CN113190967A - 一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卷烟加工技术领域，尤其涉及一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，所述方法先以层次分析法确定各指标的权重，构建综合指标关系式，再对数据进行规格化处理，带入综合指标关系式得到综合指标数据值，然后建立材料参数与综合指标的关系模型，采用实验范围内组合参数循环计算的方法，选定参数及综合指标的范围，对应的具体数值通过反归一法进行还原，得到参数组合范围，最后进行验证得到最终的卷烟材料组配。本发明的基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，省去了传统的单因素调整时复杂的循环步骤，进行多目标筛选得到合理的卷烟材料组配，更简便，节省时间，且利用层次分析法将主观性想法用数字方式进行量化，更为科学、合理。

Description

一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法

技术领域

本发明涉及卷烟加工技术领域，尤其涉及一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法。

背景技术

卷烟材料(卷烟纸、成型纸、接装纸、滤棒丝束)不仅是卷烟构成的材料必备要素，更是可以通过材料的合理组配，实现卷烟特定抽吸风格和某些化学成分的控制。近年来，细支卷烟因其自身具有降本降耗、低焦高档、减轻危害的明显优势，受到行业高度重视得以快速发展，市场规模不断扩大，结构价位稳步上移，低焦特质逐渐凸显，有效满足了消费者对卷烟产品个性化、多样化需求，成为中式卷烟发展的新亮点。

由于细支卷烟烟支圆周(或是直径)和长度发生了改变，其圆周较常规卷烟减少52％，长度提高15％以上，细支烟在抽吸感受、以及材料对烟气成分释放量的影响上均发生了较大差异，不仅常规卷烟上的材料组配规律和经验不再完全适用于细支卷烟的材料组配，而且细支卷烟长径比增加，滤棒丝束单担较大，烟支吸阻较常规卷烟大，抽吸轻松体验感较常规卷烟变差。因此细支卷烟产品开发时卷烟材料的组配面临新的技术问题。

常规卷烟设计往往是按照设定卷烟风格，依据产品开发人员经验进行材料组配，针对某目标进行调整，抽吸试验后进行化学成分等指标检测,再单因素循环调整材料组配的试验方案进行,为切实解决细支卷烟上述提及的材料组配技术上的问题,本发明提出了一种以烟支吸阻为卷烟抽吸轻松感表征的多目标筛选细支烟材料组配方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，省去了传统的单因素调整时复杂的循环步骤，进行多目标筛选得到合理的卷烟材料组配，更简便，节省时间，且利用层次分析法将主观性想法用数字方式进行量化，更为科学、合理。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，包括以下步骤：

1)以感官质量、卷烟烟气指标作为指标进行建模，以层次分析法确定各指标的权重；

2)根据所得的各指标的权重，构建综合指标关系式；

3)对感官质量及卷烟烟气指标的倒数进行规格化处理，将数据代入综合指标关系式，得到对应综合指标数据值Y；

4)以试验设计的各材料参数为自变量，以综合指标数据值Y为因变量，采用二次多项式逐步回归，建立了材料参数与综合指标的关系模型；

5)采用实验范围内组合参数循环计算的方法，利用建立的材料参数与综合指标的关系模型进行了目标优化的组合参数计算，选定参数及综合指标的范围，对应的具体数值通过反归一法进行还原，得到参数组合范围；

6)再结合生产实际，进行验证，验证感官评价结果时，感官评价指数结合烟支吸阻结果，感官评价指数高于实验组时，验证通过。

进一步，所述卷烟烟气指标包括焦油、一氧化碳、烟碱以及H值7项。

进一步，所述H值7项包括HCN、NNK、NH3、B(a)P、苯酚、巴豆醛。

进一步，所述步骤1)的具体操作包括以下步骤：

S1：以感官质量、焦油、一氧化碳、烟碱以及H值7项为指标层构建层次结构模型；

S2：将指标两两对比进行赋值，构造判断矩阵；

S3：层次单排序及一致性检验，计算λmax、CI、RI、CR值；

S4：层次总排序及其一致性检验，计算各指标对目标的权重。

进一步，所述材料参数包括卷烟纸、接装纸、成型纸和丝束。

本发明的有益效果：

本发明的一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，省去了传统的单因素调整时复杂的循环步骤，进行多目标筛选得到合理的卷烟材料组配，更简便，节省时间，且利用层次分析法将主观性想法用数字方式进行量化，更为科学、合理。

附图说明

图1是本发明多目标筛选的层次分析图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：

本发明的一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，具体如下：

选取卷烟纸、接装纸、成型纸、丝束4个材料因素，由于细支烟滤嘴丝束规格较少，选用了国内在用3种不同规格的滤嘴丝束(为便于数据处理，滤嘴丝束特性用丝束纵向表面积等效描述指数I来代替)，4个材料因素的参数取值范围如表1所示：

表1材料参数范围

采用均匀设计试验方案，利用相同配方烟丝，除试验材料选材不同外，其余均采用相同材料，同一机台，同一卷制标准，以控制填充烟丝重量范围一致原则进行样品卷制。

对样品进行感官质量评价、烟支吸阻、化学指标(Tar、Nic、CO、HCN、NNK、NH₃、B(a)P、苯酚(BF)、巴豆醛(BDQ))检测。

首先，以感官质量、卷烟烟气指标作为指标进行建模，以层次分析法确定各指标的权重，具体包括以下步骤：

S1：构建层次结构模型，针对所要解决的多目标问题进行深入分析,首先需要把问题层次化，将问题中所包含的因素划分为不同层次，即目标层、准则层、指标层等,用框图形式说明层次的递阶结构与因素的从属关系，建立如图1所示的多目标筛选的细支卷烟材料组配问题层次结构，具体方案为：针对细支卷烟材料组配问题，设定细支卷烟材料组配配方为目标层，然后将目标层分解为三个具体准则，包括感官评价好，焦油、一氧化碳、烟碱符合设计要求，H值7项成分释放量低，此处根据根据常识H值7项指HCN、NNK、NH₃、B(a)P、BF、BDQ和CO，但是由于一氧化碳已经单独列出，故此处除去CO避免重复计算，因此，本发明的H值7项包括HCN、NNK、NH₃、B(a)P、BF、BDQ；进而将每个准则进一步分解为若干个具体指标，形成指标层。

S2：构造判断矩阵，判断矩阵是通过两两比较下层元素对上层元素的相对重要性,将比较的结果用数值表示，将指标两两对比进行赋值，得到判断矩阵如表2所示：

表2判断矩阵

S3：层次单排序及一致性检验。先进行层次单排序，判断矩阵最大特征值所对应的特征向量值相对于上一层某因素的重要性的权值。之后需要对判断矩阵进行一致性检验,采用随机一致性比率CR来检验判断矩阵的一致性,其计算公式为：

CR＝CI/RI (1)

CI＝(λmax-n)/(n-1) (2)

式中：n为本层因素数；RI为同阶平均随机一致性指标；CI为一致性指标，计算公式如公式(2)；λmax为判断矩阵的最大特征根。当CR<0.10时,即认为判断矩阵具有一致性,否则就需要调整判断矩阵中的标度值,使判断矩阵具有一致性。

S4：层次总排序及其一致性检验。层次综合排序用来计算最低层次的指标或方案相对于最高层总目标重要性的权值，是从最高层到最低层逐层进行的，计算得到数值如表3所示：

表3指标权重及一致性检验

由表3所得各指标权重构建综合指标，其中感官质量(GG)为是极大型指标，化学指标是极小型指标，合成综合指标时，将化学指标取倒数，统一转换为极大型，得到综合指标关系式如式3所示：

Y＝0.468GG+0.198/Tar+0.115/Ni+0.159/CO+0.06/H[HCN+NNK+NH₃+B(a)P+BF+BDQ] (3)

将感官质量得分、焦油、一氧化碳、烟碱、以及H值7项指标(CO除外)指标代入关系式(3)，得到结果如表4所示：

表4指标规格化处理及综合指标

感官质量	Tar	Nic	CO	HCN	NNK	NH<sub>3</sub>	B(a)P	苯酚	巴豆醛	y
											1.000	0.330	0.321	0.261	0.237	0.573	0.153	0.195	0.464	0.403	0.632
0.744	1.000	1.000	1.000	0.683	1.000	1.000	0.703	1.000	1.000	0.874
											0.307	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.033	0.000	0.144
0.423	0.648	0.580	0.591	0.649	0.612	0.837	0.264	0.417	0.495	0.519
											0.000	0.829	0.726	0.693	0.645	0.798	0.708	0.922	0.322	0.686	0.398
0.157	0.919	0.777	0.819	1.000	0.660	0.865	1.000	0.509	0.351	0.519

以试验设计的各材料因素为自变量，以综合指标y为因变量，采用二次多项式逐步回归，建立了材料参数与综合指标的关系模型，

y＝0.0667+1.5722*X4²-0.7069*X1*X4+2.259*X2*X3-2.521*X3*X4 (4)

对卷烟燃吸而言，依据材料组配感官评价结果，结合烟支吸阻，建立基于综合指标结果相对应的感官评价指数。

采用实验范围内组合参数循环计算的方法，重点考量指标H值，利用建立的综合指标模型进行了目标优化的组合参数计算，参数及综合指标的范围：x&y∈[0，1]、H值∈[5.37，9.18]，对应的具体数值通过反归一化的方法进行还原，在指标的取值范围内共有几百个参数组合，筛选出其中5个H值在5.4～6.4，综合指数在0.9～1.0的参数组合，并结合生产实际情况，进行相关试验与验证。筛选出的具体参数组合见表5：

表5参数组合表

按照表5的材料优化参数组合，进行验证试验样品卷制，对样品进行检测和感官评价，结果见表6～表8：

表6烟气常规、吸阻检测及感官质量验证结果

表7试验组H值7项成分释放量

表8验证组H值7项成分释放量

可以看出，验证组的H释放量均小于试验组的最低值，评价指数高于试验组，验证通过，得到有效参数组合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (5)

1.一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)以感官质量、卷烟烟气指标作为指标进行建模，以层次分析法确定各指标的权重；

2)根据所得的各指标的权重，构建综合指标关系式；

3)对感官质量及卷烟烟气指标的倒数进行规格化处理，将数据代入综合指标关系式，得到对应综合指标数据值Y；

4)以试验设计的各材料参数为自变量，以综合指标数据值Y为因变量，采用二次多项式逐步回归，建立了材料参数与综合指标的关系模型；

5)采用实验范围内组合参数循环计算的方法，利用建立的材料参数与综合指标的关系模型进行了目标优化的组合参数计算，选定参数及综合指标的范围，对应的具体数值通过反归一法进行还原，得到参数组合范围；

6)再结合生产实际，进行验证，验证感官评价结果时，感官评价指数结合烟支吸阻结果，感官评价指数高于实验组时，验证通过。

2.根据权利要求1所述的一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，其特征在于，所述卷烟烟气指标包括焦油、一氧化碳、烟碱以及H值7项。

3.根据权利要求2所述的一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，其特征在于，所述H值7项包括HCN、NNK、NH₃、B(a)P、苯酚、巴豆醛。

4.根据权利要求3所述的一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，其特征在于，所述步骤1)的具体操作包括以下步骤：

S1：以感官质量、焦油、一氧化碳、烟碱以及H值7项为指标层构建层次结构模型；

S2：将指标两两对比进行赋值，构造判断矩阵；

S3：层次单排序及一致性检验，计算λmax、CI、RI、CR值；

S4：层次总排序及其一致性检验，计算各指标对目标的权重。

5.根据权利要求4所述的一种基于多目标筛选的细支卷烟材料组配方法，其特征在于，所述材料参数包括卷烟纸、接装纸、成型纸和丝束。

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