卷烟企业制丝过程质量控制研究

　　1、 质量数据管理系统概述

　　质量数据管理系统是卷烟企业制丝线生产管理系统的重要组成部分之一，其主要指设计过程质量规范、检测、监控与改进过程质量指标，达到保证产品或服务质量目的的管理系统。

　　从质量管理的最新发展理论可以看：BPR（过程管理）技术、六西格玛质量管理、ISO 标准及 PLM 等都是以关注过程质量为核心。这些质量管理相关理论从本质上来看，可以将过程质量管理的内容划分为规划过程质量、设计过程质量、制造过程质量、使用过程质量、报废处理过程质量和服务过程质量等产品生命周期各个阶段的管理。图 1 为制丝线质量管理系统的功能边界示意图。

　　2、 过程质量模型

　　过程质量模型是以关键工艺设备为核心来建立的。系统首先对设备的工艺任务进行描述，根据工艺任务完成的内容，对需要考核的质量指标、工艺标准进行建模，将质量指标、工艺标准转化为具体的工艺参数设定值和设定范围；然后，系统将针对具体的工艺参数要求对各个控制环节需要的控制器件、检测器件进行分类和建模，完成质量标准、工艺标准→工艺参数→控制器件的统一建模过程；最后系统针对质量问题的描述进行建模，将质量问题描述转化为具体的数值信息，便于分析和考核生产过程的质量状况。

　　3、 过程数据模型

　　根据制丝线生产组织方式特性、制丝工艺流程形式和制丝线过程质量管理的业务需求建立了面向制丝线过程质量管理的过程数据模型，其模型结构如图 2 所示。

　　4、 过程质量分析评价方法

　　统计过程控制（SPC）提供了一系列的统计分析方法和相应的分析控制图用于对加工过程中的各个工序进行监控，从而达到改进与保证产品质量的目的。在制丝过程质量管理系统中我们将以 SPC 的统计分析方法为基础，结合前述的过程数据模型的特性建立面向制丝线的过程质量分析评价方法。基本的分析评价方法如图 3 所示。

　　5、 关键设备工艺数据分析

　　5.1 CPK 实时计算 过程能力指数（Complex ProcessCapability Index，CPK）反映设备生产能力强弱，是衡量过程加工内帐一致性的、最稳态下的最小波动。对于生产过程，产品质量总是分散存在。若 CPK 过高，则产品质量特性值的分散就会越小；反之，产品质量特性值的分散就会越大。

　　CPK 实时计算主要分下面几个步骤实现：

　　①计算出该工艺数据的标准方差。

　　标准方差的计算公式如式（1）所示。

　　其中，PV 为当前采样周期的采样值。

　　在 PLC 中实时计算式（2）时，存在一个“大数吃小数”的问题：因为在 PLC 中，32 浮点数的有效位数只有 7 位，在计算标准方差时，∑PV2和（∑PV）2是一个很大值且大小相当值，导致两者之差的结果会产生误差，从而最终导致CPK 的计算结果产生误差。

　　为解决上述问题，克服 PLC 浮点数计算精度导致的计算误差，对式（2）的标准方差计算公式进行如下改进：

　　PLC 通过式（3）至（6）在设备控制层对重要工艺参数的 CPK 值进行实时计算，然后将计算的 CPK 值通过监控网络实时传输到 IO 数据采集服务器，最终在 WINCC 监控系统和质量数据管理系统中实时更新显示。

　　5.2 叶片水分、温度控制 构建润叶机质量数据管理

　　模型，首先根据工艺任务和工艺标准确定润叶机的工艺质量指标，包括出口水分和出口温度。当系统正常工作时，确保系统条件满足要求，也就是水压、气压、汽压等需按照设备正常工作条件进行设定，按照批次组织生产。

　　将润叶机整个工序中的关键数据实时记录，主要是电子秤流量、润叶机出入口水分、润叶机出口水分。

　　当润叶机出口水分达不到工艺标准要求时，可分析是否生产控制参数设定错误，加水管路工作是否正常，电子秤、流量计、水分仪精度是否满足精度要求。

　　当润叶机出口温度达不到工艺标准要求时，可分析温度检测仪是否精度不够、蒸汽控制阀是否平稳、系统工作压力是否正常等。

　　通过润叶机水分、温度的控制可以看出，质量分析不仅是对某批次简单的质量评定，同时通过质量分析，可以对在线设备的各方面性能提出明确的改进方向。

　　6、小结

　　本文主要完成了制丝质量数据管理系统的设计。首先全面而详细地介绍了质量数据的建模方法和分析评价方法；然后重点介绍了工艺数据 CPK 实时计算方法，并提出了改进方法，克服了 PLC 浮点数计算精度导致的计算误差，实现了 CPK 的实时计算；最后以润叶机为例，分析了该质量数据管理系统对叶片水分和温度等工艺数据的控制，最终完成批次的质量控制，并通过质量分析，对设备各方面的性能提出更为明确的改进方向。

　　参考文献：
　　[1]廖永平主编，中国质量管理协会质量研究与培训中心编著.质量管理常用统计技术与方法[M].中国科学技术出版社，1998.
　　[2]宣义友.基于计算机及网络技术设计的制丝线管控系统[J].滁州职业技术学院学报，2004（01）.
　　[3]万永华，张淑华.烟厂制丝线管控系统设计与实现[J].国内外机电一体化技术，2010（03）.