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卷烟叶组配方系统的计算机辅助设计

2003年07月09日 来源:中国烟草在线摘自《广西烟草》 作者:梁健
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  中国烟草在线摘自《广西烟草》  摘 要:该论文探讨了烟草行业信息化建设中卷烟配方研发与管理的计算机辅助设计模式。以面向烟草行业的计算机集成制造系统(CIMS)为研究对象,提出了卷烟配方信息管理系统的设计思路,给出系统信息管理功能模块、数据模型和程序设计框图。   关键词:卷烟 配方设计 计算机集成制造系统(CIMS) 管理信息系统   一、导论   (一)卷烟配方设计的现状及发展趋势   叶组配方系统是卷烟产品设计的关键,同时卷烟叶组配方设计的计算机自动化是卷烟企业在内部署CIMS的重要一环,同时也是技术难点。目前国内没有看到成熟的应用公开发表。在叶组配方的自动化方面没有找到很好的解决方案,严重阻碍了烟草行业信息化建设的进程。为此,国内外许多大牌卷烟企业都在动用大量人力、物力在卷烟配方自动化系统的研究方面做出努力的尝试。如:Reemtsma烟草公司开发出较简单的模型,并在进一步进行扩展,雷诺士(R.J.R)烟草公司研究与发展中心正在搜集这方面有关的资料,着手计算机辅助卷烟配方设计方面的研究。国内方面,红塔集团的研究小有成果。他们在1999的就开始立项开发,与西南林业学院的专家及来自大理、曲靖、红河等地州烟科所的大批科研工作者积极合作,开发出了红塔烟草科研统计分折软件(中文版2.0)。目前该系统经过省级测试,开发组广泛收集了软件使用方的意见和建议,仍需要对软件涉及的50多个模块进行修改和完善。   长期以来国内烟草科研工作者,积极探索烟叶选择、化学成分和感官质量等品质因素与卷烟品质之间的定性、定量关系,对于稳定、提高产品质量和开发新产品具有重要意义。国内卷烟企业在卷烟配方计算机管理及烟草的化学成分对卷烟质量的影响等方面做了一定研究,为卷烟配方自动化研究奠定了基础。目前烟草企业基本上还是依赖于配方师的传统经验来设计卷烟产品,实践证明,这种传统经验配方不利于卷烟新产品的开发,特别是对低焦油卷烟的设计更为不利。所以,在经验设计的基础上,研究计算机设计卷烟产品是卷烟发展的必然趋势。可以预测在最近一段时期内,卷烟企业在利用计算机技术和数据统计分析理论,分析研究烟叶的等级、产地、价格、香气质、香气量、杂气、刺激性、余味及其化学成分等品质因素在卷烟配方设计中的作用,建立高质量和适用性强的卷烟配方自动化系统是今后的发展趋势。   卷烟配方自动化系统研究的经济效益及在经济发展中的作用:   1、可以有效的提高卷烟配方设计的科技含量,为改进和提高产品质量、改变传统配方模式起到推动和促进作用。   2、减轻产品开发和配方调整的工作量,缩短了产品开发、配方调整的时间,增强了适应市场的能力。   3、使配方工作的模糊性降低,保持产品配方的稳定性,为卷烟生产提供了一种稳定配方管理新方法。   4、扩大卷烟配方使用烟叶等级的数量和范围,有利于烟叶资源的合理利用,降低企业的生产成本。   目前,国内卷烟企业已经有了一些相关的基础研究,随着国内外烟草行业检测、分析仪器领域技术的发展,为烟草企业对烟草制品的质量进行综合分析控制提供了一条简单、快捷、有效的途径,改变了卷烟行业靠人工嗅觉和味觉评吸鉴定卷烟品牌的传统方法。“40级烤烟在卷烟配方中推广应用”从单等级烟叶评吸,理化分析,选料配方,加香加料,工艺处理等方面对40级烟叶进行了综合研究:“烟叶中的化学成分对卷烟质量的影响”研究了烟叶中的主要化学成分对卷烟质量的影响;个别企业建立了卷烟配方数据库,研究、探索了“卷烟配方专家系统”。这都为本课题的研究奠定了基础。   二、CICOM卷烟配方管理系统分析   本课题的研究目标主要是开发出命名为CICOM(Cingardtte Computer)的卷烟配方管理系统。该系统是用计算机技术和数据统计分析理论,研究烟叶的等级、产地、价格、香气质、香气量、杂气、刺激性、余味及其化学成分等品质因素在卷烟配方设计中的作用,建立烟叶原料数据库和卷烟品质数据库,分析各种有关数据、研究提取数据的主特征分量的方法,建立烟叶原料数学模型和卷烟品质数学模型,从而进一步指导配方设计,提高配方设计的效率,节省资源降低成本,为烟厂产品设计人员从事配方分析、筛选、设计和管理等提供平台。   (一)卷烟配方设计工作的一般程序   卷烟产品的配方包括两个方面:一方面是产品叶组的配方;二是产品的加料与加香配方。卷烟产品的叶组配方是整个产品设计的龙头,是决定产品色、香、味的关键。所谓卷烟产品的叶组配方,就是把各种不同类型、不同香型、不同产地、不同等级或不同性质因数的烟叶,按照卷烟产品的类型、香型、分数段风格等质量标准要求,以不同比例加以合理的混合。因此,如何把各种类型、等级、质量风格的烟叶进行合理配合,以寻求最佳的质量效果,成为卷烟叶组配方设计工作的主要任务。   由于产品的质量风格各异,各地所用的烟叶质量不同,这就使得卷烟叶组配方的具体设计工作不可能制定一个统一的模式。尽管如此,卷烟叶组配方设计工作,仍可归纳出某些共性的东西,如工作程序、工作原则等。   叶组配方设计工作,首先是收集烟叶样品。对于某一卷烟厂而言,收集烟叶样品主要是原烟叶仓库及可以保证供应的烟叶。对于收集到的烟叶样品应根据卷烟产品的质量风格目标进行选择,首先对收集到的各种烟叶的主要化学成分进行分析,根据分析结果,对收集到的种种烟叶进行筛选,选取烟碱含量、含糖量及含氨量适当的烟叶。然后进行烟叶感官质量选择。一般情况下,主要是判断烟叶的成熟度、烟叶品质、嗅香及颜色是否符合要求,并淘汰那些不符合要求的烟叶。对于经过两次筛选,认为基本符合要求的烟叶,还要进行逐一品吸鉴定并做出评价,决定该种烟叶是否可用,以及粗定用量比重的范围。最后对于经品吸选定的烟叶,参照粗定的用量比重范围进行配比实验。在配比实验的末期,进行成本计算,直到最终确定该卷烟的叶组配方。   以上是叶组配方设计的一般操作程序,其中关键的是每次筛选的原则,这些原则虽然有一定的理论依据可以确定。但在国内卷烟配方设计中,主要还是依靠技术人员在实践中的摸索和经验积累。   (二)配方设计工作的计算机流程   在卷烟配方的设计过程中引入计算机管理,其目的并不是计算机完全替代技术人员的全部工作。由于实践和经验是整个配方过程的关键,其贯穿着从单料烟采集到配方最终确定的全过程,企图用计算机完全模拟人类的嗅觉和判断模式并不现实。但是在整个设计过程中建立起数据库并利用数据库指导设计工作的进行,让评吸前后的数据经由计算机来处理,就能够在很大程度上缩小实验范围,从而达到:   (1)有效地提高卷烟配方设计的科技含量,为改进和提高产品质量、改变传统配方模式起到推动和促进作用。   (2)减轻产品开发和配方调整的工作量,缩短了产品开发、配方调整的时间,增强了适应市场的能力。   (3)使配方工作的模糊性降低,保持产品配方的稳定性,为卷烟生产提供了一种稳定配方管理的新方法。   (4)扩大卷烟配方使用烟叶等级的数据和范围,有利于烟叶资源的合理利用,降低企业的生产成本。   在卷烟配方设计过程中引入数据库和计算机管理后,设计工作可以从三个方面着手:   (1)单料烟收集→化学成分分析(数据库)→评吸(数据库)→配方确定。   单料烟收购入库以后,将其产地、等级及化学成分分析、感官指标等数据分类存入数据库。然后利用计算机按照一定的计算方程(如目前比较成熟应用较广的多约束条件之线形规划方程)将其中部分单料烟进行组合,得出符合条件的配方。   (2)原料库存变化—向数据库反映—数据库查找受影响之配方—提出更改意见—筛选、确定配方。   在现有配方因为原料库存(或来源)发生变化,需要在较短时间内快速找出合理的替代方案,则可以通过第二种方法进行设计:系统首先在数据库中查找短缺的原料烟叶,并将该烟叶的产地、等级感官、化学指标等建立参考模型,并以此模型为标准,按照一定的检索规则在数据库中查找与该模型类似的其他原料烟叶。检索结束后把检索的类似烟叶作为可替代烟叶提供给技术人员。   技术人员在此基础上通过评吸考核确定能够的保持原有配方风格品质下,由替代烟叶和原部分烟叶组成的新配方组合。   (3)不通过数据库,采用常规方式,依靠经验,人工全过程参考。(该方式即传统的人工配方设计不在本课题研究范围内,但在实际应用过程中往往需要通过人工的结果来与计算机计算结果进行对比。故在此归纳为第三种方法。   根据以上的设计思路,我们在利用计算机管理配方数据库并指导配方设计更新方面做了部分尝试,利用Sybase数据库和Powerbuilder开发工具开发出了CICOM(1.0)系统。   CICOM卷烟配方管理系统主要分为两大模块:配方管理和数据库维护。各个系统的具体说明将在第三章做介绍。   三、CICOM的功能与功能模块   CICOM配方管理系统分为两大主干流程。用户进入系统以后可以从主界面选择要进行的工作。系统菜单包括:文件(打印管理等)、设置(用户帐户管理等)、数据库管理和帮助四部分。在操作窗口可以看到两个按钮:数据库管理和配方管理,由用户研究需要进行哪部分的主干操作。   3.1数据库维护模块   CICOM系统所要实现的功能首先是能够对数据库储存的信息进行维护,包括数据录入,数据检索,数据完整性检测等功能。在数据库维护模块中我们将数据表格分成两个部分管理,一部分是单料烟资料维护,包括单料烟的产地、来源、化学分析数据及感官数据的输入和删除功能;另一部分是新配方各项具体原料的输人和原有配方的浏览查询功能。   第一部分:当需要向系统增加一种新的原料烟叶的身份资料时,使用“新单料烟输入”子模块。系统会向操作人员询问该烟叶的有关资料。包括烟叶名称、产地和杂气、香气刺激性等感官指标以及总氮、烟碱、焦测等化学指标。由于这些

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