CN111737643B - 一种烟丝结构分布稳定性测定方法 - Google Patents

一种烟丝结构分布稳定性测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于变异系数结合熵权法的烟丝结构分布稳定性测定方法，较以往的方法相对更加客观合理。按照7种长度烟丝的筛分法，对本方法的精密度进行了测试，结果表明，变异系数结合熵权法测定烟丝结构分布稳定性H值的标准偏差小于1.5％，说明本方法的精密度较高，可满足定量分析的要求。应用验证结果表明，本方法测定的H值可以较好的反映烟丝掺配比例的稳定性，说明本方法的准确度较高，适用于烟丝结构分布稳定性的准确测定，可为卷烟在制品加工质量的评价和维护提供技术支撑。

Description

一种烟丝结构分布稳定性测定方法
技术领域
本发明属于卷烟生产检测技术领域，特别是指一种基于变异系数结合熵权法的烟丝结构分布稳定性测定方法。
背景技术
卷烟制丝过程中，在切丝宽度确定后，所谓烟丝结构主要是指不同长度烟丝质量所占的比例。烟丝结构是影响卷烟质量的重要因素之一，对卷接质量、单支重量、烟支密度、端部落丝量等卷烟物理指标及焦油释放量均有较大影响。初烤烟叶经过打叶复烤工序后形成各种尺寸的片烟，这些片烟由于尺寸的差异以及在制丝加工过程中的物理造碎最终形成不同长度的烟丝。
研究表明，打叶复烤后及卷烟配方叶组中不同尺寸片烟的内在化学成分含量存在较大差异，导致由这些不同尺寸片烟制成的不同长度烟丝的内在化学成分含量也存在较大差异。烟丝长度会直接影响烟支轴向密度，进而通过烟支密度间接影响卷烟的物理指标和主流烟气指标。所以在卷烟生产过程中，不同长度烟丝分布的稳定性水平会对产品质量产生较大的影响。若不同时间点的配方烟丝结构分布不稳定，必然会影响卷烟产品质量的稳定性，不仅会影响烟支物理指标的稳定性，还会对卷烟的烟气特性和感官质量产生直接影响。
关于烟丝结构分布稳定性的测定，已经进行了初步的探索。比如采用灰色关联分析法评价了烟丝结构分布稳定性，虽然一定程度上能反映样品间同长度指标的相似度，但用灰色关联度来求平均值表征烟丝结构分布稳定性显然不够恰当；比如利用同一长度烟丝比例的比值为相似性系数来对烟丝结构分布稳定性进行评价，其方法值得商榷。同时，上述方法均未考虑评价指标间的变异程度的差异。可以看出，行业内的科研工作者已经认识到烟丝结构分布稳定性这一质量指标的重要性，并发现通过控长、控碎、控宽等烟丝调控技术的应用可以实现对卷烟质量的控制，但是准确表征烟丝结构分布稳定性的方法仍在积极探索中。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟丝结构分布稳定性测定方法为卷烟产品加工质量的评价和维护提供技术支撑。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种烟丝结构分布稳定性测定方法，包括以下步骤：
S1、烟丝取样
在设备运行平稳后，在烟丝掺配加香出口振动槽的同一截面处，按设定间隔取样1次，共取样i次，得到AI个烟丝样品，其中i为自然数；
S2、将每个烟丝样品均平均分为n份烟丝，其中n为自然数，将每份烟丝均经过筛分得到Lj种不同长度范围的烟丝，其中j为自然数，并确定每种长度的烟丝占每份烟丝的重量百分比；
S3、利用AI个烟丝样品和LJ种不同长度的烟丝得到烟丝结构数值矩阵XIJ，并计算每种长度的烟丝重量百分比平均值MNJ(A1-AJ)、标准偏差SDJ(A1-AJ)及其变异系数CVj(A1-AJ)；
S4、利用熵权法确定不同长度指标的权重系数
利用公式(1)对烟丝结构数值矩阵XIJ的每列指标数据进行归一化处理：
Figure BDA0002526824570000021
将归一化的烟丝结构数值矩阵中每一列的属性值X1′j,X2′j,…,Xi′j，视为信息量的分布，利用公式(2)计算以每种不同长度范围的烟丝为评价指标的信息熵Ej，则熵权系数wj通过公式(3)获得：
Figure BDA0002526824570000022
Figure BDA0002526824570000023
式中：0≤wj≤1，
Figure BDA0002526824570000024
基于烟丝结构数值矩阵，通过公式(1)～(3)计算得到Lj的权重系数；
S5、不同长度烟丝比例综合变异系数及烟丝结构分布稳定性计算
利用上述的LJ种不同长度的烟丝变异系数CVj(A1-AJ)及熵权系数计算结果的基础上，利用公式(4)计算AI个烟丝样品，LJ种不同长度的烟丝的综合变异系数CVA，利用公式(5)计算烟丝结构分布稳定性H值；
Figure BDA0002526824570000031
H＝(1-CVA)×100％ (5)。
优选的，所述烟丝筛分在20±1℃、相对湿度为65±2％的恒温恒湿实条件下进行。
优选的，在进行烟丝筛分过程中，旋转速度220r/min，每间隔1min变换1次旋转方向，每次筛分时间10min。
本技术方案的有益效果是：
本技术方案充分考虑了评价指标间的权重差异，直接采用不同长度烟丝比例的变异系数作为评价烟丝结构分布稳定性的基础，克服了以往统计方法使用不恰当，指标间的权重差异在综合评价中未得到充分体现的缺陷，本测定方法更加观、合理。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
选择云烟品牌A、B、C三个牌号卷烟掺配加香工序不同时间点的成品烟丝样品作为试验对象，烟丝配方如表1所示。
表1卷烟牌号A～C烟丝配方组成
Figure BDA0002526824570000032
AS400旋转筛分仪为德国Retsch公司产品，筛网孔径依次为4.75、4.00、2.50、2.00、1.60和1.00mm；ML1602T型电子天平感量0.01g，瑞士METTLER TOLEDO公司。
分别选定A、B、C三个牌号卷烟的某一生产批次作为测试批次，待设备运行稳定后，在烟丝掺配加香出口振槽的截面处每间隔10min取样一次，分10次取样，每次约1.5kg，分别装入做好标识的样品袋中密封保存作为待检样品，A、B、C三个牌号的10个烟丝样品记为Ai、Bi、Ci(i取1,2,3,…,10的自然数)。
为减小筛分过程中因烟丝水分散失而引起的造碎，烟丝筛分实验在(20±1)℃、相对湿度为(65±2)％的恒温恒湿实验室内进行。首先将每份1.5kg的烟丝样品混合均匀后分成6份，每份约250g，以备烟丝结构测定使用。对烟丝进行筛分：每次的筛分量约250g，旋转速度220r/min，每间隔1min变换1次旋转方向，每次筛分时间10min。用Lj(j取1,2,3,…,7的自然数)表示不同长度范围的烟丝样品，其中烟丝长度：L1>4.75mm、4.00mm<L2≤4.75mm、2.50mm<L3≤4.00mm、2.00mm<L4≤2.50mm、1.60mm<L5≤2.00mm、1.00mm<L6≤1.60mm、L7≤1.00mm。将这7种不同长度的烟丝定义为7个不同的评价指标。其中，测试期间应轻取轻放，尽量减小操作过程中的人为造碎。
熵权法是一种在综合考虑各评价指标所提供信息量的基础上，计算一个综合指标的数学方法。通常情况下，对于一组试验样本，不同评价指标的变异系数会存在较大差异，即每个评价指标在样品间的变异程度不同。因此，不能仅利用某一评价指标的变异系数对试验样本的稳定性或波动情况进行综合评价，也不能简单的利用所有指标变异系数的平均值对其进行评价。因此，采用信息熵原理对7种不同长度烟丝比例的变异系数分别进行赋权。熵权并不是表示决策评估问题中评价指标实际意义上的重要性系数，而是从信息角度考虑，该评价指标在该问题中提供有效信息量的多寡程度。因此，可利用熵权法对烟丝样品的每个评价指标的变异系数进行分别赋权，进而得到7种不同长度烟丝质量比例的综合变异系数，再利用综合变异系数计算烟丝结构分布稳定性。
将每个时间点所取A牌号10个烟丝样品的每个烟丝样品，将其中1/6的量(约250g)，即每份烟丝，进行烟丝结构测定实验，得到10个烟丝样品7种长度重量百分比例的数值矩阵Xij，并计算每个长度指标的平均值
Figure BDA0002526824570000051
标准偏差
Figure BDA0002526824570000052
及其变异系数
Figure BDA0002526824570000053
结果见表2。在本申请的技术方案中，每个长度指标的平均值、标准偏差及变异系数的计算方法均为现有技术，或者说是教科书上所给出的计算方法，在此不进行详细的说明。
表2 A牌号卷烟10个烟丝样品的烟丝结构测定结果
Figure BDA0002526824570000054
从表2可以看出，7个不同长度指标的变异系数存在较大差异，介于7.23％～13.70％之间，说明不同长度烟丝在掺配工序不同时间点的波动程度或分布稳定性不同，即每种长度指标在评价过程中提供的信息量存在明显的差异。
以表2的烟丝结构数值矩阵Xij为例，根据熵权计算对数据的要求，首先利用公式(1)对烟丝结构矩阵Xij的每列指标数据进行归一化处理：
Figure BDA0002526824570000061
将归一化的指标矩阵每一列的属性值(X1′j,X2′j,…,X1′0j)视为信息量的分布，利用公式(2)计算每个评价指标j的信息熵Ej，则评价指标j的熵权系数wj可通过公式(3)获得：
Figure BDA0002526824570000062
Figure BDA0002526824570000063
式中：0≤wj≤1，
Figure BDA0002526824570000064
基于表2中的烟丝结构数据，通过公式(1)(2)(3)计算得到7个长度指标(L1～L7)的权重系数(w1～w7)依次为：0.1136、0.1801、0.0687、0.1331、0.1070、0.1657、0.2318。
在7种烟丝长度变异系数及其熵权系数计算结果的基础上，利用公式(4)得到A牌号卷烟10个不同时间点烟丝样品(A1～A10)7种长度比例的综合变异系数CVA；最后利用公式(5)计算烟丝结构分布稳定性H值。
Figure BDA0002526824570000065
H＝(1-CVA)×100％ (5)
通过公式(4)(5)计算得到表2中A牌号卷烟10个不同时间点的烟丝结构分布稳定性H值为88.98％。
用A、B、C三个牌号每个取样时间点的6份烟丝样品分别平行测定6组烟丝结构分布稳定性H值，结果如表3所示。
表3 H值测定结果的精密度测试
Figure BDA0002526824570000066
Figure BDA0002526824570000071
从表3可以看出，A、B、C三个牌号某一批次烟丝结构分布稳定性6次平行测定结果的H值分别为86.93％～90.38％、85.91％～88.11％和84.39％～87.45％，标准偏差小于1.50％，说明该方法的精密度较高，可满足定量分析的要求。
在另一生产厂再分别选择3个牌号卷烟某一批次10个掺配加香时间点的成品烟丝样品(每个样品约250g)对本方法进行应用效果验证，其中两个生产厂的A、B牌号卷烟配方组成相同，D牌号卷烟的叶丝、梗丝和再造烟叶丝占比分别为82％、8％和10％。按照上述方法对A、B、D三个牌号卷烟的H值进行6次重复测定，结果如表4所示。
表4方法的应用效果验证
Figure BDA0002526824570000072
由表4可以看出，A、B、D三个牌号卷烟某一批次H值6次重复测定结果的均值分别为88.87％、87.84％和86.18％，标准偏差小于0.7％。通常情况下，叶丝(主掺配物)掺配比例越大，烟丝混配相系越单一，掺配稳定性越高。再结合表3中A、B、C三个牌号H值的测定结果可以看出，H值的均值均随着叶丝掺配比例的下降呈降低趋势，证明了本方法测定的H值可较好的反映烟丝掺配比例的稳定性大小，也说明本方法测定结果的准确度较高。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种烟丝结构分布稳定性测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、烟丝取样
在设备运行平稳后，在烟丝掺配加香出口振动槽的同一截面处，按设定间隔取样1次，共取样i次，得到AI个烟丝样品，其中i为自然数；
S2、将每个烟丝样品均平均分为n份烟丝，其中n为自然数，将每份烟丝均经过筛分得到Lj种不同长度范围的烟丝，其中j为自然数，并确定每种长度的烟丝占每份烟丝的重量百分比；
S3、利用AI个烟丝样品和LJ种不同长度的烟丝得到烟丝结构数值矩阵XIJ，并计算每种长度的烟丝重量百分比平均值MNJ(A1-AJ)、标准偏差SDJ(A1-AJ)及其变异系数CVj(A1-AJ)；
S4、利用熵权法确定不同长度指标的权重系数
利用公式(1)对烟丝结构数值矩阵XIJ的每列指标数据进行归一化处理：
Figure FDA0002526824560000011
将归一化的烟丝结构数值矩阵中每一列的属性值X′1j,X′2j,…,X′ij，视为信息量的分布，利用公式(2)计算以每种不同长度范围的烟丝为评价指标的信息熵Ej，则熵权系数wj通过公式(3)获得：
Figure FDA0002526824560000012
Figure FDA0002526824560000013
式中：0≤wj≤1，
Figure FDA0002526824560000014
基于烟丝结构数值矩阵，通过公式(1)-(3)计算得到Lj的权重系数；
S5、不同长度烟丝比例综合变异系数及烟丝结构分布稳定性计算
利用上述的LJ种不同长度的烟丝变异系数CVj(A1-AJ)及熵权系数计算结果的基础上，利用公式(4)计算AI个烟丝样品，LJ种不同长度的烟丝的综合变异系数CVA，利用公式(5)计算烟丝结构分布稳定性H值；
Figure FDA0002526824560000015
H＝(1-CVA)×100％ (5)。
2.根据权利要求1所述的烟丝结构分布稳定性测定方法，其特征在于，所述烟丝筛分在20±1℃、相对湿度为65±2％的恒温恒湿条件下进行。
3.根据权利要求1所述的烟丝结构分布稳定性测定方法，其特征在于，在进行烟丝筛分过程中，旋转速度220r/min，每间隔1min变换1次旋转方向，每次筛分时间10mins 。
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