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摘要：【目的】通过研究劈刀盘装置，建立劈刀盘健康模式，输出劈刀盘预警。【方法】获取单支烟数据和单点微波数据，建立标准烟支指标为基础，通过相似度算法拟合重量健康指标模型，全面监控劈刀盘在烟支生产过程中的工作状态，从劈刀盘六个不同槽位的生产情况对其健康情况进行综合评估，根据数据分析（偏差、端部重量、剔除率等）及时预警。【结果】2022年9月通过验收并完成相应的验收报告和说明书，并取得了1、劈刀盘指标监控形成了劈刀盘六槽位单点重量均值雷达图、劈刀盘指标表格、标准烟支指标展示、预警设置界面。2、劈刀盘正常预警3、劈刀盘破坏性测试。【结论】通过进行劈刀盘凸起测试，显著观察到了相邻槽位的点燃端显著性降低现象，同时也有同个深槽的一半部位凸起而导致的旁边一半深槽获得相对更多的烟丝，从而另半部分的相邻点燃端均值也出现了较为增长的情况，这些都显著地表现在了健康指标的波动中，提醒操作人员及时处理相关劈刀盘的亚健康情况。

关键词：劈刀盘；预警值；点燃端值；滤嘴端值

1 研究背景

在ZJ119卷烟机日常生产过程中，烟支重量和烟丝分布是重要的指标参数，直接影响了烟支的质量水平，生产中导致烟支重量不稳和烟丝分布不均主要有以下几个原因：

1.1运行过程中烟支重量失控

生产过程中，常会出现烟条实际重量与标准值不符合的情况，该问题有以下几方面的原因：由于卷烟纸搭口漏胶或设备长时间运行积尘，导致微波测量通道脏污，从而引起测量信号出现误差，使重量控制系统对烟条重量进行了错误调整；重量控制系统目标参数设定不符合标准；设备影响烟支重量的工作部位出现异常。

1.2吸丝带工作位置超限无法调整

重量控制系统中有一参数“设备中吸丝带警告上（下）限”，该参数为前后道吸丝带位置的上（下）部警告极限。如果在重量控制接通情况，前道吸丝带位置超出值，则会出现一条警告信息；前道挡块极限。后道吸丝带位置高超出此值，则出现警告信息：后道挡块极限。该参数经设定后一般无须更改，出现该问题主要由于吸丝带挡块位置设定不合理，导致超出重量控制系统调整行程范围导致。

1.3 重量废品烟支剔除不正确或者大量过轻过重烟支剔除

若出现剔除不准确，剔除的烟支中有较多合格烟支，主要由于检测通道脏污或剔除参数设定不准确导致；若废品烟支大量剔除，则因检测劈刀盘是否磨损或劈刀盘间隙及劈刀盘运行位置。

可以见得劈刀盘的健康状况直接影响生产烟支的质量水平，因此，利用大数据对劈刀盘的健康趋势进行监控和预警能有效保障ZJ119卷烟机生产的烟支质量符合工艺要求，减少不合格烟支的剔除，提高生产效率。

2 劈刀盘预测性维护原理

获取单支烟数据和单点微波数据，建立标准烟支指标为基础，通过相似度算法拟合重量健康指标模型，全面监控劈刀盘在烟支生产过程中的工作状态，从劈刀盘六个不同槽位的生产情况对其健康情况进行综合评估，根据数据分析（偏差、端部重量、剔除率等）及时预警。

3 建立劈刀盘凸起异物应用数据验证

3.1验证方案

在测试终端（机台终端）上，按照所列内容测试：

技术指标测试内容及测试结果

1）技术指标1 具备以下界面：劈刀盘六槽位单点重量均值雷达图、劈刀盘指标表格、标准烟支指标展示、预警设置界面。其测试结果为合格通过。

2）技术指标2 当劈刀盘某槽位指标超出预警范围时，劈刀盘指标表格的相应槽位将处于标红预警状态。其测试结果为合格通过。

3）技术指标3 当劈刀盘某槽位出现异物毛刺凸起、磨损凹陷时，劈刀盘指标表格对应槽位将标红预警，点燃端/滤嘴端重量波动值下降/上升超过50%，健康指标波动值下降超过50%。 其测试结果为合格通过。

备注说明：

标红预警状态

劈刀盘指标的实际数据超过阈值范围，使得劈刀盘指标表格界面对应的槽位和指标种类使用红色字体显示，以提醒操作人员及时调整。正常情况下指标数据将用白色字体显示。

健康指标

通过相似度算法，计算得出的劈刀盘各个槽位处生产短支烟的32段单点重量分布与该规格下最优重量分布的拟合程度，记为重量健康指标。当某槽位的重量健康指标越大时，表明该槽位在此条件下生产烟支的重量分布情况越符合削减均匀的理想重量分布要求，该槽位的工作状态越好。

3.2 验证应用输出烟支指标数据与界面展示准确性的测试

第1步：保证劈刀盘完整且工作正常，在烟机正常高速运行阶段中，通过应用界面记录指标数据在当前班次中的启停序号与批次号，并记录该批次烟支数据在应用界面中输出的各项指标。

第2步：在数据库数据中选取对应班次、启停序号和批次号的烟支数据，通过数学工具计算对应的各项指标。

第3步：根据记录的两组数据指标，对其各项指标进行对比验证。

第4步：重复n（n>1）次实验，记录并获取数据进行计算。

第5步：测试结果应满足如下指标：

每次实验中，测试的两组数据的重量指标偏差不大于1mg，数量偏差不大于1支，百分数指标偏差不大于1%。

n次实验均满足上述条件。

3.3 验证应用输出预警准确性的测试

第1步：在烟机正常工作指标均未发生预警的情况下，进入应用预警设置界面，对其中重量健康指标/点燃端均值/滤嘴端均值/重量剔除率/吸阻剔除率/空头剔除率这些可调节的预警指标之一进行调节。

第2步：进入劈刀盘指标界面，观测其数据颜色显示变动，记录其实际数据及是否预警标红。

第3步：根据记录的前后两组数据表现情况，对其进行对比验证。

第4步：重复n（n>1）次实验，调节预警值并进入表格界面观测记录。

第5步：测试结果应满足如下指标：

调节预警值后，当数据处于预警阈值范围中时，界面输出标红；当数据未超出预警范围时，维持原状不变不标红。

n次实验均能满足上述情况。

3.4 验证应用对劈刀盘各槽位状态差异变化灵敏度的测试

第1步：保证劈刀盘完整且工作正常，在烟机正常高速运行阶段，记录当前的班次号、启停序号和批次号，通过数据库中对应的班次号、启停序号和批次号，获取劈刀盘正常、烟机正常高速运行阶段下6000支短支烟的重量数据。

第2步：重复第1步过程，获取在劈刀盘正常且高速运行阶段的3组重量数据。

第3步：保证其他外部环境条件保持一致，停机取出劈刀盘，随机在劈刀盘某一槽位上放置障碍物（如坚硬的纸片）且保证该障碍物并不影响劈刀盘正常工作，安装调整好劈刀盘，重新开始生产烟支，直至烟机达到高速正常运行阶段。

第4步：记录当前的班次号、启停序号和批次号，通过数据库中对应的班次号、启停序号和批次号，获取劈刀盘凸起异常、烟机正常高速运行阶段下6000支短支烟的重量数据。

第5步：重复第4步过程，获取在劈刀盘异常且高速运行阶段的n（n>1）组重量数据。

第6步：根据n次实验中记录的两两对照数据，进行相关指标的计算，并对各项指标进行对比验证。

第7步：测试结果应满足如下指标：

劈刀盘凸起异常的数据中，存在某槽位的点燃端均值将低于劈刀盘正常的点燃端均值，其具体波动值将下降不小于50%。

劈刀盘凸起异常的数据中，存在某槽位的健康指标将低于劈刀盘正常的健康指标，其具体波动值将下降不小于50%。

4 验证数据

4.1 技术指标1验证

应用界面数据均验证准确无误。

4.2 技术指标2验证

（1）确定劈刀盘无报警正常状态下，调节前后道次的端部重量波动预警值均为20mg，查看应用界面，显示相应前后道次超出阈值的槽位标红。

（2）调节点燃端重量波动前后道次阈值由20mg到25mg，查看应用界面，显示相应前后道次点燃端重量波动超出阈值的槽位标红，发生相应的变换且数据无误。

（3）调节前后道次的端部重量波动预警值均为30mg，查看应用界面，预警标红消失。

4.3 技术指标3验证

模拟劈刀盘单槽位出现凸起异常情况。在三深三浅型劈刀盘的前道劈刀盘中，于相邻深槽半边加厚槽底，保证该加厚不会影响到劈刀盘正常工作，安装调整好劈刀盘，重新开始生产烟支，直至烟机达到高速正常运行阶段。

得到的具体数据如下表所示：

班次144（12-22白班）第13次启停计次1（前道劈刀盘深槽凸起，后道劈刀盘正常）。

前道各槽位健康指标1

槽位1点燃端均值为764、滤嘴端均值为737、健康指标为92.5、中段均值为677.槽位2点燃端均值为790、滤嘴端均值为718、健康指标为95、中段均值为688.槽位3点燃端均值为766、滤嘴端均值为735、健康指标为92、中段均值为676.槽位4点燃端均值为795、滤嘴端均值为717、健康指标为94.25、中段均值为691.槽位5点燃端均值为768、滤嘴端均值为741、健康指标为92.5、中段均值为681. 槽位6点燃端均值为797、滤嘴端均值为715、健康指标为93.25、中段均值为692.劈刀盘整体点燃端均值为780、滤嘴端均值为727、健康指标为93、中段均值为684.

班次144（12-22白班）第13次启停计次2（前道劈刀盘深槽凸起，后道劈刀盘正常）

前道各槽位健康指标2

槽位1点燃端均值为764、滤嘴端均值为735、健康指标为92.75、中段均值为678，槽位2点燃端均值为788、滤嘴端均值为716、健康指标为94.5、中段均值为689，槽位3点燃端均值为765、滤嘴端均值为735、健康指标为92.5、中段均值为677，槽位4点燃端均值为791、滤嘴端均值为716、健康指标为93.25、中段均值为693，槽位5点燃端均值为765、滤嘴端均值为739、健康指标为92.5、中段均值为679，槽位6点燃端均值为799、滤嘴端均值为714、健康指标为92.5、中段均值为695，劈刀盘整体点燃端均值为779、滤嘴端均值为726、健康指标为93、中段均值为685.

（劈刀盘异常的计次1与2的健康指标、点燃端均值、滤嘴端均值、中段均值都保持在3mg以内的稳定范围中。）

班次144（12-22白班）第12次启停计次52（双道劈刀盘正常）

前道各槽位健康指标3

槽位1点燃端均值为799、滤嘴端均值为712、健康指标为95、中段均值为682.槽位2点燃端均值为770、滤嘴端均值为731、健康指标为95.25、中段均值为683.槽位3 点燃端均值为796、滤嘴端均值为711、健康指标为95.5、中段均值为681.槽位4点燃端均值为772、滤嘴端均值为731、健康指标为95.5、中段均值为683.槽位5点燃端均值为794、滤嘴端均值为716、健康指标为95.25、中段均值为682.槽位6点燃端均值为771、滤嘴端均值为733、健康指标为95.25、中段均值为682.劈刀盘整体点燃端均值为784、滤嘴端均值为722、健康指标为95、中段均值为682.

班次144（12-22白班）第12次启停计次51（双道劈刀盘正常）

前道各槽位健康指标4

槽位1点燃端均值为794、滤嘴端均值为712、健康指标为95.75、中段均值为681.槽位2点燃端均值为773、滤嘴端均值为732、健康指标为95.5、中段均值为684.槽位3点燃端均值为798、滤嘴端均值为715、健康指标为95.5、中段均值为681.槽位4点燃端均值为773、滤嘴端均值为734、健康指标为95.5、中段均值为684.槽位5 点燃端均值为798、滤嘴端均值为717、健康指标为95.75、中段均值为684.槽位6点燃端均值为771、滤嘴端均值为733、健康指标为95.25、中段均值为682.劈刀盘整体点燃端均值为784、滤嘴端均值为724、健康指标为96、中段均值为683.

端部波动和健康指标波动对比情况如下：

正常状态下和劈刀盘凸起状态下显示的相关指标数值情况

槽位1状态正常/凸起、健康指标95%/92.75%、点燃端均值799/764mg、点燃端均值下降率4.38%、健康指标下降率2.37%。槽位3 状态正常/凸起、健康指标95.5%/92.5%、点燃端均值796/765mg、点燃端均值下降率3.89%、健康指标下降率3.14%。槽位5状态正常/凸起、健康指标96%/92.5%、点燃端均值794/765mg、点燃端均值下降率3.65%、健康指标下降率3.65%。

长期正常状态下的指标波动和发生凸起后体现的指标波动情况

槽位1状态正常/发生凸起、健康指标波动0.75%/3.75%、点燃端均值波动5/35mg、点燃端均值波动增长率600%、健康指标波动增长率400%。槽位3 状态正常/发生凸起、健康指标波动0%/3%、点燃端均值波动2/31mg、点燃端均值波动增长率1450%、健康指标波动增长率∞%。槽位5状态正常/发生凸起、健康指标波动0.25%/3.5%、点燃端均值波动4/29mg、点燃端均值波动增长率625%、健康指标波动增长率1300%。

5 总结

总体而言，通过进行的劈刀盘凸起测试，显著观测到了相邻槽位的点燃端显著性降低现象，同时也有同个深槽的一半部位凸起而导致的旁边一半深槽获得相对更多的烟丝，从而另半部分的相邻点燃端均值也出现了较为增长的情况，这些都显著地表现在了健康指标的波动中，提醒操作人员及时处理相关劈刀盘的亚健康情况，确保生产的烟支质量完好。

在前道劈刀盘中，还存在着前后排点燃端重量相差大、劈刀盘位置可能发生偏移的情况（如界面中展示的槽位5和槽位6差异超过阈值显示标红），需要及时检查修正。

同时，在接下来的工作中也需要根据具体烟厂的劈刀盘的数据对健康指标模型进行小幅度的线性调整，使得指标在反应劈刀盘情况时更加灵敏。

参考文献：

[1]蒋文炤，王小义，马俊松，等.ZJ17卷烟机重量控制常见故障诊断与维护[J].轻工科技，2019，35（11）：44-45.

[2]高瑞江，严志景，邵名伟，等.不同规格平准器对卷烟质量的影响[J].湖南文理学院学报（自然科学版），2023，35（04）：56-61+66.