投料烟梗结构预测方法与流程

1.本发明涉及烟草制梗丝领域，具体涉及一种投料烟梗结构预测方法。


背景技术：

2.烟梗作为烟叶的重要组成部分，其重量约占烟叶重的四分之一，烟梗因其化学成分与烟叶相同，加工后掺配到烟丝中，能够有效增加烟丝填充能力和燃烧性，达到提高烟叶原料利用率目的。随着烟草行业降焦控焦措施的实施和制丝工艺技术水平的不断提高，梗丝的掺配比例也在增加，梗丝结构的均匀性和稳定性直接关系到卷烟的工艺质量及感官品质。
3.目前，关于梗丝结构的研究多是针对梗丝的不同形态、梗丝结构及梗丝对卷烟品质的影响，一些研究还集中在制梗丝工艺对梗丝形态、质量的影响，沈亚等、祁林等还分别研究了梗丝对端部落丝的影响，不同长度梗丝的挥发性化学物质的差异性，为梗丝结构对卷烟质量稳定性的影响提供了参考。关于烟梗来料稳定性、梗拐对梗丝结构的影响研究较少。
4.目前，我厂生产卷烟品牌20个，其中14个品牌用到梗丝，有的牌号最大掺配比例达到30％，每年生产梗丝量达到2100批次(2200kg/批)，梗丝掺配比在卷烟产品配方设计和制丝生产过程均是一项关键参数，在生产过程中，进入卷烟生产车间的烟梗原料形态各不相同，有一定比例的长梗(长度＞20mm)、短梗(长度≤20mm)，还含有一定比例的梗拐(梗头直径一般＞6mm)和碎梗(长度一般＜10mm,直径一般＜2.5mm)。梗拐的主要化学成分为木质素，在生产过程中易吸水，易破碎，同时，掺配到烟丝中会影响卷烟产品的吸味和燃烧性。因此，现在有许多企业在生产梗丝前，把梗拐和碎梗都要进行筛除，从而保证梗丝的质量及梗丝的形态与叶丝的一致性。
5.我厂在生产梗丝过程中，只筛除了碎梗，梗拐还在用于生产。梗丝的形态也多趋于片状，且梗丝长度70％多集中于4.00-5.60mm和2.00-2.80mm，基于以上原因，我们提出了烟梗含梗拐率与梗丝结构的相关性研究。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本技术提供了一种投料烟梗结构预测方法。
7.本发明通过对掺配梗丝结构与投料烟梗含梗拐率的相关性分析，建立烟梗含梗拐率与加香后梗丝结构的回归方程，确定投料烟梗含梗拐率，提高梗丝尺寸在掺配使用过程中的适用性，优化烟梗处理段来料结构，确定与烟丝结构相适应的梗拐剔除方案，提升梗丝结构均匀性和稳定性。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
9.投料烟梗结构预测方法，包括
10.s1梗丝结构测定
11.随机选取20批次通用梗进行测试，按照生产批次进行试验编号；
12.待梗丝加香工序生产稳定后，在梗丝加香机出口落料处接取梗丝样品，每批次取样5次，取样时间间隔1min，取样量400g，采用四分法将梗丝样品缩至(100.0g
±
10.0g)的筛分样品；
13.使用筛分仪按照筛网孔径大小排序筛分，将梗丝样品根据筛网孔径大小分为：s1：》8.00mm，s2：6.70～8.00mm，s3：5.60～6.70mm，s4：4.75～5.60mm，s5：4.00～4.75mm，s6：3.35～4.00mm，s7：2.80～3.35mm，s8：2.00～2.80mm，s9：1.40～2.00mm，s
10
：0.71～1.40mm，s
11
：《0.71mm共11个长度区间；
14.筛分仪运行参数：每次筛分4min，速度230r/min，每1min转变一次方向，然后称重各层筛网上层梗丝重量；
15.利用最小二乘法拟合梗丝尺寸，计算特征尺寸s
12
和均匀性系数s
13
：
16.烟丝尺寸分布方程：
17.求出a、p，代入方程式：
18.式中：f为梗丝筛网上累积质量分数，％；a为梗丝特征尺寸，表示筛网上层梗丝累计量占比为50％时对应的梗丝尺寸；p为梗丝尺寸分布的均匀性系数；q为筛网孔径，mm；
19.s2烟梗含梗拐率测量
20.在来料烟梗中随机抽取1000g样品，挑拣出烟梗中烟茎及含烟茎烟梗，称重并记录，每批次样品进行3次平行实验，计算公式如下：
[0021][0022]
式中：g为烟梗含梗拐率，％；g1为烟茎及含烟茎烟梗重量，g；g为样品重量，g；
[0023]
s3烟梗含梗拐率和梗丝结构灰色关联法分析
[0024]
以烟梗含梗拐率为母序列x，以梗丝结构为子序列y，计算二者的灰色关联度，并按照关联度大小进行排序：
[0025]
γ(s
13
)》γ(s5)》γ(s
12
)》γ(s8)》γ(s4)》γ(s9)》γ(s
10
)》γ(s2)》γ(s7)》γ(s6)》γ(s1)》γ(s3)》γ(
[0026]s11
)；
[0027]
s4烟梗含梗拐率和梗丝结构聚类分析
[0028]
对烟梗含梗拐率与梗丝结构的灰色关联度，按照强关联(0.7《γ《1)，较强关联(0.4《γ《0.7)，弱关联(γ《0.4)的作用强度进行聚类分析，将梗丝结构不同尺寸与烟梗含梗拐率的关联强度进行分析；
[0029]
其中：尺寸聚类c1＝{5.60～6.70mm、《0.71mm}，尺寸聚类c2＝{6.70～8.00mm、2.80～3.35mm、3.35～4.00mm、》8.00mm}，尺寸聚类c3＝{特征尺寸、4.00～4.75mm、均匀性系数、2.00～2.80mm、4.75～5.60mm、1.40～2.00mm、0.71～1.40mm}；
[0030]
结合聚类分析结果，可知：4.75～5.60mm，4.00～4.75mm，2.00～2.80mm，1.40～2.00mm和0.71～1.40mm尺寸梗丝与烟梗含梗拐率关联度强；
[0031]
s5梗丝特征尺寸与烟梗和梗丝结构的回归分析
[0032]
以烟梗含梗拐率x1为因变量、以聚类分析中与烟梗含梗拐率关联度强的梗丝尺寸(4.75～5.60mm，x5，4.00～4.75mm，x6，2.00～2.80mm，x9，1.40～2.00mm，x
10
，0.71～1.40mm，
x
11
)、梗丝均匀性系数x
13
、梗丝特征尺寸为x
14
为自变量，进行逐步回归分析，得到多元回归方程和显著性水平；
[0033]
回归分析方程为y(x1)＝1.941x9+2.118x
10-0.180x
13
+0.424x
14-1.582；r2＝0.851，p《0.01；
[0034]
s6投料烟梗结构预测
[0035]
通过回归分析法建立烟梗含梗拐率的预测模型y(x1)，用于投料烟梗结构的预测；
[0036]
当已知来料烟梗含梗拐率时，计算得到梗丝的特征尺寸，再结合梗丝生产过程控制参数，确定与烟丝结构相适应的梗拐剔除方案，如以梗拐剔除、梗签筛出等方式提高梗丝的特征尺寸。
[0037]
本发明带来的有益效果：
[0038]
本发明以适合烟支卷制过程的梗丝结构、尺寸分布为基础，结合成品烟丝中梗丝掺配均匀性、与烟丝尺寸适应性指标，建立梗丝结构最适使用区间，通过灰色关联分析，计算灰色关联度值，γ(s
13
)＝0.909，故烟梗含梗拐率与梗丝的特征尺寸具有强相关性；同时考虑实际生产过程中梗丝与烟丝掺配均匀性情况，通过逐步回归分析方法建立烟梗含梗拐率的回归模型，用于投料烟梗结构的提前预测，当已知来料烟梗含梗拐率时，可以计算得到梗丝的特征尺寸，再结合梗丝生产过程控制参数，以梗拐剔除、梗签筛出等方式提高梗丝的特征尺寸，为后续梗丝、烟丝掺配的均匀性、适用性提供一定的保障。
[0039]
本发明从投料烟梗形态对加工后梗丝结构的影响为切入点，建立逐步回归模型，便于卷烟企业根据预测梗丝结构优化烟梗处理段来料结构，确定与烟丝结构相适应的梗拐剔除方案，为提升梗丝结构均匀性和稳定性提供数据支撑。
附图说明
[0040]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
[0041]
图1为烟梗含梗拐率与梗丝结构关联度示意图；
[0042]
图2为烟梗含梗拐率和梗丝结构聚类分析树状图。
具体实施方式
[0043]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044]
实施例1
[0045]
投料烟梗结构预测方法，包括
[0046]
s1梗丝结构测定
[0047]
试验烟梗：制丝车间生产使用的通用梗；
[0048]
试验梗丝：通用梗丝；取样点：梗丝加香出口落料处；
[0049]
试验仪器：retschas400筛分仪，筛网网孔分别为8.00、6.70、5.60、4.75、4.00、3.35、2.80、2.00、1.40、0.71mm，天平：最大量程2100g，感量：0.01g；0.1g；
[0050]
随机选取20批次通用梗进行测试，按照生产批次进行试验编号开展梗丝结构测
试；
[0051]
待梗丝加香工序生产稳定后，在梗丝加香机出口落料处接取梗丝样品，每批次取样5次，取样时间间隔1min，取样量400g，采用四分法将梗丝样品缩至100.0g
±
10.0g的筛分样品；
[0052]
使用筛分仪按照筛网孔径大小排序筛分，将梗丝样品根据筛网孔径大小分为：
[0053]
s1：》8.00mm，s2：6.70～8.00mm，s3：5.60～6.70mm，s4：4.75～5.60mm，s5：4.00～4.75mm，s6：3.35～4.00mm，s7：2.80～3.35mm，s8：2.00～2.80mm，s9：1.40～2.00mm，s
10
：0.71～1.40mm，s
11
：《0.71mm共11个长度区间；
[0054]
筛分仪运行参数：每次筛分4min，速度230r/min，每1min转变一次方向，然后称重各层筛网上层梗丝重量；
[0055]
每层筛网上梗丝重量占总样品重量的百分比即每批次梗丝结构，通过计算得到特征尺寸和均匀性系数；
[0056]
利用最小二乘法拟合梗丝尺寸，计算特征尺寸s
12
和均匀性系数s
13
：
[0057]
烟丝尺寸分布方程：
[0058]
求出a、p，代入方程式：
[0059]
式中：f为梗丝筛网上累积质量分数，％；a为梗丝特征尺寸，表示筛网上层梗丝累计量占比为50％时对应的梗丝尺寸；p为梗丝尺寸分布的均匀性系数；q为筛网孔径，mm；
[0060]
表1梗丝结构分布情况
[0061][0062]
s2烟梗含梗拐率测量
[0063]
在来料烟梗中随机抽取1000g样品，挑拣出烟梗中烟茎及含烟茎烟梗，称重并记录，每批次样品进行3次平行实验，计算公式如下：
[0064][0065]
式中：g为烟梗含梗拐率，％；g1为烟茎及含烟茎烟梗重量，g；g为样品重量，g；
[0066]
将烟梗样品按照上述计算方法分析得到烟梗含梗拐率，梗拐重量占总样品重量的百分比即为烟梗的含梗拐率，结果见表2；
[0067]
表2烟梗含梗拐率统计结果
[0068][0069][0070]
s3烟梗含梗拐率和梗丝结构灰色关联法分析
[0071]
以烟梗含梗拐率为母序列x，以梗丝结构为子序列y，计算二者的灰色关联度，并按照关联度大小进行排序：
[0072]
γ(s
13
)》γ(s5)》γ(s
12
)》γ(s8)》γ(s4)》γ(s9)》γ(s
10
)》γ(s2)》γ(s7)》γ(s6)》γ(s1)》γ(s3)》γ(
[0073]s11
)；
[0074]
如图1所示，烟梗含梗拐率与梗丝结构具有不同程度的关联性，关联度多集中在0.50～0.95之间。其中，烟梗含梗拐率与梗丝特征尺寸的关联性最强，关联度为0.909，6.70～8.00mm，4.75～5.60mm，4.00～4.75mm，2.80～3.35mm，2.00～2.80mm，1.40～2.00mm和0.71～1.40mm尺寸的梗丝与烟梗含梗拐率呈强相关，》8.00mm，5.60～6.70mm，3.35～4.00mm，《0.71mm尺寸的梗丝与烟梗含梗拐率呈中度相关。梗丝特征尺寸作为衡量梗丝整体尺寸大小的特征量，其值越大，表明梗丝整体尺寸越长，烟梗来料中含梗拐率增加会导致切梗丝效果差，进而影响梗丝结构尺寸的整体分布；
[0075]
s4烟梗含梗拐率和梗丝结构聚类分析
[0076]
对烟梗含梗拐率与梗丝结构的灰色关联度，按照强关联(0.7《γ《1)，较强关联(0.4《γ《0.7)，弱关联(γ《0.4)的作用强度进行聚类分析，将梗丝结构不同尺寸与烟梗含梗拐率的关联强度进行分析；
[0077]
通过树状图图2分析，其中：尺寸聚类c1＝{5.60～6.70mm、《0.71mm}，尺寸聚类c2＝{6.70～8.00mm、2.80～3.35mm、3.35～4.00mm、》8.00mm}，尺寸聚类c3＝{特征尺寸、4.00～4.75mm、均匀性系数、2.00～2.80mm、4.75～5.60mm、1.40～2.00mm、0.71～1.40mm}；
[0078]
结合聚类分析结果，可知：4.75～5.60mm，4.00～4.75mm，2.00～2.80mm，1.40～2.00mm和0.71～1.40mm尺寸梗丝与烟梗含梗率关联度强；
[0079]
s5梗丝特征尺寸与烟梗和梗丝结构的回归分析
[0080]
进一步探索烟梗含梗拐率对梗丝结构的影响，以烟梗含梗拐率x1为因变量、以聚类分析中与烟梗含梗拐率关联度强的梗丝尺寸(4.75～5.60mm，x5，4.00～4.75mm，x6，2.00～2.80mm，x9，1.40～2.00mm，x
10
，0.71～1.40mm，x
11
)、梗丝均匀性系数x
13
、梗丝特征尺寸为x
14
为自变量，进行逐步回归分析，spss分析得到多元回归方程和显著性水平；
[0081]
回归分析方程为y(x1)＝1.941x9+2.118x
10-0.180x
13
+0.424x
14-1.582；r2＝0.851，p《0.01；
[0082]
多元回归选择灰色关联度在0.80以上的参数为自变量，梗拐率为因变量，计算结果显示r2＝0.851，具有统计学意义；
[0083]
s6投料烟梗结构预测
[0084]
通过回归分析法建立烟梗含梗拐率的预测模型，用于投料烟梗结构的预测；
[0085]
当已知来料烟梗含梗拐率时，计算得到梗丝的特征尺寸，再结合梗丝生产过程控制参数，确定与烟丝结构相适应的梗拐剔除方案，如以梗拐剔除、梗签筛出等方式提高梗丝的特征尺寸。
[0086]
实施例2
[0087]
投料烟梗结构预测系统，包括
[0088]
①
梗丝结构测定单元，其用于随机选取20批次通用梗进行测试，按照生产批次进行试验编号开展梗丝结构测试，得到共11个梗丝结构最适使用长度区间，并通过计算得到特征尺寸和均匀性系数。
[0089]
首先，待梗丝加香工序生产稳定后，在梗丝加香机出口落料处接取梗丝样品，每批次取样5次，取样时间间隔1min，取样量400g，采用四分法将梗丝样品缩至100.0g
±
10.0g的筛分样品；
[0090]
再，使用筛分仪按照筛网孔径大小排序筛分，将梗丝样品根据筛网孔径大小分为：
[0091]
s1：》8.00mm，s2：6.70～8.00mm，s3：5.60～6.70mm，s4：4.75～5.60mm，s5：4.00～4.75mm，s6：3.35～4.00mm，s7：2.80～3.35mm，s8：2.00～2.80mm，s9：1.40～2.00mm，s
10
：0.71～1.40mm，s
11
：《0.71mm共11个长度区间；筛分仪运行参数：每次筛分4min，速度230r/min，每1min转变一次方向；
[0092]
然后，称重各层筛网上层梗丝重量；每层筛网上梗丝重量占总样品重量的百分比即每批次梗丝结构，通过计算得到特征尺寸和均匀性系数。
[0093]
②
烟梗含梗拐率测量单元，其用于在来料烟梗中随机抽取定量样品，挑拣出烟梗中烟茎及含烟茎烟梗，称重并记录，每批次样品进行3次平行实验，计算烟梗含梗拐率：梗拐重量占总样品重量的百分比即为烟梗的含梗拐率。
[0094]
③
灰色关联分析单元，其用于烟梗含梗拐率和梗丝结构的灰色关联度分析；
[0095]
以烟梗含梗拐率为母序列x，以梗丝结构为子序列y，计算二者的灰色关联度，并按照关联度大小进行排序：
[0096]
γ(s
13
)》γ(s5)》γ(s
12
)》γ(s8)》γ(s4)》γ(s9)》γ(s
10
)》γ(s2)》γ(s7)》γ(s6)》γ(s1)》γ(s3)》γ(s
11
)。
[0097]
④
聚类分析单元，其用于烟梗含梗拐率和梗丝结构的聚类分析；
[0098]
对烟梗含梗拐率与梗丝结构的灰色关联度，按照强关联(0.7《γ《1)，较强关联(0.4《γ《0.7)，弱关联(γ《0.4)的作用强度进行聚类分析，将梗丝结构不同尺寸与烟梗含梗拐率的关联强度进行分析；
[0099]
聚类分析结果：4.75～5.60mm，4.00～4.75mm，2.00～2.80mm，1.40～2.00mm和0.71～1.40mm尺寸梗丝与烟梗含梗拐率关联度强；
[0100]
⑤
多元回归分析单元，其用于梗丝特征尺寸与烟梗和梗丝结构的回归分析，以烟梗含梗拐率x1为因变量、以聚类分析中与烟梗含梗拐率关联度强的梗丝尺寸(4.75～5.60mm，x5，4.00～4.75mm，x6，2.00～2.80mm，x9，1.40～2.00mm，x
10
，0.71～1.40mm，x
11
)、梗丝均匀性系数x
13
、梗丝特征尺寸为x
14
为自变量，进行逐步回归分析，建立回归分析方程为y(x1)＝1.941x9+2.118x
10-0.180x
13
+0.424x
14-1.582；
[0101]
⑥
投料烟梗结构预测单元，其用于通过回归分析法建立烟梗含梗拐率的预测模型，将之应用于投料烟梗结构的预测：当已知来料烟梗含梗拐率时，计算得到梗丝的特征尺寸，再结合梗丝生产过程控制参数，确定与烟丝结构相适应的梗拐剔除方案，如以梗拐剔除、梗签筛出等方式提高梗丝的特征尺寸。
[0102]
应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.投料烟梗结构预测方法，其特征在于：包括s1梗丝结构测定随机选取若干批次通用梗进行测试，按照生产批次进行试验编号；在梗丝加香机出口落料处接取梗丝样品，并将梗丝样品缩至100.0g
±
10.0g的筛分样品；按照筛网孔径大小排序筛分，将梗丝样品根据筛网孔径大小分为：s1：>8.00mm，s2：6.70～8.00mm，s3：5.60～6.70mm，s4：4.75～5.60mm，s5：4.00～4.75mm，s6：3.35～4.00mm，s7：2.80～3.35mm，s8：2.00～2.80mm，s9：1.40～2.00mm，s
10
：0.71～1.40mm，s
11
：<0.71mm共11个长度区间；称重各层筛网上层梗丝重量，并计算特征尺寸s
12
和均匀性系数s
13
；s2烟梗含梗拐率测量在来料烟梗中随机抽取样品，挑拣出烟梗中烟茎及含烟茎烟梗，称重并记录，每批次样品进行多次平行实验，计算公式如下：式中：g为烟梗含梗拐率，％；g1为烟茎及含烟茎烟梗重量，g；g为样品重量，g；s3烟梗含梗拐率和梗丝结构灰色关联法分析以烟梗含梗拐率为母序列x，以梗丝结构为子序列y，计算二者的灰色关联度，并按照关联度大小进行排序；s4烟梗含梗拐率和梗丝结构聚类分析对烟梗含梗拐率与梗丝结构的灰色关联度，按照强关联(0.7<γ<1)，较强关联(0.4<γ<0.7)，弱关联(γ<0.4)的作用强度进行聚类分析，将梗丝结构不同尺寸与烟梗含梗拐率的关联强度进行分析；其中：尺寸聚类c1＝{5.60～6.70mm、<0.71mm}，尺寸聚类c2＝{6.70～8.00mm、2.80～3.35mm、3.35～4.00mm、>8.00mm}，尺寸聚类c3＝{特征尺寸、4.00～4.75mm、均匀性系数、2.00～2.80mm、4.75～5.60mm、1.40～2.00mm、0.71～1.40mm}；s5梗丝特征尺寸与烟梗和梗丝结构的回归分析以烟梗含梗拐率x1为因变量、以聚类分析中与烟梗含梗拐率关联度强的梗丝尺寸、梗丝均匀性系数x
13
、梗丝特征尺寸为x
14
为自变量，进行逐步回归分析，得到多元回归方程y(x1)和显著性水平；s6投料烟梗结构预测通过回归分析法建立烟梗含梗拐率的预测模型，用于投料烟梗结构的预测；当已知来料烟梗含梗拐率时，计算得到梗丝的特征尺寸，再结合梗丝生产过程控制参数，确定与烟丝结构相适的梗拐剔除方案，提高梗丝的特征尺寸。2.根据权利要求1所述的投料烟梗结构预测方法，其特征在于：s1中，待梗丝加香工序生产稳定后，在梗丝加香机出口落料处接取梗丝样品，每批次取样5次，取样时间间隔1min，取样量400g，采用四分法将梗丝样品缩至100.0g
±
10.0g的筛分样品。3.根据权利要求1所述的投料烟梗结构预测方法，其特征在于：
s1中，使用筛分仪按照筛网孔径大小排序筛分梗丝样品；筛分仪运行参数：每次筛分4min，速度230r/min，每1min转变一次方向。4.根据权利要求1所述的投料烟梗结构预测方法，其特征在于：s1中，利用最小二乘法拟合梗丝尺寸，计算特征尺寸s
12
和均匀性系数s
13
：烟丝尺寸分布方程：求出a、p，代入方程式：式中：f为梗丝筛网上累积质量分数，％；a为梗丝特征尺寸，表示筛网上层梗丝累计量占比为50％时对应的梗丝尺寸；p为梗丝尺寸分布的均匀性系数；q为筛网孔径，mm。5.根据权利要求1所述的投料烟梗结构预测方法，其特征在于：s6中，梗拐剔除方案包括梗拐剔除、梗签筛出。

技术总结
本发明公开了投料烟梗结构预测方法，包括S1梗丝结构测定、S2烟梗含梗拐率测量、S3烟梗含梗拐率和梗丝结构灰色关联法分析、S4烟梗含梗拐率和梗丝结构聚类分析、S5梗丝特征尺寸与烟梗和梗丝结构的回归分析和S6投料烟梗结构预测等步骤。本发明通过对掺配梗丝结构与投料烟梗含梗拐率的相关性分析，建立烟梗含梗拐率与加香后梗丝结构的回归方程，基于投料烟梗含梗拐率预测投料烟梗结构，确定与烟丝结构相适应的梗拐剔除方案，优化烟梗处理段来料结构，提高梗丝尺寸在掺配使用过程中的适用性，提升梗丝结构均匀性和稳定性。梗丝结构均匀性和稳定性。


技术研发人员：李自娟 孙朔 陈娇娇 武越 马燕玲 高杨 冯子贤 赵海洋 李素艳 吕萱 赵力源 马燕淑
受保护的技术使用者：张家口卷烟厂有限责任公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/8/23