CN102090703B - 一种提高制丝工艺参数控制效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高制丝工艺参数控制效果的方法，包括：采集制丝工序中的工艺参数的稳态数据和非稳态数据；根据工艺参数的稳态数据计算出工艺参数的过程能力指数；分别对工艺参数的过程能力指数和非稳态数据进行转换，得到工艺参数稳态数据和非稳态数据的过程能力评估值；判断工艺参数的稳态数据和非稳态数据的过程能力评估值是否分别达到各自对应的预设阈值，如果其中有未达到预设阈值的过程能力评估值，则对该工艺参数执行调整操作。本发明通过对稳态阶段和非稳态阶段的工艺参数对应的过程能力评估值的计算，全面考察了工艺参数的质量情况，为后续的参数优化提供了更全面更符合实际的依据，提高优化后的控制效果。

Description

一种提高制丝工艺参数控制效果的方法

技术领域

本发明涉及卷烟制丝加工工艺参数控制优化技术，尤其涉及提高制丝工艺参数控制效果的方法。

背景技术

在卷烟加工行业中，制丝加工是非常重要的工艺过程，其处理效果直接影响到烟草内在质量，因此需要对制丝加工工艺参数控制进行优化，以提高制丝成品的质量和稳定性。

在制丝线生产过程中，工艺参数在实际执行过程中的控制阶段分为非稳态阶段和稳态阶段，其中，非稳态阶段一般属于制丝生产过程各工序的开始和结束阶段，以及断料阶段，特殊情况下，工艺参数实际执行未在技术指标范围内也属于非稳态阶段；而稳态阶段是生产过程稳定执行阶段。而在现有控制效果的优化方式中，通常使用统计过程控制的方法来对某个工艺参数的执行过程和控制效果进行评估，而这种方式只适用于系统处于稳态时的情况，而对于前面提到的非稳态阶段则无法综合考虑。这也使得优化后的实际控制效果打折扣。另外，在非稳态下目前所考察的通常是头料和尾料时间，尚缺少考察断料情况和超差情况下的控制效果的优化方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种提高制丝工艺参数控制效果的方法，能够在优化过程中对稳态阶段和非稳态阶段进行综合考察，并依此对工艺参数控制进行优化，实现更全面更符合实际的优化效果。

为实现上述目的，本发明提供一种提高制丝工艺参数控制效果的方法，包括：

采集制丝工序中的工艺参数的稳态数据和非稳态数据；

根据所述工艺参数的稳态数据计算出所述工艺参数的过程能力指数；

根据预设的稳态过程能力评估函数和非稳态过程能力评估函数分别对所述工艺参数的过程能力指数和非稳态数据进行转换，分别得到所述工艺参数的稳态数据和非稳态数据的过程能力评估值；

判断所述工艺参数的稳态数据和非稳态数据的过程能力评估值是否分别达到各自对应的预设阈值，如果其中有未达到预设阈值的过程能力评估值，则对该工艺参数执行调整操作。

进一步的，在制丝加工过程的滚筒式烘丝工序中所述工艺参数为出口含水率、出口温度、筒壁压力、辅风温度、出料罩负压、电秤流量、入口含水率和热风温度任一种。

进一步的，所述稳态过程能力评估函数在过程能力指数的各个分段取值范围内的曲线斜率不同，其中取值范围较小的分段的曲线斜率大于取值范围较大的分段的曲线斜率。

进一步的，在过程能力指数在[0，0.83]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率高于过程能力指数在(0.83，1.67]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率，过程能力指数在[0，1.67]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率为正数，当过程能力指数大于1.67，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最大值。

进一步的，根据关键参数的原始数据计算出对应的过程能力指数的操作具体包括：

根据工艺参数的稳态数据中的采样值和采样数计算出所述工艺参数的均值和标偏；

根据所述工艺参数的均值和标偏计算稳态过程中的过程能力和制程准确度，其中所述过程能力表示数据分布的离散情况，所述制程准确度表示稳态过程中数据总体分布偏离情况；

根据稳态过程中的过程能力和制程准确度计算出过程能力指数。

进一步的，所述非稳态数据对应的过程能力评估值通过非稳态过程能力评估函数计算得出，当非稳态数据在[A，B]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率为负数，当非稳态数据大于B，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最小值，当非稳态数据小于A，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最大值。

进一步的，时间A的取值区间为[0，200s]，时间B的取值区间为[150s，500s]。

进一步的，所述非稳态数据为头料时间、尾料时间、断料时间和过程偏离工艺参数技术指标的时间的总和。

基于上述技术方案，本发明通过对稳态阶段和非稳态阶段的工艺参数对应的过程能力评估值的计算，全面的考察了稳态情况和非稳态情况下工艺参数的质量情况，为后续的参数优化提供了更全面更符合实际的依据，从而使优化后的控制效果能够提高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提高制丝工艺参数控制效果的方法的一实施例的流程示意图。

图2为本发明提高制丝工艺参数控制效果的方法实施例中稳态过程能力评估函数的拟合曲线示意图。

图3为本发明提高制丝工艺参数控制效果的方法实施例中非稳态过程能力评估函数的拟合曲线示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

首先对本发明中涉及的术语给出定义。过程能力是指过程满足技术要求的能力，具体到工序上是指工序处于稳定状态下的实际加工能力，即保证产品质量的能力。这里所指的工序，是指操作者、机器、原材料、工艺方法和生产环境等五个基本质量因素综合作用的过程，也就是产品质量的生产过程。产品质量就是工序中的各个质量因素所起作用的综合表现。对于任何生产过程，产品质量总是分散地存在着。若工序的过程能力越高，则产品质量特性值的分散就会越小；若工序的过程能力越低，则产品质量特性值的分散就会越大。过程能力指数是指工序在一定时间内处于稳定状态下的满足工艺技术指标的实际加工能力。

过程能力评估值是由过程能力指数经拟合而成的稳态过程能力评估函数转换得出的值，可以根据过程能力评估值来确定关键参数是否存在问题，同时还可影响优化过程中各工艺参数的优先程度。通过与预设阈值的比较来确定该工艺参数的稳态阶段和非稳态阶段的过程能力是否达标，通过该过程能力评估值的提高也作为优化效果的体现。

如图1所示，为本发明提高制丝工艺参数控制效果的方法的一实施例的流程示意图。本实施例包括以下步骤：

步骤101、采集制丝工序中的工艺参数的稳态数据和非稳态数据；

步骤102、根据所述工艺参数的稳态数据计算出所述工艺参数的过程能力指数；

步骤103、根据预设的稳态过程能力评估函数和非稳态过程能力评估函数分别对所述工艺参数的过程能力指数和非稳态数据进行转换，得到所述工艺参数的稳态数据和非稳态数据的过程能力评估值；

步骤104、判断所述工艺参数的稳态数据和非稳态数据的过程能力评估值是否分别达到各自对应的预设阈值，如果其中有未达到预设阈值的过程能力评估值，则对该工艺参数执行过程进行相应调整和控制优化。

在本实施例中，以制丝加工过程中非常重要的烘丝工序为例，其中工艺参数可以为出口含水率、出口温度、筒壁压力、辅风温度、出料罩负压、电秤流量、入口含水率和热风温度等任一种，但不限于上述所举的工艺参数例子。

在采集滚筒式烘丝工序的工艺参数的稳态数据时，采集方式也可由技术人员根据需要进行调整，例如对于出口含水率的稳态数据的采集，可以在电秤占用信号出现时，且出口含水率不低于预设值时，对出口含水率进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失，且出口含水率低于所述预设值后，停止对所述出口含水率的数据采样。

对于筒壁压力的稳态数据的采集，可以在电秤占用信号出现时，且筒壁压力不低于预设压力值的时，或者在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述筒壁压力进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失，且筒壁压力低于所述预设压力值后，停止对所述筒壁压力的数据采样。

对于出料罩负压的稳态数据的采集，可以在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述出料罩负压进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失时的预设时间后，停止对所述出料罩负压的数据采样。

对于电秤流量的稳态数据的采集，可以在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述电秤流量进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失时，停止对所述电秤流量的数据采样。

对于入口含水率的稳态数据的采集，可以在入口含水率不低于预设入口含水率值时，或在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述入口含水率进行当前批次的数据采样，并在入口含水率低于预设入口含水率值时，停止对入口含水率的数据采样。

对于热风温度的稳态数据的采集，可以在电秤占用信号出现时的预设时间后，对所述热风温度进行当前批次的数据采样，并在电秤占用信号消失时的预设时间后，停止对所述热风温度的数据采样。

上述工艺参数的稳态数据的采集中，涉及的预设时间、预设值均可由技术人员根据实际环境进行设置。

在取得了工艺参数的稳态数据后，可以通过计算将这些稳态数据转换成该批次下该工艺参数的稳定状态下的加工能力，即工艺参数对应的过程能力指数。

以烘丝工序的出口含水率为例，x设为该工艺参数的采样值，n设为采样数，首先根据该采样值x和采样数n计算出对应的均值和标偏，公式如下：

均值计算公式： $\mathrm{\μ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i}{n},$

标偏计算公式： $\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{n-1}(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({x_i}^2\right)-\frac{1}{n}{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\right)}^2)},$

根据均值和和标偏计算稳态过程中的过程能力C_p和制程准确度K，公式如下：

C_p计算公式： $\mathrm{Cp}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{spec}}}{\mathrm{\σ}}$

K计算公式： $K=\frac{|T-\mathrm{\μ}|}{{3\mathrm{\σ}}_{\mathrm{spec}}}$

其中，过程能力C_P表示数据分布的离散情况，制程准确度K表示稳态过程中数据总体分布偏离情况，T表示允许最大值与允许最小值之差，σ_spec表示表示1/3允差。

然后再根据稳态过程中的过程能力C_P和制程准确度K计算出过程能力指数C_pk，公式如下：

C_pk计算公式：Cpk＝(1-K)×Cp

在得到工艺参数的过程能力指数后，通过系统中预设的稳态过程能力评估函数计算出对应的过程能力评估值，该稳态过程能力评估函数在过程能力指数的各个分段取值范围内的曲线斜率不同，其中取值范围较小的分段的曲线斜率大于取值范围较大的分段的曲线斜率，这主要是基于过程能力指数在较小时调整其所能够获得的过程能力评估值的提高幅度较大，而在过程能力指数较大时调整其所能够获得的过程能力评估值的提高幅度较小，甚至不明显的经验来设计的。

例如图2所示，过程能力指数在[0，0.83]时对应的函数值所拟合成的曲线a、过程能力指数在(0.83，1.67]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率b以及当过程能力指数大于1.67时对应的函数值为过程能力评估值的预设最大值，其拟合出斜率为零的直线。

过程能力指数在[0，0.83]时，由于对应的过程能力评估值较差，如果进行改进，则可能带来明显的效果，而过程能力指数在(0.83，1.67]时，改进效果较不明显，因此曲线a的斜率要高于曲线b的斜率，这里的斜率指的是区间内各点的斜率。另外，曲线a和曲线b的斜率均为正数，表示过程能力指数在[0，1.67]内时，与过程能力评估值呈正相关。

该稳态过程能力评估函数可采用一阶方程(表现在图中为连续的多个折线)、二阶方程或四阶方程，技术人员可根据精度需要来选择相应的方程进行曲线拟合。得出的过程能力评估值可以设在较易被辨识的数据区间，例如[0，100]或[0，10]，这样也具备一定的直观性。

非稳态情况的考察主要是考察工艺参数执行过程中的不合格时间，该不合格时间，即头料时间、尾料时间、断料时间和过程偏离工艺参数技术指标的时间的总和。在计算过程能力评估值时，利用系统预设的非稳态过程能力评估函数来计算不合格时间对应的过程能力评估值。

首先要进行不合格时间的采集操作，以滚筒式烘丝工序出口含水率不合格时间采集操作为例，该操作可以在电秤占用信号出现时，出口含水率不低于预设含水率值到出口含水率的预设下限(即设定值-允差)的时间，并在电秤占用信号消失时，记录出口含水率的预设下限到所述预设含水率值的时间，还包括出口含水率离开设定值的正负允差范围的时间。

在获得不合格时间后，可通过非稳态过程能力评估函数计算得出对应的过程能力评估值，该非稳态过程能力评估函数也可根据不合格时间的取值区间对应的函数值拟合出多段折线或曲线，例如图3所示，在不合格时间在[A，B]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率为负数，当不合格时间大于B(例如150s-500s)，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最小值，当不合格时间小于A(例如0-200s)，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最大值。该非稳态过程能力评估函数可采用一阶方程(表现在图中为连续的多个折线)、二阶方程或四阶方程。

在计算获得了稳态阶段和非稳态阶段的工艺参数对应的过程能力评估值后，可以通过与预设阈值的比较就能够直观且全面地了解到该批次中该工艺参数的控制情况，对于有些稳态情况较好，但非稳态情况较差的工艺参数，通过本发明仍能够清楚地识别出该工艺参数需要优化。而现有的统计过程控制的方法则无法识别出该工艺参数在生产过程中控制所存在的问题，从而在优化后的控制效果的比较上，采用本发明的优化方法所实现的控制效果明显优于现有的统计过程控制的方法。

在实际调整优化过程仍可采用现有比较通用的调整方式，就可以达到优化的目的，以出口含水率为例，如果回溯到某批次的出口含水率的质量存在问题，那么技术人员就可以根据现有的调整方式例如调整工艺气流的风量等来改善出口含水率的质量。

下面通过几组实验数据来说明本发明所实现的技术效果，在本实验中，过程能力评估值的取值区间均为[0，100]，以方便技术人员直观的辨识相应的质量。

在本发明方法的应用下，2010年3月份的烘丝生产中筒壁压力工艺参数的过程能力评估值超过预设阈值83的批次占89.67％，较之2月份的比例76.5％提高了13.17％；4月份筒壁压力工艺参数的过程能力评估值超过预设阈值83的比例占到97.14％，较之3月份提高了7.47％；5月份筒壁压力工艺参数的过程能力评估值超过预设阈值83的比例占到98.93％，较之4月份提高了1.79％。对于另一种工艺参数入口含水率，其3月份的过程能力评估值超过预设阈值83的批次占48.36％，较之2月份的比例41.5％提高了6.86％；4月份入口含水率的过程能力评估值超过预设阈值83的比例占到54.29％，较之3月份提高了5.93％；5月份入口含水率的过程能力评估值超过预设阈值83的比例占到62.90％，较之4月份提高了8.61％。

实验证明，本发明方法在实际应用中的确能够提高制丝工艺中各种工艺参数的控制效果，进而提高产品产出的合格率。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种提高制丝工艺参数控制效果的方法，包括：

采集制丝工序中的工艺参数的稳态数据和非稳态数据；

根据所述工艺参数的稳态数据计算出所述工艺参数的过程能力指数；

根据预设的稳态过程能力评估函数和非稳态过程能力评估函数分别对所述工艺参数的过程能力指数和非稳态数据进行转换，得到所述工艺参数稳态数据和非稳态数据的过程能力评估值；

判断所述工艺参数的稳态数据和非稳态数据的过程能力评估值是否分别达到各自对应的预设阈值，如果其中有未达到预设阈值的过程能力评估值，则对该工艺参数执行调整操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在制丝加工过程的烘丝工序中所述工艺参数为出口含水率、出口温度、筒壁压力、辅风温度、出料罩负压、电秤流量、入口含水率和热风温度任一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述稳态过程能力评估函数在过程能力指数的各个分段取值范围内的曲线斜率不同，其中取值范围较小的分段的曲线斜率大于取值范围较大的分段的曲线斜率。

4.根据权利要求3所述的方法，其中在过程能力指数在[0，0.83]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率高于过程能力指数在(0.83，1.67]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率，过程能力指数在[0，1.67]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率为正数，当过程能力指数大于1.67，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最大值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中根据关键参数的原始数据计算出对应的过程能力指数的操作具体包括：

根据工艺参数的稳态数据中的采样值和采样数计算出所述工艺参数的均值和标偏；

根据所述工艺参数的均值和标偏计算稳态过程中的过程能力和制程准确度，其中所述过程能力表示数据分布的离散情况，所述制程准确度表示稳态过程中数据总体分布偏离情况；

根据稳态过程中的过程能力和制程准确度计算出过程能力指数。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述非稳态数据对应的过程能力评估值通过非稳态过程能力评估函数计算得出，在非稳态数据在[A，B]时对应的函数值所拟合成的曲线的斜率为负数，当非稳态数据大于B，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最小值，当非稳态数据小于A，则对应的函数值为过程能力评估值的预设最大值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中时间A的取值区间为[0，200s]，时间B的取值区间为[150s，500s]。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述非稳态数据为头料时间、尾料时间、断料时间和过程偏离工艺参数技术指标的时间的总和。

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