DOE全因子试验在梗丝风送参数优化中的应用

DOE全因子试验在梗丝风送参数优化中的应用
作者：柳郑利锋廖强
来源：《农产品加工·上》2019年第02期
摘要：为研究梗丝风送参数对批次梗丝含水率均值和含水率标准偏差的影响，选择了梗丝风送风机频率和风送风门开度进行了DOE全因子试验，并通过回归分析对各因素影响情况进行分析，利用相应优化对参数进行了优化。

结果表明，梗丝风送风机频率对批次梗丝含水率均值和标偏均影响显著；风送风门开度对批次梗丝含水率标偏影响显著而对均值影响不显著；结合梗丝均值和含水率标偏的需要，优化后最佳参数为风送风机频率36 Hz，风选风门开度1格，并对其进行了验证。

关键词：梗丝风选；DOE试验；响应优化；回归分析
中图分类号：TQ461 文献标志码：A doi：10.16693/ki.1671-9646（X）.2019.02.012
Application of DOE Full Factor Test in Optimizing Air
Distribution Parameters of Stem
LIU Xun，*ZHENG Lifeng，LIAO Qiang
（Chongqing Cigarette Factory of China Tobacoo Chongqing Industrial Co.，Chongqing 400061，China）
Abstract：In order to study the influence of air supply parameters on the mean water content and standard deviation of water content of stalk in batches，DOE full factor tests were carried out on the frequency and opening of air supply fan for stalk，and the influence of each factor was analyzed by regression analysis，and the parameters were optimized by corresponding optimization. The results showed that the frequency of air supply fan had a significant effect on the average and standard deviation of moisture content of stalk in batches；the opening of air supply door has a significant effect on the standard deviation of moisture content of stalk in batches，but had no significant effect on the average value；combined with the need of the average value and moisture content standard deviation of stalk，the optimum parameters were the frequency of air supply fan 36 Hz and the opening of air separation door 1 grid，and their validation is carried out.
Key words：stem air separation；DOE test；response optimization；regression analysis
0 引言
梗絲风选的工艺任务是分离梗丝中梗签、梗块及非烟草杂物，提高梗丝的纯净度[1]。

提高制梗丝工艺中梗丝风选风送过程品质，为下一步工序提供稳定的原料，有助于整体制造水平的提高，有助于稳定和提高卷烟产品感官品质。

徐永杰[2]对梗丝风选除杂效果进行了改进研究和实践；陈文明等人[3]对解决风选后梗丝成团的对策进行了探讨。

目前的报道仅对梗丝风选后梗丝的风选效果进行了正交试验综合分析法研究，而对梗丝多项质量指标最优条件的选择报道相对较少。

为此，试验选取了风送风机频率和风选风门开度为主要工艺参数，批次梗丝含水率均值和标偏为评价指标，运用DOE试验，针对多指标评价，采用回归分析和响应优化，对工艺参数进行优化。

1 材料与方法
1.1 材料、设备及仪器
22#梗丝，重庆中烟工业有限责任公司提供；梗丝振动风选机，江苏智思机械制造有限公司产品；TM710e型在线水分仪，英国NDC公司产品。

1.2 试验设计
以风送风机频率与风选风门开度为试验因素，进行二因素四水平DOE全因子试验设计。

因素与水平设计见表1。

1.3 数据处理与分析
用MINITAB分析软件进行数据处理，利用响应优化和回归分析对结果进行优化[4-5]。

2 结果与分析
2.1 含水率标准偏差影响分析
DOE试验及试验数据见表2，含水率标偏，风选风门开度与风送风机频率的回归程见表3，含水率标偏，风选风门开度与风送风机频率等值线图见图1。

由表2试验结果，按照1.3方法分析得出，含水率标准偏差方程（1）、方差分析结果和等值线图。

含水率标准偏差（Y2）=-0.783+0.033 6X2+
0.027 5X1. （1）
由表3可知，拟定的回归方程各因子p值均为0，小于0.05，说明风送风机频率与风选风门开度对梗丝含水率标偏的影响显著，在试验条件范围内，随着风选风机频率与风选风门开度的减小，梗丝含水率标偏降低，从等值线图（图1）可以更直观地看出其影响趋势。

2.2 含水率均值影响分析
含水率均值与分选风门开度，风送风机频率的回归方程见表4。

由表2试验结果，按照1.3方法分析得出，含水率均值方程（2）、方差分析结果（表4）和等值线图（图2）。

含水率均值（Y1）=10.2-0.010 5X2+0.056 8X1.（2）
由表4可知，拟定的回归方程中风选风机频率的p值为0，小于0.05，说明风选风机频率对梗丝含水率均值的影响显著，并呈正相关；风选风门开度的p值为0.069，大于0.05，说明风选风门开度对梗丝含水率均值的影响不显著，从等值线图（图2）可以更直观地看出其影响趋势。

进一步按照1.3方法对梗丝含水率均值方程进行改善，得到方程3、方差分析結果（表5）和线性回归图（图3）。

含水率均值（Y1）=10.16+0.056 8X1.（3）
含水率均值与分选风门开度，风送风机频率的回归方程见表5，含水率均值与风送风机频率拟合图见图3。

由表5可知，回归方程显著有效，由图3可知在试验范围内，随着风送风机频率的提高含水率均值呈增加趋势且线性相关。

2.3 相应优化
置信区间为95%的预测结果见表6，多响应变量响应优化结果图见图4，多响应重置等值线图见图5。

利用1.3的方法进行响应优化（图4），并得到置信区间为95%的预测结果（表6），从图4可知，风送风机频率36 Hz，风选风门开度1格时，含水率均值达到期望的12.2%中心值，含水率标准偏差最小；由表6列出的95%置信区间预测区间预测值，重置等值线得到多响应重置等值线图（图5），由图5并结合生产实际可知，风送风机频率为35～37 Hz，风选风门开度为1～2格时，梗丝含水率均值和标偏在可接受范围之内。

2.4 优化结果验证
选取风送风机频率为35～37 Hz，风选风门开度为1～2格进行了7个生产批次进行验证，结果见表7，通过验证结果分析满足95%置信区间预测区间（表6），说明最优值的设置是合理的。

优化验证含水率均值、标准偏差数据见表7。

3 结论
（1）通过DOE全因子试验分析研究了风送风机频率、风选风门开度对梗丝含水率均值和含水率标偏的影响，结果表明，梗丝风送风机频率对批次梗丝含水率均值和标偏均影响显著；风送风门开度对批次梗丝含水率标偏影响显著而对均值影响不显著。

（2）在试验范围内，随着风选风机频率与风选风门开度的减小，梗丝含水率标偏降低且相关性显著；随着风送风机频率的提高，梗丝含水率均值呈增加趋势且呈线性相关。

（3）针对梗丝含水率均值和标偏多指标评价优化得到的参数为风送风机频率36 Hz，风选风门开度1格，验证结果说明，采用DOE全因子试验并利用相应优化解决工艺参数优化中多指标评价问题是可行的。

参考文献：
徐维华. 卷烟工艺规范[M]. 北京：中国轻工业出版社，2016：83.
徐永杰. 对于改进梗丝风选机除杂效果的方法研究及实践[J]. Machinery & Equipmemt，2017（7）：324-326.
陈文明，张贤. 解决风选后梗丝成团的对策探讨[J]. 科技信息，2013（20）：425.
马逢时. 六西格玛管理统计指南（第2版）[M]. 北京：中国人民大学出版社，2013：464-567.
郑洁，丁康钟，庞天航，等. 正交综合分析在贮丝工艺参数优化中的应用[J]. 农产品加工（学刊），2014（1）：28-30. ◇。