有少量缺陷煙包流入FOCKE408 包裝機(jī)， 或者人工在入機(jī)單元前的輸送通道內(nèi)，誤加入的局部變形的煙包。GDX1 軟盒包裝機(jī)受補(bǔ)包器動(dòng)作、推包桿阻塞、檢測(cè)設(shè)備有效性等影響，也將產(chǎn)生局部變形的煙包，這種偶發(fā)性、突發(fā)性變形煙包，單純依靠操作工自檢、質(zhì)檢人員巡檢無(wú)法精準(zhǔn)的發(fā)現(xiàn)，條包機(jī)不會(huì)停機(jī)報(bào)警。而裝箱前煙條外觀質(zhì)量檢測(cè)只能對(duì)條包外觀與透明紙外觀進(jìn)行檢測(cè)， 對(duì)條內(nèi)的煙包無(wú)法進(jìn)行識(shí)別， 導(dǎo)致可能外觀變形的煙包夾雜在外觀符合工藝指標(biāo)的條盒內(nèi)，混入透明紙包裝部分，進(jìn)而流入裝箱機(jī)，一旦進(jìn)入卷煙消費(fèi)市場(chǎng)，市場(chǎng)投訴反饋概率特別高， 東南大學(xué)張普等人提出數(shù)字X 射線包裝檢測(cè)系統(tǒng)， 采用動(dòng)態(tài)閾值與窗口結(jié)合的算法進(jìn)行卷煙條包缺包檢測(cè)[7]，對(duì)煙包局部變形無(wú)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 因此需要借助先進(jìn)的光電傳感器對(duì)鋁箔紙表面高度進(jìn)行檢測(cè)， 并轉(zhuǎn)化為具體數(shù)字， 或者通過(guò)X 射線對(duì)煙條內(nèi)的煙包煙支排列圖片進(jìn)行識(shí)別，從而降低小概率缺陷煙包流入成品庫(kù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

卷煙工藝質(zhì)量保障需要對(duì)關(guān)鍵工序工藝質(zhì)量?jī)?yōu)化控制，利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、視覺(jué)檢測(cè)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)孿生技術(shù)等對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)全面感知與建模分析， 在管理方面不斷提升，逐漸從結(jié)果評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向過(guò)程智能控制，真正助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字工廠，實(shí)現(xiàn)降本增效。