1. 引言
随着集团“5211”卷烟品牌发展目标及“转方式、提结构”战略任务的不断推进，以及烟叶原料资源的有限与工业企业需求之间矛盾的逐步凸显，这都对卷烟企业的原料保障能力提出了新的、更高的要求[1]。复烤一车间每年承担着集团将近130万担烟叶的打叶复烤加工任务，在此过程中，若降低打叶复烤过程的损耗，特别是降低灰末率，这将对打叶复烤大、中片率及烟叶原料利用率的提高产生重大意义。
2. 打叶复烤工艺流程
通过梳理打叶复烤上下游工艺，绘制打叶复烤工艺流程[2]，并总结影响打叶复烤灰末率的因子如图1所示。
Figure 1. Leaf flushing and re-roasting process flow
图1. 打叶复烤工艺流程
我们从打叶复烤工艺流程总结出41个输入因子，进而对41个输入因子进行降序排列，从中筛选出了14个影响打叶复烤过程灰末率的输入因子，分别为X1-组配烟叶碎片处理、X2-烟叶组配方式、X3-风分风速、X4-打辊转速、X5-打辊与框栏干净程度、X6-打刀排列、X7-打刀间距、X8-烟叶水份、X9-投料均料棍、X10-入口蒸汽喷射压力、X11-二润热风温度、X12-烟叶的等级质量、X13-烟叶部位、X14-现场温、湿度下一步将对其再进行FMEA，找出最关键的输入因子[3]-[5]。下一步将对其再进行FMEA，找出最关键的输入因子。
3. 潜在失效模式及后果分析
对影响打叶复烤过程灰末率的14个重要因子进行细化及柏拉图分析，设置分析表格如表1所示。
Table 1. Detailed list of 14 key factors affecting the ash content rate in the leaf drying and re-roasting process
表1. 影响打叶复烤过程灰末率的14个重要因子进行细化表
过程系统 功能要求 |
潜在失效模式 |
潜在失效后果 |
严重度 S |
潜在失效起因/ 机理 |
频度 O |
现行控制 |
探测度 D |
R P N |
预防 |
探测 |
组配烟叶碎片处理 |
碎片进行打叶处理 |
碎片造碎 |
8 |
碎片未进行单独处理 |
8 |
碎片不进入打叶工序 |
检查记录 |
7 |
448 |
烟叶组配方式 |
多次搬运 |
灰末增加 |
8 |
流程不合理 |
6 |
优化、调整 |
生产记录 |
8 |
384 |
风分风速 |
风速较低 |
打叶频率增加 |
7 |
参数设置不合理 |
3 |
观察、调整 |
生产记录 |
8 |
168 |
打辊转速 |
转速较高 |
灰末增加 |
8 |
参数设置不合理 |
6 |
降低转速 |
生产记录 |
8 |
384 |
打辊与框栏干净程度 |
不干净 |
摩擦减少 |
6 |
清理不及时 |
5 |
定期清理 |
保养记录 |
4 |
120 |
打刀排列 |
排列不合理 |
灰末增多 |
4 |
设计不合理 |
3 |
反馈、调整 |
维修检查 |
4 |
48 |
打刀间距 |
间距过小 |
灰末增多 |
4 |
参数设置不合理 |
3 |
反馈、调整 |
维修测量 |
4 |
48 |
烟叶水份 |
水份偏低 |
灰末增加 |
6 |
回潮处理不到位 |
3 |
及时调整 |
生产记录 |
7 |
126 |
投料均料棍 |
均分烟叶 |
造碎增加 |
2 |
设置不合理 |
5 |
拆除 |
生产记录 |
8 |
80 |
入口蒸汽喷射压力 |
压力较小 |
水份较小 |
4 |
参数设置不合理 |
2 |
及时调整 |
水份记录 |
8 |
64 |
二润热风温度 |
烟叶温度偏低 |
叶梗分离效果差 |
4 |
参数设置不合理 |
2 |
及时调整 |
温度记录 |
8 |
64 |
烟叶等级质量 |
质量与参数设置不匹配 |
灰末增加 |
3 |
参数不能根据来料等级质量进行及时调整 |
3 |
优化、改进 |
生产记录 |
4 |
36 |
烟叶部位 |
烟叶部位与参数不匹配 |
灰末增加 |
4 |
参数不能根据来料进行及时调整 |
3 |
优化、改进 |
生产记录 |
4 |
48 |
现场温、湿度 |
温、湿度偏低或偏高 |
水份不易控制 |
3 |
生产现场呈开放状态 |
2 |
调整参数设置 |
温湿度仪 |
7 |
42 |
通过FMEA对上述因子进行细化以及柏拉图分析，我们找出了其中占80%份额的3个重要因子，分别为打辊转速、风分风速和烟叶水分，我们将采取快速改善措施改善这些因子。
4. 对影响打叶复烤灰末率的关键因素进行分析
在打叶复烤生产过程中，打叶段主要利用烟叶的物理特性，即叶梗连接处组织结构强度的差异，借助打棍的高速转动，摩擦、撕扯烟叶，达到叶梗分离的目的，其中打棍转速是其最重要的参数。其中，打辊转速越高，打刀的线速度越高，对烟叶的作用力越强烈，对烟叶的破坏作用增强，可以在一定程度上提高打叶效率，但会使大片率下降，造碎迅速增加[6] [7]。但是，降低打辊转速，则叶梗分离效果较差，但大片率较高，且打叶效率较低，所以必须选择一个合适的打辊转速。
同样的，在生产过程中，风分段将经过叶梗分离处理的叶、梗利用物料比重进行悬浮分离，正确调整风分风量，是提高打叶和风分质量，降低灰末率的重要手段。当风分风量较高时，导致风分出来的烟叶量增加，叶中含梗率也增加，会导致打叶复烤成品的叶中含梗率增加，不符合打叶复烤成品质量要求。当风分风量较低时，风分出来的烟叶量较少，大量的烟叶再次进行打叶处理，打叶频次增加，导致烟叶造碎增加[8] [9]。因此，正确控制风分段的风分风量参数，对烟叶造碎的控制将有至关重要的作用。
在打叶复烤整个生产过程中，来料烟叶水份对整个生产过程中的造碎产生，具有基础的作用。若来料烟叶含水率偏低，烟叶柔软性差，会导致烟叶在组配搬运及打叶风分段过程中产生大量造碎。当烟叶含水率偏高时，烟叶易缠绕在打叶钉或框栏上，出现堵塞现象，而且在打叶过程中叶片不易被从烟梗上撕裂下来[10]。即使撕裂下来，由于含水率较大，也不易风分出来，导致烟叶被多次打叶处理，造成碎末增加。因此，烟叶含水率过高或过低，都影响烟叶造碎情况。
(1) 首先对打辊转速和风分风速两个因子进行分析，设置分析表格如表2和表3所示。
Table 2. Analysis table of influencing factors of roll rotational speed and air separation speed
表2. 打辊转速和风分风速影响因子分析表
变量 |
名称 |
类型 |
Low |
High |
Y |
打叶风分段灰末率 |
计量型 |
|
|
X1 |
打辊转速 |
计量型 |
450 r/min |
550 r/min |
X2 |
风分风量 |
计量型 |
85% |
95% |
分析工具 |
DOE试验分析(2因子2水平加3个中心点复制1次的DOE全因子试验分析) |
Table 3. Experimental data table of roll rotational speed and air separation air velocity
表3. 打辊转速和风分风速实验数据表
标准序 |
运行序 |
中心点 |
区组 |
打辊转速 |
风分风速 |
灰末率 |
9 |
1 |
0 |
1 |
500 |
90 |
0.024 |
7 |
2 |
1 |
1 |
450 |
95 |
0.0289 |
4 |
3 |
1 |
1 |
550 |
95 |
0.0299 |
1 |
4 |
1 |
1 |
450 |
85 |
0.027 |
3 |
5 |
1 |
1 |
450 |
95 |
0.0284 |
6 |
6 |
1 |
1 |
550 |
85 |
0.0336 |
2 |
7 |
1 |
1 |
550 |
85 |
0.0338 |
11 |
8 |
0 |
1 |
500 |
90 |
0.0241 |
10 |
9 |
0 |
1 |
500 |
90 |
0.0242 |
8 |
10 |
1 |
1 |
550 |
95 |
0.0299 |
5 |
11 |
1 |
1 |
450 |
85 |
0.027 |
经过DOE实验分析可以得到，打辊转速和风分风速两个因子影响显著，分析模型总效果明显，如图2所示。
Figure 2. The significance of the influence of the two factors, namely the rotational speed of the drum and the wind separation velocity
图2. 打辊转速和风分风速两个因子影响显著程度
通过响应曲面设计和工艺参数优化，我们得到：打辊转速490 r/min，风分风量91%时，灰末率达到最小值2.34%。
如图3所示，通过点预测与区间预测，我们得到：打辊转速为490 ± 10 r/min，风分风量为90 ± 2.5%时，基本满足我们的工艺要求，可以有效地减少打叶复烤过程灰末率。
Figure 3. Contour map of the ash content ratio versus the wind separation volume and the rotation speed of the grinding drum
图3. 灰末率与风分风量、打辊转速的等值线图
(2) 对烟叶水分含量影响因子进行分析
针对X1 (烟叶水份)因子，一般要求来料水份要在16%~18%之间，若水分过低，会造成组配过程产生大量造碎，水份过高，会大大降低烟叶的使用价值。但是，由于来料烟叶来自不同的地区，其水份含量必然呈现出一定的差异，且经过一定时间的存放，大部分烟叶水份含量都有所降低。
根据工艺质量科对来料水份连续5天，共计45个样品的水份检测，得到如图4所示的烟叶水分含量分布图。
Figure 4. Distribution map of tobacco leaf moisture content
图4. 烟叶水分含量分布图
水份含量低于16%~18%的比例达到71.1%，对此，项目组成员结合烟叶组配生产实际及水份含量情况，决定利用真空回潮工序的前移，对来料烟叶水份低的情况进行改进[11] [12]，改进前后的流程变化如图5和图6所示。
在烟叶组配过程中，首先按照配比单中各等级烟叶的重量比例要求，进行包烟形式的一次配比，然后进入真空回潮工序，进行加温加湿，将烟叶的含水率调整在16%~18%之间，减少了二次精细配比中，烟叶的造碎。
Figure 5. The process of tobacco from blending to re-roasting before improvement
图5. 改进前烟叶从配比至复烤流程
Figure 6. The process from blending to re-roasting of improved tobacco leaves
图6. 改进后烟叶从配比至复烤流程
烟叶组配主要分为一次配比、二次配比两个环节，一次配比主要以包烟形式进行模块等级的初配，随后在进行二次的精细配比。在现有的二次配比过程中，生产人员将每包烟打开、拆分，人工平均拆分为三份，再将烟叶进行重新堆码，在此期间造成大量的造碎。对此，小组成员结合生产实际情况，利用原有铺把台设备，调整二次配比方式，采用人工铺把、运输带传送投料的形式直接投料，减少由于烟叶拆分、堆码造成的造碎。
5. 实验验证
经过对打辊速度、风分速度和烟叶水分等关键因子的分析优化后，对打叶复烤的灰末率数据进行跟踪，玉溪卷烟厂复烤一车间对2025年4月~6月份改进前3个月以及2025年10月~2025年12月份改进后的数据进行统计，得到如表4所示的数据。
Table 4. Statistical table of generated ash rate before and after improvement
表4. 改进前后灰末率的产生数据统计表
|
改进前 |
改进后 |
4月 |
5月 |
6月 |
10月 |
11月 |
12月 |
灰末率 |
2.64% |
2.62% |
2.63% |
2.44% |
2.42% |
2.40% |
平均 |
2.63% |
2.42% |
通过对改进前后灰末率产生数据的对比分析，发现改进后打叶复烤灰末率由2.63%降低为2.42%，按照上一年1382.94吨灰末计算，优化后的打叶复烤灰末率降低了110.42吨，产生直接经济效益165.64万元。